17_TS_AmeriqueNord2017

Sujet Amérique du Nord 2017
1ère PARTIE : (8 points). Neurone et fibre musculaire : la communication nerveuse.
Les neurones sont des cellules du système nerveux spécialisées dans la communication et le traitement
d’informations.
Exposer l’intégration et la transmission de messages nerveux par un motoneurone.
L’exposé structuré sera illustré et comportera une introduction et une conclusion.
2ème PARTIE – Exercice 1 (3 points). Le domaine continental et sa dynamique.
La crique des Motels basques située au nord de Saint-Jean-de-Luz présente des séries de roches
sédimentaires bien visibles à l’affleurement.
À partir des données du document, représenter à l’aide de schémas légendés les différents
mécanismes géologiques qui se sont succédé pour aboutir à cet affleurement.
Document : structure géologique observée à la crique des Motels basques
Les roches visibles à l’affleurement datent de -89 Ma (Coniacien), avant la formation des Pyrénées (-80
Ma à -40 Ma).
D’après le guide des curiosités géologiques de la côte basque, octobre 2014.
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2ème PARTIE – Exercice 2 (obligatoire). 5 points. La plante domestiquée.
L’histoire évolutive complexe du blé, fondée sur des phénomènes naturels, des pratiques empiriques de
croisements ou de génie génétique a permis la production d’une variété de blé tendre facilement récoltable et
résistant à un champignon parasite, l’oïdium.
À partir de l’étude des documents proposés et les connaissances, expliquer les étapes de l’obtention
de cette variété de blé tendre facilement récoltable et résistant à l’oïdium.
Document 1 : histoire évolutive du blé
*Génome : Ensemble des chromosomes et par extension ensemble des gènes portant le patrimoine génétique
d’un individu.
On désigne par A, B et D le stock haploïde de chromosomes des espèces de blé.
D’après le communiqué de presse du CNRS du 15/11/2011
Document 2 : le gène Q, élément clé de la domestication du blé
La domestication du blé a permis l’apparition de populations de blé ayant un phénotype différent de
celui du blé sauvage.
À droite, épi sauvage dont les épillets sont en train de se
disséminer à maturité.
À gauche, épi de blé indéhiscent* domestiqué dont la tige
centrale ou rachis ne se désarticule pas, favorisant ainsi sa
récolte.
*indéhiscent: qui ne s’ouvre pas spontanément au moment de
la maturité.
Ce nouveau caractère issu de la domestication est contrôlé par
le gène Q porté par les chromosomes n’5.
Des chercheurs ont montré que le blé tendre possède 3 copies
du gène Q portées respectivement par les génomes A, B et D
et qu’elles contribuent de manière coordonnée aux caractères
de domestication.
D’après une publication de George WILLCOX, CNRS, 2006
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Document 3 : CRISPR-Cas9, une technique de génie génétique
CRISPR-Cas9, découverte récente (2012) de deux scientifiques, française pour l’une Emmanuelle
Charpentier et américaine pour l’autre, Jennifer Doudna est une technique de génie génétique permettant d’agir
spécifiquement sur un gène (mutation, activation, inhibition … ).
D’après Pour la Science n~56 octobre 2015
Document 4 : comparaison de deux variétés de blés tendres
Récemment des biologistes ont réussi à obtenir une variété de blé tendre résistant à un champignon
parasite, l’oïdium en appliquant la technique CR1SPR-Cas9. Pour ce faire, ils sont intervenus sur un gène qui
inhibe les défenses naturelles de la plante vis-à-vis de ce champignon.
Variété de blé tendre sensible à l’oïdium
Variété de blé tendre résistant à l’oïdium
Particularité du génome de chaque variété de blé tendre pour le
gène inhibant les défenses de la plante vis-à-vis de l’oïdium
6 exemplaires actifs du gène
6 exemplaires mutés du gène par CRISPR-Cas9
D’après Pour la science n° 456, octobre 2015
2ème PARTIE – Exercice 2 (spécialité). 5 points. Glycémie et diabète
L’activation quotidienne et répétée de la voie de régulation classique de la glycémie impliquant
l’insuline se traduit à terme par le stockage du glucose en excès dans le tissu adipeux, conduisant à une prise de
poids.
À partir de l’exploitation des documents et les connaissances, expliquer comment l’ostéocalcine
décarboxylée produite par les ostéoblastes a un rôle hypoglycémiant sans prise de poids associée.
Document 1 : une nouvelle voie de régulation de la glycémie.
On étudie une nouvelle boucle de régulation de la glycémie impliquant l’insuline mais aussi des cellules
osseuses, les ostéoblastes. Ces derniers possèdent des récepteurs à insuline et agissent par l’intermédiaire de la
production d’une hormone, l’ostéocalcine décarboxylée.
Document 2 : observation macroscopique et métabolique de différentes lignées de souris
Dans une lignée de souris dont les ostéoblastes sont dépourvus de récepteurs à insuline, on constate qu’avec
l’âge se développe chez ces souris par rapport aux souris témoins :
• une hyperglycémie, associée à une intolérance au glucose ;
• une augmentation de leur masse graisseuse ;
• une diminution de leur dépense énergétique.
D’après Planet-vie.ens.fr Article publié le 28/03/2013
Document 3 : niveau de production d’insuline dans certaines conditions de cultures expérimentales.
Production d’insuline par
les différentes cultures
100%
140%
Cultures réalisées
Culture d’îlots de Langerhans sans aucun traitement
Coculture d’ostéoblastes et de cellules des ilots de Langerhans
Culture de cellules des ilots de Langerhans traitées par de l’ostéocalcine
décarboxylée.
140%
Document 4 : Niveau de production d’adiponectine dans certaines conditions de cultures expérimentales.
Les adipocytes sont des cellules du tissu adipeux capables de produire une protéine, l’adiponectine qui
favorise la sensibilité des tissus cibles à l’insuline et augmente leurs dépenses énergétiques.
1 : culture d’adipocytes sans aucun traitement.
2 : Coculture d’ostéoblastes et d’adipocytes.
3 : Culture d’adipocytes traités par l’ostéocalcine décarboxylée.
D’après thèse CB Confavreux Université Lyon I, 2012
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Correction.
1ère PARTIE : (8 points). Neurone et fibre musculaire : la communication nerveuse.
Exposer l’intégration et la transmission de messages nerveux par un motoneurone.
Introduction.
Entrée en matière, définition de termes clés (neurone, motoneurone, intégration)
Problématique et plan. Ce sujet n’est pas très bien délimité : le traitement du fonctionnement synaptique ne
semble pas demandé (transmission par un motoneurone, et non pas transmission entre neurones ou motoneurone
et cellule musculaire).
I. Le motoneurone.
- Schéma d’un motoneurone avec les différents éléments qui seront étudiés par la suite : corps cellulaire (et
dendrites, mais ce n’est pas obligatoirement utile), axone et boutons synaptiques (là encore, les boutons
synaptiques ne sont pas forcément utiles).
- Le corps cellulaire du motoneurone est localisé dans le centre nerveux : substance grise de la moelle épinière.
II. Le motoneurone reçoit diverses afférences et intègre les informations.
- Le corps cellulaire reçoit les afférences de divers neurones avec par exemple : le neurone pyramidal mais aussi
le neurone sensitif.
- Le corps cellulaire intègre (« fait la somme ») des messages qui lui parviennent par les synapses neuroneuroniques. Ces synapses peuvent être inhibitrices (empêchent la genèse d’un nouveau message nerveux =
hyperpolarisation au niveau du corps cellulaire) ou excitatrices (permettent la genèse d’un nouveau message =
dépolarisation au niveau du corps cellulaire).
- Schéma éventuel de deux afférences sur un corps cellulaire de motoneurone.
III. Le message nerveux est transmis dans le motoneurone.
- Le message nerveux se traduit par des signaux bioélectriques tous identiques : les potentiels d’action
(modification transitoire de la polarisation membranaire). Schéma d’un PA et description. Amplitude d’environ
100 mV, phase de dépolarisation et de repolarisation.
- Dans les neurones (et donc dans les motoneurones), les messages nerveux sont codés par la fréquence des PA.
IV. Le fonctionnement synaptique (normalement hors-sujet).
- Une fois arrivé au niveau des boutons synaptiques, le message électrique « train de PA » est transformé en
message chimique.
- Les vésicules contenant les NT migrent vers la membrane présynaptique et libèrent leur contenu dans la fente
synaptique (ici l’acétylcholine). Le message est alors codé en concentration d’acétylcholine.
- L’acétylcholine se fixe alors sur les récepteurs postsynaptiques, ce qui génère un PA musculaire (d’où une
contraction musculaire).
Conclusion.
Petit résumé, et on peut partir en ouverture sur la communication synaptique (si non traité avant).
2ème PARTIE – Exercice 1 (3 points). Le domaine continental et sa dynamique.
On veut représenter – à partir de schémas légendés- les différents mécanismes géologiques ayant abouti à cet
affleurement. L’originalité du sujet réside en l’élaboration de schémas explicatifs légendés.
On sait que ce sont des roches sédimentaires, on peut représenter trois étapes : 1 = dépôt des sédiments ; 2 =
plissement lors de la formation des Pyrénées ; 3 = érosion d’une vaste partie du pli.
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2ème PARTIE – Exercice 2 (obligatoire). 5 points. La plante domestiquée.
On cherche à expliquer les étapes de l’obtention d’une variété de blé tendre facilement récoltable et
résistant à l’oïdium, champignon parasite. Il y a donc deux aspects à démontrer.
Document 1.
Le blé tendre cultivé a une histoire complexe. La variété actuelle est le fruit de deux hybridations successives : la
première a eu lieu il y a 500 000 ans entre les blés sauvages Triticum urtatu à 2n=14 et Aegilops speltoïdes à
2n=14. L’hybride sauvage obtenu (Triticum turgidum) est désormais à 4n = 28 (suite à l’hybridation suivie d’une
polyploïdisation pour que la reproduction sexuée puisse se dérouler). Cet hybride a hérité du génome AA de
Triticum urtatu et BB de Aegilops speltoïdes.
Une seconde hybridation suivie d’une polyploïdisation a eu lieu il y a 9 000 ans entre Triticum turgidum à 4n =
28 et Aegilops tauschii (2n=14). On obtient alors un blé hexaploïde 6n=42 avec le génome AABB et DD
provenant de Aegilops tauschii.
Ce nouvel hybride, Triticum aestivum est à l’origine de nombreuses variétés actuelles de blé tendre.
Document 2.
- La domestication du blé a permis l’apparition de populations de blé ayant un phénotype différent de celui du
blé sauvage.
- L’épi sauvage a des épillets qui se disséminent facilement à maturité (les épillets tombent facilement). Cela
permet une dissémination facilitée de l’espèce sauvage.
- L’épi du blé domestiqué a un rachis qui ne se désarticule pas, c’est-à-dire que l’épillet reste fixé au rachis, ce
qui facilite la récolte (mais entrave la dissémination naturelle).
- Ce nouveau caractère issu de la domestication est contrôlé par le gène Q porté par les chromosomes n’5.
- Des chercheurs ont montré que le blé tendre possède 3 copies du gène Q portées respectivement par les
génomes A, B et D et qu’elles contribuent de manière coordonnée aux caractères de domestication.
- Le nombre élevé de copies de Q chez le blé cultivé a donc apporté une nouvelle propriété d’intérêt pour
l’Homme (l’Homme a conservé ce caractère en effectuant une sélection artificielle, même sans connaissance en
génétique = sélection empirique).
Document 3.
- CRISPR-Cas9, découverte récente, est une technique de génie génétique permettant d’agir spécifiquement sur
un gène (mutation, activation, inhibition … ).
Document 4.
- Récemment des biologistes ont réussi à obtenir une variété de blé tendre résistant à un champignon parasite,
l’oïdium en appliquant la technique CR1SPR-Cas9.
- Pour cela, ils sont intervenus sur un gène qui inhibe les défenses naturelles de la plante vis-à-vis de ce
champignon.
- La variété de blé tendre sensible à l’oïdium a six exemplaires actifs du gène (issue des hybridations étudiées
dans le document 1).
- La variété de blé tendre résistante à l’oïdium a six exemplaires mutés du gène par CRISPR-Cas9.
- Cette technique actuelle du génie génétique a donc apporté une nouvelle propriété au blé tendre cultivé, plus
rapide que les hybridations qui se sont effectuées au cours de l’histoire de cette plante. Cela nécessite toutefois
de connaître les gènes (très différent de la méthode empirique).
Conclusion.
Pour répondre à la problématique, le blé tendre actuel est issu d’hybridations successives entre espèces sauvages
qui ont chacune apporté des caractéristiques d’intérêt, sélectionnées par l’Homme sans connaissance en
génétique. C’est le cas par exemple du gène Q qui en triple exemplaires permet aux grains de rester fixés à l’épi
et d’être récoltables par l’Homme (sélection artificielle de ce caractère). C’est aussi le cas avec des techniques de
génie génétique, plus modernes, où la mutation des six exemplaires d’un gène permet la résistance à un parasite,
l’oïdium.
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2ème PARTIE – Exercice 2 (spécialité). 5 points. Glycémie et diabète
On cherche à expliquer comment l’ostéocalcine décarboxylée produite par les ostéoblastes a un rôle
hypoglycémiant (= qui diminue la glycémie) sans prise de poids.
Document 1.
- Document court, avec pas mal de bla-bla à recopier.
- On étudie une nouvelle boucle de régulation de la glycémie impliquant l’insuline mais aussi des cellules
osseuses, les ostéoblastes.
- Les ostéoblastes possèdent des récepteurs à l’insuline = l’insuline a donc une action sur ces cellules.
- Les ostéoblastes agissent quant à eux par l’intermédiaire de la production d’une hormone, l’ostéocalcine
décarboxylée.
Document 2.
- On étudie une lignée de souris avec ostéoblastes sans récepteurs à l’insuline.
- Avec l’âge, ces souris développent une hyperglycémie associée à une intolérance au glucose, une augmentation
de la masse graisseuse et une diminution de la dépense énergétique.
- interprétation : ces ostéoblastes ne reçoivent plus le message hypoglycémiant de l’insuline. Ils ne doivent plus
produire l’ostéocalcine décarboxylée, d’où les problèmes constatés (hyperglycémie, augmentation de la masse
graisseuse et baisse des dépenses énergétiques à relier aux problèmes de poids).
Document 3.
- Sans aucun traitement, les cellules des îlots de Langerhans (cellules b) produisent 100 % d’insuline (lot témoin,
valeur de référence).
- Ces cellules cultivées avec des ostéoblastes produisent davantage d’insuline (140%).
- En présence d’ostéocalcine décarboxylée, les cellules des îlots produisent là encore 140% d’insuline par
rapport au témoin. C’est donc l’ostéocalcine décarboxylée produite par les ostéoblastes qui permet une
production accrue d’insuline par les cellules b des îlots de Langerhans. Il est à noter que non seulement les
ostéoblastes sont contrôlés par l’insuline, mais eux-mêmes contrôlent la production de cette dernière.
Document 4.
- Les adipocytes sont des cellules capables de produire une protéine, l’adiponectine qui favorise la sensibilité des
tissus cibles à l’insuline et augmente leurs dépenses énergétiques.
- Adipocytes sans aucun traitement, la production d’adiponectine est de 1 UA (valeur témoin de référence).
- Coculture d’ostéoblastes et d’adipocytes : production d’adiponectine de 2 UA (= doublée).
- Culture d’adipocytes traités par l’ostéocalcine décarboxylée : production d’adiponectine de 2 UA. C’est donc
l’ostéocalcine décarboxylée produite par les ostéoblastes qui permet une production accrue d’adiponectine par
les adipocytes favorisant la sensibilité des tissus cibles à l’insuline et augmentant leurs dépenses énergétiques.
Conclusion
L’ostéocalcine décarboxylée produite par les ostéoblastes, cellules sensibles à l’insuline, permet :
- une production accrue d’insuline par les cellules b des îlots de Langerhans, hormone hypoglycémiante (= rôle
hypoglycémiant) et donc a fortiori une production accrue d’ostéocalcine décarboxylée) ;
- une production accrue d’adiponectine par les adipocytes (cellules cibles de l’ostéocalcine décarboxylée)
favorisant la sensibilité des tissus cibles à l’insuline et augmentant leurs dépenses énergétiques (= absence de
prise de poids associée).
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