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Zitiervorschau

Compléments

CHAPITRE

1

EXERCICE 1 Ø Maîtriser le raisonnement scientifique.

Réordonnez les propositions suivantes de manière à reproduire la démarche scientifique qui a permis de caractériser l’activité de la cellule pancréatique acineuse. 1. 2.

3. 4. 5.

6. 7.

Les tranches de pancréas marquées sont lavées puis placées dans un milieu « froid », à leucine non radioactive. Les grains d’argent se localisent dans la partie basale au bout de 7 mn, là où se situe le réticulum granuleux, sur la face cis des dictyosomes au bout de 35 mn, et au niveau des grains de zymogène du pôle apical à compter de 1h30. Les cellules pancréatiques sont marquées au temps zéro par incubation durant 3 mn dans une solution nutritive contenant de la leucine tritiée. Comment sont mobilisés les divers compartiments de la cellule acineuse pancréatique dans la production des protéines enzymatiques destinées à être sécrétées ? A divers temps d’incubation, des fragments de pancréas sont prélevés, fixés, et des coupes ultra-fines sont réalisées ; elles sont recouvertes d’une fine émulsion photographique et conservées à l’obscurité une quinzaine de jours avant d’être révélées puis observées au MET. Le pancréas est un organe qui secrète un suc protéique constitué d’enzymes digestives de type amylase, lipases, protéases et nucléases. La synthèse des protéines enzymatiques mobilise chronologiquement le réticulum granuleux situé sur la face basale, puis les dictyosomes et enfin les grains de zymogène qui se localisent au pôle apical.

► CORRIGÉS 6 (observation) – 4 (problématique) – 3/1/5 (test expérimental) – 2 (résultats) – 7 (conclusion)

EXERCICE 2 Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document:

Un professeur de biologie a donné à ses étudiants une culture d'organismes unicellulaires incolores. Les étudiants ont observé que chaque cellule présente un diamètre d’environ 100 mm, possède un noyau unique, est de forme rectangulaire et n'éclate pas quand elle est placée dans une solution hypotonique. Quelles propositions sont vérifiées par ces observations ? 1. Ces cellules sont eucaryotes. 2. Ce sont des bactéries. 3. Elles ont probablement une matrice extracellulaire (MEC) à l'extérieur de la membrane cellulaire. 4. Ces organismes sont des cellules qui prolifèrent normalement dans l'eau salée. 5. Ce sont des cellules animales. a. 1 et 3 c. 1 et 4 e. 2 et 4 b. 1, 3 et 5 d. 2 et 3

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► CORRIGÉS (a) et (c) § 1.6.2 Tableau 1.3 p39

EXERCICE 3 Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document:

Une cellule produit et sécrète un type donné de protéines. Sélectionnez dans la liste les structures qui sont impliquées dans ces processus et inscrivez les numéros de code dans l'ordre de leur intervention. 1. peroxysome 5. appareil de Golgi 2. réticulum endoplasmique rugueux partiellement 6. vacuole agranulaire 7. réticulum endoplasmique rugueux 3. membrane plasmique 8. lysosome 4. vésicule de sécrétion

► CORRIGÉS (§ 1.4.3 figure 1.19 p 30) : 7, 2, 5, 4, 3.

VRAI / FAUX (I) Ø Restituer des connaissances

La figure 1 ci-dessous représente une coupe dans une feuille.

Figure 1

1. Cette feuille a été prélevée sur un arbre ou sur une plante herbacée de dicotylédone. 2 re

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2. Cette figure représente une coupe du mésophylle foliaire. 3. La face ventrale est celle qui reçoit la lumière incidente. 4. L’épiderme supérieur ne présente jamais de stomate comme le montre la figure 1 5. La zone notée P contient de la vapeur d'eau et du dioxygène. 6. La zone notée P contient du dioxygène ou du dioxyde de carbone. 7. Le parenchyme lacuneux est situé du côté dorsal. 8. Le parenchyme palissadique assure l’essentiel de la photosynthèse. 9. Les cellules représentées sont turgescentes et déterminent ainsi la forme du limbe. 10. La polarité fonctionnelle de l’organe repose sur la polarité cellulaire. ►

CORRIGÉS (§ 1.1.2B P 6)

1. Vrai 2. Faux : c’est une coupe de limbe foliaire comprenant un mésophylle limité par un épiderme supérieur (ventral) et un épiderme inférieur (dorsal). 3. Vrai 4. Faux: La densité des stomates est plus faible sur la face ventrale mais elle en possède. (Biologie 2éme année, TP 13, §13.3.3b, p 660) 5. Vrai 6. Faux : dioxygène, dioxyde de carbone et vapeur d’eau sont toujours présents ; seule leur pression partielle varie au cours d’une journée. 7. Vrai 8. Vrai car il est plus riche en chloroplastes et est situé du côté d’où provient la lumière. 9. Vrai 10. Faux : les cellules ne sont pas polarisées.

VRAI / FAUX (II) Ø Restituer des connaissances

1. Une enveloppe comporte une ou deux membranes. 2. Le cytosquelette participe au flux membranaire au sein d’une cellule. 3. Au sein de la mitochondrie, l’oxydation phosphorylante est le processus par lequel les électrons issus de l’oxydation des glucides ou des acides gras sont cédés à l’ATP.

4. La mitochondrie contient un réseau de membranes nommées thylakoïdes. 5. Le réticulum endoplasmique granuleux ou REG est le site de maturation des ribosomes. 6. Les membranes du réticulum sont en continuité avec l’enveloppe nucléaire. 7. La synthèse de toute protéine mobilise le réticulum endoplasmique granuleux ou REG. 8. L’appareil de Golgi est présent dans toutes les cellules, procaryotes et eucaryotes. 9. L’appareil de Golgi est un passage obligatoire pour les protéines sécrétées par les cellules eucaryotes. 10. Le tri des protéines synthétisées au niveau du réticulum granuleux est fondé sur le principe de 3 re

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l’adressage par étiquetage moléculaire.

11. Les peroxysomes doivent leur nom au fait qu’il y a production d’eau oxygénée H2O2 en leur sein lors de l’oxydation d’acides gras.

12. Les chloroplastes des cellules végétales présentent deux compartiments limités par des membranes. 13. La paroi d’une cellule végétale a même fonction que la membrane plasmique. 14. On trouve à la limite entre deux cellules végétales contigües, outre les plasmalemmes, une lamelle moyenne et deux parois primaires.

15. Les cytosols de cellules végétales voisines sont en communication par des complexes jonctionnels nommés jonctions communicantes ou jonctions « gap ».

16. Les bactéries Gram + sont délimitées par une membrane plasmique doublée extérieurement d’une paroi de peptidoglycannes.

17. Les bactéries sont des micro-organismes systématiquement hétérotrophes.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. Faux- voir § 1-4-3 8. Faux - voir § 1-6-2 9. Vrai- voir § 1-4-3 10. Vrai- voir § 1-4-3 11. Vrai- voir § 1-2-3 12. Faux - voir § 1-3-3

Faux- voir § 1-2-3c Vrai - - voir § 1-2-4 Faux - voir § 1-2-3 Faux -- voir § 1-2-3 Faux - voir § 1-4-3 Vrai - voir § 1-2-3b

13. Faux- voir § 1-3-1 14. Vrai- voir § 1-3-1 15. Faux- voir § 1-5-1 16. Vrai – voir § 1-6-1 17. Faux – voir § 1-6-1.

QCM (I) Ø Restituer des connaissances

Parmi les propositions suivantes, indiquez celle(s) qui est (sont) correcte(s).

1. La cellule acineuse possède : a) une paroi ; b) des mitochondries ; c) un cytosquelette ; d) deux centrosomes.

2. Le cytosquelette est constitué : a) de protéines exclusivement fibreuses ; b) de microtubules à base d’actine ; c) de 3 types principaux de protéines d) de microfilaments pleins et de microfilaments creux ou tubulaires e) d’éléments de même diamètre.

3. La maturation des protéines destinées à la sécrétion met en jeu : a) les dictyosomes ; b) le réticulum lisse ou REL ; c) le réticulum granulaire ou REG ; d) le cytosquelette.

4. Les protéines permettant l’ancrage des vésicules aux microtubules sont : a) la clathrine ; b) la tubuline ;

c) la dynéine ; d) la kinésine. 4 re

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5. La cellule végétale du parenchyme palissadique est entourée d’une paroi dont les caractères sont les suivants : a) elle est rigide, inextensible ; b) elle doit sa rigidité à la pression hydrostatique qu’exerce la vacuole en turgescence sur la paroi ; c) elle remplace la membrane plasmique ; d) elle est traversée de fins canalicules appelés desmosomes.

6. Le chloroplaste au stade adulte est un organite compartimenté dont les caractères sont les suivants : a) la membrane interne de l’enveloppe forme des replis appelés thylakoïdes ; b) il comporte trois compartiments nommés « espace intermembranaire », « stroma » et « lumen » ; c) les chlorophylles sont contenues dans la membrane interne et dans les membranes des thylakoïdes.

7. La matrice extracellulaire ou MEC des cellules animales et végétales : a) est une production des cellules elles-mêmes ; b) a une composition uniforme chez tous les eucaryotes ; c) est fondamentalement constituée d’une association de protéines fibreuses et de polymères glucidiques ; d) est absente au niveau des protoplastes.

8. La sécrétion des grains de zymogène par la cellule acineuse : a) est initiée au niveau du réseau trans-golgien par suite d’un tri moléculaire ente protéines destinées à la sécrétion et protéines destinées aux lysosomes ; b) est toujours constitutive ; c) fait intervenir des vésicules à revêtement de clathrine ; d) participe au renouvellement des constituants de la membrane plasmique ; e) est accompagnée d’un processus d’endocytose ; f) se déroule au pôle basal de la cellule.

9. La membrane plasmique ou plasmalemme : a) est assimilable à une bicouche lipidique ; b) est nommée paroi dans le cas des cellules végétales ; c) présente des molécules protéiques réparties différemment sur ses faces externe et interne.

10. On dit d’une cellule qu’elle est compartimentée car : a) b) c) d)

elle est délimitée par une membrane plasmique ; elle possède des espaces intracellulaires limités par des endomembranes ; chaque organite définit un seul compartiment ; elle possède un cytosol.

11. Une cellule eucaryote est une cellule : a) b) c) d)

possédant un nucléoïde ; compartimentée ; comportant un cytosquelette et réalisant un flux endomembranaire ; hétérotrophe.

► CORRECTIONS QCM 1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. a, c et d – voir § 1-2-2 et §1-3-1 8. a, c, d et e – voir § 1-4-3 9. c – voir § 1-2-1 10. b – voir § 1-2-3 11. b et c – voir § 1-6-2

b et c – voir § 1-2 c et d – voir § 1-2-4a a, c et d – voir § 1-4-3 c et d – voir § 1-2-4b b – voir § 1-3-1 b – voir § 1-3-3

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QCM (II) Ø Restituer des connaissances

À chaque question, il y a toujours une et une seule bonne réponse. Sélectionnez celle qui convient. 1. Les mitochondries et les chloroplastes ont un certain nombre de points communs d’ordres structural et fonctionnel. Parmi ces points communs, on peut retenir : a) la présence d’ADN extra-chromosomique ; d) « a » et « c » ; b) l’absence de protéines membranaires ; e) « a », « b » et « c ». c) la faculté de synthétiser de l’ATP ;

2. Le tableau ci-dessous concerne une cellule hépatique, une cellule du parenchyme palissadique de feuille et une cellule bactérienne de type Gram +. Complétez le tableau par des croix lorsque les structures citées sont présentes dans les cellules envisagées. Cellule acineuse du pancréas

Cellule du parenchyme palissadique

Bactérie Gram +

Enveloppe nucléaire Paroi cellulaire Chloroplastes Mitochondries Ribosomes

3. En utilisant les codes chiffrés du dessin, complétez le tableau ci-dessous.

Indiquez :

CODE

A) où a lieu l’assemblage des sous unités des ribosomes ; B) où a lieu la glycosylation des protéines et des lipides ; C) les structures où a lieu (voire où débute) la synthèse des protéines codées par l’ADN nucléaire ; D) la structure qui permet le trafic vésiculaire dans la cellule ; E) la plus abondante structure dans le cytoplasme des cellules acineuses du pancréas ; F) l’organite responsable de l’oxydation totale des glucides ou des acides gras ; G) le lieu de synthèse des lipides ; H) l’organite absent dans les cellules végétales.

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4. Laquelle des structures suivantes et lequel des processus existent à la fois dans des cellules procaryotes et eucaryotes ? I. Enveloppe nucléaire. II. Ribosomes. III. Gènes à introns. IV. Synthèse d’ATP.

V. Membrane cellulaire. VI. Réplication de l’ADN par des ADN polymérases. VII. Eléments du cytosquelette. VIII. Plusieurs chromosomes linéaires.

Propositions a) I, II, III et VIII. b) II, IV, VI et VIII. c) I, III, V et VII. d) II, IV, V et VI. e) II, III, VI et VIII.

5. Lesquelles des fonctions suivantes sont effectuées dans le réticulum endoplasmique rugueux (RER) ou granulaire (REG) ? I. Addition de glucides aux protéines. II. Synthèse de protéines lysosomales. III. Addition de glucides aux lipides.

IV. Synthèse de protéines membranaires. V. Formation de glycérol.

Propositions a) I, II et V. b) II, III et IV. c) II, IV et V. d) I, II et IV. e) III, IV et V.

6. Quelle est la fonction du nucléole ? a) Importation de protéines cytoplasmiques ; b) Régulation du trafic au niveau des pores nucléaires ; c) Site d’assemblage des sous-unités de ribosomes ; d) Stockage de l’ ADN inactif ; e) Synthèse de protéines nucléaires.

► CORRECTIONS QCM 1. Réponse d (§ 1.2.3c - p 14) 2. Réponse (§ 1.2 p 7 & §1.6 p 37) 3. Enveloppe nucléaire Paroi cellulaire Chloroplastes Mitochondries Ribosomes

Cellule acineuse du pancréas X

Cellule du parenchyme palissadique X X

X X X

X X

Bactérie Gram +

X

X

4. Réponses A : 07 – nucléole (§ 1.2.3a p 11) B : 01 – appareil de Golgi (§ 1.2.3b p 11) C : 04 – ribosomes libres (§ 1.2.3a p 11) D : 03 – cytosquelette (§ 1.2.4b p 19) 5. Réponse d (§ 1.6.2, tableau 1.3 p 39 & 40) 6. Réponse d (§ 1.4.3 - p 29) 7. Réponse c (§ 1.2.3a - p 11).

E : 06 - REG (§ 1.2.3b figure 1.7 p 13) F : 05 – mitochondrie (§ 1.2.3c p 15) G : 02 – REL (§ 1.2.3b figure 1.6 p 13) H : 08 – centrosome (§ 1.2.4a p 17)

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Compléments

CHAPITRE

2

EXERCICE 1 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document:

On procède au séquençage d'une protéine. Un extrait de la molécule à analyser est traité par la trypsine, qui catalyse la coupure du polypeptide après un résidu K ou R. Un autre extrait est traité par le bromure de cyanogène qui coupe le peptide après un résidu M. Les fragments issus de ces traitements sont séparés par électrophorèse et séquencés. Ils sont respectivement nommés T-1 , T-2....C-1...La séquence de chaque fragment est représentée à l'aide des lettres conventionnelles affectées à chaque acide aminé. Elle commence par son extrémité N-terminale. Les peptides obtenus par la digestion à la trypsine sont :

T-1 : GASMALIK T-2 : EGAAYHDFEPIDPR

T-3 : DCVHSD T-4 : YLIACGPMTK

Les peptides obtenus par digestion au bromure de cyanogène sont:

C-1 : EGAAYHDFEPIDPRGASM C-2 : TKDCVHSD

C-3 : ALIKYLIACGPM

Choisissez parmi les réponses suivante celle qui correspond à la séquence analysée. Les peptides qui se trouvent aux extrémités N- terminale et C-terminale du polypeptide d’origine sont respectivement : a. C-1 et C-2. c. C-2 et C-3. b. T-3 et C-1. d. T-1 et T-4.

►

CORRIGÉS

Cas a. § 2.4.2 Figure 2.29 page 78 Ø Maîtriser le raisonnement scientifique : observer, recenser des faits, extraire et organiser des informations, formuler une hypothèse explicative.

T2

T1

T4

T3

EGAAYHDFEPIDPR GASMALIK YLIACGPMTK DCVHSD C1

C3

C2

EXERCICE 2 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'exposé de connaissances ou l'analyse d'un document: Ø Organiser sa pensée: structurer un exposé

On soumet un mélange de trois polypeptides artificiels à une électrophorèse sur un gel horizontal à gradient de pH (une extrémité du gel, attenante à la borne positive, a un pH de 2, l’autre extrémité, attenante à la borne négative, a un pH de 11, les valeurs intermédiaires de pH se répartissent sur toute la longueur du gel). On dépose le mélange au milieu du gel, sur la zone de pH = 7. 8 re

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Ces polypeptides sont la poly-glycine (pG), la poly-lysine (pK) et le poly-acide aspartique (pD). Les radicaux de la glycine, de la lysine et de l’acide aspartique sont respectivement caractérisés par une atome d’ hydrogène, une fonction amine et une fonction acide carboxylique. À la fin de l’électrophorèse, les positions relatives de ces trois polypeptides seront, en partant du plus proche de la borne positive : a. pD-pK-pG b. pK-pG-pD c. pD-pG-pK d. les trois polypeptides migrent vers la borne positive sans être séparés. Construisez un tableau dans lequel vous reportez la caractéristique du radical et le pHi de chaque acide aminé utilisé à partir du tableau de la page 76. En utilisant les données de ce tableau, quelle(s) proposition(s) retenez-vous pour pour rendre compte du classement de migration ?

►

CORRIGÉS

Cas c. § 2.4.2 Tableau 2.7 pages 76-77 & TP3 § 3.2.5

Radical pHi

Glycine (G) H 6

Acide aspartique (D) CH2-COO 3

Lysine (K) + (CH2)4-NH3 9,7

Le pHi se situe autour de 6 pour les acides aminés apolaires comme la glycine, autour de 3 pour les acides aminés anioniques (cas de l’acide aspartique) et autour de 10 pour les acides aminés cationiques (cas de la lysine). Le pHi étant le pH pour lequel les charges de la molécule s’annulent, celle-ci s’arrête de migrer pour cette valeur de pH lorsqu’elle est placée dans un champ électrique. Le polypeptide pD va donc se rapprocher de l’anode (borne positive) où le pH est de 2 tandis que le polypeptide pK va migrer vers la cathode (borne négative) où le pH est de 11. Le polypeptide pG se déplacera légèrement vers l’anode où le pH est acide jusqu’à la zone de pH6. Ainsi l’ordre des polypeptides de la borne positive (anode) vers la borne négative (cathode) sera pD-pG-pK.

EXERCICE 3 Ø Maitriser des techniques : lire un graphique

Le graphique 1 ci-dessous montre le pourcentage de protides, de lipides et de glucides contenus dans l’enveloppe de graines de cinq espèces différentes. (Les autres composants de la graine comme les ions inorganiques ne sont pas mentionnés.) Quelle espèce de graine contient à la fois le plus de lipides, le moins de glucides et le plus de protides ? a. Espèce A c. Espèce C e. Espèce E b. Espèce B d. Espèce D f. Aucune.

% de masse sèche

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► CORRIGÉS Cas f. La graine B contient le plus de lipides (60%), la graine E contient le plus de protides (35%) et la graine E contient le moins de glucides (5%). Donc aucune graine ne répond aux trois critères à la fois.

EXERCICE 4 Ø observer: recenser, extraire et organiser des informations

Plusieurs lignées de cellules sécrétrices animales mutantes qui présentent des défauts d’addition de glucides aux protéines exportées sont isolées. Chaque mutation n'affecte qu'un seul type de monomère (Tableau 1). En utilisant une protéine aisément purifiable, portant uniquement des oligosides N-liés, des chercheurs ont analysé dans ces cellules mutantes, la nature des oligosides N-liés qui y sont ajoutés. Lignée cellulaire Man GlcNAc Gal NANA Glc Sauvage 3 4 2 2 0 Mutant A 3 4 0 0 0 Mutant B 5 3 0 0 0 Mutant C 9 2 0 0 3 Mutant D 9 2 0 0 0 Mutant E 5 2 0 0 0 Mutant F 3 3 0 0 0 Mutant G 8 2 0 0 0 Mutant H 9 2 0 0 2 Mutant I 3 4 2 0 0 Man (mannose), GlcNAc (N-acétylglucosamine), Gal (galactose), NANA (acide N-acetylneuraminique ou aacide sialique), Glc (glucose). Les chiffres indiquent le nombre de monomères d’oses dans l’oligoside. Tableau 1

L'oligoside en cours de synthèse pour le type sauvage comporte d'abord un nombre de monomère Man supérieur à trois. Si la synthèse du polymère consiste en l'addition de monomères, elle peut aussi comporter la soustraction de monomères excédentaires. Sélectionnez les réponses correctes parmi les propositions suivantes : A : Les mutants B,C,D, G et H sont déficients pour des étapes de suppression de monomères B : Les mutants E,F,A et I sont déficients uniquement pour des étapes d’addition de monomères C : Tous les mutants sont déficients à la fois pour des suppressions et des additions de monomères D : Au cours de la maturation de la glycoprotéine étudiée, il se produit (plusieurs réponses possibles): i : une diminution du nombre de Man uniquement ii :une diminution du nombre de Man et Glc iii : une augmentation du nombre GlcNac, Gal et NANA E : Le nombre de monomères glucidiques de la glycoprotéine étudiée est plus faible dans la lignée sauvage que dans n’importe quelle lignée mutante. F : La comparaison des lignées mutantes permet de reconstituer la séquence des étapes de maturation de la glycoprotéine étudiée. Choisissez la proposition qui correspond à la bonne position des mutants dans la voie de biosynthèse : j : Cà Hà Dà Gà IàAà Fà Bà E jj : C à H à D à G à E à B à F à A à I iii : C à H à Gà D à I à A à F à B à E

► CORRIGÉS (§ 1.2.3B P 11&12 ET §1.4 PAGE 23) Ø observer: recenser, extraire et organiser des informations A. Vrai La lignée sauvage possède 3 Man alors que les lignées C, D et H en possèdent 9, la lignée G en possède 8 et la lignée B en possède 5

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B. Faux : La lignée E est déficiente aussi pour la suppression des monomères Man car elle en possède 5 alors que le sauvage en possède 3. C. Faux : C’est vrai pour les lignées C, H, D, G, E et B. Par contre, les mutant I, A , F sont uniquement déficients pour une addition (NANA pour I, Gal pour A, GlcNac pour F). Donc l’affirmation est fausse. D. Réponse : ii et iii E. Faux : C’est vrai pour les lignées C, H et D (14, 13 et 11 monomères) mais c’est faux pour les lignées D, G, E, B, F, A et I (11, 10, 7, 8, 6, 7 et 9). L’affirmation est donc fausse. F. Réponse jj. Les lignées de cellules mutantes et sauvages sont arrangées dans l’ordre correspondant aux étapes de formation des oligosaccharides. Le nombre et le type d’oses des oligosides N-liés des différents mutants définissent leur position dans la voie de biosynthèse. Lignée cellulaire Mutant C Mutant H Mutant D Mutant G Mutant E Mutant B Mutant F Mutant A Mutant I Sauvage

Man 9 9 9 8 5 5 3 3 3 3

GlcNAc 2 2 2 2 2 3 3 4 4 4

Gal 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2

NANA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2

Glc 3 2 0 3 0 0 0 0 0 0

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

Une seule proposition est vraie. Choisissez celle qui convient pour chaque exercice proposé. 1. La liaison au dioxygène (O2) à l’hémoglobine (protéine tétramérique) est de type coopérative. Cela signifie que : a) La liaison d’une molécule d’O2 à une sous-unité d’hémoglobine facilite l’assemblage avec d’autres sous-unités pour former une molécule d’hémoglobine complète. b) La liaison d’une molécule d’O2 à une des sous unités d’une molécule d’hémoglobine favorise la liaison d’autres molécules d’O2 avec les autres sous-unités de la même molécule d’hémoglobine. c) La liaison d’une molécule d’O2 à une molécule d’hémoglobine favorise la liaison d’autres molécules d’O2 avec d’autres molécules d’hémoglobine. d) La liaison d’une molécule d’O2 avec une sous unité d’hémoglobine favorise la liaison d’autres molécules d’O2 avec cette même sous-unité d’hémoglobine.

2. Que ce soit chez les plantes ou les animaux, les réserves intracellulaires de glucides sont généralement constituées de polymères de glucose (amidon, glycogène) et non de monomères, car : a) Le stockage du glucose sous forme monomérique entraînerait une élévation de l’osmolarité du cytoplasme au-delà des valeurs compatibles avec la vie cellulaire. b) La forme monomérique du glucose est peu soluble. c) Lorsque leur concentration dépasse un certain seuil, les monomères de glucose polymérisent spontanément dans la cellule. d) La forme monomérique ne peut pas facilement être utilisée comme source d’énergie par la cellule.

3. Une substance extraite d'un végétal présente les caractères suivants : · · · ·

elle donne une solution limpide dans l'eau ; cette solution ne réduit pas la liqueur de Fehling à chaud; portée à ébullition en présence d'un acide, la solution qui renferme cette substance réduit la liqueur de Fehling ; elle ne comporte pas de fonction réductrice libre. 11 re

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Cette substance est : a) l'amidon. b) un corps gras. c) le glucose.

d) une protéine. e) le saccharose.

4. Les molécules qui résultent de l’hydrolyse d’un dipeptide sont : a) deux oses b) un aminoacide et un alcool c) un acide carboxylique et une amine

d) un ose et un aminoacide. e) deux aminoacides

5. Laquelle de ces situations est responsable de la structure secondaire des protéines ? a) Interactions hydrophobes b) Liaisons covalentes non polaires c) Interactions ioniques

d) Liaisons hydrogène e) Liaisons covalentes polaires

6. La structure générale des acides aminés est la même mais chaque acide aminé diffère par : a) la chaîne latérale b) le groupement aldéhyde. c) la fonction amine

d) la fonction cétone e) la fonction carboxyle.

7. Quelle affirmation concernant les propriétés de l'eau et son rôle dans des systèmes biologiques est FAUSSE ? a) Dans une molécule d'eau, les atomes hydrogènes sont liés avec l'atome d'oxygène par des liaisons non covalentes. b) La combinaison d’interactions hydrophiles et hydrophobes d'une protéine peut influencer la forme de la protéine. c) La solubilité de NaCl dans l'eau est un produit des interactions entre les molécules d'eau et les ions dans le sel. d) L'eau est un liquide à température ambiante à cause des liaisons hydrogènes qui existent entre des molécules individuelles d'eau. e) L’ébullition de l'eau à 100°C résulte de la rupture des liaisons entre les atomes d’oxygène et d’hydrogène.

8. Quel est le résultat de la synthèse d'un triacylglycérol ? a) Un acide gras et une molécule de glycérol sont hydrolysés b) Trois molécules d’acides gras se combinent avec une molécule de glycérol pour produire une molécule lipidique et trois molécules d'eau. c) Trois molécules d’acides gras sont hydrolysées par trois molécules d'eau et une molécule de glycérol pour produire une molécule lipidique. d) Un acide gras et une molécule de glycérol sont condensés.

9. Quelles liaisons chimiques sont considérées les plus faibles, nécessitant le moins d’énergie pour les rompre ? a) Liaisons ioniques b) Liaisons hydrogènes c) Forces de Van der Waals

d) Liaisons covalentes e) Liaisons polaires

10. Quelle déclaration est FAUSSE ? a) Les glucides contiennent toujours du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. b) Les glucides sont des polymères d’acides gras c) Les glucides peuvent être utilisés comme une source d'énergie pour les cellules animales et végétales d) La cellulose et l'amidon sont des polyosides. e) La saccharose n’est pas un glucide réducteur.

11. Lesquelles parmi ces associations de lipides comportent des composés non construits à partir de glycérol ? a) Sphingolipides, éicosanoïdes, Cholestérol b) Phosphatidylcholine, b-Carotene c) Triacylglycerides, Phosphatidylcholine,Phosphatidyléthanolamine d) Cholestérol, Phosphatidylcholine,Phosphatidyléthanolamine 12 re

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e) Carotenoides, Sphingolipides, terpènes f : Plastoquinone, chlorophylle, prostaglandines Propositions 1 : a ,c et f 2 : a, e et f

3 : b, d et e 4 : d, e et f

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. a § 2.1.2 Encart 2.1 p 50 8. b § 2.3.2b Figure 2.19 p 67 9. c § 2.1.3 Tableau 2.3 p 52 10. b § 2.2 p 53 11. 2 § 2.3.2 p 68-69 et 2.3.3 p 70-71

b § 2.4.4 p 91 a § 2.3.3b p 58 a § 2.3.3b p 58 e § 2.4.2 Figure 2.29 p 78 d § 2.4.3 Figure 2.32 p 81 a § 2.4.2 Tableau 2.7 p 76

QCM Ø Restituer des connaissances

1. Quels sont les groupements fonctionnels présents dans cette molécule ? a) Thiol. b) Amine. c) Acide carboxylique. d) Aldéhyde. e) Hydroxyle. On peut classer cette molécule comme f) une cétone. g) un aldéhyde. h) un acide aminé.

2. Quelles sont les affirmations correctes ?

Galactose

Glucose

Lactose

a) Galactose et glucose sont des pentoses. b) Galactose et glucose sont des stéréo-isomères. c) Galactose et glucose sont des aldoses. d) Le galactose est un b-D-Galactose et le glucose est un a-D-Glucose e) La réaction en sens direct (de gauche à droite) nécessite une molécule d’eau f) Le lactose est un D-Galactosyl-(1-4) b-D-Glucose

13 re

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3. La figure 1 regroupe divers types de liaisons susceptibles d'intervenir dans la structure tertiaire d'une protéine. Quel est le choix qui convient parmi les cinq qui sont proposés dans le tableau ci-dessous ?

Figure 1

Liaison hydrogène Interaction hydrophobe Pont disulfure Liaison ionique

Choix 1

Choix 2

Choix 3

Choix 4

Choix 5

4 1 3 2

2 1 3 4

1 2 3 4

3 2 4 1

1 4 2 3

► CORRIGÉS 1. b, c, e & f § 2.2.3 Figure 2.5 p 53 & 2.4.2 Tableau 2.7 p 76 2. b, c, f sont vrais § 2.3.3a Figure 2.12 p 57 3. Choix 3 § 2.4.3e p 86

14 re

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Compléments

CHAPITRE

3

EXERCICE 1 Ø Maîtriser des techniques : lire un graphique Ø Maîtriser le raisonnement scientifique : recenser des faits, des mesures, extraire et organiser des informations, formuler une hypothèse explicative

Des cellules animales ont été placées dans une solution aqueuse d’ions potassium et sodium. L’expérience s’est déroulée en deux temps : dans la première manipulation, la solution ne contenait pas de glucose, dans la seconde, on a ajouté 25 mM de glucose. La figure 1 ci-dessous est un graphique qui exprime la variation mesurée des ions potassium et sodium dans la solution en fonction du temps.

Figure 1

La proposition qui explique le mieux ce résultat est que : a) la sortie du sodium et l’entrée du potassium sont des transports passifs. b) le sodium est excrété de la cellule par transport actif, le potassium y rentre par transport passif c) le glucose pénètre dans les cellules par cotransport avec le potassium d) le sodium quitte les cellules par transport passif, le potassium y rentre par transport actif. e) la membrane plasmique est plus perméable au potassium qu’au sodium.

►

CORRIGÉS

§ 3.2.3 p.132 La concentration de sodium augmente dans le milieu tandis que celle de potassium diminue. Le sodium est donc excrété tandis que le potassium pénètre dans les cellules. La présence de glucose augmente d’un facteur 2 la vitesse d’excrétion du sodium alors que la vitesse d’entrée du potassium n’est pas affectée. Le glucose est un métabolite énergétique des cellules. On peut supposer (1) que son entrée est couplée à la sortie de sodium mais son absence dans la solution n’empêche pas la sortie de sodium, ou (2) qu’il permet une plus grande production d’ATP dont le potentiel d’hydrolyse fournit de l’énergie permettant une excrétion active du sodium. On peut donc éliminer les propositions a,c et d. Concernant la proposition e, la vitesse de l'efflux de sodium apparaît supérieure à la vitesse d’entrée de potassium, laissant supposer une plus grande perméabilité au sodium. La proposition b est en accord avec les résultats consignés sur la figure 1. 15 re

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EXERCICE 2 Ø Évaluation des connaissances Ø Maîtriser des techniques Ø Maîtriser le raisonnement scientifique

La figure 2 ci-dessous représente deux clichés de la surface membranaire d’entérocytes, cellules de l’épithélium intestinal, vue sous deux angles différents. La section à l'origine du cliché a est longitudinale, celle du cliché b est transversale. Le segment horizontal situé sous chaque micrographie donne l’échelle. Ø Evaluation des connaissances : mobiliser des connaissances pour étudier un document

1) Sélectionner parmi les diverses propositions suivantes celles qui sont correctes en justifiant. 1. Ces images ont été obtenues à l'aide d'un microscope photonique à contraste de phase. 2. Le grossissement utilisé est égal à 100 000. 3. Les structures observées au pôle apical de ces cellules n’ont aucune incidence fonctionnelle. 4. Les irrégularités situées au sommet des structures du cliché a sont des artéfacts de montage. 5. Cette structure permet une optimisation de la surface d’échanges conformément à la loi de Fick.

0,5 mm

0,1 mm Cliché a

Cliché b

Figure 2 Clichés d'un secteur d’une membrane spécialisée observé en coupe longitudinale (image a) et en section transversale (image b)

Ø Maîtriser des techniques : lire une image, utiliser des données chiffrées, maîtriser les ordres de grandeur Ø Maîtriser le raisonnement scientifique : observer, recenser des mesures

2) Proposer un calcul afin d’estimer l’importance biologique d’une telle structure à l’échelle de l’organe. 3) Discuter votre estimation à l’échelle de la membrane apicale.

► CORRIGÉS Ø Evaluation des connaissances : mobiliser des connaissances pour étudier un document

1) 1 : Faux : Compte tenu de l’échelle, il s’agit d’électronographies. Le pouvoir séparateur du microscope optique ne permet pas d’observer des structures inférieures à 0,5 mm. TP2 § 2.2.2, Figure TP2.8 p. 549 2 : Vrai: sur le cliché a 0,5 µm correspondent à 5 cm soit 50.103 µm soit un grossissement de 100 000 exactement TP2 § 2.2.2, Figure TP2.8 p. 549 et Figure TP2.17 p 554 et Biologie 2ème année § 5.2.2 p. 585 3 : Faux : Ces structures sont assimilables à des cylindres qui augmentent la zone de contact entre nutriments et cellules, permettant une meilleure absorption intestinale.§ 3.2.5 Figure 3.27 p.146. 4 : Faux : il s’agit du glycocalyx, feutrage glycoprotéique dense et épais, appelé aussi manteau cellulaire ou cell-coat. Ce dispositif ralentit la progression du bol alimentaire et il constitue un site de fixation des exoenzymes digestives, permettant aux nutriments de mieux pénétrer dans les entérocytes. TP2 § 2.2.2, Figure TP2.8 p. 549 et § 3.1.2.d p. 119 16 re

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5 : Vrai : Les microvillosités permettent une augmentation de la surface d’échange. La loi de Fick prévoit que le flux augmente lorsque la surface d’échanges augmente. § 3.2.3a p.132. Ø Maîtriser des techniques : lire une image, utiliser des données chiffrées, maîtriser les ordres de grandeur Ø Maîtriser le raisonnement scientifique : observer, recenser des mesures

2) Il s’agit de comparer la surface que représentent les microvillosités avec la surface correspondante d’une cellule à membrane plasmique « lisse » c’est-à-dire dépourvue de microvillosités. Chaque microvillosité correspond approximativement à un cylindre de 0,1 mm de diamètre et de 1,0 mm de haut. La surface développée par les côtés du cylindre représente donc la surface supplémentaire. La surface du sommet du cylindre est un disque qui équivaut à la surface de membrane plasmique présente en absence de microvillosité. Le rapport de ces deux surfaces constitue donc l’accroissement de surface correspondant à une microvillosité. La surface des côtés du cylindre est donnée par : 2prh, avec r le rayon (0,05mm) et h la hauteur (1 mm) de la microvillosité. Le calcul donne 0,31 mm2. La surface du haut du cylindre, assimilable à un disque, est donnée par pr2 soit 0,0079 mm2. L’accroissement de surface par microvillosité est donc de 0,31mm2/0,0079mm2 soit un facteur 40. 3) La surface apicale de contact avec la lumière intestinale est augmentée environ 40 fois. Cela est très approximatif car même s'il existe des jonctions serrées, elles laissent passer des molécules et on peut donc considérer que les faces latérales sont aussi en contact avec la lumière.

EXERCICE 3 Ø Maîtriser des techniques : lire des images. Ø Maîtriser le raisonnement scientifique : observer, recenser des faits, extraire des informations Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document

Les photographies de la Figure 3 ci-dessous représentent des cellules d’épiderme d’oignon rouge placées dans des solutions aqueuses de NaCl de potentiel osmotique différentes. Il s’agit du même fragment d’épiderme dont la solution de montage a été changée (voir TP1, § 1.1.c figure TP1.3 p 536). La numérotation des clichés correspond à l’ordre chronologique des observations réalisées. Choisissez, dans le tableau 1 ci-dessous, l’option A, B, C ou D qui associe correctement les conditions expérimentales aux phénomènes observés. dans l’hypothèse où la diffusion simple des solutés n’intervient pas. Photographie 1

Photographie 2

Figure 3 : Cellules d’épiderme d’oignons rouge observées au microscope photonique (x 400)

17 re

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Conditions expérimentales A

Solution hyperosmotique remplacée par une solution hyposmotique

B

Solution hyposmotique remplacée par une solution hypersmotique

C

Solution fortement concentrée en NaCl remplacée par une solution faiblement concentrée en NaCl

D

Solution faiblement concentrée en NaCl remplacée par une solution fortement concentrée en NaCl

Photographie 1 Entrée d’eau

Photographie 2 Sortie d’eau

Entrée de NaCl Entrée d’eau

Entrée de NaCl Sortie d’eau

Entrée de NaCl Entrée d’eau

0 mouvement Sortie d’eau

0 mouvement Entrée d’eau

0 mouvement Sortie d’eau

0 mouvement 0 mouvement On entend par « 0 mouvement » qu’il n’y a aucun flux net, ni entrant ni sortant. Tableau 1

► CORRIGÉS Ø Maîtriser des techniques et le raisonnement encart couleur Figures TP1.11 et TP 1.12 p. 15 Photographie 1 : la vacuole, de teinte rouge pâle, occupe presque tout le volume cellulaire. Le contenu vacuolaire est maximal. Le liseré clair correspond à la paroi et au cytoplasme réduit encadré par le tonoplaste et le plasmalemme (non observables): la cellule est turgescente. Photographie 2 : le plasmalemme est décollé de la paroi sauf en quelques points. La vacuole, de teinte rouge foncé présente un volume moindre pour une même quantité de pigments (anthocyanes) qui y sont donc plus concentrés. La cellule est plasmolysée (plasmolyse en étoile).

Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document § 3.2.2,p 129 Le NaCl se dissocie en solution en ions Na+ et Cl-. La diffusion des solutés étant considérée nulle, cela signifie que les ions Na+ et Cl- ne sont pas échangés à travers la paroi, la membrane cellulaire et le tonoplaste.. Seules les options C et D correspondent à cette absence d’échange pour les deux photographies. Pour la photographie 1, l’eau de la solution est entrée dans la vacuole provoquant la turgescence observée. L’osmose ayant lieu dans le sens des potentiels hydriques décroissants, cela signifie que le potentiel hydrique du milieu 1 est élevé par rapport à celui de la vacuole. La solution de montage présente donc un potentiel osmotique élevé du à une faible concentration en NaCl (milieu hyposmotique). Pour la photographie 2, l’eau de la solution est sortie de la vacuole provoquant la plasmolyse observée. Cela signifie que le potentiel hydrique du contenu vacuolaire est supérieur à celui du milieu (milieu hyperosmotique) Les photographies correspondant à l’ordre chronologique des observations, les cellules sont d’abord turgescentes puis plasmolysées. Les conditions expérimentales B et D correspondent à ces observations. Finalement, seule la réponse D permet de rendre compte à la fois des observations réalisées et des conditions expérimentales proposées.

EXERCICE 4 Ø Maîtriser la communication graphique, maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document:

D'après un sujet du concours ENS LYON (modifié). Des solutions aqueuses de mannitol sont préparées à des molalités croissantes de 0,2 à 0,9 moles. kg-1. La molalité exprime le nombre de moles de solutés par kilogramme de solvant et ce paramètre peut être utilisé à la place d'une concentration exprimée en mol. L-1. Le mannitol est une substance non perméante. Les solutions de mannitol sont contenues dans des tubes numérotés de 1 à 15 comme indiqué dans le tableau 1 cidessous. Les expériences ont lieu à 20 °C. (tableau 1). 18 re

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Tube n° Molalité Angle de courbure en degré

1

2

0,20 0,25 7

8

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

9

7

8

9

8

7

9

10

15

20

27

33

38

Tableau 2

Des fragments de parenchyme de réserve prélevés dans une betterave sont placés dans les différentes solutions de mannitol pendant 1 heure environ. La rigidité des fragments est évaluée en mesurant leur courbure lorsqu’ils sont soumis à une traction de valeur constante appliquée selon le dispositif cicontre. Les mesures de l’angle de courbure sont données dans le tableau 2 ci-dessus.

1. Exprimez par un graphique les variations de l’angle de courbure en fonction de la molalité de la solution d’immersion du fragment de tissu 2. Quel est le fait remarquable mis en évidence par cette représentation ? 3. Proposer une explication à l'observation essentielle fournie par ce document.

► CORRIGÉS Ø Maîtriser la communication graphique

1. Les axes sont correctement renseignés, l’échelle utilisée est indiquée et le graphe est accompagné d’un titre signifiant. S’agissant d’une variation discontinue, les points ne sont pas reliés. Les droites reportées sur le graphe correspondent à deux régressions linéaires qui constituent des droites de tendance.

Ø Observer: recenser, extraire et organiser des informations; utiliser des données chiffrées

2. De 0,2 à 0,6 moles.kg-1, les valeurs angulaires sont relativement stables autour d’une valeur moyenne de 8,5° environ. Au-delà de 0,65 moles.kg-1, la courbure augmente proportionnellement à l’augmentation de la molalité. Ø Proposer une explication en mobilisant ses connaissances

3. La valeur de 0,65 moles.kg-1 constitue une limite à partir de laquelle les propriétés de résistance mécanique des cellules du parenchyme changent. Au-delà de cette valeur, les cellules ne sont pas suffisamment résistantes pour s’opposer à la traction imposée. Les structures cellulaires impliquées dans 19 re

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cette résistance sont la paroi et la vacuole. L'augmentation de la concentration de la solution de mannitol conduit à une baisse du potentiel hydrique externe (§ 3.2.1.a p. 125) qui devient inférieur à celui des cellules du parenchyme. Comme le mannitol est non perméant, seule l’eau peut migrer spontanément dans le sens des potentiels hydriques décroissants, des cellules vers la solution de montage. La plasmolyse cellulaire abolit la composante squelettique vacuolaire dite hydrostatique Le tissu, moins rigide, offre une résistance moindre à la traction. Par contre, entre 0,2 à 0,6 moles.kg-1, la courbure observée est limitée. Le gradient de potentiel hydrique favorise l’entrée d’eau par osmose dans les cellules qui sont alors turgescentes. Cet état leur permet de résister à la traction exercée. 0,65 moles.kg-1 est la concentration correspondant à l'état de plasmolyse limite (§ 3.2.2.b p. 129) pour laquelle le potentiel hydrostatique vacuolaire est annulé.

EXERCICE 5 Ø Maîtriser le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document Ø Utiliser des données chiffrées et mobiliser des connaissances

La paramécie est un organisme unicellulaire (alvéolobionte) d’eau douce. L’observation au microscope photonique montre la présence de deux vacuoles pulsatiles qui fonctionnent de manière rythmique et rejettent constamment de l’eau vers l’extérieur. Un système de canaux draine le cytoplasme et déverse l’eau accumulée dans un réservoir central d'où elle est rejetée dans le milieu de vie. Les deux réservoirs fonctionnent de manière décalée: lorsqu’un réservoir est contracté (systole), l’autre est dilaté (diastole). Les paramécies sont placées dans cinq solutions préparées à partir d'eau distillée et qui diffèrent par leur concentration en NaCl en % de la masse d'eau. L’expérimentateur mesure le temps qui sépare deux systoles successives pour un même réservoir ou entre les deux réservoirs. Le tableau 2 ci-dessous montre les résultats obtenus. Dans les conditions naturelles, la concentration en NaCl de l'eau douce, milieu de vie de la paramécie, est au maximum de 0,01% Situation expérimentale % de NaCl Temps en secondes

1

2

3

4

5

0

0,25

0,5

0,75

1,00

9,3 Tableau 3

18,4

24,8

163

6,2

Rappels de quelques grandeurs physiques pour répondre aux questions 6 et 7. T°C = 27 ° et R = 8,32 * 10-3 kg. MPa. J. mole-1 .K-1 Masse atomique du NaCl : 58,5 g. mol-1 Sélectionner parmi les diverses propositions suivantes celles qui sont correctes en les justifiant. 1. La situation 1 constitue un témoin. 2. Le temps séparant deux systoles augmente proportionnellement avec la concentration en NaCl. 3. Le potentiel osmotique de la solution est plus élevé dans la situation 5 que dans la situation 1. 4. La situation 5 correspond à une concentration de 10 g.L-1 de NaCl. 5. Le potentiel osmotique Yo de la solution à 0,5 % de NaCl est égal à + 0,43 MPa 6. Le potentiel osmotique Yo de la solution à 0,5 % de NaCl est égal à - 0,21 MPa

► CORRIGÉS (§ 3.2.2B PAGES 127 & 128) Ø observer: recenser et extraire des informations:

1. La paramécie vivant en eau douce, la solution sans NaCl peut constituer un témoin. 2. Les valeurs montrent qu’il y a une certaine proportionnalité jusqu’à la situation 4. En effet, le gradient de potentiel hydrique assimilable ici au gradient de potentiel osmotique entre l’intérieur et l’extérieur diminue 20 re

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avec les concentrations croissantes en NaCl du milieu extérieur ce qui réduit d’autant le flux entrant d’eau. Notons toutefois que les nombreux métabolites du cytoplasme de la paramécie génèrent un potentiel osmotique assez faible qui induit l’entrée d’eau en conséquence. Au-delà de 0,75% de NaCl, la situation devient critique pour le microorganisme qui réduit son activité pulsatile, évitant ainsi une hypertonicité de son cytosol. Il est probable que cette dernière valeur traduit une concentration létale pour laquelle la cellule est lésée. L’affirmation 2 n’est donc pas vraie. Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document

3. Non, le potentiel osmotique, opposé de la pression osmotique (Yo = -P = - nRTC), est plus bas. Ø Utiliser des données chiffrées et mobiliser des connaissances

4. L’affirmation est vraie car 1g.L-1 correspond à 1/1000e 5. et 6. Affirmations fausses car la pression osmotique P = nRTC = 8,32 10-3 x 300 x (2 x 5/58,5) = 0,43 MPa. Ainsi le potentiel osmotique Yo vaut – 0,43 MPa. En effet NaCl se dissocie en Na+ et Cl- ce qui fait donc 2 fois plus de particules osmotiquement actives.

EXERCICE 6 Ø Maîtriser des techniques : lire un graphique Ø Maîtriser le raisonnement scientifique : extraire et organiser des informations, proposer une explication en mobilisant ses connaissances Les aquaporines (AQP) sont des canaux à eau protéiques qui permettent la diffusion accélérée de l’eau à travers les membranes. Elles peuvent être intégrées dans des liposomes. On soumet ces protéoliposomes ainsi que des liposomes simples (dépourvus de protéines) à un choc osmotique. On suit la variation de volume de ces vésicules en fonction du temps (Figure 4, graphique 1). Le graphique 2 exprime la vitesse du transport de l’eau (LnV) en fonction de l’inverse de la température absolue (1/T) exprimée en degré Kelvin (K).

Lnv représente le logarithme népérien de la vitesse, exprimée en mm3.sec-1. 1/T (x 1000) : la valeur du rapport est multipliée par 103 par souci de simplification de la lecture

Graphique 2

Graphique 1

Figure 4 D’après Zeidel & coll (1992) Biochemistry 31, 7436- 7440, modifiés

Indiquez si les propositions suivantes sont correctes ou non en justifiant votre réponse. 1. La solution de montage des liposomes et protéoliposomes est hypo-osmotique. 2. La présence d’AQP augmente la quantité totale d’eau perdue par les liposomes. 3. La présence d’AQP augmente la vitesse du flux d’eau d’un facteur 2. 4. Quand la température augmente, la vitesse du transport de l’eau diminue. 5. La présence d’AQP diminue les effets des variations de la température sur les transferts d'eau 21 re

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6. La vitesse des transferts d'eau diminue plus fortement en absence d’AQP lorsque la température diminue. 7. La baisse de température affecte la vitesse de transport car la membrane tend à se gélifier.

► CORRIGÉS Ø observer: recenser et extraire des informations:

1. Faux : Les liposomes et protéoliposomes diminuant de volume, de l’eau est donc sortie par osmose. L’eau migre spontanément dans le sens des potentiels hydriques décroissants. Le potentiel hydrique de la solution est donc plus faible que celui des liposomes. La composante hydrostatique n'est pas à prendre en compte ici ; le potentiel hydrique est égal au potentiel osmotique. Comme le potentiel osmotique de la solution est inférieur à celui des vésicules, la solution est donc plus concentrée en solutés que la vésicule. Elle est donc hyperosmotique et non hypo-osmotique. (§ 3.2.2 p.128). 2. Faux : Le graphique 1 montre que, dans les deux cas, le volume diminue de 20%. La présence d’AQP n’augmente donc pas la quantité d’eau perdue mais accélère sa sortie. 3. Faux : Le calcul de la pente montre que les protéoliposomes perdent 20% de leur volume en 0,05 secondes alors que les liposomes perdent le même volume en 0,2 secondes environ. La présence d’AQP augmente le flux d’eau d’un facteur 4 (0,2 sec//0,05 sec). 4. Faux : Quand T augmente, 1/T diminue et dans ce cas la vitesse de transport augmente 5. et 6. Vrai : La pente de la droite est plus forte pour les liposomes que pour les protéoliposomes indiquant que la vitesse de transport diminue plus fortement en absence d’AQP lorsque la température diminue (1/T augmente). Ø Maîtriser le raisonnement scientifique : extraire et organiser des informations, proposer une explication en mobilisant ses connaissances

7. Une baisse de température provoque l’augmentation de la viscosité de la membrane. Elle tend à se figer et perd sa fluidité, gênant la diffusion des molécules d’eau (§ 3.1.3c p.122). En effet, la perméabilité d’une membrane est sa propriété à se laisser traverser (§ 3.2.1a p.125). Il est donc logique de penser que la souplesse membranaire est un facteur influençant la vitesse des transferts. D’autre part, une baisse de température diminue l’agitation moléculaire, rendant ainsi moins facile le mouvement des molécules d’eau à travers la membrane. Toutefois, comme les aquaporines sont transmembranaires et solidaires des deux hémimembranes, on peut penser que la diminution de température affecte moins les fonctions de perméabilité de ces molécules que celles de molécules « moins ancrées », n'appartenant qu'à une hémimembrane.. Ceci expliquerait la moins grande sensibilité des protéoliposomes à la baisse de température.

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. La double couche lipidique est un composant structural fondamental de toutes les membranes cellulaires. 2. Les molécules lipidiques diffusent librement dans le plan de leur hémimembrane mais leur mouvement à travers la double couche nécessite un catalyseur enzymatique

3. La température à laquelle une membrane eucaryote commence à se gélifier est uniquement déterminée par la quantité de cholestérol qu’elle contient.

4. L’expérience de fusion des cellules humaines et des cellules de souris marquées à l’aide d’anticorps liés à un fluorochrome met en évidence un déplacement horizontal des lipides membranaires.

5. Plus une membrane est riche en acides gras à fort degré d’insaturation, plus la température de gélification de la membrane est élevée.

6. Une baisse de température augmente la viscosité de la membrane. 7. Les membranes cellulaires des cellules animales et végétales peuvent présenter une variabilité de leurs acides gras selon les saisons. 22 re

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8. Parmi les propositions suivantes, quelle celle qui est fausse ? ·

Durant le processus d’exocytose, la face interne de la vésicule s’intègre à la face interne de la membrane plasmique.

·

Les cils, flagelles et microtubules sont associés aux mouvements des cellules.

·

Les protéines destinées à être secrétées par la cellule sont généralement synthétisées par des ribosomes liés à des membranes.

·

Le transport actif implique un mouvement de molécules à l’encontre de leur gradient de potentiel électrochimique.

9. Les transports cytotiques n’existent pas chez les procaryotes 10. La transcytose fait intervenir des molécules de clathrine lors de la formation des vésicules d’endocytose. 11. Les transports actifs transmembranaires pour une substance donnée s’effectuent toujours contre son gradient de concentration

12. Le processus d’exocytose constitutive spontané ne nécessitent pas d’énergie métabolique. 13. Les matrices animales et végétales possèdent majoritairement des protéines et des glucides selon des proportions comparables.

14. Les matrices animales sont hydrophiles tandis que les matrices végétales sont hydrophobes 15. La biosynthèse des matrices végétales et animales fait intervenir des O-glycosylations dans l’appareil de Golgi

16. La biosynthèse des matrices végétales et animales fait intervenir une étape extracellulaire de clivages et assemblage des constituants

17. Matrices et membranes cellulaires sont liées mécaniquement par l’intermédiaire de protéines transmembranaires

► CORRIGÉS 1. Vrai: § 3.1.2b p.114 2. Vrai: § 3.1.3b p.121 3. Faux: la longueur des chaînes latérales des acides gras et le nombre de doubles liaisons qu’ils possèdent influencent aussi fortement la fluidité membranaire: § 3.1.3d p.122 4. Faux: § 3.1.3a p.121 5. Faux: § 3.1.3c p.122 6. Vrai: § 3.1.3c p.122 7. Vrai : § 3.1.3 p. 122 8. La proposition a est fausse § 3.2.6 Figure 3.29 p. 149 9. Vrai § 3.2.6 152 10. Faux § 3.2.6 Figure 33 p. 153 11. Faux § 3.2.6 Tableau 3.6 p. 154 12. Faux Du GTP et de l’ATP sont indisspensables § 3.2.6 Figure 3.28 p. 148 13. Faux § 3.3 Figure 3.29 p. 149 14. Faux § 3.3.1a p. 156 et 3.3.2a p 161 15. Vrai § 3.3.1e Figure 3.38 p. 159 et 3.3.2c Figure 3.42 p 167 16. Faux Seul le procallagène est clivé dans la matrice animale. § 3.3.1e Figure 3.38 p. 159 et 3.3.2c Figure 3.42 p 167 17. Vrai. Il s’agit d’intégrine pour les matrices animales et des rosettes de cellulose pour les matrices végétales. Les premières jouent un rôle direct tandis que les deuxièmes intervienent indirectement par le biais de la cellulose qu’elles synthétisent. § 3.3.1e Figure 3.38 p. 159 et 3.3.2c Figure 3.42 p 167 23 re

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QCM Ø Restituer des connaissances

1. L’architecture membranaire:

2.

3.

4.

5.

6.

a) La membrane plasmique s'observe facilement au microscope photonique. b) Le pouvoir séparateur du microscope photonique ne permet pas l’observation de la double couche lipidique. c) Le montage d’une cellule végétale dans une solution hyperosmotique permet de répérer voir la membrane plasmique et les plasmodesmes. Les lipides membranaires: a) Les types de lipides rencontrés dans les membranes sont des glycérophospholipides, des glycolipides et du cholestérol. b) La richesse en acides gras insaturés (AGI) conduit à une diminution du nombre de liaisons de Van der Waals entre les chaînes aliphatiques. c) Les liposomes et les micelles sont des vésicules artificielles obtenues délimitant un compriment aqueux. Les protéines membranaires: a) L’expérience de fusion des cellules humaines et de cellules de souris marquées avec des anticorps liés à un fluorochrome ont permis de montrer que la diffusion latérale des protéines est un phénomène passif. b) Toutes les protéines membranaires sont à base d’hélices alpha c) Le profil d’hydropathie d’une protéine membranaire permet de déterminer le nombre de segments transmembranaires d) Une électrophorèse SDS-PAGE de protéines membranaires d’une cellule préalablement traitée à la trypsine après perméabilisation de la membrane permet de révéler les seuls domaines transmembranaires. Les glucides membranaires: a) Le glycocalyx est constitué de glycoprotéines et de glycolipides sur la face extracellulaire de certaines membranes plasmiques b) Le glycocalyx est plus épais que la membrane plasmique c) Les oligosaccharides membranaires sont liés aux lipides et protéines de la membrane par des liaisons covalentes d) Les glycoconjugués sont des molécules de glucose associées à des protéines ou des lipides que l’on trouve dans les matrices et les membranes. La fluidité membranaire: a) Les lipides et les protéines se déplacent latéralement au sein de la membrane b) Les lipides présentent au moins 4 types de mouvements latéraux et transversaux. au sein des membrane c) Le cholestérol diminue la fluidité membranaire en établissant des interactions hydrophobes avec les acides gras saturés membranaires L’asymétrie membranaire : a) traduit une différence de composition entre les deux hémimembranes d’un même secteur membranaire b) participe à la souplesse membranaire lors du trafic cellulaire c) se traduit par une plus forte proportion de sphingolipides sur la face extracellulaire. Ø Maîtriser le raisonnement scientifique : proposer une explication en mobilisant ses connaissances

7. Quelle affirmation est correcte ? a) L’endocytose a lieu dans le réticulum endoplasmique b) Des cellules humaines ne subissent pas d’exocytose, puisque l'élimination de déchets est effectuée par le système excréteur c) Pendant le processus d'endocytose, les particules entrent dans le cytoplasme par un pore dans la membrane cellulaire. d) Pendant le processus d'exocytose, les vésicules dans le cytoplasme traversent la membrane cellulaire 24 re

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et déchargent leur contenu à l'extérieur de la cellule. e) Pendant le processus d'exocytose, la membrane cellulaire augmente de surface.

► CORRIGÉS 1. a) Faux § 3.1 p.112

2.

3.

4.

5.

6. 7.

b) Vrai § 3.1 p.112 c) Faux: § 3.1 p.112 & figure P 1.12 p15 du cahier couleur a) Faux : il y a aussi des sphingolipides § 3.1.2b, Tableau 3.1 p.114 b) vrai : § 3.1.3c p.122 c) Faux: seuls les liposomes, formés d’une bicouche, délimitent un compartiment aqueux. § 3.1.2b p.115 a) Vrai § 3.1.2a p.121 b) Faux Les protéines extrinsèques et intrinsèques n’en possèdent pas forcément. § 3.1.2c Figure 3.6 p.119 c), d) Vrai § 3.1.2c p.117 & 118 a) Vrai § 3.1.2d p.119 b) Vrai § 3.1.2d p.119 c) Vrai § 2.3.4b p.62 & 63 d) Faux : Ce sont des osides et non du glucose. § 2.3.4 p.61 a) Vrai : § 3.1.3a p.120 & 121 b) Vrai : § 3.1.3b p.120 & 121 c) Faux :§ 3.1.3c, figure 3.10 p.122 a), b) Vrai; § 3.1.3d p.124 c) Vrai § 3.1.3d, figure 3.11 p.123 e):Vrai (§ 3.2.6a & b p.147&151).

25 re

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Compléments

CHAPITRE

4

EXERCICE 1 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document:

D'après un sujet B du concours Agro 2002 (modifié). Fusarium oxysporum est un champignon pathogène qui se développe dans les fruits charnus et en provoque la pourriture. On extrait de ce champignon une enzyme, la polygalacturonidase qui catalyse l'hydrolyse de composés pectiques. On mesure la concentration du milieu en acide galacturonique en fonction de la teneur en calcium de ce même milieu (figure 1). 5,00

concentration en acide galacturonique (échelle logarithmique)

2,00

1,00 0,50

0,20

0,10 0,05 concentration en Ca2+ du milieu (µg.mL-1 échelle logarithmique)

0,02

0 40

100

200

400

1000

2000

Figure 1

Questionnement général Analyser ce document

Questionnement guidé 1. Que représente le graphique? S'agit-il d'une cinétique? 2. Quelle est l'observation essentielle fournie par ce document? Peut-on parler de proportionnalité? 3. Justifier la mesure portée en ordonnée. 4. Proposer une explication à l'observation essentielle fournie par ce document.

► CORRIGÉS Ø lire une courbe , un graphique, une image

1. Le graphique exprime l'évolution de la concentration en acide galacturonique en fonction de la concentration en calcium du milieu. Les valeurs des concentrations ne sont pas exprimées en fonction du temps, il ne s'agit pas d'une cinétique. 26 re

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Ø observer: recenser, extraire et organiser des informations; utiliser des données chiffrées

2. La concentration en acide galacturonique décroit lorsque la concentration en calcium augmente dans le milieu. Le graphique comporte des coordonnées logarithmiques. On ne peut parler de décroissance proportionnelle. Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

3. L'acide galacturonique est le monomère des composés pectiques qui constituent la lamelle moyenne des parois végétales (§ 2.2.3.c p. 58 ; § 3.3.2.a p.160). C'est le produit de l'hydrolyse de ces composés, catalysée par la polygalacturonidase. Il faut supposer que le milieu comporte des composés pectiques et de la polygalacturonidase en concentration donnée. Seule la teneur en calcium du milieu varie. Le calcium est donc un inhibiteur de l'activité de cette enzyme. Comment agit-il? Comme le graphique ne donne aucune indication sur le type d'inhibition, on peut proposer soit une fixation du calcium sur le site actif, limitant la fixation du substrat (inhibition compétitive), soit sur un autre site, modifiant la conformation du site actif (inhibition non compétitive).

EXERCICE 2 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'exposé de connaissances ou l'analyse d'un document: Ø Organiser sa pensée: structurer un exposé On étudie l'évolution du contenu de tubes à essai, placés au bain-marie et contenant de l'empois d'amidon auquel on a ajouté ou non de la salive portée ou non à ébullition (tubes 1, 2 et 4 § 4.1.1 p. 181 & 182). Rédiger un raisonnement scientifique en replaçant dans un ordre donné les diverses propositions suivantes. Il est possible d'ajouter des phrases (phrases soulignées dans la correction) 1. un test positif à la liqueur de Fehling révèle la présence de sucres réducteurs 2. la quantité d'amidon est faible (on nulle) dans le tube 2 au bout de 2h. 3. la quantité d'empois d'amidon diminue 4. le test à la liqueur de Fehling est positif dans le tube 2 au bout de 2h 5. un composant protéique de la salive catalyse l'hydrolyse de l'amidon en sucres réducteurs 6. un changement notable n'est observé dans le tube 1 qu'au bout d'un temps très long 7. aucun changement notable n'est observé dans le tube 4 sur une durée de 2h 8. le test au lugol devient négatif dans le tube 2 au bout de 2h 9. la salive accélère la réaction de transformation de l'amidon en sucres réducteurs 10. la salive contient un agent catalyseur dénaturé par la chaleur

► CORRIGÉS (4) le test à la liqueur de Fehling est positif dans le tube 2 au bout de 2h (8) le test au lugol devient négatif dans le tube 2 au bout de 2h (1) un test positif à la liqueur de Fehling révèle la présence de sucres réducteurs (2) la quantité d'amidon est faible (ou nulle) dans le tube 2 au bout de 2h. (3) la quantité d'empois d'amidon diminue aux dépens de la formation de sucres réducteurs. L'amidon est hydrolysé en glucides plus simples qui sont réducteurs. écrire une réaction chimique simple (6) un changement notable n'est observé dans le tube 1 qu'au bout d'un temps très long (9) la salive accélère la réaction de transformation de l'amidon en sucres réducteurs. Elle agit tel un catalyseur. (7) aucun changement notable n'est observé dans le tube 4 sur une durée de 2h (10) la salive contient un agent catalyseur dénaturé par la chaleur 27 re

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(5) un composant protéique de la salive catalyse l'hydrolyse de l'amidon en sucres réducteurs Préciser la réaction chimique précédente (§ 4.1.1 p. 182)

EXERCICE 3 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'exposé de connaissances ou l'analyse d'un document Ø Organiser sa pensée: structurer un exposé Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document L'ATCase (aspartate carbamyl-transférase) est une enzyme de la voie de synthèse de novo des bases azotées pyrimidiques. La figure 2 illustre l'activité de cette enzyme en absence ou en présence d'ATP ou de CTP. La figure 3 présente de façon simplifiée les réactions impliquées dans cette voie anabolique.

Figure 2

2 ATP HCO3- + NH3

aspartate carbamyl-phosphate

pyrimidines

ATCase Figure 3

Questionnement général 1. Analysez ce graphique. 2. Développez une argumentation montrant l'intégration de cette enzyme dans le métabolisme cellulaire.

Questionnement guidé 1. Analysez ce graphique. 2. A quelle catégorie de composés appartiennent l'ATP et le CTP? 3. Précisez le rôle joué par l'ATP et le CTP sur l'activité de l'enzyme. 4. Comment peut-on expliquer le rôle joué par le CTP. 5. Sachant que l'ATP et le CTP sont des précurseurs de la synthèse des polynucléotides, quelle signification 28 re

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peut-on donner au rôle joué par l'ATP.

► CORRIGÉS 1. ATCase enzyme allostérique avec ATP comme activateur et CTP comme inhibiteur (§ 4.5.2.b; p. 201) ; Le CTP diminue l’affinité de l’enzyme alors que l’ATP l’augmente ; dans les deux cas, la Vmax est inchangée. Comme ces deux composés n'interviennent pas la réaction catalysée par l'ATCase il s'agit d'hétérotropie pour ces deux effecteurs. 2. ATP et CTP sont des ribonucléotides (nucléosides triphosphatés) respectivement de nature purique et pyrimidique (§ 2.5.1 p. 97 & § 8.2.2.b p.316) 3. Voir avant. 4. Le CTP est construit à partir de la cytosine base pyrimidique. Un excès de CTP inhibe la synthèse de cette base et évite son accumulation dans la cellule. Il y a ainsi rétroinhibition par le produit final de la chaîne de synthèse. 5. ATP et CTP sont des précurseurs de la synthèse des ARN. Une quantité importante d'ATP dans la cellule est compatible avec une activité de biosynthèse dont celle des pyrimidines. Comme les synthèses d'ARN et d'ADN nécessitent des quantités équimoléculaires de purines et de pyrimidines, un excès d'ATP (composé purique) est accompagné d'une synthèse accrue de pyrimidines. D’autant qu’elle est nécessaire en tant que source d’énergie dans certaines étapes endergoniques. Ainsi la formation d’un des 2 substrats de la réaction, le carbamyl-phosphate, nécessite-t-il de l’ATP ; son excès accélère la réaction par simple augmentation de la concentration en substrat. Cette enzyme joue donc un rôle important dans le métabolisme puisqu'elle intègre des données sur le niveau énergétique de la cellule et sur la concentration de composés impliqués dans l'anabolisme.

EXERCICE 4 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'exposé de connaissances ou l'analyse d'un document:

Ø Organiser sa pensée: structurer un exposé Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document

Le tableau ci-dessous regroupe des données relatives à la catalyse. ( d'après Trémolières, modifié) On nomme K* la constante d'équilibre entre la concentration des formes actives et inactives d'une réaction catalysée. La valeur de la vitesse de cette réaction est directement liée à celle de K*. E* représente l'enthalpie libre d'activation de la réaction. On affecte à ces paramètres l'indice « a » pour la réaction avec catalyseur minéral et l'indice « e » pour celle catalysée par une enzyme. Arrhenius a montré que K* = A.e (-E*/RT) où A est une constante. Réactions

Catalyseurs

E*, enthalpie libre d'activation en -1 kJ.mol

Décomposition de H2O2

Aucun

75,28

Platine colloïdal

48,92

Catalase

8,36

Acide

70,25

Lipase pancréatique

18,82

Acide

86,15

Trypsine

50,18

Acide

107,06

Saccharase

33,46

Hydrolyse du butyrate d'éthyle

Hydrolyse de la caséine

Hydrolyse du saccharose

29 re

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Questionnement général: Analysez les données du tableau et utilisez la formule d'Arrhenius pour caractériser la catalyse enzymatique. On limitera les calculs à l'exemple de la saccharase.

Questionnement guidé: 1. Quel est le paramètre évalué dans le tableau. Rappelez sa définition. 2. A quelle(s) conclusion(s) aboutissez-vous quand on ne considère que les résultats relatifs à H2O2? Expliquez brièvement ces faits. 3. Ces résultats sont-ils confirmés par les autres lignes du tableau? 4. Ecrire la loi d’Arrhénius sous forme linéaire et ,dans le cas de la saccharase, calculez la valeur du rapport K*e / K*a à 37°C avec RT = 8,31 x 310 = 2576. 5. De quel facteur la vitesse de la réaction catalysée par la saccharase est-elle augmentée par rapport à celle catalysée par l'acide ?

► RÉPONSES 1. Enthalpie libre d'activation des réactions. C'est la mesure de l'énergie nécessaire pour franchir la barrière énergétique représentée par un seuil d’activation rendant les molécules de substrat réactionnelles. 2. Un catalyseur abaisse la valeur de E*; un catalyseur enzymatique l'abaisse davantage qu'un catalyseur non enzymatique. L'abaissement par réalisation de la réaction par étapes successives ( § 4.2.2 p. 187 & § 4.3.1.e p. 192). 3. Le reste du tableau confirme l'abaissement supérieur dans le cas de réactions enzymatiques 4 & 5. Appliquer les formules : LnK*e = LnA – (33,46 / RT) ; LnK*e – LnK*a = Ln (K*e/K*a) = (107060 – 33460) / (8,31 x 310) = 28,57 K*e / K*a = 2,5 . 1012 = facteur d'augmentation de la vitesse de la réaction enzymatique.

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. Les enzymes agissent en modifiant la constante d'équilibre d'une réaction 2. Les enzymes dans une cellule catalysent théoriquement les réactions dans les deux sens 3. Les enzymes rendent possible une réaction thermodynamiquement impossible 4. La courbe exprimant la vitesse initiale de la réaction en fonction de la concentration en substrat est construite directement à partir de dosages réalisés dans le milieu réactionnel

5. Une hyperbole à asymptote horizontale est caractéristique d'une cinétique michaelienne. 6. Une cinétique michaelienne est traduite par une hyperbole à asymptote horizontale. 7. Un Km élevé traduit une forte affinité de E pour S. 8. L'enthalpie libre d'activation et l'enthalpie libre standard sont deux expressions différentes pour désigner le même paramètre

9. Le modèle de l'adaptation induite traduit les « contraintes » subies par le substrat lors de sa liaison avec l'enzyme

10. L'abaissement de l'enthalpie libre d'activation est lié à une orientation particulière des partenaires réactionnels augmentant la probabilité de réaction

11. Un cofacteur est une substance fabriquée par l'organisme 12. L'inhibition réversible non compétitive renseigne sur la nature du site actif 30 re

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13. L'inhibition réversible non compétitive est levée par une concentration élevée de substrat 14. L'inhibition réversible non compétitive est caractérisée par une constance du Km et une augmentation de Vmax

15. Un contrôle homotrope traduit le fait que l'enzyme ne s'associe qu'à un seul ligand 16. Dans un contrôle hétérotrope l'enzyme s'associe avec plusieurs ligands 17. Dans une voie métabolique, les enzymes allostériques occupent une position quelconque.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4.

Faux: § 4.1.4 p 183 Vrai: & 4.1.4 p 183 Faux: § 4.1.3 p 183 Faux: cette courbe est construite en utilisant plusieurs milieux réactionnels différents par la concentration en substrat utilisée: § 4.2.1.a ; p 184 5. Faux; il faut d'abord lire les coordonnées d'un graphique avant de conclure à une cinétique (qui suppose l'analyse d'une vitesse). Voir fig. 2.46 p. 92 6. Vrai; fig. 3.15 p. 131; fig. 4.2 p. 185 7. Faux; § 4.2.1.c p. 186; veiller cependant à la remarque au bas de ce même paragraphe. Voir aussi § 4.2.3.a 8. Faux: § 4.2.2 p. 187 & 6 5.1.4.b p 213. 9. Vrai: § 4.2.3.b & c p.189 10. Vrai: § 4.2.3.b & c p.189. § 4.3.1 p 189 à 192 11. Faux: § 4.2.2 p. 197 12. Faux: § 4.3.3.a p. 193; 13. Faux: § 4.4.3 p. 198 14. Faux: attention vrai pour Km mais faux pour Vmax § 4.4.3 p. 198 15. Faux: § 4.5.2.c p. 202 16. Vrai: § 4.5.2.c p. 202; mais cela ne définit pas un contrôle hétérotrope 17. Faux: § 4.5.4 p 204

QCM Ø Restituer des connaissances

1. L'équation de Michaelis-Menten: a) est établie en prenant comme hypothèse la réalisation d'un complexe enzyme-substrat b) conclut à la formation d'un complexe enzyme substrat c) correspond à une hyperbole à asymptote horizontale

2. Une cinétique traduite par une hyperbole à asymptote horizontale est typique: a) des réactions catalysées par les enzymes b) de réactions enzymatiques c) de réactions spontanées

3. La représentation de Lineweaver-Burk est: a) une représentation en coordonnées inverses b) utile pour déterminer correctement Km et Vmax c) recommandée pour déterminer Km et Vmax 31 re

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d) caractérisée par une droite e) utile dans le cas d'inhibitions compétitive ou non compétitive

4. L'enthalpie libre d'activation: a) caractérise la spontanéité d'une réaction b) conditionne la vitesse d'une réaction c) varie dans le même sens que la vitesse de réaction

5. Le modèle « clé-serrure » est bien adapté pour: a) illustrer la formation d'un complexe E-S b) comprendre l'état de transition

6. Le site actif d'une enzyme : a) est lié à la nature protéique de l'enzyme b) est en général un endroit « abrité » de la molécule c) comporte des acides aminés qui participent à la réaction

7. L'inhibition réversible compétitive: a) se traduit par une diminution du Km apparent (en valeur absolue) b) s'exerce quelle que soit la concentration en substrat c) implique le site actif de l'enzyme

8. Les cofacteurs: a) sont des molécules simples b) peuvent être des molécules complexes

9. Une cinétique enzymatique de type sigmoïde: a) caractérise une enzyme allostérique b) traduit un effet coopératif

► CORRIGÉS 1. 1. a) vrai § 4.2.1.b p. 185; b) faux § 4.2.1.b p. 185; c) vrai: § 4.2.1.b p. 185 2. 2. a) faux § 4.2.1.b p. 185 & § 4.5.2.a p. 200 ; b) vrai : de certaines ractions: celles catalysées par des 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

enzymes michaeliennes; c) faux: § 4.1.3 p. 183 3. a) b) c) et d) vrai: § 4.2.1.d p. 186 ;e) vrai: § 4.3.3 a p. 193 & § 4.4.3 p. 198 4. a) faux § 4.2.2 p. 187; b) vrai § 4.2.2 p. 187; c) faux § 4.2.2 p. 187. La vitesse de réaction diminue exponantiellement quand l'enthalpie libre d'activation augmente 5. a) vrai; b) faux: § 4.2.3.b & c p. 188 & 189 6. a) b) & c) vrai; § 4.3.2 p. 192 7. a) faux; b) faux; c) vrai; § 4.3.3.a p. 193 8. a) faux: fig. 5.14 p. 229; b) vrai: § 4.4.2 p. 197 & fig. 5.14 p. 229 9. a) & b) vrai: § 4.5.2 p. 200

32 re

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Compléments

CHAPITRE

5

EXERCICE 1 Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document ; utiliser des données chiffrées

L'enthalpie libre standard de formation d'un groupe fonctionnel à partir des éléments chimiques est déterminée par des mesures thermodynamiques. En ajoutant les valeurs d'enthalpie libre standard de formation des divers groupes d'un composé, on calcule l'enthalpie libre de formation de ce composé qui représente son « contenu énergétique ». Le tableau ci-dessous consigne les valeurs d'enthalpie libre standard de formation (en kJ.mol-1) des réactifs et des produits de deux réactions : A+B

C+ D (1)

E+F

G + H (2)

G°’ réactifs -1

(en kJ.mol ) Réaction (1)

Réaction (2)

G°’ produits -1 (en kJ.mol )

A

423,7

546,6

C

B

327,5

209,8

D

E

787,3

326,5

G

F

237,4

422,5

H

Questionnement général Utilisez ces données pour comparer les deux réactions.

Questionnement guidé 1. Calculez la vari différence entre la somme des enthalpies libres standard des produits et la somme des enthalpies libres standard des réactifs. Indiquez pour chacune d'elles les conditions de leur déroulement en conditions standard : spontanéité, réversibilité….. 2. Est-il possible d’extrapoler ces conclusions à la situation réelle d’une cellule ?

► CORRIGÉS 1. Réaction (1) : G°’A+G°’B = 751,2 ; G°’C+G°’D = 756,4 ; DG°’ = 5,2 kJ.mol-1 ; cette réaction est faiblement endergonique donc non spontanée dans les conditions standard mais assez proche de l’équilibre ; Réaction (2) : G°’E+G°’F= 1024,7 ; G°’G+G°’H = 749 ; DG°’ = -275,7 kJ.mol-1 ; cette réaction est fortement exergonique donc spontanée dans les conditions standard car très éloignée de l’équilibre. 2. Réaction (1) : comme la variation d’enthalpie libre standard est faible, elle peut dans les conditions cellulaires se révéler spontanée pour des écarts modestes de concentrations des réactifs ou des produits par rapport à une situation d’égalité des concentrations (dans le cas où [A] = [B] = [C] = [D], Ln K = 0 et DG’ = DG°’). (§ 5.1.4.b p. 214) Réaction (2) : l'écart important avec la situation d’équilibre en conditions standard laisse à penser que, même en conditions réelles, cette réaction est largement spontanée. 33 re

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EXERCICE 2 Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document ; utiliser des données chiffrées

On s'intéresse à la réaction : Glucose 6P

Glucose 1P

Dans le type cellulaire étudié, la concentration intracellulaire des réactants est respectivement de 90,4 mmol.L-1 et de 4,8 mmol.L-1; par ailleurs la variation d’enthalpie libre standard G°’vaut + 7,1 kJ.mol-1.

Questionnement général Utilisez ces données pour comparer les deux réactions.

Questionnement guidé 1. Calculez la constante d'équilibre à T= 37°C et le rapport Kr qui prend en compte les concentrations réelles. Que conclure ? 2. Calculez la variation d'enthalpie libre réelle de la réaction. 3. Indiquez à partir de cette valeur si la réaction est spontanée ou non.

► CORRIGÉS 1. Keq = e-DG°’/RT = e-7100/8,31.310 = e-2,85 = 0,064 ; Kr= (G1P) / (G6P) = 0,053 ; la situation réelle est très proche de la situation d’équilibre ce qui suggère que cette réaction peut facilement s’inverser suite aux variations de concentration du réactif et du produit. 2 et 3. Utilisez la formule § 5.1.4.b p. 214 ; DG' = 7100 + 8,31.310 Ln(0,064) = 7100 – 7081 = + 19 J.mol-1; cette réaction est non spontanée dans le type cellulaire étudié mais une légère hausse de la concentration en produit ou une légère baisse de la concentration en réactif suffirait à la rendre possible ; par contre la réaction inverse est spontanée.

EXERCICE 3 Ø mobiliser des connaissances pour étudier un document; utiliser des données chiffrées

Soit la réaction de la glycolyse dans laquelle le fructose 6P (F6P) est phosphorylé en fructose 1,6 bisP, (F1,6 bisP) selon la réaction (fig. 7.3 p. 284): Fructose 6P + ATP

Fructose 1,6 bisP + ADP -1

Dans un érythrocyte les concentrations (en mmol.L ) des divers réactants sont les suivantes : (F6P) = 14 ; (F1,6 bisP) = 31 ; (ATP) = 1850 ; (ADP) = 138. La constante d'équilibre Keq de la réaction est égale à 248.

Questionnement général Utilisez ces données pour caractériser cette réaction dans les conditions cellulaires.

Questionnement guidé 1. Calculez la variation d'enthalpie libre standard de la réaction à 37°C.. 2. Calculez le rapport Kr qui prend en compte les concentrations réelles (cellulaires). 3. Calculez la variation d'enthalpie de la réaction dans les conditions cellulaires. 4. Indiquez à partir de cette valeur si la réaction est spontanée, réversible.

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► CORRIGÉS 1. voir § 5.1.4.b p. 214 DG0' = - 8,31.310.Ln(Keq) = - 14,2 kJ.mol-1 ; 2. Kr = (31 x138) / (1850 x 14) = 0,165 ; 3. DG’ = -14200 + 8,31.310.Ln(0,165) = - 14200 – 4642 = -18,8 kJ.mol-1; 4. Cette réaction exergonique est spontanée ; la valeur de la variation d’enthalpie libre étant très importante, il y a tout lieu de penser que cette réaction est irréversible.

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. L'énergie est la cause d'une quantité de mouvement attaché à une particule. 2. Métabolisme cellulaire et énergétique sont synonymes 3. L'entropie décrit le degré d'organisation d'un système. 4. Les conditions standard et les conditions cellulaires sont équivalentes. 5. Une réaction exergonique est une réaction exothermique dans les conditions cellulaires. 6. La variation d'enthalpie libre réelle d'une réaction renseigne davantage sur le métabolisme cellulaire que la variation d'enthalpie libre standard.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Vrai: § 5.1.1 p 211 Faux: métabolisme:§ 5.1.1 p 211; énergétique: thermodynamique associée aux systèmes Vrai: § 5.1.2.a p. 211 Faux: § 5.1.4.b; p. 213 Faux: § 5.1.3; p. 213 Vrai: § 5.1.4.b; p. 213

vivants

QCM 1. L'entropie et le degré d'organisation d'un système : a) varient: dans le même sens ; b) varient en sens inverse ; c) sont deux paramètres indépendants.

2. Une cellule embryonnaire et une cellule différenciée : a) ont la même entropie ; b) ont des probabilités d'existence différentes.

3. L'entropie est un paramètre : a) qui augmente quand la température augmente ; b) qui diminue quand la température augmente ; c) indépendant de la température ; d) qui a la dimension d'un travail.

4. L'état vivant : a) est caractérisé par une entropie faible b) est un état d'équilibre. 35 re

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5. La diminution de l'entropie d'un système : a) nécessite un apport d'énergie au système ; b) s'accompagne d'une augmentation équivalente de l'entropie de son environnement ; c) n'a pas d'influence sur l'entropie de son environnement

6. La diminution de l'énergie interne d'un système: a) nécessite un apport d'énergie au système b) s'accompagne d'une augmentation équivalente de l'énergie de son environnement c) n'a pas d'influence sur l'énergie de son environnement

7. La réaction d'hydrolyse de l'ATP dans les conditions cellulaires : a) est endergonique ; b) est caractérisée par une constante d'équilibre faible ; c) traduit des conditions d'équilibre.

8. Un couplage énergétique : a)possède un bilan énergétique quelconque ; b) associe deux transformations thermodynamiquement opposées ; c) fait intervenir deux compartiments cellulaires.

9. La convergence du catabolisme exprime le fait : a) qu'il aboutit à nombre limité de molécules complexes ; b) qu'il repose sur un nombre limité de substrats ; c) qu'il fait intervenir des coenzymes.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

a) faux; b) vrai; c) faux ; § 5.1.2. a; p. 211 a) faux; b) vrai ; § 5.1.2. a; p. 211 a) vrai;b) vrai; c) faux; d) faux; § 5.1.2. b; p. 211/212 a) vrai; b) faux; § 5.1.2. c; p. 212 a) vrai; b) faux; c) faux; § 5.1.2. c; p. 212 a) faux; b) vrai; c)faux; § 5.1.3; p. 213 a) faux; b) faux; c) faux; § 5.1.4.b; p. 213 a) faux; b) vrai; c) faux; § 5.2.2.d; p. 223 a), b) & c) faux; § 5.3.1.a; p. 231

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Compléments

CHAPITRE

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EXERCICE 1 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document:

Des cellules vivantes de chlorelles sont placées en grand nombre dans une fiole contenant une solution aqueuse d'hydrogénocarbonate et de carbonate de potassium et un volume d'air limité. Le montage est placé à la lumière. Selon les expériences, l’eau et les ions hydrogénocarbonates et carbonates comportent des proportions variables d'oxygène lourd 18O. La proportion moyenne des isotopes de l’oxygène sur Terre est de : 99,7 % de 16O, 0.04 % de 17O et de 0,20 % de 18O. On évalue tout au long de l’expérience, à des temps variables, les proportions d'oxygène lourd dans l'eau (colonne 5), les solutés (colonne 6) et le dioxygène de l'air de l'enceinte (colonne 7). Les résultats obtenus par l’équipe de Ruben sont consignés dans le tableau de la figure 1. Expériences

Concentration en solutés (en -1 mol.L )

A

KHCO3= 0.09 + K2CO3 = 0.09

B

KHCO3 = 0.14 + K2CO3= 0.06

C

KHCO3= 0.06 + K2CO3= 0.14

Temps après le lancement de l’expérience (minutes)

Durée du recueil du dioxygène (minutes) 0 0 De 45 à 110 65 De 110 à 225 115 De 225 à 350 125 0 0 De 40 à 110 70 De 110 à 185 75 0 0 De 10 à 50 40 De 50 à 165 115 x : absence de données Figure 1

18

Pourcentage (%) de O dans : H2O HCO3 et O2 2CO3 85 85 85 85 20 20 20 20 20 20

20 41 55 61 x 50 40 68 x 57

x 84 85 86 * x 20 20 x 21* 20

1. Dans l’expérience A, comment expliquez-vous l’évolution de la quantité d’oxygène lourd dans HCO3- et CO32-? 2. Pouvez-vous comparer les expériences A, B et C entre elles. Justifiez votre réponse. 3. Proposez deux montages témoins qui complètent les trois expériences proposées. Précisez les résultats obtenus pour ces montages témoins. 4. Comparez dans les 3 expériences la quantité d’oxygène lourd dans le dioxygène produit par photosynthèse et celle dans HCO3- et CO32-d’une part et dans l’eau d’autre part. Que pouvez-vous en conclure ? 5. Proposez une explication aux valeurs d’oxygène lourd signalées par un astérisque (*). 6. Critiquez la valeur d’oxygène lourd signalée en gras. 7. Sachant que la photosynthèse est un processus rapide et que de l’eau est produite lors de la respiration à partir de l’oxydation de composés issus de la photosynthèse, proposez une autre origine du 18O présent dans l’air que celle donnée dans la question 4.

► CORRIGÉS Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances 1. Dans l’expérience A, HCO3- et CO32- s’enrichissent progressivement en oxygène lourd. Une certaine proportion d'ions hydrogénocarbonates et carbonates voient leur élément oxygène 16 remplacé par de l'oxygène 18. La seule source d'oxygène lourd est l'eau. On peut donc envisager que l’oxygène lourd de l’eau s’échange contre de l’oxygène léger (16O) de HCO3- et CO32- . L’eau est en très grande quantité par rapport à 37 re

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HCO3- et CO32- . La diminution de la proportion en 18O dans l’eau n’est pas enregistrée par les techniques employées. Ø observer: recenser, extraire et organiser des informations et proposer une explication

2. On ne peut pas comparer les 3 expériences proposées entre elles car elles diffèrent par plusieurs paramètres (concentrations des solutés, durée de recueil du dioxygène, proportions initiales de 18O dans l’eau et dans les solutés). Ø Concevoir un protocole et mobiliser ses connaissances

3. Un montage identique au protocole A, mais dépourvu de chlorelles, devrait aboutir à des résultats équivalents pour les colonnes 5 et 6. Pour la colonne 7, les techniques de mesure utilisées ne montrent aucun oxygène lourd dans l'air de l'enceinte. Il en est de même pour un montage identique au protocole A mais laissé à l'obscurité. Ces deux montages témoins permettent d’envisager les effets de la photosynthèse réalisée par les chlorelles sur la répartition des isotopes de l’oxygène dans l’eau, les substrats de la photosynthèse et dans l’air. Ø observer: recenser, extraire et organiser des informations; utiliser des données chiffrées 4. Le pourcentage en oxygène lourd du dioxygène est toujours quasi identique à celui de l’eau et très différent de celui du HCO3- et CO32-. On peut penser que le dioxygène libéré lors de la photosynthèse provient de l’oxydation de l'eau si l’on tient compte en plus des expériences témoins. § 6.2.1 p 243. Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document

5. Les valeurs d’oxygène lourd dans le dioxygène suivies d’un astérisque sont étonnantes car supérieures aux valeurs d’oxygène lourd dans l’eau. Elles sont toutefois assez proches et peuvent s’expliquer par l’imprécision des mesures. Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document

6. Si l’on suppose que les échanges air/eau sont négligeables, on devrait voir un enrichissement progressif en 18 O de l’air traduit par les résultats : l'enceinte au départ comporte un dioxygène 100% léger. Les chlorelles respirent et effectuent la photosynthèse. Comme les échanges gazeux de cette dernière sont plus intenses, l'enceinte va s'enrichir en dioxygène issu de la photosynthèse. Or, dès la première mesure, on a la proportion maximale. Cela veut dire que la totalité du dioxygène de l'enceinte a été recyclé et provient de la photosynthèse. Cela peut se comprendre si: · la quantité de chlorelles est importante · le temps est long (ce qui semble le cas) · le volume de l'air dans l'enceinte est limité. Ø proposer une explication et organiser des informations

7. Les expériences se déroulant sur plusieurs dizaines de minutes, on peut avoir : · assimilation du CO2 à 18O dans de la matière organique lors de la photosynthèse donc obtention de glucides et autres composés organiques enrichis en 18O. § 6.4.3 p 265 figure 6.21. · Oxydation de ces glucides enrichis en 18O lors de la respiration et formation d’eau comportant du 18O. Oxydation de l’eau enrichie en 18O lors de la photosynthèse ce qui libère du dioxygène dont le 18O · provient du CO2. On ne peut donc avec ces seuls résultats conclure de manière définitive quant à l'origine du dioxygène libéré lors de la photosynthèse.

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. La photosynthèse est un processus endergonique. 2. L’amidon est produit dans les thylakoïdes des chloroplastes. 3. Le dioxygène produit lors de la photosynthèse provient du CO2 atmosphérique. 4. Il est possible de séparer les pigments d’une feuille grâce à une électrophorèse sur gel de 38 re

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polyacrylamide-SDS.

5. Seuls les pigments chlorophylliens interviennent dans la photosynthèse. 6. Les pigments photosynthétiques ont une absorbance maximale autour de 430 nm et 670 nm. 7. Le spectre d’absorption des pigments photosynthétiques et le spectre d’action de la photosynthèse sont globalement superposables.

8. La membrane des thylakoïdes est lipidique : elle contient uniquement des lipides de structure et les lipides pigmentaires.

9. Un gradient de protons désigne une différence de concentration en protons de part et d’autre d’une membrane donc c’est un gradient chimique.

10. La rubisco et la PEP carboxylase ont le même substrat mais la PEP carboxylase a une vitesse maximale de catalyse beaucoup plus élevée que la rubisco

11. Les plantes en C4 ont une anatomie particulière : certaines cellules sont organisées en une gaine périvasculaire.

12. Les pigments de l’antenne collectrice des photosystèmes transfèrent l’énergie par résonance. 13. La chlorophylle a des centres réactionnels peut transférer des électrons soit à l’eau (photosystème II) soit à la ferredoxine (photosystème I).

14. La ferredoxine peut transférer spontanément un électron soit à la NADP réductase, soit à la plastoquinone.

15. L’ATP synthase des plastes a la même structure que celle des mitochondries mais hydrolyse l’ATP ce qui fournit l’énergie nécessaire à l’assimilation du carbone.

16. L’ATP peut entrer dans le stroma mais ne peut pas en sortir.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5.

Vrai. § 6.1.2 p 243 Faux, il est produit dans le stroma § 6.1.1 p 239 et 240 Faux. § 6.2.1 p 243 Faux. § 6.3.3. b p 248 et § 3.2.5.a p. 570

Faux : les pigments photosynthétiques regroupent les pigments chlorophylliens et caroténoïdes. § 6.3.3. b p 248 6. Vrai. § 6.3.3.a p 247 7. Vrai. § 6.3.3.a p 247 figure 6.6 8. Faux. Elle est aussi riche en diverses protéines. § 6.3.3.d p 254 tableau 6.1 9. Faux : en plus d’être un gradient chimique, c’est aussi un gradient électrique. § 6.3.4.c p 256 10. Faux. Ces deux enzymes n’ont pas le même substrat. § 6.5.3.b p 272 11. Vrai. § 6.5.3.a p 272 12. Vrai. § 6.3.3.c p 250 13. Faux. L’eau fournit des électrons lors de l’oxydation de l’eau et n’en reçoit pas de la chlorophylle a. § 6.3.3.c p 252 – 253 figure 6.12 14. Vrai. Dans un cas cela correspond au transfert non cyclique (NADP réductase) alors que dans l’autre cas cela correspond au transfert cyclique des électrons à la plastoquinone. § 6.3.3.c p 253 15. Faux. L’ATP synthase catalyse la formation d’ATP grâce à la dissipation du gradient de protons. § 6.3.4.c p 256 16. Vrai. § 6.4.4.a p 266 figure 6.22 39 re

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QCM Ø Restituer des connaissances

1. Parmi les protéines de la membrane des thylakoïdes, on trouve : a) b) c) d)

les chlorophylles les caroténoïdes la rubisco l’ATP synthase

2. Quelle est l’origine des électrons transférés par la plastoquinone : a) b) c) d) e)

La chlorophylle a du photosystème I La chlorophylle a du photosystème II Une molécule d’eau Le complexe cytochrome b6f La ferredoxine

3. Le gradient de protons : a) b) c) d)

Est établi entre l’espace intermembranaire et le stroma Est établi entre le stroma et le lumen Ne fait pas intervenir le lumen Est possible grâce à l’imperméabilité à ces ions de la membrane de part et d’autre de laquelle il s’établit

4. La photosynthèse en C4 : a) b) c) d)

Comporte deux étapes de carboxylation Se substitue au cycle de Calvin, caractéristique des plantes en C3. Permet d’augmenter localement la concentration en CO2 dans la feuille d’un facteur 100. Nécessite la coopération des mitochondries, des chloroplastes et des peroxysomes.

5. Les plantes en C4 peuvent réaliser la photosynthèse pour une concentration plus faible en CO2 que les plantes en C3 parce que : a) Elles ont plus de rubisco b) Elles ont plus de chloroplastes c) les enzymes impliquées dans l'assimilation du CO2 sont différentes

6. Le fonctionnement de la chaîne photosynthétique : a) Correspond au transfert continu d’électrons par oxydo-réduction qui permet aux électrons libérés par l’eau d’être transmis au NADP+ b) Permet d’établir un gradient de protons c) Consomme du pouvoir réducteur d) Est endergonique

7. La PEP carboxylase, enzyme impliquée dans la photosynthèse : a) Est une protéine cytosolique b) Est présente uniquement dans les cellules de la gaine périvasculaire des plantes en C4 et non dans tout le mésophylle c) A pour substrat le CO2 d) Est insensible au dioxygène tout comme la rubisco

8. Le photosystème : a) b) c) d) e)

Est une structure regroupant une antenne collectrice et un centre réactionnel Comporte des pigments photosynthétiques et des protéines peut fonctionner grâce à un transfert cyclique d’électrons est présent dans les membranes des thylakoïdes granaires ou non granaires de plantes en C3 n° II n’est pas actif dans les cellules de la gaine périvasculaire des plantes en C4.

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► CORRIGÉS 1. d. Les pigments chlorophylliens et caroténoïdes ne sont pas des protéines. La rubisco est une protéine 2. 3. 4. 5. 6.

7. 8.

matricielle et non pas membranaire. B, e selon si le transfert des électrons est acyclique ou non. § 6.3.3.c p 252 – 253 figure 6.12 B, d. § 6.3.4. e p 259 figure 6.17 A, c.§ 6.5.3 b p 274 figure 6.28 C. elle a la PEP carboxylase en plus. B) Le transfert des électrons est discontinu puisque ce ne sont pas les électrons libérés par la l’oxydation de l’eau qui sont transmis au NADP+. Cette chaîne produit du pouvoir réducteur sous la forme de NADPH,H+.§ 6.3.3.c p 252 – 253 figure 6.12; d: le transfert d'électrons (qui ne représente pas la totalité de la chaîne ) est endergonique ; par contre, la chaîne entière fonctionne, elle est donc la somme de réactions qui sont globalement exergoniques. A. C’est une enzyme du mésophylle. Son substrat est l’ion hydrogénocarbonate. La rubisco est sensible au dioxygène. § 6.5.3.b p 272 A, b, c, d, e.

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Compléments

CHAPITRE

7

EXERCICE 1 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document:

Régionalisation du métabolisme et substrats énergétiques permettant la motilité du spermatozoïde d’après le sujet B agro 2010 modifié Dans tout l’exercice, les barres verticales sur les graphes et les histogrammes représentent l’erreur standard de la moyenne (ou écart standard). On admettra que les résultats sont différents si les barres d’erreur ne se chevauchent pas. Les spermatozoïdes comportent 3 parties : la tête comprenant le noyau et une vésicule golgienne particulière, la pièce intermédiaire riche en mitochondries et la queue qui n'en comporte pas. La pièce intermédiaire et la queue forment le flagelle, partie mobile grâce au cytosquelette dont les ondulations consomment de l'ATP. Substrats utilisables par le spermatozoïde in vitro Des spermatozoïdes parfaitement motiles sont prélevés dans la région caudale de l’épididyme de souris mâles adultes. Ils sont séparés en 5 lots, incubés à 37°C dans un milieu de culture minimum (noté MM) contenant ou non différents substrats métaboliques normalement présents dans les sécrétions des voies génitales mâle ou femelle. On détermine la fréquence des battements flagellaires de chaque spermatozoïde à partir du temps 0 correspondant au premier contact entre le spermatozoïde et le milieu de culture.

Figure 1 : fréquence des battements du flagelle en fonction du temps d’incubation

1. Formulez les problématiques auxquelles le titre de l’énoncé vous invite à répondre. 2. Choisissez parmi les propositions suivantes, celles que vous retiendrez pour l’analyse de ce document. A. Le témoin est l’expérience dans le milieu MM + glucose. B. Le témoin est l’expérience dans le milieu MM. C. Dans le milieu MM, la courbe descend vite puis plus lentement au cours du temps. D. Dans tous les milieux enrichis en glucides, la fréquence des battements des flagelles de spermatozoïdes est supérieure à celle mesurée dans le milieu MM. E. La fréquence des battements est la plus élevée dans le milieu enrichi en glucose (23 Hz) donc c’est le substrat le plus efficace pour le déplacement du spermatozoïde. F. La fréquence des battements est la plus faible dans le milieu enrichi en lactate (16 Hz environ) donc c’est le substrat le moins efficace pour le déplacement du spermatozoïde. G. Les barres verticales du graphe se superposent pour tous les milieux enrichis donc on ne peut rien tirer de ces résultats. H. Les barres verticales du graphe se superposent pour tous les milieux enrichis donc les différents 42 re

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substrats ajoutés au milieu minimum permettent aux spermatozoïdes d’avoir des fréquences de battements identiques. 3. Rédigez l'analyse de ces résultats. Les spermatozoïdes ne produisent pas de glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase (GAPD : l’enzyme catalysant l’oxydation du glyceraldéhyde-3-P lors de la glycolyse) mais une forme voisine la GAPDS. Cette protéine peut être localisée par immunofluorescence dans les spermatozoïdes où elle n’est retrouvée que dans la queue du flagelle. Chez des témoins négatifs, des souris mutantes pour lesquelles l’expression du gène gapds codant la GAPDS est totalement inhibée, aucune fluorescence nette n’est détectée dans les spermatozoïdes. De plus, ces derniers ne sont pas motiles. 4. Analysez ce résultat. 5. Proposez une ou plusieurs hypothèses relatives à la régionalisation du métabolisme. 6. Construisez un bilan.

► CORRIGÉS Ø extraire des informations

1. Les problématiques doivent être extraites à partir du titre de l’énoncé (titre de la partie étudiée dans un sujet de concours). Dans quelle région du spermatozoïde se déroulent les processus métaboliques utilisant les substrats énergétiques ? Ø observer: recenser, extraire et organiser des informations; utiliser des données chiffrées 2. A : faux. B : incomplet. Il faut toujours identifier le(s) témoin(s) d’une expérience mais il faut aussi préciser s’il s’agit du témoin négatif ou positif de l’expérience. Ici, l’expérience en milieu minimum est un témoin négatif. C : Incorrect. La rédaction proposée ne convient pas. Il faut décrire les variations (diminution, augmentation...) du paramètre pris en compte (ici la fréquence des battements) en donnant des valeurs et non pas l'allure de « la courbe ». D : vrai. E et F : faux car il faut tenir compte de l'intervalle d'erreurs. Les barres verticales se superposent. G : faux. H : vrai. Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

3. Commencer par les observations : sur MM battements faibles (10 Hz) et qui s'annulent au bout de 20 min; sur les milieux complétés avec divers substrats, battements plus fréquents et maintenus. Nécessité de présence de substrats dans le milieu. Ils doivent être catabolisés pour fournir l'ATP nécessaire aux ondulations. Dans quels processus métaboliques ? Le glucose et le fructose peuvent entrer dans la voie de la glycolyse. Le pyruvate peut entrer dans le cycle de Krebs via l’acétyl CoA. Le lactate peut être converti en pyruvate. Dans le milieu minimum, la fréquence initiale non nulle des ondulations peut provenir de l'ATP fourni par le catabolisme de réserve(s) endogène(s) de substrats. Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

4. La GAPDS n'est retrouvée que dans la queue des spermatozoïdes. La réaction d’oxydation du glyceraldéhyde-3-P lors de la glycolyse n'a donc lieu que dans cette région où se déroule une partie ou la totalité de cette voie métabolique. Or, les mitochondries qui sont situées dans la pièce intermédiaire utilisent des substrats issus de la glycolyse. Il doit donc y avoir une coopération métabolique entre ces 2 parties du spermatozoïde, impliquant une migration de substances depuis la queue vers la pièce intermédiaire. Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

5. La régionalisation repose d'abord sur la stricte localisation des mitochondries, sièges de la respiration dans la pièce intermédiaire. La localisation de la glycolyse dans la queue du flagelle peut être due à une localisation stricte, dans cette partie du spermatozoïde, des enzymes de la glycolyse (astérisque rouge figure L'enzyme de la conversion du lactate en pyruvate (astérisque bleue) serait quant à elle limitée au cytosol de la pièce intermédiaire. On peut aussi envisager une spécialisation fonctionnelle du plasmalemme (tracé de couleurs différentes figure 2) qui ne comporterait des transporteurs de glucose et de fructose qu'au niveau de la queue, alors que les transports de pyruvate et de lactate ne se feraient qu'au niveau de la pièce intermédiaire. 43 re

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Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

6. L'ATP nécessaire aux ondulations flagellaires est certainement issu (en partie ou en totalité) de la respiration. On peut penser que le glucose et le fructose sont utilisés par la glycolyse dans la queue du flagelle. Le pyruvate issu de la glycolyse ou du lactate est ensuite catabolisé dans la matrice des mitochondries de la pièce intermédiaire, sièges de la respiration (figure 2). TETE

PIECE INTERMEDIAIRE

QUEUE

substrats du milieu extracelllaire lactate

lactate

pyruvate

*

fructose

pyruvate pyruvate

glycolyse

cycle de Krebs

ADP

glucose

ATP

*

glucose

ADP

ondulations du flagelle

ATP ATP mitochondrie

plasmalemme de la queue

plasmalemme de la pièce intermédiaire

Figure 2

EXERCICE 2 Ø Maîtriser le raisonnement scientifique :

Certaines personnes présentent une déficience partielle en hexokinase ou en pyruvate-kinase, enzymes de la glycolyse. Dans les hématies, le 1,3 bisphosphoglycérate, intermédiaire de la glycolyse, est un précurseur du 2,3 bisphosphoglycérate (2-3-BPG) qui est un effecteur allostérique de l’hémoglobine : la présence du 23-BPG au sein de l’hémoglobine dans les érythrocytes humains diminue leur affinité pour O2 d’un facteur 26. (Biologie 2, § 16.1.3.b p.479) 1. Rappeler quelles réactions sont catalysées par les deux enzymes 2. Tracer la courbe de saturation en dioxygène en fonction de la pression partielle en dioxygène chez une personne saine. Tracer cette même courbe en cas de déficience partielle en hexokinase et en cas de déficience partielle en pyruvate-kinase. Expliquer votre réponse.

► CORRIGÉS 1. L’hexokinase catalyse la première réaction de la glycolyse : 1 glucose + 1 ATP = 1 glucose 6-P + 1 ADP. La pyruvate kinase catalyse la dernière réaction de la glycolyse : 1 phosphoénolpyruvate + 1 ADP+ 1 H+ = 1 ATP + 1 pyruvate. § 7.2.1 p.284 2. Dans le cas d’une déficience en hexokinase, il y a moins de 1-3-BPG de formé donc moins de 2-3-BPG dans l’érythrocyte. La courbe de saturation en dioxygène en fonction de la pression partielle en dioxygène est toujours une sigmoïde mais décalée vers la gauche par rapport à la courbe du témoin positif. Dans le cas d’une déficience en pyruvate kinase, il y a accumulation, entre autres, de 1-3-BPG car la voie de sortie de la glycolyse fonctionne mal donc plus de 2-3-BPG dans l’érythrocyte. La courbe de saturation en dioxygène en fonction de la pression partielle en dioxygène est toujours une sigmoïde mais décalée vers la droite par rapport à la courbe du témoin positif. 44 re

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VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Les levures réalisent une fermentation en conditions d’anaérobiose. Les hématies réalisent une fermentation éthanolique. La membrane externe des mitochondries est moins perméable aux ions que leur membrane interne. La glycolyse se déroule dans le stroma de la mitochondrie. La glycolyse est un processus globalement exergonique. La pyruvate kinase est inhibée par un excès d’ATP ou d’acétyl-CoA. La triose phosphate isomérase est peu efficace ce qui explique l’accumulation de dihydroxyacétonephosphate et la faible proportion de glycéraldéhyde 3-phosphate.

8. Le cycle de Krebs recycle le pouvoir réducteur issu de la glycolyse. 9. Le dihydroxyacétone phosphate produit lors de la glycolyse permet l’entrée du NADH,H+ cytosolique dans l’espace intermembranaire de la mitochondrie.

10. Un système de navettes est indispensable à l’entrée du NADH,H+ cytosolique dans la mitochondrie car la membrane externe de celle-ci lui est imperméable.

11. L’ubiquinone peut recevoir des électrons du complexe I ou du complexe II de la chaîne respiratoire. 12. Au sein des cytochromes, ce sont les hèmes qui permettent les transferts d’électrons. 13. L’ATP synthase permet un couplage chimio-osmotique. 14. L’ATP formé dans la mitochondrie est exporté vers le cytosol via un transport exergonique. 15. L’échange antiport ATP/ADP qui permet la sortie de l’ATP de la mitochondrie est électrogène. 16. La force protomotrice est dissipée en partie par des exportations de molécules organiques via des antiports.

17. Certaines protéines mitochondriales sont codées par des gènes nucléolaires. 18. La mitochondrie comporte des chromosomes dans sa matrice.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Vrai § 7.1.1 p 280 Faux !! Les hématies ne produisent pas d’alcool ! § 7.2.5 p 287 Faux. § 7.4.2 p 293 Faux. La glycolyse se déroule dans le cytosol. § 7.1.3 p 282 Vrai. § 7.2.2.a p 286 figure 7.4 Vrai. § 7.2.2 p 286 Faux. C’est une enzyme qui accélère la réaction d’un facteur 109 à 1010 : elle est donc très efficace. § 7.2.1.b p 283 8. Faux. Le pouvoir réducteur formé lors de la glycolyse est utilisé par la chaîne respiratoire. § 7.4.5 p 297 9. Faux. Le dihydroxyacétone phosphate produit lors de la glycolyse alimente la phase d’oxydoréduction et de transphosphorylation de la glycolyse. § 7.2.1.b p 284 10. Vrai. 11. Vrai. § 7.4.5 p 297 12. Vrai. § 7.4.3 p 293 13. Faux. C’est un couplage osmo-chimique. § 7.5.4 p 299 14. Vrai. § 7.6.1 p 305 15. Vrai. La charge de l’ATP et de l’ADP ne sont pas les mêmes (§ 5.2.2.a p. 221) 16. Vrai. § 7.6.1 p 305 17. Faux. Attention à la confusion entre nucléaire et nucléolaire ! 45 re

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18. Vrai. § 7.6.2 p 306

QCM Ø Restituer des connaissances

1. La glycolyse : a) Est une succession de réactions d’oxydo-réduction. b) Est un processus métabolique universel c) Comprend 2 réactions irréversibles qui constituent des points de contrôle de la glycolyse : la lyse du fructose 1,6 bis-P et la réaction catalysée par la pyruvate kinase. d) Est un processus métabolique qui précède la respiration mitochondriale ou les fermentations. e) Consomme, pour une molécule de glucose, 2 ATP mais en produit 4.

2. Le pyruvate : a) b) c) d)

Peut provenir de la transamination d’un acide aminé tel que l’alanine ou la sérine. Est le produit de la fermentation lactique Peut entrer dans la voie des pentoses phosphate Permet la formation d’acétyl-CoA grâce à la pyruvate déshydrogénase, enzyme du cytosol.

3. Les fermentations : a) b) c) d)

sont un processus métabolique des seuls Procaryotes permettent de rétablir la balance redox et donc de poursuivre la glycolyse sont en compétition avec la voie des pentoses phosphate permettent la réduction des coenzymes

4. L’acétyl CoA : a) b) c) d)

Est un produit de la glycolyse Est un produit de la β-oxydation des acides gras Est un acyl-CoA réduit Est le point d’entrée du cycle de Calvin.

5. Le cycle de Krebs : a) b) c) d)

implique uniquement des molécules à 4 carbones Permet l’oxydation du carbone organique Permet l’oxydation du carbone organique grâce au dioxygène Produit 4 molécules de coenzymes réduites par tour

6. Le NADH,H+ : a) b) c) d) e)

Cytosolique entre dans la mitochondrie car des navettes lui permettent d’être transporté Est le substrat du complexe I de la chaîne respiratoire Peut être transformé en FADH2 qui est le substrat du complexe II de la chaîne respiratoire Est formé exclusivement lors de la glycolyse Est formé au cours de processus tels que la β-oxydation des acides gras ou le cycle de Krebs

7. La membrane interne de la mitochondrie : a) Sépare la matrice de l’espace intermembranaire b) Est riche en protéines de transport de molécules diverses (ADP, acides aminés, protons, malate, citrate, pyruvate, calcium…) c) Présente une surface d’échanges beaucoup plus importante que la membrane externe

8. Les complexes de la chaîne respiratoire mitochondriale : a) b) c) d)

Ne réalisent pas tous un transport actif de protons Sont de gros complexes protéiques Sont tous des transporteurs d’électrons Sont intégrés dans la membrane externe de la mitochondrie.

9. A propos de l’ATP synthase : a) La rotation des sous-unités β provoque la synthèse de l’ATP à partir d’ADP et de Pi 46 re

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b) Le transfert des protons dans les sous-unités β provoque la synthèse de l’ATP à partir d’ADP et de Pi c) Le changement de conformation des sous-unités β provoque la synthèse de l’ATP à partir d’ADP et de Pi d) La rotation du rotor permet la synthèse de l’ATP à partir d’ADP et de Pi au niveau du stator.

10. Si on fait le bilan du catabolisme : a) L’oxydation d’une molécule de glucose produit 26 à 34 ATP dans une cellule musculaire en conditions aérobies b) L’oxydation d’un acyl-CoA dérivée du palmitate (acide gras à 16 carbones) produit 100 ATP. c) A masse égale, les lipides sont plus oxydables que les glucides. d) La fermentation lactique produit plus d’ATP que la fermentation éthanolique à partir d’une molécule de glucose.

► CORRIGÉS 11. b, d, e sont vrais. a : La glycolyse ne comprend qu’une seule réaction d’oxydo-réduction. § 7.2.1.c p 285. c : La glycolyse comprend 3 réactions irréversibles catalysées par l’hexokinase, la PFK1 et la pyruvate kinase. p 284 figure 7.3. 12. a est vrai : § 7.2.4 p 287. b : La fermentation lactique produit du lactate § 7.2.5 p 288 figure 7.6. c : Le glucose 6-phosphate peut entrer dans la voie des pentoses phosphate § 7.2.3 p 287. d : La pyruvate déshydrogénase est localisée dans la matrice mitochondriale. § 7.3.1 p 288 13. b est vrai : § 7.2.5 p 287. a : La fermentation peut s’observer aussi chez des Eucaryotes § 7.2.5 p 287. c : la fermentation n’est pas en compétition avec la voie des pentoses phosphate puisque les substrats sont différents pour ces deux processus. d : La fermentation permet l’oxydation du NADH,H+ § 7.2.5 p 287 288 figure 7.6. 14. b : vrai § 7.3.2 p 288. A : La glycolyse produit du pyruvate, du NADH,H+, de l’ATP et de l’eau. § 7.2.1.b p 284. C : Un acyl-CoA est un acides gras activé par une liaison avec un coenzyme a. L’oxydation d’acyl-CoA produit des acétyl-CoA. § 7.3.2 p 288-289. D : L’acétyl-Coa est le point d’entrée du cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique § 7.3.4 p 290. 15. b, d sont vrais : § 7.3.4 p 290-291 figure 7.9. a : Le cycle de Krebs comporte des molécules à 2, 4 et 6 carbones. c : L’oxydation du carbone organique ne se fait pas en présence de dioxygène. Toute oxydation ne fait pas obligatoirement intervenir le dioxygène : il existe de nombreux couples redox. § 7.3.4 p 290291 figure 7.9 16. b, e sont vrais : § 7.4.4 p 296, § 7.3.5 p 291, § 7.3.2 p 289. a : Le NADH, H+ ne peut pas entrer dans les mitochondries : ce sont les électrons qui sont transférés par oxydoréductions au niveau des navettes § 7.3.3 p 289. c : Les navettes ne transforment pas le NADH,H+ en FADH2 mais peuvent transférer les électrons du NADH,H+ au FAD alors réduit en FADH2. § 7.3.3 p 289 17. a, b sont vrais § 7.6.1 p 305, c est vrai § 7.1.3 p 282 figure 7.2 18. a, b sont vrais : § 7.4.5 p 296-297, § 7.4.3.a p 294. c : Le complexe V ne transfère pas d’électrons : § 7.4.5 p 297 . D : La chaîne respiratoire est présente dans la membrane interne de la mitochondrie § 7.4.5 p 296-297 19. c, d sont vrais : § 7.5.4 p 299-303. A : Les sous-unités β font partie du stator et ne sont donc pas en rotation. d : Les protons ne sont pas transférés par les sous-unités β. § 7.5.3 et 7.5.4 p 299-300 20. a, c sont vrais : § 7.5.5 p 303 - 304. B : Dans une cellule musculaire qui respire, c’est la navette glycérolP qui est utilisée. § 7.3.3 p 290 figure 7.8. Il y aura donc 8(NADH,H+) et 4 FADH2. § 7.5.5 p 304 figure 7.20. Avec un acyl-CoA à 16 carbones, il faudra 7 tours d’hélice de Lynen (§ 7.3.2 p 289) donc il y aura production de 7 FADH2, 7 NADH,H+ et 8 acétyl-CoA qui entreront dans le cycle de Krebs (§ 7.3.4 p 291) et permettront ainsi la formation 24 NADH,H+, 8 FADH2 et 8 GTP permettront la synthèse de 8 ATP. Les 31 NADH,H+ et les 15 FADH2 permettront la synthèse de 100 ATP. Au total, il y aura donc synthèse de 108 ATP environ par respiration. D : Les deux fermentations produisent exactement le même nombre d’ATP au cours de la glycolyse. § 7.2.5 p 287 - 288

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Compléments

CHAPITRE

8

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. Le génome nucléaire des eucaryotes est constitué de molécules linéaires d’ ADN. 2. L’ADN des procaryote est une molécule linéaire. 3. Dans le noyau des cellules différenciées, l’ADN des eucaryotes est majoritairement compacté. 4. Les bases azotées de l’ADN sont notées A, T, G et C pour adénine, tyrosine, cytosine et glycine. 5. Les nucléosides de l’ADN sont adénosine, thymidine, guanosine et cytidine. 6. Le pentose de l’ADN est le ribose. 7. L’ADN est une molécule bicaténaire dont les deux brins polynucléotidiques sont antiparallèles. 8. Les deux brins de la molécules d’ADN sont solidarisés par les paires de bases GC et AT liées respectivement par 2 et 3 liaisons covalentes.

9. La dénaturation thermique de l’ADN est un phénomène réversible. 10. L’hybridation moléculaire n’est possible qu’entre molécules d’ADN monobrin ou ADN simplex. 11. Dans une cellule eucaryote, la totalité de l’ADN est nucléaire. 12. Chez les Eucaryotes, l’ADN hautement répétitif est codant. 13. De nombreux gènes des eucaryotes sont dits « en mosaïque » car ils sont constitués d’exons et d’introns. 14. Dans un gène en mosaïque, seuls les exons sont transcrits.

► CORRECTIONS VRAI / FAUX 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

8. Faux § 8.2.3.b p.319 9. Vrai § 8.2.4.b p.319-320 10. Faux § 8.4.2.b p.333-334 11. Faux § 8.5.2. p.339 et suivantes 12. Faux § 8. 4.2.c p.334-335 13. Vrai § 8. 4.2.b p.333 14. Faux § 8.4.2.b p.333-334

Vrai § 8.4.2.a p.332 Faux § 8.5.1.a p.336 Vrai § 8.4.1.c p.330 Faux § 8.2.2.a p.315 Vrai § 8.2.2.b p.316 Faux § 8.2.2.a p.315 Vrai § 8.2.3.b p.317

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QCM Ø Restituer des connaissances

1. Les liaisons qui unissent les nucléotides formant l’ADN simple brin sont des a) liaisons peptidiques, b) liaisons Hydrogène, c) liaisons phosphodiester, d) ponts disulfure, e) liaisons ester, f) liaisons de Van der Waals. g) liaisons covalentes?

2. Dans les cellules eucaryotes, l’ADN localisé dans la chromatine est compacté à l’aide de protéines nommées : a) ADN polymérase I, b) histones, c) compactines, d) ADN ligase, e) topoisomérase I.

3. Les histones sont riches en aminoacides a) arginine et asparagine, b) leucine et isoleucine, c) aspartate et glutamate, d) histidine et glutamine, e) arginine et lécithine, f) arginine et lysine.

4. Le génome des eucaryotes est constitué de : a) gènes codant les protéines, b) gènes codant les ARN pré-messagers, c) séquences qui ne sont pas des gènes, d) gènes codant les ARNr et les ARNt, e) séquences non codantes.

5. Les plasmides a) sont des moléculesd’ADN circulaires, b) ont une origine de réplication, c) portent des gènes de résistance aux antibiotiques, d) ont des sites de coupure spécifiques pour les endonucléases de restriction, e) sont utilisés comme vecteurs de clonage.

► CORRECTIONS QCM 1. 2. 3. 4. 5.

c § 8.2.3.b ; p 319 b § 8.4.1.b ; p 330 f § 8.4.1.b ; p 330 a – b – c – d - e § 8.4.2.C ; p 334 a – b – c – d - e § 8.5.1. ; p 335 et § TP6.2.1.a ; p 594

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Compléments

CHAPITRE

9

EXERCICE 1 Ø Mobiliser des connaissances Ø Organiser sa pensée: structurer un exposé

D'après un sujet ENSG 1989 (modifié). La xérodermie pigmentée est une maladie héréditaire caractérisée par le fait que les sujets qui en sont atteints ne supportent pas l’action des rayons UV. Exposés au soleil, ils développent très rapidement des cancers de la peau, contrairement aux sujets sains chez qui ces cancers ont un caractère exceptionnel. On a montré que l’action des UV a pour effet, dans les cellules de la peau, de provoquer des liaisons chimiques entre deux bases pyrimidiques situées côte à côte sur l’ADN. 1) Quelles sont les bases pyrimidiques qui peuvent se lier et les paires de bases théoriquement possibles ? 2) Décrivez les processus cellulaires qui rétablissent un fonctionnement normal dans une cellule saine ayant subi une altération due aux UV. 3) Quels sont les éléments faisant défaut chez un sujet malade ? 4) Que se passe t-il lorsqu’un sujet sain est atteint d’un cancer de la peau ?

► CORRIGÉS Ø Mobiliser des connaissances Ø Restituer des connaissances Ø Organiser sa pensée: structurer un exposé Ø Maîtriser la communication rédigé

1. Les bases azotées pyrimidiques susceptibles de se lier sont la cytosine (C) et la thymine (T) ; les paires possibles sont des dimères de thymine TT (figure 9.15 p. 368) mais aussi des dimères de cytosine CC et des paires thymine-cytosine TC. 2. La réparation de l’ADN présentant des dimères de pyrimidines sur le même brin d’ADN est assurée, dans l’organisme sain, par un système conduisant à l’excision de nucléotides suivie de re-synthèse (Encart 9.6 p. 347 et figure 9.13.d p.365). Ce système excise la portion de brin d’ADN porteur de la paire de pyrimidines et utilise l’autre brin comme matrice pour synthétiser le fragment de brin complémentaire correct. 3. Chez un sujet malade, les éléments faisant défaut sont les enzymes impliquées dans l’excision du fragment d’ADN simplex porteur des dimères de thymine. 4. Chez un sujet sain atteint d’un cancer de la peau, les cellules de la base de l'épiderme perdent le contrôle de leurs divisions, se multiplient rapidement (prolifération anarchique) jusqu'à former des tumeurs cancéreuses et deviennent capables de migrer au sein de l’organisme.(Encart 11.5 p.444).

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. Lors de la réplication, chaque brin de la double hélice d’ADN sert de matrice. 2. La fidélité de la réplication repose sur l’appariement des bases azotées. 50 re

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3. La réplication de l’ADN bicaténaire nécessite son ouverture et la stabilisation des ADN simplex 4. L’ouverture de la double hélice d’ADN survient au niveau de séquences riches en paires GC. 5. Les substrats nécessaires à l’activité de l’ADN polymérase sont les ribonucléotides triphosphates ATP, TTP, GTP, CTP.

6. L’ADN polymérase assure tous les mécanismes de la réplication. 7. La réplication de l’ADN est conservative. 8. La réplication de l’ADN est bidirectionnelle. 9. L’ADN polymérase est une enzyme oligomérique. 10. Chez les Eucaryotes, la télomérase assure la réplication de l’ADN des centromères. 11. La thymidine tritiée est un bon marqueur pour mettre en évidence la réplication de l’ADN. 12. Lors d’une mutation « faux sens », la séquence de la protéine codée par le gène est inchangée. 13. Les mutations non-sens et les mutations faux-sens sont sans conséquences. 14. Les ADN polymérases ont une activité auto-correctrice limitant les erreurs de réplication. 15. La correction des mésappariements repose sur la distinction du brin matrice et du brin néoformé par les systèmes correcteurs.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

9. Vrai § 9.1.2.a p.352 10. Faux § 11.2.1.c p.433 11. Vrai § 9.1.1.d p.351 12. Faux – Encart 9.4 p.361-362 13. Faux – Encart 9.4 p.361-362 14. Vrai § 9.2.2.a p.363 15. Vrai § 9.2.2.b p.363

Vrai § 9.1.1.a et 9.1.1.b p.347 et suivantes Vrai § 9.1.2.a p.352 Vrai § 9.1.2.b p.354-356 Faux § 8.2.4.b p.319 Faux § 9.1.2.a p.352 Faux § 9.1.2.b p.354-357 Faux § 9.1.1.a et 9.1.1.b p.347 et suivantes Vrai § 9.1.1.c p.350-351

QCM Ø Restituer des connaissances

1. Dans la liste ci-dessous, qui n’intervient pas dans la réplication ? a) amorces d’ARN, b) hélicase, c) ADN polymérase, d) codon de terminaison, e) désoxyribonucléotide f) facteurs TFII.

2. Lorsqu’un brin d’ADN de séquence 3’GACGACTAACGATGC5’ est utilisé comme matrice pour une réplication, le brin d’ADN néoformé à pour séquence : a) 3’CTGCTGATTGCTACG5’, b) 5’GCAGCATCGTTAGTC3’, c) 5’CTGCTGATTGCTACG3’, d) 3’CGTCGTAGCAATCAG5’, e) 3’CGUCGUAGCAAUCAG5’ 51 re

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f) 3’AZEAZERTYUIOPUOP5’.

3. Les fragments d’Okazaki sont a) de courtes séquences peptidiques, b) des amorces d’ARN, c) des segments d’ADN néo-synthétisés produits au cours de la réplication du brin matrice retardé, d) des fragments d’ADN en cours de dégradation, e) les segments d’ADN situés entre les origine de réplication.

4. L’ADN polymérase III a) ne peut travailler que dans la direction 5’® 3’, b) peut synthétiser l’ADN dans les deux directions 5’® 3’ et 3’® 5’ mais commet plus d’erreurs quand elle travaille dans la direction 5’® 3’, c) n’a pas d’activité auto-correctrice, e) est une enzyme monomérique.

5. Une molécule d’ADN polymérase III a) peut répliquer les deux brins d’une même molécule d’ADN, b) réplique les deux brins d’une même molécule d’ADN l’un après l’autre, c) ne peut ajouter un nucléotide qu’à un groupe 3’-hydroxyle libre, d) nécessite une amorce d’ARN, e) peut corriger ses propres erreurs.

6. En biologie moléculaire, PCR signifie a) pyruvate carboxylase réductase, b) précurseur chimique radioactif, c) radioprotection cutanée, d) polymerase chain reaction,

7. Un cycle de PCR comprend, dans l’ordre, les étapes suivantes a) dénaturation, hybridation avec des amorces puis dénaturation, b) dénaturation, puis polymérisation puis hybridation avec des amorces, c) dénaturation, hybridation avec des amorces puis polymérisation, d) dénaturation, formation d’ADN chimère puis polymérisation, e) dénaturation, polymérisation, séquençage.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

d – f § 9.1.1.d ; p 351 c § 9.1.2.a ; p 352 c § 9.1.3.b ; p 358 a § 9.1.2.a ; p 352 a - c – d - e § 9.1.2 ; p 352 § 9.1.3 ; p 357 et § 9.2.2.a ; p 363 d Encart 9.1. p 355 c Encart 9.1. p 355

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Compléments

CHAPITRE

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EXERCICE 1 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document Ø Organiser sa pensée: structurer un exposé

Nutrition chez la bactérie Escherichia coli et opéron arabinose Une culture d’Escherichia coli est réalisée sur un milieu contenant deux glucides : le D-glucose et le Larabinose. La cinétique de croissance bactérienne est présentée sur la figure 1 (trait plein) ; pendant la culture, les concentrations en D-glucose et le L-arabinose sont mesurées (traits pointillés).

Figure 1 : Croissance d’E.coli sur un mélange de D-glucose et de L-arabinose (unités arbitraires)

Figure 2 : Localisation des gènes impliqués dans l’utilisation du L-arabinose

1. Analyser et commenter les figure 1 et 2. Les gènes impliqués dans l’utilisation du L-arabinose sont nommés ara. Ils sont disposés en trois groupes sur le chromosome bactérien (figure 2). Les deux groupes E et FG codent des protéines intervenant dans le transport du L-arabinose ; le troisième comporte quatre gènes dont trois (A, B, D) codent des enzymes intervenant dans le métabolisme du L-arabinose. Afin d’élucider la fonction du gène araC, en absence de D-glucose, l’expression du gène araA est étudiée chez une souche sauvage araC+ et chez une souche mutante araC-, en absence ou en présence de L-arabinose (figure 3). Par ailleurs, la protéine araC a été étudiée par diffraction aux rayons X ; elle présente deux conformations différentes en absence ou en présence de L-arabinose.

[ +

-

Figure 3 : Quantité de protéine exprimée par le gène araA chez des bactéries sauvages araC et araC en présence ou en absence de L-arabinose (unités arbitraires)

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2. Analyser et commenter le tableau de la figure 3 Le produit de l’expression du gène araA est une enzyme : la L-arabinose isomérase. La quantité de Larabinose isomérase est suivie chez des populations bactériennes placées sur des milieux nutritifs comportant des concentrations croissantes en AMPc (figure 4) et contenant à la fois le D-glucose et le Larabinose en excès pendant toute la durée de la culture.

Figure 4 : Effets del’AMPc sur la production de L-arabinose isomérase (unités arbitraires)

3. Analyser et commenter la figure 4. 4. En vous appuyant sur vos connaissances relatives à l’opéron lactose d’E. coli (§ 10.3.1. p.399), proposer un mode de fonctionnement de l’opéron arabinose.

► CORRIGÉS Ø Lire et relier des courbes, Ø Maîtriser la communication rédigée

1. Figure 1 – Au cours du temps, on note successivement : · la diminution d’abord lente puis rapide de la concentration de glucose jusqu’à disparition totale. Parallèlement, la population bactérienne augmente d’abord lentement puis de façon exponentielle. Ceci indique que le glucose, est consommé par les bactéries, est utilisé comme source d'énergie et / ou de matière et que celles-ci prolifèrent en utilisant ce glucose. · après épuisement total du glucose, on note la même évolution pour le L-arabinose : diminution d’abord lente puis rapide de la concentration de [L-arabinose] jusqu’à disparition totale. Parallèlement, la population de colibacille augmente d’abord lentement puis de façon exponentielle. Ceci indique que le L-arabinose est consommé par les bactéries et que celles-ci prolifèrent en utilisant ce L-arabinose. La bactérie peut métaboliser les deux sucres (d’où la croissance de la population) mais, en présence des deux sucres à concentrations initiales identiques, elle utilise d’abord le glucose et ceci, jusqu’à épuisement. Il n’y a pas de priorité à l’ose le plus abondant. Pourquoi cette priorité au glucose ? Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document Ø Maîtriser la communication rédigée

Figure 2 – Le chromosome de E. coli est circulaire (§ 8.5. p.335) avec 3 groupes de gènes impliqués dans l’utilisation du L-arabinose ; il s’agit certainement de trois opérons. Dans le temps, il faut envisager que les opérons porteurs de E et FG s’expriment avant ou pendant CBAD pour que le L- arabinose soit utilisé (l’absorption précède l’utilisation de l’arabinose). D’autre part, ces gènes étant éloignés sur le chromosome, sont-ils soumis aux mêmes contrôles ou sont-ils placés sous des mécanismes de contrôle différents ? Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document Ø utiliser des données chiffrées

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Ø recenser des faits, des mesures, extraire et organiser des informations

2. Figure 3 – Tableau de données obtenues en absence de glucose. Sont présentées les quantités de protéines AraA (expression du gène Ara A) en présence ou en absence de Larabinose chez des colibacilles AraC+ (souche sauvage) et AraC- (mutant). On note qu’en absence de glucose : · le gène Ara A est exprimé en présence de L-arabinose (=inductible par le L-arabinose) chez les bactéries AraC+, · le gène Ara A est n’est pas inductible par le L-arabinose chez les bactéries AraC-. Comme la protéine AraC+ présente deux conformations différentes en présence ou en absence de Larabinose, on peut penser que cette protéine intervient dans l’induction de Ara A quand elle est couplée à l’arabinose. Cela étant, on peut envisager deux situations pour cette induction (voir figure 5) : a) la protéine AraC+ est inhibitrice et son effet inhibiteur est levé en présence de L-arabinose, b) la protéine AraC+ est inactive et c’est le couple [arabinose+protéine AraC+] qui est activateur. opéron arabinose

absence de transcription protéine ARAc

P

O

X

B

A

D

REPRESSION

HYPOTHESE a: ARAc inhibitrice

HYPOTHESE b: couple ARAc-arabinose activateur

INDUCTION arabinose transcription protéine ARAc

P

O

B

A

D

ARNm

Figure 5

Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

3. Figure 4 – Les bactéries sont en situation de prolifération optimale (cf. figure 1 : glucose et arabinose à saturation) et elles utilisent le glucose. L’expression du gène Ara A augmente d’abord faiblement puis fortement à partir de la [AMPc] = 10-3. On peut supposer que l’AMPc participe positivement à l’expression du gène Ara A ; c’est bien l’effet de l’AMPc et lui seul qui est mis en évidence puisque pendant toute l’expérience, les concentrations des deux sucres sont constantes et maximales. 4. Bilan – Pour l’expression optimale du gène Ara A, deux conditions sont nécessaires : présence de Larabinose et de protéine AraC+ (cf. Figure 3) et présence d’AMPc (cf. Figure 4), AMPc associé à une protéine CAP comme dans le cas de l’opéron lactose. (voir figure 6).

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INDUCTION arabinose protéine ARAc

transcription

ARN pol

P

O AMPc

B

A

D

protéine CAP ARNm

Figure 6 +

Selon le modèle actuel, la protéine AraC inhibe l’expression des gènes B, A et D quand elle est fixée au promoteur mais devient activatrice quand, tout en restant liée à l’ADN (donc en place),elle change de conformation suite à sa liaison au L-arabinose. Quant à l’AMPc, lié à la protéine CAP, le complexe AMPcCAP se fixe à un site adjacent à celui de la protéine AraC+.

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. Tous les gènes codent des protéines. 2. Le codon initiateur correspond à la formyl-méthionine lors de la traduction chez les Procaryotes. 3. Le code génétique est redondant, non ponctué et non chevauchant. 4. Les bases azotées des ARN sont A, U, G et C pour adénine, uracile, glutamine et cystéine. 5. Les nucléosides des ARN sont adénosine, uridine, guanosine et cytosine. 6. Lors de la transcription, le brin matrice est le brin transcrit. 7. Lors de la transcription, l’ARN polymérase a pour substrats les désoxyribonucléotides diphosphates ADP, UDP, GDP, CDP .

8. La terminaison aléatoire de la transcription est à l’origine de nombreux ARN mutés. 9. La fidélité de la traduction repose sur les propriétés auto-correctrices l’ARN polymérase. 10. L’insertion co-traductionnelle des chaînes polypeptidiques est spécifique des eucaryotes. 11. Le promoteur des gènes est le site de libération de l’ARN polymérase. 12. La liaison entre un acide aminé et un ARNt est catalysée par une amino-acyl ARN polymérase. 13. L’induction de l’opéron lactose par le lactose est une levée d’inhibition. 14. les facteurs généraux de transcription des eucaryotes ont même rôle que la sous-unité σ de l’ARN polymérase des Procaryotes.

15. Chez les eucaryotes, la maturation post-transcriptionnelle des ARNm s’effectue par élimination des exons.

16. Les virus nommés VMT et VIH sont des virus à ADN. 17. La transcriptase inverse est une ADN polymérase-ARN dépendante qui fait du VIH un rétrovirus. 18. Le cycle lytique du phage λ s’achève par la mort de la bactérie hôte. 19. Au cours du cycle lysogène, l’ADN du phage λ est à l’état de proplaste intégré dans l’ADN du chromosome bactérien.

20. L’ARN du VMT à valeur d’ARN messager ; il est qualifié d’ARN(+). 56 re

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► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Faux § 10.1.2.d p.381 Vrai § 10.1.3.c p.386 Vrai § 10.1.3.a p.384 Faux § 10.1.1.b p.376 Faux § 10.1.1.b p.377 Vrai § 10.1.2.a p.377 Faux § 10.1.2.a p.377

8. Faux § 10.1.2.b p.378-380 9. Faux § 10.1.2.a p.378 10. Vrai § 10.2.3.b p.395 11. Faux § 10.1.2.c p.380-381 12. Faux § 10.1.3.b p.384-386 13. Vrai § 10.3.1.b p.401 14. Vrai § 10.3.2.b p.405

15. Faux § 10.2.2.c p.392-394 16. Faux § 10.4.1.b et c p.409-410 17. Vrai § 10.4.3.c p.413 18. Vrai § 10.4.3.a p.412 19. Faux § 10.4.3.a p.412 20. Vrai § 10.4.3.b p.413

QCM Ø Restituer des connaissances

1. Une cellule riche en polysomes et présentant une forte densité des pores nucléaires est : a) en cours de cytodiérèse, b) en cours de synthèse protéique,

c) fortement consommatrice d’ATP, d) en prophase.

2. Outre leur présence à l’état libre dans le cytosol, on peut trouver des ribosomes sur : a) la face interne du noyau, b) la face externe de la mitochondrie, c) la face externe du réticulum

endoplasmique, d) la face externe du chloroplaste, e) la face interne de la membrane plasmique.

3. Les vingt acides aminés constituant les protéines sont codés par : a) 59 codons différents, b) 60 codons différents, c) 61 codons différents,

d) 63 codons différents, e) 64 codons différents.

4. La méthionine est codée par a) un seul codon, b) deux codons différents,

c) trois codons différents, d) deux codons identiques.

5. Une mutation faux-sens est une mutation qui a) crée un codon de terminaison dans l’ARN messager, b) change le codon d’un aminoacide en celui d’un autre aminoacide, c) change le cadre de lecture de l’ARNm, d) est sans effet sur la séquence des aminoacides de la protéine.

6. Un brin d’ADN de séquence 3’ GTCGTCAAGGATATTCGAT5’ serait transcrit dans le noyau pour former un polymère de séquence a) 3’ GTCGTCAAGGATATTCGAT 5’, b) 5’ GUCGUCAAGGAUAUUCGAU 3’, c) 5’ CAGCAGUUCCUAUAAGCUA 3’,

d) 3’ AUCAUCGAAUAUCCUUGAC 5’, e) NH3+-Gln-Gln-Phe-Leu-COOH.

7. L’ARN polymérase d’E. coli est une protéine multi-sous-unitaire composée de a , b , b’ et σ. Sa fixation au promoteur est assurée par a) a, b) le dimère a

c) b, d) b’,

e) le dimère bb’, f) σ.

8. L’opéron lactose est transcrit quand, dans le cytosol, a) le lactose est présent et le glucose absent, b) la concentration d’AMPc est forte, c) la protéine AMPc-CAP est fixée au promoteur de l’opéron lactose, d) le répresseur Lac est lié à l’allolactose ou à une molécule de forme semblable, 57 re

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e) le lactose est absent et le glucose présent

9. Avant qu’un ARNm d’eucaryote néosynthétisé se fixe au ribosome, il subit a) l’addition d’une coiffe, b) une polyadénylation, c) une glycosylation,

d)- un transport vers le cytosol, e) toutes les transformations ci-dessus énumérées.

10. Parmi les évènements listés ci-dessous, lequel n’intervient pas lors de la traduction ? a) l’assemblage du ribosome, b) le chargement de l’ARNt, c) l’initiation de la synthèse protéique,

d) la synthèse de l’ARNm, e) l’élongation de la chaîne polypeptidique, f) la terminaison de la synthèse protéique.

11. Dans les ARNm, le codon initiateur de la synthèse protéique est a) AGU, b) GUA,

c) UAA, d) AUG,

e) UGA, f) UAG.

12. L’enzyme qui fixe l’aminoacide à son ARNt est a) l’ARNt polymérase, b) l’aminoacyl ARNm synthétase,

c) l’aminoacyl synthétase d) l’aminoacyl ARNt synthétase.

13. L’enzyme qui catalyse la formation d’une liaison peptidique entre deux acides aminés est a) l’aminoacide transférase, b) la peptide ligase, c) la peptidyl transférase

d) la puromycine, e) l’actinomycine.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

8. a – b – c – d § 10.3.1.b ; p 401 9. a – b – d § 10.2.2. ; p 392 10. a – b – c – e § 10.1.3.c ; p 386 11. d § 10.1.3.a ; p 383 12. d § 10.1.3.b ; p 384 13. c § 10.1.3.c ; p 386

b - c § 10.2.3.a ; p 394 et § 1.2.3.a ; p 11 c § 10.2.3.a ; p 394 et § 1.2.3.a ; p 11 c § 10.1.3.a ; p 383 a § 10.1.3.a ; p 383 b Encart 9.4 ; p 361 et § 10.1.3.a ; p 383 c § 10.1.2.a ; p 377 f § 10.1.2.a et b ; p 377

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Compléments

CHAPITRE

11

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. À la métaphase, le chromosome bichromatidien atteint son degré de condensation maximale. 2. Un chromosome métaphasique possède deux molécules d’ADN différentes. 3. Le chromosome télophasique est monochromatidien. 4. La mitose est toujours une division conforme. 5. La cytodiérèse des cellules animales est assurée par un anneau d’actine extra-cellulaire. 6. À la métaphase, les chromosomes sont à égale distance des deux pôles du fuseau mitotique. 7. Les microfilaments kinétochoriens sont fixés aux centromères des chromosomes par leurs extrémités (-). 8. La colchicine bloque la mitose en entravant l’élongation des microtubules. 9. La métaphase est un des points de blocage de la mitose quand tous les centromères ne sont pas correctement fixés à l’extrémité (+) de microtubules kinétochoriens.

10. Les cellules animales dépourvues de centrioles peuvent se diviser par mitose. 11. Seules les cellules diploïdes sont aptes à la mitose. 12. L’anaphase aboutit toujours à la séparation des deux lots génétiquement différents de chromosomes monochromatidiens.

13. À la télophase, il y a désorganisation de l’enveloppe nucléaire. 14. La chromatine est l’état interphasique de la masse des chromosomes. 15. Les synthèses protéiques qui précèdent la mitose sont indispensables à sa réalisation.

► CORRECTIONS VRAI / FAUX 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

9. Vrai § 11.3.2.a p.440 10. Faux § 11.1.3 p.426-428 11. Faux § 11 Encart 11.1 p.425 12. Faux § 11.1.1.d p.425 13. Faux § 11.1.1.e p.425 14. Vrai § 11.2.d p.433 & 8.4.1.a p. 328 15. Vrai § 11.3.1.b p.438-439

Vrai § 11.2 p.431 Faux § 11.2.1.a p.431 Vrai § 11.1.1.c.d.e. p.424-425 Faux § 11.4.3 p.445 Faux § 11.1.3.e p.429 Vrai § 11.1.1.c p.425-426 Faux § 11.1..3.b p.428 Vrai § 11 Encart 11.2 p.428

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QCM Ø Restituer des connaissances

1. La mitose se déroule selon la séquence suivante : a) cytodiérèse,prophase, pro-métaphase, métaphase, télophase, anaphase, b) prophase, anaphase, télophase, pro-métaphase, métaphase, cytodiérèse, c) prophase, pro-métaphase, métaphase, anaphase, télophase, cytodiérèse, d) prophase, pro-métaphase, métaphase, cytodiérèse,anaphase, télophase, e) prophase, pro-métaphase, cytodiérèse,métaphase, anaphase, télophase.

2. Lors de la mitose, les chromatides se séparent en deux chromosomes monochromatidiens lors de a) la télophase, b) l’anaphase, c) la métaphase, d) la pro-métaphase, e) la prophase.

3. Les cellules végétales ont une mitose proche de celle des cellules animales mais elles sont dépourvues de a) cytosquelette, b) microtubules, c) tubulines, d) centrioles.

4. La compaction des chromosomes est assurée par des protéines nommées a) compactines, b) cohésine, c) MPF, d) condensine, e) cyclines.

► CORRECTIONS QCM 1. 2. 3. 4.

c § 11.1.1. ; p 421 b § 11.1.1. ; p 421 d § 11.1.4.a ; p 430 b – d § 11.2.1.d ; p 433

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Compléments

CHAPITRE

12

EXERCICE 1 Ø Maîtriser la démarche et le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document Ø Organiser sa pensée: structurer un exposé

Des cellules de rétine neurale d’embryons de poulet de 10 jours sont mises en culture, immédiatement observées et photographiées. Les micrographies, que l'on nomme « cliché A » montrent des cellules individualisées, dispersées. La même culture est observée après 30 minutes d'agitation. On observe des amas comportant plusieurs milliers de cellules (cliché B). Ces mêmes cellules sont injectées à un lapin, chez qui elles provoquent la formation d'anticorps que l'on recueille. Une molécule d’anticorps est une protéine quaternaire dont on peut, par clivage enzymatique, recueillir quatre fragments : deux fragments Fc et deux fragments Fab) Ces derniers, qui possèdent un site de reconnaissance et se lient spécifiquement à l'antigène sont isolés et récupérés. Des fragments Fab sont ajoutés au milieu dès le début de la culture. Après 30 minutes d'agitation, les micrographies (cliché C) sont identiques au cliché A. On ajoute au milieu de culture, dès le début, un excès de membranes plasmiques purifiées à partir de cellules de rétine neurale de poulet et des fragments Fab) Un cliché D réalisé après 30 minutes d’agitation est identique au cliché B)

Questionnement général Analysez ces données. Vous pouvez compléter cette réponse en utilisant vos connaissances relatives aux faits montrés par l’analyse.

Questionnement guidé 1. Résumez sous la forme d'un tableau le protocole et les résultats. 2. Décrivez les processus qui doivent intervenir lors du passage de A à B) 3. Analysez les résultats obtenus après ajout de Fab) 4. Qu'apporte la dernière partie du protocole (membranes purifiées et Fab). 5. Utilisez vos connaissances pour compléter votre réponse.

► CORRIGÉS Ø Observer: recenser, extraire et organiser des informations

1. Temps

Début de la mise en culture

Conditions de culture

milieu de culture

milieu de culture agité

Résultats observés

Cellules individualisées, dispersées

Cellules regroupées en amas

30 minutes de culture 30 minutes de culture 30 minutes de culture milieu de culture milieu de culture agité et fragments Fab agité; ajout au temps ajoutés au temps 0 0 de fragments Fab et plasmalemmes en excès Cellules individualisées, dispersées

Cellules regroupées en amas

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Ø formuler une hypothèse

2. Comparaison A/B : Cellules éparses, individualisées / cellules regroupées en amas, malgré l’agitation qui a tendance à les séparer. Comment les expliquer ? La constitution d’amas nécessite : · la rencontre des cellules: agitation du milieu, mouvements cellulaires, · la constitution de liaisons entre elles, entre leurs plasmalemmes, · cette étape est peut-être précédée ou accompagnée d’une reconnaissance préalable. Quelles sont les structures, les mécanismes mis en jeu dans la constitution de ces groupes cellulaires ? Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

3. Comparaison A/C: aucune constitution d’amas ; la présence de Fab dans le milieu de culture empêche leur formation. Comment ? Fab reconnaît spécifiquement les cellules de rétine neurale donc doit se lier, certainement à leur membrane plasmique ; partie qui a été exposée lors de leur formation chez le lapin. Cette liaison peut empêcher la constitution d’amas cellulaires en neutralisant des molécules membranaires responsables de la liaison intercellulaire, de l’adhérence. Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

4. L’addition d’un excès de membranes plasmiques purifiées à partir de cellules de rétine neurale permet la constitution des amas en présence de Fab) L'effet de ces fragments est neutralisé. On peut imaginer que l'excès de membranes permet la fixation d’une majeure partie de Fab (compétition entre elles et les cellules de rétine neurale). Les fragments Fab fixés n’empêchent plus la liaison des cellules. Cela confirme bien la liaison de Fab sur la face externe des membranes plasmiques. Fab doit reconnaître une molécule (un antigène) assurant les liaisons intercellulaires. Des schémas peuvent être réalisés pour résumer. cliché B

cliché A cellules isolées

cellules regroupées en amas agitation

TEMPS 0

TEMPS 30 min

cellules regroupées en amas

adhésion intercellulaire via des molécules membranaires

Figure 1

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+

cellules

fragments Fab fragments Fab fixés sur les molécules membranaires responsables de l'adhésion adhésion intercellulaire impossible

X cellules isolées cliché C Figure 2

Quel type de liaison est impliqué ? Ø proposer une explication en mobilisant ses connaissances

5. On peut envisager l’adhésion intercellulaire grâce à des molécules membranaires de type CAM (§ 3.4.2.b p.171) Ces molécules sont essentielles dans le regroupement de cellules de même destinée (identiquement déterminées), par exemple dans la constitution de feuillets puis d’ensemble plus petits. Elles permettent aussi, lorsqu’elles sont modifiées ou ne sont plus renouvelées, la séparation de cellules auparavant associées : cf. désolidarisation ecto/neuroblaste, percement de la bouche (§ 12.4.2. p.471). Important - L’absence ici d’implication des ions Calcium conduit à exclure l’intervention de molécules d’adhésion de type cadhérines.

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+

fragments membranaires

fragments Fab

fragments Fab fixés sur les molécules membranaires responsables de l'adhésion

FIGURE 3a

+

fragments membranaires en excès

+

cellules isolées

fragments Fab

FIGURE 3b

cellules regroupées en amas cliché D

Figure 3

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VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. Le gamète femelle des amphibiens est une cellule indifférenciée. 2. Le cytoplasme ovocytaire a une composition homogène 3. L’axe de polarité antéropostérieur de l’embryon d’amphibien est fixé dans l’ovaire maternel dès le stade ovocytaire. 4. Dans le plan de symétrie bilatérale de l’embryon, le dos est indiqué par le point de l’impact spermatique. 5. A l’issue de la segmentation, les micromères sont localisés à la face dorsale de la blastula. 6. La gastrulation permet la réalisation de l’état triblastique chez les Amphibiens. 7. Le mésoderme est formé à partir des macromères involués lors de la gastrulation. 8. Les somites et les lames latérales sont des dérivés mésodermiques. 9. Les myoblastes à l’origine des muscles striés squelettiques ont une origine endodermique. 10. L’induction du mésoderme par l’hémisphère végétatif est réalisée précocement au cours de la segmentation. 11. Les FGF et TGFb sont des protéines inductrices à mode d'action paracrine. 12. Les FGF et TGFb ont pour cellules cibles les macromères situés au pôle végétatif de la blastula. 13. Les FGF et TGFb agissent sur leurs cellules cibles en se liant à des récepteurs nucléaires. 14. La métamorphose des amphibiens permet leur adaptation au milieu aérien. 15. Les vertébrés sont qualifiés d’épineuriens car leur organisation présente dès le stade neurula un tube nerveux dorsal.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

9. Faux § 12.4.7. p.479 10. Vrai § 12.2.4.c p.459 11. Vrai § 12.2.4.b p.460 12. Faux § 12.2.4.b p.460 13. Faux Encart 12.3 p.465 14. Vrai § 12.5.3 p.483 15. Vrai Biologie 2ème année § 1.1.2.a p.4

Faux § 12.1.1. p.453 Faux § 12.1.1. p.453 Vrai § 12.1.1. p.453 Faux § 12.1.2.b p.455-456 Faux § 12.2.2.et 12.2.3. p.458 Vrai § 12.3.3 p.467 Faux § 12.3.3. p.467 Vrai § 12.4.2.b p.471

QCM Ø Restituer des connaissances

1. Chez le zygote d’Amphibien a) la plus grande part du cytoplasme est d’origine ovocytaire, b) l’axe de polarité antéropostérieure est déjà en place, c) la polarité dorso-ventrale n’est pas encore déterminée, d) le croissant gris n’est pas encore formé,

2. Chez les Amphibiens, à l’issue de la segmentation, les macromères sont localisés a) au pôle végétatif de la blastula, b) dans l’ectoderme présomptif, 65 re

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c) dans l’endoderme présomptif, d) dans la zone marginale qui formera le mésoderme, e) dans aucun de ces territoires.

3. Chez les Amphibiens, lors de la gastrulation, il y a a) détermination des axes de polarité de l’embryon, b) mise en place des trois feuillets fondamentaux, c) formation de la plaque neurale puis du tube neural, d) scission du mésoderme en territoires de plus en plus restreints,

4. Le mésoderme des lames latérales a) est creusé par le cœlome, b) est à l’origine de la musculature striée squelettique et cardiaque, c) est à l’origine de la musculature lisse, d) est à l’origine de la colonne vertébrale, e) est à l’origine des mésentères.

5. Le centre de Nieuwkoop a) est formé par les macromères dorso-végétatifs, b) induit la formation du centre organisateur (aussi nommé centre de Spemann), c) est constitué de cellules renfermant la b-caténine, un facteur de transcription à effet dorsalisant, d) émet des TGFb tels que Vg1 et Activine, e) présente toutes les caractéristiques énoncées ci-dessus.

6. Le centre organisateur (aussi nommé centre de Spemann) a) est ventral, b) est localisé au niveau le plus large du croissant gris, c) est constitué par des micromères, d) est constitué de cellules renfermant des facteurs de transcription spécifiques tel que Goosecoïd, e) émet des protéines inductrices de structures dorsales telles que Noggin et Chordin, f) présente toutes les caractéristiques énoncées ci-dessus.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6.

a – b § 12.1. ; p 453 a – c § 12.2.1. ; p 457 et § 12.3.4. ; p 469 b § 12.3.3. ; p 467 a – c – e § 12.4.2.b ; p 470 et § 12.4.3 ; p 473 e § 12.2.4 ; p 459 b – c – d - e § 12.2.4 ; p 459

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Compléments

CHAPITRE

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EXERCICE 1 Ø Maîtriser le raisonnement scientifique dans l'analyse d'un document:

Le contrôle de la croissance d’hypocotyles D’après le sujet de Biologie 2 du concours agro 1995 Des plantules de Tournesol sont récoltées alors que les hypocotyles ont atteint 4 cm de longueur. Les hypocotyles sectionnés juste sous le nœud d’insertion des cotylédons, sont d’abord placés verticalement dans un milieu contenant de l’auxine tritiée à la concentration de 10-8 M. Après une heure de ce traitement, les hypocotyles sont rincés à l’eau distillée et placés sur des supports à l’horizontale, en atmosphère humide et sous des conditions standards d’éclairement. La face inférieure et la face supérieure sont marquées individuellement à l’encre. Après un temps variable d’incubation, les hypocotyles sont retirés de leur support et sectionnés longitudinalement, en une moitié supérieure et une moitié inférieure. Chaque moitié est pesée et la radioactivité y est mesurée puis rapportée à l’unité de masse fraîche. On calcule alors le pourcentage de redistribution de la radioactivité comme indiqué par la relation (1)

% redistribution =

Radioactivitéinférieure - Radioactivitésupérieure

(1)

Radioactivitésupérieure

La figure 1 représente la cinétique de cette redistribution. La figure 2 montre les résultats des mêmes expériences conduites sur des hypocotyles traités ou non avec une morphactine, substance inhibitrice du transport de l’auxine mais pas de la croissance. % redistribution

60

40

20

Temps d'incubation (minutes) 30

60

90

120

La flèche indique le moment où les hypocotyles manifestent une courbure vers le haut Figure 1. Cinétique de redistribution de l’auxine

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% redistribution

courbure (°)

100 80

50 40

60

120

180

Temps d'incubation (minutes) hypocotyles non traités par une morphoactine hypocotyles traités par une morphoactine

Figure 2. Effets d’une morphactine sur la redistribution de l’auxine et sur la courbure des hypocotyles

Parmi les affirmations ci-dessous sélectionnez celles qui sont en accord avec les conditions ou les résultats de l’expérience. En guise de conclusion, précisez dans un schéma récapitulatif, le rôle de l’auxine dans le contrôle de la croissance des hypocotyles de Tournesol.

1. Lorsque les hypocotyles sont placés verticalement, ils sont soumis à une gravistimulation. 2. Le rinçage à l’eau distillée est destiné à éliminer l’auxine tritiée qui n’aurait pas été incorporée dans les cellules.

3. Le document 1 montre une corrélation entre la gravistimulation et une redistribution de la radioactivité, en faveur de la moitié inférieure des hypocotyles.

4. Le document 1 montre que la gravistimulation est la cause de la redistribution de la radioactivité. 5. Le document 1 montre que la gravistimulation est la cause de la redistribution de l’auxine, en faveur de la moitié inférieure des hypocotyles

6. Le document 1 montre que la courbure des hypocotyles est due à la redistribution de la radioactivité. 7. Le document 1 conduit à formuler l’hypothèse que l’auxine stimule la croissance des cellules de l’hypocotyle.

8. Le document 2 infirme l’hypothèse précédente.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4.

Faux Vrai Vrai Vrai. Lorsque les hypocotyles sont placés horizontalement, la gravité est le seul facteur du milieu en distribution anisotrope. 5. Faux. La redistribution de la radioactivité ne signifie pas forcément qu’il y a eu une redistribution de l’auxine, puisque la radioactivité est portée par les atomes de 3H et non par les molécules d’auxine qui pourraient avoir été dégradées. Le document 1 montre donc une redistribution de l’auxine ou d’un produit de sa dégradation consécutive à la gravistimulation. 6. Faux. Le document montre une corrélation entre la courbure des hypocotyles et un certain taux de redistribution de la radioactivité. On peut faire l’hypothèse que la redistribution entraîne la courbure, 68 re

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mais il pourrait s’agir de deux conséquences indépendantes de la gravistimulation. 7. Vrai. Si la redistribution de la radioactivité est bien le signe d’une redistribution de l’auxine et si cette dernière est bien la cause de la courbure, alors l’auxine stimule la croissance des cellules de l’hypocotyle, puisque la courbure se fait vers le haut ce qui signifie que c’est la moitié inférieure, celle vers laquelle la radioactivité a été redistribuée, qui grandit le plus vite. 8. Faux. Le document 2 montre que le traitement pas une morphoactine divise par plus de 5 la redistribution de la radioactivité et par plus de 2 la courbure. Ceci constitue un argument en faveur d’une relation de causalité entre la redistribution de l’auxine et la courbure, puisque la morphoactine n’a d’effet que sur le transport de l’auxine et non sur la croissance. L’expérience avec une morphoactine tend donc à valider l’enchaînement schématisé sur la figure 3.

hypocotyle placé horizontalement AIA gravitropisme positif gravité

redistribution de l'auxine

AIA

courbure vers le haut

+

croissance de la face inférieure

Figure 3. Rôle de l’auxine dans le contrôle de la croissance des hypocotyles de Tournesol

EXERCICE 2 Ø Mobiliser des connaissances pour étudier un document Ø Observer: recenser des faits, des mesures, extraire et organiser des informations

Le contrôle de la croissance des tiges feuillées D’après un extrait du sujet de Biologie 1 du concours G2E 2012 On étudie le contrôle du fonctionnement du méristème apical caulinaire (MAC). L’obtention et l’analyse de nombreux mutants d’Arabidopsis thaliana ont permis d’identifier plusieurs gènes dont l’expression contrôle le MAC. La figure 4 s’intéresse à l’un d’entre eux : le gène WUSCHEL

A. Type sauvage. B. Mutant wus. Les flèches blanches indiquent de très jeunes feuilles. Échelle : barre grise = 1 mm. Figure 4. Microphotographies de plantules d'Arabidopsis thaliana, âgées de 7 jours. (Modifié d’après T. Laux, KFX. Mayer and al.. 1996. Development 122: 87-96)

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1. Comparer les phénotypes des deux plantules et déduire de ce document une fonction du gène WUS. On s’intéresse aussi à un autre gène dont l’expression contrôle le MAC : le gène CLAVATA3 (CLV3). Pour cela, on obtient de nombreuses plantules d’Arabidopsis thaliana mutantes clavata3 (clv3) et on analyse leur phénotype. Cette analyse est morphologique et anatomique. Pour l’analyse anatomique, des coupes de très jeunes MAC sont réalisées en présence d’un colorant nucléaire (l’iodure de propidium) et observées en microscopie optique confocale (technique qui permet de balayer le MAC dans plusieurs plans et ainsi d’obtenir une image en « relief » puis de repérer la position des cellules dans les différentes zones du MAC). L’ensemble des caractéristiques du phénotype des plantules mutantes clv3 est donné par a figure 5.

5A. Microphotographie du MAC d’une plantule de type sauvage, âgée de 4 jours. 5B. Microphotographie du MAC d’une plantule mutante clv3, âgée de 4 jours. Chaque pentagone précise les limites du MAC. Cot = cotylédons Échelle : barre blanche = 25 μm. 5C. Schéma d’une jeune plantule de type sauvage, âgée de 10 jours. 5D. Schéma d’une jeune plantule mutante clv3, âgée de 10 jours. C = cotylédons N 1 à 5 : ordre d’apparition des paires de feuilles. Figure 5. Le phénotype de plantules mutantes clavata3. (Modifié d’après SE. Clark and al., 1995. Development 121: 2057-2067. Et Biologie végétale R. Prat. Dunod 2009)

2. Analyser la figure 5. En déduire une fonction du gène CLV3 On recherche, dans le MAC d’Arabidopsis thaliana, les zones d’expression du gène CLV3, par insertion d’un gène rapporteur, le gène GUS, codant pour la β-glucuronidase, en aval du promoteur du gène CLV3. Cette enzyme, produite naturellement par Escherichia coli, permet le clivage du 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β−Dglucuronide (ou X- Gluc), soluble et incolore en un produit insoluble et bleu. Cette insertion est réalisée chez Arabidopsis thaliana sauvages ou mutantes wus. Les résultats sont donnés par les figures 6A et 6B.

A. Type sauvage. B. Mutant wus. Le gène GUS est détecté par la couleur noire (bleue dans le document original en couleur). Échelle : La barre noire = 20 μm. Remarque : La couleur grise des cellules est indépendante de la réaction catalysée par la β-glucuronidase. Figure 6. Expression du gène GUS dans des coupes longitudinales de jeunes MAC d'Arabidopsis thaliana. (Modifié d’après U. Brand and al., 2002. Plant Physiology, 129: 565-575)

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3. Analyser l’ensemble de la figure 6. En déduire le rôle de la protéine WUS sur le gène CLV3. Afin de préciser les relations entre les gènes WUS et CLV3, on réalise des plantes transgéniques d’Arabidopsis thaliana. Dans ces plantes transgéniques, la région régulatrice du gène CLV3 est remplacée par la région régulatrice des gènes du virus de la mosaïque du chou-fleur (ou VMC). Ainsi, dans ces plantes transgéniques (nommées plantes pVMC::CLV3), le gène CLV3 est surexprimé. On observe ces plantes transgéniques au bout de 20 jours de développement, et on les compare à des plantes sauvages et à des plantes mutantes wus. L’ensemble des observations est donné par la figure 7.

A. Type sauvage. B. Mutant pVMC::CLV3. C. Mutant wus. La flèche blanche indique que l’on observe la disparition du MAC après la formation des premières feuilles. Échelle : barre blanche = 2 mm. Figure 7. Microphotographies de plantules d'Arabidopsis thaliana, âgées de 20 jours. (Modifié d’après U. Brand and al.. 2000. Science 289 : 617-619)

4. Analyser l’ensemble du document 7. En déduire le rôle du gène CLV3 sur le gène WUS. 5. À l’aide des résultats obtenus dans l’ensemble des questions 3.1 et de vos connaissances personnelles, réaliser un schéma montrant le contrôle génétique de la croissance du MAC d’Arabidopsis thaliana.

► CORRIGÉS 1. Les mutants wus ne présentent pas de méristème apical caulinaire (MAC) ni d’ébauches foliaires. Le gène WUSCHEL permet donc de maintenir le MAC. 2. Si l’on assimile les méristèmes à des disques, celui des mutants clv3 présente un diamètre un environ deux fois plus grand que celui des plantes de référence. Les feuilles s’y forment plus rapidement (5 paires de feuilles apparues en 10 jours chez les plantes clv3, contre 2 paires chez les sauvages). Le gène CLV3 permet de limiter le nombre des cellules méristématiques et de favoriser la formation des primordiums foliaires. On peut penser que ces deux effets sont liés, puisque les primordiums foliaires se constituent à partir de cellules de la périphérie du MAC. 3. Le gène rapporteur GLU, sous contrôle du promoteur du gène CLV3 n’est transcrit que dans les cellules qui expriment naturellement le gène CLV3. La couleur noire désigne ainsi les cellules du méristème dans lesquelles le gène CLV3 est exprimé. Chez les plantes de référence, seules les cellules de la zone centrale du MAC sont noires, donc seules ces cellules expriment CLV3. Chez les mutants wus, aucune cellule n’est colorée, donc aucune n’exprime CLV3. Donc la protéine WUS active l’expression du gène CLV3 dans la zone centrale du MAC. 4. Les plantes pVMC::CLV3 comme les plantes wus, ne présentent pas de MAC. Donc la surexpression du gène CLV3 a le même effet que la mutation wus. La protéine CLV3 contribue à inhiber l’expression du gène WUS. Ø Maîtriser la communication graphique

5. Les documents ont montré un contrôle réciproque entre les gènes WUS et CLV3 résumé sur la figure 8 : WUS active l’expression de CLV3, qui, en retour l’inhibe. La figure 13.11 (Biologie 1ère année p. 512) précise en outre les points suivants : · le profil d’expression de WUS ; · l’existence de plusieurs gènes CLV dont les produits coopèrent pour inhiber la transcription du gène WUS.

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+ CLV3 +

Formation des primordiums foliaires

Maintien du MAC WUS -

+ -

activation de l'expression d'un gène inhibition de l'expression d'un gène

Figure 8. Interactions entre les gènes WUS et CLV3 dans le contrôle du fonctionnement du MAC

VRAI / FAUX Ø Restituer des connaissances

1. La zone de croissance en longueur des tiges est exclusivement subapicale. 2. Chez Arabidopsis thaliana, le méristème apical caulinaire comprend une zone superficielle (tunica) où les cloisonnements sont anticlines, et une zone profonde (corpus) où les cloisonnements sont irréguliers. 3. La ramification des organes végétatifs fait intervenir des processus de dédifférenciation cellulaire. 4. Les ramifications des racines et des tiges ont une origine profonde. 5. Dans le méristème apical racinaire, le procambium est formé des cellules à l’origine du cambium. 6. Dans les tiges, le cambium produit du bois sur sa face interne et du liber sur sa face externe ; dans les racines, c’est l’inverse. 7. Le phelloderme est un tissu secondaire produit par le phellogène. 8. Les statolithes sont les cellules de la coiffe responsables de la graviperception. 9. Dans le méristème apical caulinaire, le nombre des cellules souches est contrôlé par une boucle de rétroaction entre les produits des gènes WUSCHEL et CLAVATA. 10. Dans un élément de vaisseau différencié, il existe des perforations sur les parois latérales et des ponctuations sur les parois terminales. 11. SHOOTMERISTEMLESS est un gène homéotique qui s’exprime dans tout le méristème apical caulinaire à l’exception des primordiums foliaires 12. L’auxine est un dérivé du tryptophane synthétisé principalement dans les méristèmes primaires caulinaires.

► CORRIGÉS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Faux : les tiges ont aussi une croissance intercalaire § 13.1.1.b, page 496 Vrai : § 13.1.1.b, page 497 Vrai : § 13.1.2, page 501 Vrai pour les racines et faux pour les tiges, donc faux § 13.1.2, page 499 Faux: les initiales procambiales sont à l’origine de l’ensemble du cylindre central § 13.1.1a, page 496 Vrai pour la première partie de la proposition et faux pour la seconde, donc faux figure 13.6, page 502 Vrai : § 13.1.3.b, page 501 Faux : les statolithes sont des organites (amyloplastes) contenus dans les statocytes (cellules de la coiffe)

figure 13.18, page 519 9. Vrai : figure 13.11, page 512 10. Faux : c’est l’inverse § 13.2.3, page 508 11. Vrai : § 13.3.1.b, page 510. 12. Vrai : § 13.3.3.a, page 520 72 re

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