BIOLOGIE. DATE : 7 juin 2010

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1 BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2010 BIOLOGIE DATE : 7 juin 2010 DURÉE DE L'EXAMEN : 3 heures (180 minutes) MATÉRIEL AUTORISÉ : Calculatrice non graphique et non programmable REMARQUES : Indiquer les 3 questions choisies (1 question P, 1 question G et 1 question E) en marquant d une croix les cases appropriées sur le formulaire fourni. Utiliser des feuilles d examen différentes pour chaque question. Page 1/16 FR

2 Question P1 Page 1/3 a) La figure 1 représente un schéma d une cellule eucaryote. Figure 1 i. Donner deux arguments justifiant que cette cellule est une cellule eucaryote. ii. Donner trois arguments qui permettent de classer cette cellule parmi les cellules animales. iii. En vous aidant de la figure 1, donner le numéro et le nom des structures cellulaires impliquées dans les fonctions suivantes : (1) La synthèse de protéines (2) La glycolyse (3) La phosphorylation oxydative (4) L exportation des protéines (5) La régulation des entrées et des sorties de la cellule (6) La sortie de l ARNm du noyau. 6 points Page 2/16

3 Question P1 Page 2/3 b) Un étudiant réalise des expériences avec l Elodée du Canada, une plante aquatique afin de déterminer son spectre d absorption et son spectre d action. La figure 2 présente ces deux spectres. Figure 2 i. Définir clairement les expressions «spectre d absorption» et «spectre d action». ii. Comparer les deux spectres et interpréter le résultat de cette comparaison. iii. Donner, en justifiant la réponse, deux facteurs qui doivent rester constants pendant la mesure du spectre d action de l Elodée. iv. Déterminer la couleur de cette plante en justifiant la réponse. c) Un groupe de rats est nourri avec du glucose marqué à l 18 O. Ils rejettent du CO 2 riche en 18 O. Un deuxième groupe de rats est nourri avec du glucose marqué au 14 C. Ils rejettent du CO 2 riche en 14 C. Un troisième groupe de rats est nourri avec du glucose non marqué. L air respiré par ces rats contient du O 2 marqué à l 18 O. Ces rats excrètent de l eau contenant de l 18 O. Expliquer ces résultats. 5 points 4 points 4 points Page 3/16

4 Question P1 Page 3/3 d) Il y a une réserve limitée d ATP dans la cellule musculaire. Ce type de cellule contient aussi de la créatine phosphate qui peut être utilisée pour générer de l ATP. La figure 3 montre comment la cellule musculaire d un athlète produit son ATP pendant les deux premières minutes d une course. Figure 3 i. Analyser ce graphique. 4 points ii. Expliquer pourquoi la fermentation lactique est nécessaire 20 secondes après le début de la course. iii. Donner les réactions équilibrées globales de la dégradation du glucose en condition aérobie et anaérobie. Comparer la quantité d ATP produite dans ces deux conditions. iv. La production d acide lactique entraîne un problème pour le muscle. Déterminer quel est ce problème et expliquer comment il est résolu par le corps après la course. Page 4/16

5 Question P2 Page 1/2 a) i. Dessiner et légender la membrane cytoplasmique. 4 points ii. Expliquer le modèle de la mosaïque fluide de la membrane cytoplasmique iii. La membrane cytoplasmique remplit de nombreuses fonctions. Présenter trois de ces fonctions et les structures associées. 6 points b) i. Schématiser et légender un chloroplaste. 4 points ii. Décrire le rôle de l ATP produit pendant la phase photochimique de la photosynthèse. c) Pour mettre en évidence la chimiosmose, on réalise les expériences suivantes. Trois lots de thylakoïdes sont incubés pendant plusieurs heures, à l'obscurité : - le premier lot dans un milieu à ph 3,8 - le deuxième lot dans un milieu à ph 4,8 - le troisième lot dans un milieu à ph 5,2 Au cours de l'incubation, des protons diffusent dans l'espace intrathylakoïdien, jusqu'à ce que les concentrations à l'intérieur et à l'extérieur soient égales. Les thylakoïdes sont ensuite transférés, toujours à l'obscurité, dans une solution d'adp et de phosphate dont on fait varier le ph. On constate une production brève d'atp par les thylakoïdes. La figure 1 montre la quantité d ATP produit par les trois lots des thylakoïdes en fonction du ph de la solution d'adp. Figure 1 Page 5/16

6 Question P2 Page 2/2 i. Présenter, à l aide de la figure 1, la relation entre la production d ATP et le ph de la solution d'adp. ii. Expliquer pourquoi le ph de la solution d'adp influence la production d ATP. iii. Expliquer l'effet du ph du milieu d'incubation sur la production d ATP par les trois lots. iv. Cette production d ATP est brève. Expliquer pourquoi. v. Expliquer pourquoi l'expérience est réalisée à l'obscurité. d) On incube des globules rouges, pendant 3 minutes, dans des solutions de chlorure de sodium de concentrations variables (de 50 mmol.dm -3 à 300 mmol.dm -3 ). On compare le volume des globules rouges avant et après incubation. Les résultats sont présentés dans la figure 2. Figure 2 i. En utilisant la terminologie appropriée, expliquer les résultats obtenus avec la solution de chlorure de sodium de concentration 200 mmol.dm -3 d une part et 150 mmol.dm -3 d autre part. ii. Expliquer pourquoi le graphique ne présente pas de résultat entre 50 et 100 mmol.dm points Page 6/16

7 Question G1 Page 1/3 a) La mucoviscidose affecte en Europe, un enfant sur 2000 et se manifeste par des anomalies dans les échanges cellulaires conduisant au blocage progressif des fonctions respiratoire et digestive. La figure 1 montre l arbre généalogique d une famille présentant des cas de mucoviscidose. Tous les individus ont un caryotype normal. Figure 1 i. Déterminer le mode de transmission de la maladie. ii. Donner les génotypes certains et probables des parents II1 et II2 et de leurs enfants en utilisant le symbole N pour l allèle dominant du gène et n pour l allèle récessif. Les chercheurs associent la mucoviscidose à une anomalie de structure d un seul gène, localisé sur la paire de chromosomes n 7. La digestion de l ADN par des enzymes de restriction permet d obtenir des fragments d ADN qui peuvent être séparés par électrophorèse. La figure 2 montre le résultat de la migration des fragments d ADN nommés A1 et A2 issus des chromosomes 7 de divers membres de la famille. Figure 2 Page 7/16

8 Question G1 Page 2/3 iii. Expliquer le principe de l électrophorèse. iv. Associer les fragments A1 et A2 aux allèles N et n. Justifier en vous référant au phénotype des membres de la famille. v. Etablir les génotypes des individus testés. vi. vii. Présenter l avantage de cette électrophorèse par rapport à l analyse d un arbre généalogique pour la connaissance du génotype d un individu. Justifier la réponse à l aide d un exemple. Expliquer pourquoi le diagnostic précoce de la maladie peut se faire à partir d une cellule nucléée quelconque. 1 point b) On croise deux variétés de maïs, de lignée pure, l une à graines colorées et ridées, l autre à graines incolores et lisses. On réalise le croisement test suivant: des hybrides F1 sont croisés avec une variété de lignée pure à graines incolores et ridées. Les plants obtenus se répartissent de la façon suivante : 951 graines colorées et ridées 36 graines colorées et lisses 979 graines incolores et lisses 34 graines incolores et ridées i. Déterminer les allèles dominants. Expliquer votre choix. ii. Expliquer les proportions obtenues lors de ce croisement-test. iii. Réaliser un schéma montrant les phénomènes chromosomiques à l origine des résultats. 4 points 4 points Page 8/16

9 Question G1 Page 3/3 c) La figure 3 montre un modèle de régulation génique chez les bactéries dans deux situations différentes. Figure 3 i. Décrire les deux modes d action de ce modèle. ii. Déterminer les conséquences d une mutation dans : - Le gène R ; - Le gène P. 8 points 5 points Page 9/16

10 Question G2 Page 1/3 a) La figure 1 montre les caryotypes de deux parents (caryotypes 1 et 2) et ceux de leurs enfants (caryotypes 3 et 4). Figure 1 Page 10/16

11 Question G2 Page 2/3 i. Définir le terme de caryotype. ii. Analyser les quatre caryotypes. 4 points iii. Expliquer pourquoi les parents présentent un phénotype normal. 4 points iv. En vous aidant d un échiquier de croisement et en ne considérant que les paires de chromosomes anormaux, présenter tous les caryotypes possibles et leur fréquence pour la descendance de ce couple. v. Expliquer pourquoi les enfants (3 et 4) présentent un phénotype anormal. 6 points 4 points b) La protéine membranaire CCR5 permet la pénétration du virus VIH dans les cellules T4. Le gène responsable de sa synthèse a été séquencé. Il comporte paires de bases. On lui connaît deux allèles : l allèle A 1, normal, code pour une chaîne protéique de 352 acides aminés et l allèle A 2, muté, code pour une chaîne protéique de 205 acides aminés. La figure 2 montre le pourcentage d individus infectés et d individus non infectés pour chaque génotype dans une population en contact avec le virus. Figure 2 Génotypes A 1 //A 1 A 1 //A 2 A 2 //A 2 % de personnes infectées % de personnes non infectées i. Expliquer comment un gène de pb conduit à la synthèse d une protéine normale comptant seulement 352 acides aminés. ii. Rappeler les différents types de mutations pouvant conduire à la synthèse d une protéine dont la séquence est beaucoup plus courte que la protéine normale. iii. Comparer les résultats pour les individus de génotype A 1 //A 1 et A 1 //A 2 et expliquer les résultats pour les individus hétérozygotes pour ce gène. 4 points Page 11/16

12 Question G2 Page 3/3 c) L allèle A 2 est aussi dénommé l allèle «CCR5Δ32» car le gène muté présente une délétion de 32 nucléotides. La figure 3 donne la séquence de triplets du brin non transcrit pour les deux allèles. Figure 3 La figure 4 présente le code génétique. Figure 4 U C A G PHE SER TYR CYS U PHE SER TYR CYS LEU SER STOP STOP LEU SER STOP TRP C A G LEU LEU LEU LEU ILE ILE ILE START/MET VAL VAL VAL VAL PRO PRO PRO PRO THR THR THR THR ALA ALA ALA ALA HIS HIS GLN GLN ASN ASN LYS LYS ASP ASP GLU GLU ARG ARG ARG ARG SER SER ARG ARG GLY GLY GLY GLY U C A G U C A G U C A G U C A G i. Déterminer la séquence d acides aminés codée par l allèle muté «CCR5Δ32» à partir du triplet n 200 de la figure 3. ii. Indiquer précisément pourquoi la protéine codée par l allèle muté possède une séquence beaucoup plus courte que la protéine normale. iii. Dire en quoi la mutation du gène peut induire une protection des individus de génotype A 2 //A 2 contre le VIH. 5 points Page 12/16

13 Question E1 Page 1/2 a) Les rongeurs (par exemple le rat, l'écureuil) présentent des incisives tranchantes fonctionnant comme des rabots (figure 1). Les lagomorphes (le lièvre et le lapin, figure 2) possèdent les mêmes incisives et ont longtemps été considérés comme des rongeurs mais lagomorphes et rongeurs n ont pas des liens de parenté étroits. Le caractère «dents en forme de rabots» a évolué indépendamment dans ces deux lignées. Expliquer à l'aide de la théorie synthétique de l évolution la similitude entre les deux dentitions. Nommer ce processus évolutif. b) L'étude de la composition du sérum sanguin a prouvé que les lagomorphes sont plus étroitement apparentés aux animaux à sabots (ongulés) que les rongeurs. i. Décrire et expliquer comment l'étude de la composition du sérum sanguin permet d établir des relations de parenté. ii. Proposer un arbre phylogénétique illustrant les liens de parenté entre ongulés, rongeurs et lagomorphes. iii. Nommer et présenter brièvement une autre méthode scientifique permettant d établir les relations de parenté entre rongeurs et lagomorphes. 5 points Page 13/16

14 Question E1 Page 2/2 c) Au début du XV ème siècle, une lapine et sa progéniture ont été introduits sur la petite île de Porto Santo (archipel de Madère). Darwin nota 400 ans plus tard des différences significatives entre les lapins de l île et ceux du continent européen : ils étaient devenus bien plus petits avec un comportement plus sauvage. Darwin les a donc considérés comme une espèce nouvelle. i. Préciser comment on peut tester expérimentalement l hypothèse de Darwin. ii. Nommer et présenter brièvement le mécanisme expliquant le phénotype des lapins de Porto Santo. d) Pendant des siècles, les lapins ont été élevés comme animaux de compagnie en Europe. Cela a abouti à la grande variété d aujourd hui. Mais cette domestication a eu d'autres conséquences, telles qu une diminution de l acuité visuelle, de l odorat et du goût, la réduction de la taille de l intestin, du cerveau (22%) et du poids du cœur (37%). Déterminer les facteurs évolutifs responsables de ces transformations. Page 14/16

15 Question E2 Page 1/2 a) Les guppies sont des petits poissons de rivière. Dans leur milieu naturel, les guppies ont des couleurs variables et peuvent être la proie de poissons prédateurs. Les mâles, plus vivement colorés que les femelles, présentent des points et des taches variables en couleur, en taille et en position. Ce caractère est déterminé génétiquement. Les femelles sont plus attirées par les mâles aux taches brillantes. Un scientifique, Endler, a émis l hypothèse que deux «pressions de sélection» opposées sont à l origine de la coloration des guppies mâles, en milieu naturel. Pour tester cette hypothèse, il a reconstitué deux situations: un milieu sans prédateurs et un autre milieu avec un prédateur (Crenicichla alta). Le nombre de taches par guppy mâle est mesuré sur plusieurs mois, ce qui correspond à une dizaine de générations de ce poisson. La variation du nombre de taches par poisson en fonction du temps est présentée dans la figure 1 Figure 1 i. Identifier les deux pressions de sélection opposées auxquelles sont soumis les guppies mâles dans leur milieu naturel. ii. Décrire les résultats de l expérience. iii. Expliquer ces résultats et discuter la validité de l hypothèse d Endler. 4 points Page 15/16

16 Question E2 Page 2/2 b) La figure 2 montre les différences (exprimées en pourcentages) entre les gènes codant pour la chaîne α de l hémoglobine de quelques primates. Figure 2 Homme 0 Chimpanzé 1,45 0 Homme Chimpanzé Gorille Orang-Outang Gorille 1,54 1,54 0 Orang-Outang 3,01 3,01 3,01 0 i. Construire un arbre phylogénétique à partir des données de la figure 2. La figure 3 montre les chromosomes appartenant à différents primates : les chromosomes 2p et 2q de trois singes et le chromosome 2 humain. Figure 3 ii. Comparer les deux chromosomes 2p et 2q des trois espèces de singe. iii. D après la figure 3, déterminer quelle serait l espèce de singe la plus proche de l Homme. Justifier la réponse. iv. Est-ce que le caryotype humain résulte de la fusion de deux chromosomes ou est-ce la scission en deux d un chromosome unique qui a donné le caryotype des singes? Justifier la réponse. Page 16/16