Document 1 : Fonctionnement de la pompe sodium-potassium (représentation schématique) et concentrations intracellulaires en ions

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1 ANNALES SPECIALITE : Energie et cellules vivantes COUPLAGE CHIMIOMECANIQUE 2ème PARTIE Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points. Métropole 2016 Le cytoplasme des cellules est plus riche en ions K + et plus pauvre en ions Na + que le milieu extracellulaire. Ces différences de concentrations participent au potentiel de repos membranaire de -70 mv de la cellule nerveuse. À partir de l exploitation des documents et de l utilisation des connaissances, expliquer les mécanismes énergétiques qui assurent le maintien des différences de concentrations ioniques pour une cellule nerveuse. Document 1 : Fonctionnement de la pompe sodium-potassium (représentation schématique) et concentrations intracellulaires en ions La pompe permet d échanger les ions sodium (Na + ) issus du milieu intracellulaire avec les ions potassium (K + ) issus du milieu extracellulaire dans un rapport précis (3 Na + / 2 K + ). Document 2 : Effets du cyanure sur la consommation en dioxygène du neurone D après biologie TD Collection Tavernier 1989 On suit l évolution de la teneur en dioxygène du milieu de culture dans lequel sont placés des neurones, avant et après ajout de cyanure. Ce dernier traverse facilement les membranes cellulaires. D après SVT Collection Duco 2012

2 Document 3 : Effets du cyanure et de l ATP sur des neurones de calmar Caldwell et Keynes ont placé des neurones de calmar contenant des ions 24 Na + radioactifs dans de l eau de mer. Ils ont mesuré la vitesse de sortie de ces ions dans trois conditions différentes : eau de mer, eau de mer additionnée de cyanure, injection d ATP dans le neurone en présence de cyanure De l ATP ajouté à l eau de mer mais non injecté dans le neurone n a aucun effet. D après Document 4 : Mesures de concentrations intracellulaires en ions Na+ et K+ pour un neurone dans différents milieux de culture. Composition du milieu Na + en mmol.l -1 K + sans glucose avec glucose en mmol.l -1 avec glucose + inhibiteur de la glycolyse avec pyruvate avec pyruvate + inhibiteur de la glycolyse D après Rappel : le pyruvate est le produit final de la glycolyse

3 Liban 2015 On s'intéresse aux différences physiologiques des fibres musculaires des sprinters et des coureurs de fond. Le sprint est caractérisé par un effort bref (quelques secondes) et intense, la course de fond demande un effort plutôt long et modéré. En utilisant les informations fournies par les documents et vos connaissances définir les voies métaboliques impliquées dans chaque type d'effort. Document 1 : Voies de production d ATP dans une cellule musculaire D'après Science de la vie et de la Terre, O. Guillermou, collection Ellipse Document 2 : Coupe transversale de cellules musculaires issue d'une biopsie d'un quadriceps chez deux athlètes après utilisation d'une technique faisant apparaître en noir une forte teneur en enzyme F D après K.N Frayn, Metabolic regulation a human perpective, 2 éd

4 Document 3 : Caractéristiques fonctionnelles des fibres musculaires Fibres de type I. Fibres de type Il. Vitesse de contraction Puissance de contraction Document 4 : Caractéristiques structurales des fibres musculaires Fibres de type I. Fibres de type Il. Richesse en capillaires sanguins Myoglobine* Teneur en glycogène Richesse en mitochondries Myoglobine*: La myoglobine est une protéine fixatrice d'o 2, réservoir temporaire de dioxygène Métropole septembre 2014 L entraîneur d une équipe de natation souhaite comprendre d où vient l énergie utilisée par les muscles lors des courses de 100 mètres et de 1500 mètres, afin d adapter ses séances d entraînement. Vous êtes chargé d expliquer à l entraîneur d où provient l énergie utilisée par les cellules musculaires dans ces deux types de course. Vous devez lui rédiger un document explicatif, en utilisant les données des documents et vos connaissances. Situez les voies métaboliques 2 et 3 du document 1 sur le schéma de la feuille annexe à rendre avec la copie. Document 1 : les différentes voies métaboliques de régénération de l ATP dans les cellules musculaires Lors d un effort, une cellule musculaire consomme de très nombreuses molécules d ATP. Elle régénère ces molécules grâce à trois voies métaboliques décrites ci-dessous : Voie 1 : anaérobie alactique Voie 2 : anaérobie lactique Voie 3 : aérobie Substrats utilisés Créatine-Phosphate + ADP Glucose ou autres substrats + ADP Glucose ou autres substrats + O 2 + ADP Produits formés Créatine + ATP Acide lactique + ATP H 2O + CO 2 + ATP D après «l exercice musculaire» C. Lacoste et D. Richard NATHAN UNIVERSITE collection 128

5 Document 2 : performances et données métaboliques chez des nageurs professionnels Aux derniers jeux olympiques d été, le médaillé d or du 1500 m nage libre homme a mis 14 minutes 31 secondes pour parcourir la distance. Sa vitesse moyenne était donc de 103 m/min. Le médaillé d or du 100 m nage libre a mis 47 secondes et 52 centièmes. Sa vitesse moyenne était donc de 125 m/min. Contributions relatives de la voie aérobie et des voies anaérobies selon les types de course et selon les vitesses atteintes par des nageurs de niveau olympique Distance de la course (en mètres) Contribution relative en % Voies anaérobies Voie aérobie D après «l exercice musculaire» C. Lacoste et D. Richard NATHAN UNIVERSITE collection 128 Document 3 : mise en jeu des trois voies métaboliques en fonction de la durée d un exercice musculaire On considère que l effort maximal fourni lors d un 100 m correspond à une dépense énergétique de 100%. - D après Cometti et al. 1989

6 Feuille annexe à compléter et à rendre avec la copie Schéma des voies métaboliques énergétiques dans une portion de cellule musculaire D après

7 Polynésie 2014 Les nouvelles technologies telles que la vidéo microscopie permettent de visualiser l'activité à l'intérieur d'une cellule À partir de l'exploitation des documents mis en relation avec vos connaissances, proposer un mécanisme expliquant le phénomène mis en évidence par le document 1. Document 1 : Quelques images faites en microscopie de cellules chlorophylliennes de la feuille d'elodée. Les trois images proposées sont extraites d'une vidéo qui dure 5 secondes. Elles permettent de suivre le déplacement du chloroplaste repéré par une flèche : D'après Document 2 : Variation de la vitesse de cyclose des chloroplastes en fonction des conditions énergétiques de la cellule. La cyclose est le mouvement des organites dans le cytoplasme. La vitesse de la cyclose des chloroplastes de l'elodée a été mesurée en plaçant un fragment de feuille successivement dans trois solutions : - une solution témoin puis, - une solution composée de la solution témoin additionnée d'atp (10-5 mol.l -1 ) puis, - une solution composée de la solution témoin additionnée d'atp (10-5 mol.l -1 ) et de pc1ba, un antagoniste de la synthèse d'énergie dans la cellule (10-5 mol.l -1 ). Cette expérience a été répétée pour plusieurs concentrations d'atp et de pc1ba et des résultats comparables sont obtenus à chaque fois. D'après Brueske et Applegate, The roles of adenosine triphosphate and glutathione in the inhibition of cyclosis by p-chlorobenzoic acid in Elodea densa

8 Document 3 : Disposition des chloroplastes dans une cellule chlorophyllienne de Nitella flexilis observée en microscopie électronique D'après Kersey et Wessells, Journal of Cell Biology, 1976, 68: Document 4 : Schéma d'interprétation des interactions entre les chloroplastes et les filaments d'actine à l'origine du déplacement des chloroplastes. La myosine est une protéine capable de se déformer en utilisant de l'atp D'après Shimmen et Yokota, Current Opinion in cell Biology, 2004, 16:68-72