Sciences de la vie et de la terre

Transcription

1 Sciences de la vie et de la terre Terminale Enseignement de spécialité Corrigé des exercices et des activités Rédaction : Isabelle Maléjac Mickaël Lebreton Coordination : Yannick Gaudin Ce cours est la propriété du Cned. Les images et textes intégrés à ce cours sont la propriété de leurs auteurs et/ou ayants droit respectifs. Tous ces éléments font l objet d une protection par les dispositions du code français de la propriété intellectuelle ainsi que par les conventions internationales en vigueur. Ces contenus ne peuvent être utilisés qu à des fins strictement personnelles. Toute reproduction, utilisation collective à quelque titre que ce soit, tout usage commercial, ou toute mise à disposition de tiers d un cours ou d une œuvre intégrée à ceux-ci sont strictement interdits. Cned-2013

2 Séquence 1 Glycémie et diabète Corrigé des exercices séquence 1 SN03 3

3 C orrigé du chapitre prérequis Exercice 1 Exercice 2 Préciser le rôle du glucose dans la cellule Dans le milieu oxygéné, au cours de l expérience on observe une consommation de dioxygène et de glucose, un dégagement important de dioxyde de carbone et une augmentation du nombre de levures. Dans le milieu non oxygéné, la consommation de glucose est identique mais la production de dioxyde de carbone et l augmentation du nombre de levures sont plus faibles. De plus on observe une production d éthanol. Dans le milieu oxygéné, les levures respirent alors que dans le milieu non oxygéné, elles fermentent. La respiration est une oxydation complète du carbone du glucose produisant une forte quantité d énergie. La dégradation totale d une molécule de glucose aboutit dans une cellule à la synthèse de 1840kJ. Cette forte quantité d énergie permet une reproduction rapide des cellules. La fermentation est une dégradation partielle du glucose, elle conduit à la formation de composés organiques intermédiaires comme ici l éthanol. La fermentation produit moins d énergie que la respiration. La dégradation partielle d une molécule de glucose par fermentation alcoolique produit 155 kj. C est pourquoi la population de levures augmente moins rapidement. Réaliser un schéma d expérience Corrigé des exercices séquence 1 SN03 5

4 Exercice 3 Préciser la notion de boucle de régulation Une activité intense du nerf parasympathique provoque une diminution de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle. Ce nerf est un nerf cardiomodérateur. Une activité intense du nerf sympathique provoque une augmentation de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle. Ce nerf est un nerf accélérateur. La pression artérielle varie de la même façon que la fréquence cardiaque : une augmentation de fréquence cardiaque provoque une augmentation de la pression artérielle et inversement. Une augmentation de pression au niveau du sinus carotidien provoque une diminution de la fréquence cardiaque. Une diminution de pression au niveau du sinus carotidien provoque une augmentation de la fréquence cardiaque. Question 3 Schéma fonctionnel de la boucle nerveuse de la régulation de la pression artérielle Récepteurs stimulés Augmentation de la pression artérille Activité nerveuse intense Diminution de la pression artérille Activité nerveuse faible Diminution de la fréquence cardiaque Activité nerveuse intense 6 Corrigé des exercices séquence 1 SN03

5 Question 4 Schéma fonctionnel de la boucle nerveuse de la régulation de la pression artérielle Récepteurs non stimulés Diminution de la pression artérille Activité nerveuse faible Augmentation de la pression artérille Activité nerveuse intense Augmentation de la fréquence cardiaque Activité nerveuse faible Question 5 Bilan capteurs Voies nerveuses sensitives Centre nerveux intégrateur Voies nerveuses motrices Effecteurs barorécepteurs Nerfs de Héring et de Cyon Bulbe rachidien Nerf sympathique et nerf parasympathique cœur Exercice 4 Tester ses connaissances à propos de la relation entre la mutation d un gène, la structure et la fonction d une protéine Le document 1 localise le gène CFTR sur le chromosome 7. Ce gène présente deux allèles qui peuvent être nommés «allèle sain» et «allèle muté». Les nucléotides 1522/1523/1524 (TTT) de l allèle sain sont absents au niveau de l allèle muté. La protéine CFTR normale possède alors une phénylalanine en 508 ème position, cet acide aminé est manquant sur la protéine CFTR résultant de l expression de l allèle muté. Corrigé des exercices séquence 1 SN03 7

6 Le document 2 nous indique que la protéine CFTR est une protéine membranaire des cellules épithéliales, son rôle est de permettre un flux d ions chlorure vers le milieu extracellulaire afin de fluidifier le mucus. Cette protéine ne fonctionne pas chez les individus atteints de mucoviscidose. Le document 3 présente les symptômes de la mucoviscidose. L absence d ions chlorure dans les voies respiratoires provoque un épaississement du mucus qui devient difficile à évacuer et qui est le siège de multiplications bactériennes. Ainsi une mutation au niveau d un gène (ici le gène responsable de la synthèse de la protéine CFTR) est à l origine d une modification de la structure dite primaire de la protéine (la structure primaire d une protéine est la séquence d acides aminés qui la compose). La structure primaire de la protéine est modifiée, la protéine est détruite et ne peut donc pas remplir sa fonction de canal d ions chlorures. 8 Corrigé des exercices séquence 1 SN03

7 Corrigé des activités du chapitre 2 Pour débuter Question 3 Question 4 La glycémie chez cette personne est de 1,16 g.l 1 ou 6,44 mmol.l 1 Les valeurs de référence sont 0,70 à 1,10 g.l 1 ou 3,88 à 6,11 mmol.l 1. Ces valeurs correspondent à des limites supérieure et inférieure, une glycémie comprise entre ces valeurs de référence est une concentration dite «normale». La masse molaire du glucose est de 180g. Règle de proportionnalité : 180g 1 mol 1,16g? mol Calcul : 1,16/180 = 0,00644 mol = 6,44 mmol Si la glycémie dépasse les valeurs de référence, l organisme présente des symptômes qui peuvent être très graves voir mortels. Ce paramètre doit être relativement stable donc être régulé. *: Remarques (non attendue dans la réponse) A long terme, une hyperglycémie prolongée provoque la glycation de certaines protéines c est à dire une modification structurale de ces protéines les rendant peu ou pas fonctionnelles. La glycation de certaines protéines constitutives des parois vasculaires leur fait perdre une partie de leurs propriétés mécaniques. Les parois vasculaires s épaississent de façon irréversible ce qui est à l origine d une vasoconstriction (diminution du diamètre des vaisseaux sanguins) et de thrombose (formation de caillots dans les vaisseaux), la circulation sanguine est alors amoindrie. Cet épaississement est renforcé par des dépôts d agrégats protéiques à l intérieur des vaisseaux sanguins. Ces épaississements diminuent fortement les échanges intercellulaires et les échanges entre les cellules et le sang. Ainsi, la glycation dans les vaisseaux sanguins est l un des facteurs responsables de l altération des vaisseaux appelée angiopathie diabétique et du vieillissement vasculaire. Au niveau des yeux, la fragilisation de la paroi des vaisseaux de la rétine provoque un risque d hémorragie pouvant entraîner une détérioration progressive de la vision voire la cécité. Au niveau des reins, la détérioration des capillaires sanguins peut conduire à une insuffisance rénale nécessitant un traitement par dialyse. Corrigé des exercices séquence 1 SN03 9

8 Cette mauvaise irrigation sanguine endommage les nerfs des membres inférieurs. Cela a pour effet de ralentir la conduction nerveuse. Une blessure au pied n est parfois plus ressentie (danger d aggravation). Sa guérison est très ralentie par faute d une bonne irrigation sanguine. Activité 1 Comprendre l action d une enzyme digestive sur un aliment Le nom de la substance responsable de l hydrolyse de l amidon dans la bouche est l amylase. Protocole expérimental permettant de mettre en évidence les caractéristiques des deux types d hydrolyse. Expérience 1 : L hydrolyse de l amidon par l acide chlorhydrique ; Dans deux tubes à essai on verse de l amidon en solution. Le premier sert d expérience témoin : on ne rajoute pas d acide chlorhydrique ; Dans le second on rajoute de l acide chlorhydrique. Les deux tubes sont placés à 10 C par exemple. On teste au fur et à mesure du temps (toutes les 5 minutes par exemple) la solution avec l eau iodée pour voir si l amidon disparaît et à la liqueur de Fehling pour voir si le maltose apparaît. Cette expérience est renouvelée à d autres températures de 20 C à 100 C. Expérience 2 : L hydrolyse de l amidon par l amylase. On réalise la même expérience mais en remplaçant l acide chlorhydrique par l amylase. Question 3 Expérience de l hydrolyse acide de l amidon (voir image en couleur sur le campus). Schéma de l expérience de l hydrolyse acide de l amidon : Interprétation : Pour le test à l eau iodée : la coloration noire dans le tube 1 signifie la présence d amidon la coloration jaune dans le tube 10 signifie l absence d amidon L amidon a progressivement disparu. 10 Corrigé des exercices séquence 1 SN03

9 Pour le test à la liqueur de Fehling : la coloration bleue dans le tube 11 signifie l absence de sucres réducteurs (glucose) la coloration rouge-orangée dans le tube 20 signifie la présence de sucres réducteurs (glucose). Les sucres réducteurs (glucose) ont progressivement apparu. Dans le tube «T1», le test à l eau iodée reste positif et dans le tube «T2» le test à la liqueur de Fehling reste négatif tout au long de l expérience : il n y a pas d hydrolyse de l amidon en absence d acide chlorhydrique. Au cours de l expérience on observe une hydrolyse progressive de l amidon par l acide chlorhydrique en sucres réducteurs. L hydrolyse totale est réalisée en 70 minutes environ à une température avoisinant les 85 C. Expérience de l hydrolyse de l amidon par l amylase (voir image en couleur sur le cned.fr) Première série de tests Schéma de l expérience Corrigé des exercices séquence 1 SN03 11

10 L évolution de la couleur de la liqueur de Fehling dans le tube 3 au cours du temps montre qu il y a eu hydrolyse de l amidon. Au bout de 12 min, l amidon a presque disparu. Le test à la liqueur de Fehling est positif en fin d expérience, les sucres réducteurs sont apparus. Cette hydrolyse de l amidon par l amylase a eu lieu à 37 C. Expérience de l hydrolyse acide de l amidon par l amylase. Première série de tests Le test à l eau iodée reste positif dans les tubes 1 et 2. Il n y a pas eu hydrolyse de l amidon dans le tube 1 car il n y a pas d agent catalyseur de l hydrolyse. Il n y a pas eu hydrolyse de l amidon dans le tube 2, l amylase préalablement bouillie ne peut pas hydrolyser l amidon. L hydrolyse de l amidon par l amylase est beaucoup plus rapide que l hydrolyse de l amidon par l acide chlorhydrique. Deuxième série de tests Schéma de l expérience (voir image en couleur sur cned.fr) 6 minutes après Le test à l eau iodée est négatif, l amidon a donc été hydrolysé. L amylase est restée active, l hydrolyse précédente n a pas altéré la molécule enzymatique. Q4) De même que l acide chlorhydrique, l amylase hydrolyse l amidon. Mais l amylase agit beaucoup plus vite à une température plus basse. L amylase est encore active après plus d une demi-heure. Ces caractéristiques correspondent aux caractéristiques d un biocatalyseur. Activité 2 Découvrir la spécificité enzymatique et les conditions d action des enzymes Dans un tube à essai, on place de l amidon et de la pepsine dans les conditions de l estomac (37 C et ph acide). Puis on teste assez rapidement (10 min) à l eau iodée pour voir si l amidon disparaît ou non. Un tube témoin contenant uniquement de l amidon serait testé de la même façon. Un résultat positif à l eau iodée signifie que l eau iodée vire au noir donc que la solution testée contient de l amidon. Un résultat négatif à l eau iodée signifie que l eau iodée ne change de couleur donc que la solution ne contient pas d amidon. 12 Corrigé des exercices séquence 1 SN03

11 Question 3 Question 4 Question 5 L expérience 5 est l expérience qui permet de savoir si l amylase poursuit son action dans l estomac car le tube 5 contient de l amidon et de l amylase et il est placé dans les conditions régnant dans l estomac : 37 C et ph acide 2. Le résultat étant positif, l amidon n a pas disparu contrairement au tube 2 : l action de l amylase ne se poursuit pas dans l estomac. Le tube 3 contient de l amidon et de la pepsine. Il est placé dans les conditions régnant dans l estomac. Le test à l eau iodée est positif : l amidon n a pas disparu. L hydrolyse de l amidon n a pas eu lieu en présence de pepsine. Cette étude nous apprend que l activité enzymatique dépend très étroitement du ph du milieu et que toutes les enzymes n ont pas le même ph optimal. Bilan : La pepsine n hydrolyse pas l amidon dans l estomac. On peut en déduire que chaque enzyme agit sur une molécule précise. C est ce qu on peut appeler la spécificité enzymatique de substrat. L amylase agit sur l amidon à ph 7, alors qu elle n agit pas à ph 2. Une enzyme a une activité maximale à un ph précis qu on peut appeler ph optimal. Activité 3 Question 3 Question 4 Question 5 Mettre en évidence la régulation de la glycémie Après un repas la glycémie augmente. Cette augmentation est due à l absorption intestinale du glucose après la digestion. Au cours d une activité sportive la glycémie diminue. Cette diminution serait due à la consommation de glucose par les muscles qui font un effort. L énergie nécessaire au muscle provient de la dégradation du glucose en présence de dioxygène au cours de la respiration cellulaire. Au cours de la journée, après chaque augmentation de la glycémie, on observe une diminution. Après chaque diminution, on observe une augmentation. Ces faibles variations suggèrent qu il existe un système de régulation qui, à chaque petite augmentation de la glycémie, agit pour diminuer cette glycémie. Et au contraire, ce système de régulation agit pour augmenter la glycémie à chaque diminution. La valeur de consigne serait la valeur de la glycémie qui serait la limite au delà et en deçà de laquelle le système de régulation est mis en jeu. Activité 4 Découvrir les organes effecteurs de la régulation de la glycémie et leur rôle respectif. Le foie, le tissu adipeux et les muscles présentent un fort taux de radioactivité. Ils semblent être les organes impliqués dans le système de régulation de la glycémie. Corrigé des exercices séquence 1 SN03 13

12 Question 3 Question 4 Question 5 Grâce à l animation, on peut conclure que le foie est capable de restituer du glucose même après avoir été lavé abondamment. Il contient donc une substance de réserve non soluble dans l eau. document 4e : En période de jeun, la glycémie dans le sang entrant dans le foie par la veine porte hépatique est inférieure à la glycémie dans la veine sus hépatique. Ces mesures confirment que le foie est capable de restituer du glucose dans le sang en période de jeun. Après un repas, la glycémie dans le sang entrant dans le foie par la veine porte hépatique est de 2,5 g.l 1, elle est de 1,3 g.l 1 dans la veine sus hépatique. Le foie est capable de stocker le glucose. Document 4f : Les grains foncés dans les hépatocytes du foie du lapin après un repas montre que le stockage du glucose peut se faire sous la forme de glycogène Bilan : Le foie peut stocker le glucose après un repas. On observe un précipité blanc dans le tube contenant le broyât de muscle : les cellules musculaires contiennent du glycogène. Par contre, il n y a pas de précipité blanc dans le tube contenant le broyât de tissu adipeux, les cellules adipeuses ne contiennent pas de glycogène. Ce glucose 6 phosphate ne peut être libéré dans le sang car il ne peut traverser la membrane cellulaire. Les cellules musculaires ne possèdent pas la glucose 6 phosphatase permettant de transformer le glucose 6 phosphate en glucose. Les cellules musculaires ne peuvent donc pas libérer le glucose mis en réserve sous forme de glycogène. Activité 5 Question 3 Question 4 Question 5 Découvrir le système de régulation de la glycémie L organe participant à la régulation de la glycémie mis en évidence dans cette expérience est le pancréas car l ablation de cet organe provoque des variations de la glycémie. Cette expérience confirme la réponse précédente car si on retire le greffon, la glycémie s élève. Il n est pas nécessaire que le pancréas soit en place pour agir sur la glycémie. Le greffon étant relié à l organisme par des capillaires sanguins, on peut supposer que le pancréas agit sur les organes effecteurs par voie sanguine donc hormonale. L insuline provoque immédiatement une baisse de la glycémie une heure après l injection la glycémie retrouve la valeur de consigne (ici environ 1g.L 1 ). L insuline est hypoglycémiante. Le glucagon provoque une augmentation de la glycémie. Son effet cesse à la fin de la perfusion, la glycémie retrouve la valeur de consigne. Le glucagon est hyperglycémiant. Ce document 5f permet de comprendre que l insuline et le glucagon sont des hormones et que les hormones se fixent sur des récepteurs membra- 14 Corrigé des exercices séquence 1 SN03

13 Question 6 naires spécifiques de certaines cellules appelées cellules cibles. La fixation de l hormone sur son récepteur modifie le métabolisme de la cellule. Le document 5g illustre la fixation de l insuline sur son récepteur. On observe une complémentarité des formes hormone/récepteur. Le récepteur est donc spécifique bien à «son» hormone. Le document 5h nous permet de voir que l insuline radioactive est présente sur les membranes des cellules hépatiques, musculaires et adipeuses. Ces trois types de cellules possèdent le récepteur spécifique de l insuline, ce sont donc les cellules cibles de l insuline. Par contre le glucagon radioactif n est présent que sur la membrane des cellules hépatiques, seules les cellules hépatiques possèdent le récepteur au glucagon, ce sont les cellules cibles du glucagon. Le document 5i nous montre que en présence d insuline les cellules musculaires prélèvent plus de glucose dans le milieu et qu elles contiennent plus de glycogène. L insuline favorise donc l absorption du glucose et la glycogénogenèse. L effet de l insuline est le même sur les hépatocytes. Par contre au niveau des adipocytes, on observe le même effet au niveau du glucose prélevé mais une augmentation de la teneur en triglycérides. Ici la lipogenèse est stimulée. Le document 5j nous montre qu en présence de glucagon, la teneur des hépatocytes en enzymes impliquées dans la dégradation du glycogène augmente. Le glucagon stimule donc le glycogénolyse. Activité 6 Découvrir le contrôle des sécrétions hormonales du pancréas Document 6a : La sécrétion d insuline par les cellules ß est très largement supérieure lorsque le milieu contient du glucose : les cellules ß sont sensibles à la concentration du milieu extracellulaire en glucose. Une augmentation de la concentration en glucose dans le milieu extracellulaire stimule la sécrétion d insuline par les cellules ß. Document 6b : La sécrétion de glucagon par les cellules ß dépend de la concentration en glucose du milieu extracellulaire. Plus la concentration en glucose du milieu extracellulaire augmente, plus la sécrétion de glucagon diminue. Lorsque l organisme subit une légère augmentation de la glycémie après un repas par exemple, les cellules ß sont stimulées, l insuline hypoglycémiante agit sur ses cellules cibles afin de diminuer la glycémie. Lorsque l organisme subit une légère baisse de glycémie pendant un effort physique par exemple, les cellules sont stimulées, le glucagon hyperglycémiant agit sur ses cellules cibles afin d augmenter la glycémie. Corrigé des exercices séquence 1 SN03 15

14 Corrigé des activités du chapitre 3 Activité 1 Identifier les sujets diabétiques Les patients 1 et 4 sont diabétiques car leur glycémie à jeun est supérieure à 1,26 g.l 1 (7 mmol.l 1 ) à deux reprises, ce qui n est pas le cas des deux autres patients. Une remarque à propos du patient 3 : Sa glycémie est relativement élevée : il faudrait surveiller l évolution de sa glycémie car il est peut-être diabétique «débutant». Le patient 2 ne semble pas avoir de problème particulier concernant sa glycémie. Activité 2 Rechercher les caractéristiques des différents types de diabète Après ingestion d une solution de glucose, le patient 1 présente une glycémie élevée atteignant au bout de 90 min une valeur supérieure à 3 g.l 1. Au bout de 180 mn, sa glycémie a à peine baissé, elle est d environ 2,8 à 2,9 g.l. L insulinémie est nulle au cours de cette expérience. Chez le patient 4, au cours de l expérience, la glycémie évolue de façon similaire : elle dépasse 4 g.l 1 au bout de 90 min et baisse très légèrement ensuite. Par contre, chez le patient 4, on constate qu il y a une production importante d insuline. L insulinémie n évoluant pas de la même façon chez ces deux patients, l origine de leur diabète respectif est différente. Chez le patient 1 : Hypothèse 1 : l absence d insuline plasmatique pourrait être due à un mauvais fonctionnement des cellules des îlots de Langerhans. Hypothèse 2 : Il y aurait absence des cellules des îlots de Langerhans. Hypothèse 3 : L insuline pourrait être «fabriquée»normalement par les cellules mais pourrait ne pas être déversée dans les vaisseaux sanguins. Chez le patient 4 : Il semble que l insuline produite ne soit pas efficace. Pour que cette molécule ne soit plus efficace, on peut émettre plusieurs hypothèses : sa forme spatiale a été modifiée (elle ne peut plus se fixer sur son récepteur spécifique) ou bien le récepteur membranaire spécifique a été modifié (il ne «reconnaît» plus la molécule d insuline) ou n existe plus. 16 Corrigé des exercices séquence 1 SN03

15 Activité 3 Question 3 Question 4 Rechercher l origine de diabète de type 1 Puisque ce patient ne produit pas (ou très peu) d insuline, il serait intéressant de voir si son pancréas présente des cellules au niveau des îlots de Langerhans. Le pancréas d un individu atteint de diabète de type 1 ne présente pas d îlots de Langerhans, par contre on y observe des acini pancréatiques et des canaux collecteurs normaux Cette observation confirme l hypothèse correspondant à une absence des cellules des îlots de Langerhans. Le document 3c montre que l injection des lymphocytes T d une souris diabétique à une souris non diabétique, provoque l apparition du diabète en quelques jours : Les lymphocytes pourraient être la cause de cette apparition du diabète de type 1. Les lymphocytes seraient responsables de la destruction des cellules ß des îlots de Langerhans. Le diabète de type 1 ne semble se déclarer que si les deux types de lymphocytes T8 et T4 sont présents. Les expériences 3d et 3e montrent que les lymphocytes cytotoxiques sont localisés au niveau des cellules ß des îlots de Langerhans. Les lymphocytes T4, pivots des réactions immunitaires, stimulent les lymphocytes T8 ce qui favorise la cytolyse des cellules ß des îlots de Langerhans. La destruction progressive de ces cellules provoque une diminution de la sécrétion d insuline puis un arrêt de la sécrétion lorsque toutes les cellules sont détruites. Activité 4 Rechercher l origine de diabète de type 2 Le document 4a montre que l enchaînement des acides aminés de l insuline normale est le même que l enchaînement des acides aminés de l insuline d un individu atteint de diabète de type 2. Les deux insulines ont la même structure primaire, donc la même forme spatiale. Ce n est pas la forme de l insuline qui est mise en cause. Le document 4b montre que chez un individu sain, une augmentation de la concentration d insuline dans le milieu de culture des adipocytes stimule l absorption de glucose. Par contre les adipocytes semblent beaucoup moins sensibles à l insuline dans le cas d un individu diabétique DT2. L inefficacité de l insuline pourrait être due aux récepteurs. Le document 4c montre que chez un sujet diabétique les récepteurs à insuline fixent aussi bien l insuline que chez les individus sains : les récepteurs ont une forme «normale», la structure des récepteurs n est pas mise en cause. Le document 4d montre que l activité du récepteur est beaucoup plus faible chez un individu diabétique que chez un individu sain. Corrigé des exercices séquence 1 SN03 17

16 Au final chez un individu atteint de diabète de type 2, l insuline ne produit plus l effet qu elle produit chez in individu sain : elle se fixe sur le récepteur «normalement» mais cette fixation ne modifie pas comme elle le devrait le métabolisme cellulaire. Elle devrait provoquer une stimulation de l absorption de glucose et une stimulation de la mise en réserve sous forme de triglycérides pour les adipocytes (et de glycogène pour les hépatocytes et les cellules musculaires), ce qui n est pas le cas. En fait, l insuline n active plus l absorption de glucose et sa mise en réserve au niveau des cellules cibles. Activité 5 Découvrir les facteurs déclenchant du diabète de type 1 Le document 5a montre que plus on est proche génétiquement d un individu atteint de diabète de type 1, plus on a de risque de déclarer ce type de diabète. Le document 5b montre que des combinaisons allèliques prédisposent au diabète de type 1 comme la combinaison DR3 / DR4. La déclaration d un diabète de type 1 dépendrait de facteurs génétiques. Dans le document 5c, on observe que la protéine P2C du Coxsackie virus et la GAD humaine présente dans les cellules des îlots de Langerhans ont une séquence d acides aminés commune :.. «Pro-Glu-Val-Lys-Glu-Lys»... Le système immunitaire reconnaissant comme étrangère la protéine P2C pourrait reconnaître comme étrangère la protéine GAD. Le système immunitaire détruisant la P2C pourrait aussi détruire la GAD et donc les cellules. Le facteur déclenchant serait ici la présence de virus. Le document 5d montre que 1) le nombre de cas de DT1 déclaré avant 10 ans est d autant plus important que le pourcentage d enfants nourris au sein est faible. Il semblerait qu être nourri au sein «éviterait» de déclarer un DT1. 2) les enfants qui ont un taux d anticorps antibsa élevé (>5 u.a.) ont déclaré un diabète de type 1 alors que les enfants dont le taux d anticorps antibsa est faible (< 5 u.a.) ne déclare pas de diabète. Être nourri au lait de vache au cours de la prime enfance apporterait une protéine bovine la BSA. Celle-ci provoquerait une réaction immunitaire et donc la production d anticorps antibsa. Cette production d anticorps favoriserait la déclaration d un diabète de type 1. La déclaration du diabète de type 1 dépendrait donc de divers facteurs environnementaux tels que la présence de certains virus ou l alimentation. 18 Corrigé des exercices séquence 1 SN03

17 Activité 6 Découvrir les facteurs déclenchant du diabète de type 2 Le document 6a montre que plus on est proche génétiquement d un individu atteint de diabète de type 2, plus on a de risque de déclarer ce type de diabète. Ici aussi, le facteur génétique intervient dans le déclenchement de ce type de diabète. Le document 6b montre qu une augmentation de la masse et une inactivité augmentent le risque de survenue du diabète de type 2. Corrigé des exercices séquence 1 SN03 19

18 Corrigés des exercices du chapitre 2 Exercice 2 Vrai ou faux les lettres correspondent aux réponses fausses. 1: b,d. 2 : a,c,e. 3 : a,b,d. 4 : a. 5 : b.6 : b,d. Exercice 3 Bilan hépatique en mg.min 1 Temps en minutes Bilan hépatique , ,2 10-5,2-13, , , ,8 0 Représentation graphique : Bilan hépatique en fonction du temps Bilan hépattique en mg de glucose par minute Perfusion de glucose Temps en minutes Un bilan positif indique que GV est supérieur à GA : le foie produit du glucose, il est en glycogénolyse. Un bilan négatif indique que GV est inférieur à GA : le foie stocke le glucose : il est en glycogénogenèse. De 0 à 30 minutes, l animal est à jeun, le foie libère du glucose, ceci compense les prélèvements cellulaires et maintient la glycémie stable. De 30 à 70 minutes, le bilan hépatique diminue. L animal est perfusé. La libération du glucose diminue jusqu à ce que le bilan devienne négatif où le foie stocke de plus en plus de glucose. Le foie est en glycogénogenèse. De 70 à 120 minutes, La glycogénogenèse est globalement stable, adaptée à la quantité de glucose perfusée. 20 Corrigé des exercices séquence 1 SN03

19 De 120 à 130 minutes, l animal n est plus perfusé, la glycogénogenèse diminue. Exercice 4 Le document 1 est la représentation graphique de la variation de la glycémie suite à l injection en intraveineuse d insuline chez un animal à jeun sain. On observe que la glycémie chute suite à l injection d insuline. L insuline est une hormone hypoglycémiante. Le document 2 représente la libération d insuline par un pancréas isolé et perfusé en fonction de la concentration en glucose de la solution perfusée. On observe qu une modification de la concentration de glucose de la solution perfusée agit sur la sécrétion d insuline par le pancréas. Les cellules sécrétrices d insuline sont sensibles à la concentration de glucose. Une augmentation de la glycémie provoque une sécrétion d insuline alors qu une diminution de la glycémie provoque une diminution de la sécrétion d insuline. Le document 3 représente la variation du bilan hépatique chez le chien normal à jeun à qui on injecte une dose d insuline. Le bilan hépatique diminue après injection d insuline. Ces résultats montrent que : les cellules du foie sont sensibles à l insuline, ce sont des cellules cibles à l insuline. l insuline stimule la glycogénogenèse hépatique. Le document 4 relate le comportement du tissu musculaire vis à vis du glucose présent dans le milieu de culture avec ou sans insuline ainsi que la teneur des cellules en glycogène. On observe que, en présence d insuline, les cellules musculaires ont prélevé plus de glucose et que leur teneur en glycogène est plus importante. On peut en déduire que les cellules musculaires sont sensibles à l insuline, ce sont des cellules cibles à l insuline. L insuline a ici le même effet que sur les cellules du foie : elle favorise l absorption du glucose et sa mise en réserve sous forme de glycogène. L information 3 nous apprend que les cellules adipeuses sont aussi sensibles à l insuline et que l insuline agit sur ces cellules en stimulant la mise en réserve du glucose sous forme de lipides. Bilan : Le rôle de l insuline est d abaisser la glycémie en favorisant l absorption du glucose et sa mise en réserve sous forme de glycogène ou de lipides. Elle agit sur trois types de cellules : les cellules du foie, les cellules musculaires et les cellules adipeuses. Sa sécrétion par les cellules ß des îlots de Langerhans du pancréas est déclenchée par une augmentation de la glycémie. Corrigé des exercices séquence 1 SN03 21

20 Corrigé des exercices d apprentissage du chapitre 3 Exercice 2 Quelles sont les caractéristiques du diabète de type 1 A- B- C- D- E- F- Q2) Quelles sont les caractéristiques du diabète de type 2 A- B- C- D- E- F- Exercice 3 Le document 1 localise les populations d indiens Pima : les indiens Pimas de Maycoba sont installés au Mexique et les indiens Pimas de Gila River sont installés aux États -Unis. Le document 2 représente les résultats d une étude sur les risques de diabète de type 2 en fonction de l IMC et de la situation familiale. On observe que plus l IMC est élevé, plus le risque d être atteint est élevé. Être enfant de deux parents diabétiques présente un risque plus élevé qu être enfant d un seul parent diabétique. Être enfant de parents non diabétiques présente un risque relativement faible. On peut donc conclure de ce document que l apparition du diabète de type 2 dans cette population des indiens Pima dépend d un facteur génétique et d un facteur environnemental lié à l alimentation. Le document 3 confirme l existence d un lien entre le pourcentage élevé de diabète de type 2 et un IMC élevé puisque 69 % de la population est obèse. Ce document met aussi en évidence l influence du mode de vie puisque la population la plus atteinte a un mode de vie sédentaire. Bilan L apparition du diabète de type 2 chez les indiens Pima habitants aux États-Unis a une origine multifactorielle. Facteurs génétiques, obésité et sédentarité sont à l origine de l apparition du diabète de type 2 dans cette population. Exercice 4 Au début de la maladie (stade 1 et 2) le pancréas sécrète une forte quantité d insuline puis à partir du stade 3 jusqu au stade 5 la sécrétion d insuline par le pancréas diminue et devient inférieure à la normale. 22 Corrigé des exercices d apprentissage séquence 1 SN03

21 Au stade 2 la glycémie est encore peu élevée car la faible utilisation du glucose est compensée par une très forte sécrétion d insuline. Au stade 5, la faible utilisation du glucose par les organes n est plus compensée par une forte sécrétion d insuline (la sécrétion d insuline en 5 est inférieure à la normale), la glycémie n est plus contrôlée : on observe une hyperglycémie d environ 3.6 g.l 1. Corrigé des exercices d apprentissage séquence 1 SN03 23

22 Séquence 2 Énergie et cellule vivante Corrigé des exercices séquence 2 SN03 25

23 C orrigé du chapitre Prérequis Exercice 1 Exercice 2 Question 3 Exercice 3 La composition de la matière vivante La matière minérale ici représentée par la Terre (dans sa globalité) et le granite (roche abondante dans les couches superficielles de la Terre) est essentiellement constituée par des atomes d oxygène, de fer, de silice et de magnésium. Par contre, la matière vivante ici représentée par le blé et l homme est essentiellement composée d atomes d oxygène, de carbone, d hydrogène et d azote. La composition chimique de ces quelques molécules organiques confirme bien la richesse de la matière organique en atomes d oxygène, de carbone, d hydrogène et d azote. Effectivement, les formules chimiques attestent de cette richesse. Pourquoi l essence peut-elle s enflammer alors que l eau minérale ne le peut pas? L eau minérale Contient uniquement des molécules d eau. Est riche en carbone et en hydrogène. Ne contient que très peu de molécules organiques. Ne contient pas de molécules organiques. L essence Est riche en molécule d eau. Contient des molécules caractérisées par leur richesse en carbone et en hydrogène. Est riche en ions minéraux. Est pauvre en ions minéraux. L essence est source d énergie car : Elle contient des corps oxydables c est-à-dire susceptibles de réagir chimiquement avec le dioxygène. Elle contient plus de matière organique que d eau. Elle est riche en ions minéraux. Le flux d énergie au sein d une chaîne alimentaire On observe que la quantité d énergie diminue tout au long de la chaîne alimentaire. Chez chaque organisme, une partie de l énergie reçue n est pas utilisée et une partie de l énergie est dispensée par la respiration. En fait, la production de matière représentant de l énergie est infime par rapport à la quantité d énergie que l organisme a à sa disposition. Corrigé des exercices séquence 2 SN03 27

24 Question 3 Question 4 Exercice 4 Exercice 5 Au sein de la chaîne alimentaire, la quantité d énergie diminue car, à chaque niveau, une grande partie de l énergie est perdue soit par nonutilisation, soit par respiration. Chaîne alimentaire 1 : (32, /5, ) 10 2 = % Chaîne alimentaire 2 : (8, /41, ) 10 2 = % Pour chaque chaîne alimentaire, la part d énergie incidente solaire retrouvée chez l homme est très faible. Elle est d autant plus faible que la chaîne alimentaire est longue. Organisme Rendement de production Hêtre 0,36 % Chenille 5,37 % Musaraigne 1,54 % Le rendement est très faible pour le hêtre, la quantité d énergie non utilisée est très élevée. La photosynthèse a un rendement faible. Le rendement de la chenille est plus élevé que le rendement de la musaraigne. La différence s explique par la quantité d énergie dispensée par la respiration : elle est beaucoup plus élevée chez la musaraigne. La musaraigne doit effectivement dépenser beaucoup plus d énergie pour rechercher sa nourriture que la chenille. Du raisin au vin Pasteur met en contact ses cultures de levures avec plus ou moins d air et teste la présence d éthanol. Il veut donc tester l hypothèse : «La présence d air influence la production d alcool au sein d une culture de levures.» On observe que la concentration d éthanol augmente de façon significative à partir du moment où il n y a plus de dioxygène. L hypothèse est en partie validée : ce n est pas l air qui influence la production d alcool au sein de la culture de levures mais la présence ou l absence de dioxygène dans l air. Les facteurs influençant le métabolisme cellulaire La lignée 1 et la lignée 2 diffèrent par leur patrimoine génétique. La lignée 2 a subi des mutations. Dans un milieu aérobie (en présence de dioxygène), on observe que la lignée 1 consomme moins de glucose que la lignée 2. Les conditions étant les mêmes, on peut dire que la consommation de glucose, donc le métabolisme cellulaire, dépend ici du patrimoine génétique. Observons le métabolisme de la lignée 1 dans deux conditions différentes : milieu aérobie et milieu anaérobie (en absence de dioxygène). En milieu aérobie, les cellules absorbent moins de glucose qu en milieu anaérobie. Ces cellules qui ont le même patrimoine génétique réagissent différemment selon le milieu. Leur métabolisme dépend bien de conditions du milieu. 28 Corrigé des exercices séquence 2 SN03

25 Exercice 6 Question 3 La compétition entre les organes % du débit sanguin Repos Effort intense Effort extrême Muscles 21,8 72,2 90 Organes digestifs 25,4 3,5 1,1 Plus l effort est intense, plus le pourcentage du débit sanguin des muscles est élevé et plus le pourcentage du débit sanguin des organes digestifs est faible. On peut donc expliquer le terme «effet de vol» : on pourrait assimiler le grand débit sanguin dans les cellules musculaires comme un vol de sang aux cellules des organes digestifs qui, elles, se retrouvent avec très peu de sang. Une cellule animale ne peut vivre que si elle a un apport en nutriments et en dioxygène pour produire l énergie indispensable à son fonctionnement. Le sang apporte à chaque cellule ce dont elle a besoin. Si le débit sanguin est vraiment très faible, ce qui est le cas pour un effort extrême, les cellules n ont pas assez de nutriments ni de dioxygène pour produire leur énergie : elles meurent. Corrigé des exercices séquence 2 SN03 29

26 Corrigé des activités du chapitre 2 Activité 1 Mettre en évidence la synthèse de matière organique à différentes échelles Chloropaste ne présentant pas de coloration brune Paroi Une cellule de mousse de Java en absence de CO 2 Chloropaste présentant de coloration brune Paroi Une cellule de mousse de Java en présence de CO 2 Stroma Membrane externe Membrane interne Espace intermembranaire Membrane thylakoïdienne Lumen Granum Grain d amidon* Schéma synthétique d un chloroplaste Globule lipidique ADN Question 3 Document 1 : Les feuilles de pélargonium décolorées à l alcool et placées dans une solution de lugol se colorent en brun foncé à noir. Le lugol est un réactif permettant de mettre en évidence l amidon (substance organique) : d une coloration jaune à orangée, il passe à une coloration brun très foncé à noire en présence d amidon. Les résultats montrent une synthèse d amidon au niveau de la feuille exposée à la lumière et dans les parties chlorophylliennes. Cette expérience montre la synthèse de matière organique au niveau de l organe en présence de lumière et de chlorophylle. 30 Corrigé des exercices séquence 2 SN03

27 Question 4 Document 2 : Les cellules de mousse de Java placées à la lumière, en présence de dioxyde de carbone et traitées au lugol, présentent des taches brunes. Les cellules de mousse de Java placées à la lumière, en l absence de dioxyde de carbone et traitées au lugol, ne présentent pas de taches brunes. Ces deux expériences montrent que la synthèse d amidon a lieu dans la cellule chlorophyllienne. Document 4 : Les cellules de mousses de Java placées à la lumière, en présence de dioxyde de carbone (document 2), observées au microscope électronique, présentent des organites, les chloroplastes, riches en grains d amidon. En absence de dioxyde de carbone, les chloroplastes ne présentent pas de grains d amidon. En présence de lumière, de chlorophylle et de dioxyde de carbone, la synthèse d amidon (matière organique) a lieu au niveau de l organite (le chloroplaste). Le document 1 permet de mettre en évidence la nécessité de lumière et de la chlorophylle pour la synthèse d amidon [(C 6 H 10 O 5 ) n, glucide polymère de glucose C 6 H 12 O 6 ]. Le document permet de mettre en évidence la nécessité du dioxyde de carbone pour la synthèse d amidon. Sachant que l eau est indispensable au développement des végétaux, on peut donc écrire à ce stade l équation de la photosynthèse : Chlorophylle 6CO2+ 6H2O C 6H Énergie solaire 12O6+ 6 O2 Activité 2 Rechercher les particularités de la feuille favorisant la photosynthèse Annotation du document 8a : Limbe Nervure principale Nervure secondaire Pétiole Feuille observée à l œil nu Corrigé des exercices séquence 2 SN03 31

28 Annotation du document 8b : Cellule épidermique Stomate ( 40) Observation microscopique d épiderme foliaire de polypode ( 40) Cellule épidermique Ostiole Deux cellules stomatiques Stomate ( 600) Observation microscopique d épiderme foliaire de polypode ( 400) 32 Corrigé des exercices séquence 2 SN03

29 Annotation du document 8c : Épiderme supérieur Cellule chlorophyllienne Parenchyme palissadique Parenchyme lacuneux Chambre sous-stomatique Ostiole Stomate Trajet du CO 2 Lumière Trajet du O 2 Schéma d interprétation d une coupe transversale de feuille Activité 3 La feuille : est riche en cellules chlorophylliennes, présente des stomates (structures permettant les échanges gazeux entre l atmosphère et les cellules), est plate et fine d environ 1 mm (la lumière peut donc facilement atteindre les cellules). parenchyme lacuneux qui augmente la surface d échange entre les cellules des feuilles et l air. Montrer que la photosynthèse correspond globalement à une réaction d oxydoréduction Le document 9b permet de découvrir l origine de l élément «oxygène» contenu dans le dioxygène rejeté. La proportion en 18 O (en %) des molécules de dioxygène produites est identique à la proportion en 18 O (en %) des molécules d eau. L élément «oxygène» du dioxygène produit provient de l eau. Les molécules d eau ont donc subi une oxydation. Le document 10 permet de connaître le devenir des éléments du dioxyde de carbone absorbé. Corrigé des exercices séquence 2 SN03 33

30 Le carbone et l oxygène du dioxyde de carbone absorbé (CO 2 ) sont retrouvés dans les molécules d amidon (C 6 H 10 O 5 )n. D après le document 11, le carbone du dioxyde de carbone passe d un nombre d oxydation de +4 à 0 dans les molécules de glucose. Le carbone a donc été réduit. L oxygène de l eau passe de 2 à 0 dans le dioxygène. L oxygène a été oxydé. Cette réaction est bien une réaction d oxydoréduction. Réduction du C (no : de +4 à 0) Chlorophylle 6CO2+ 6H2O C 6H Énergie solaire 12O6+ 6 O2 Oxydation de O (no : de 2 à 0) Activité 4 Caractériser la phase photochimique et chimique de la photosynthèse L oxydation de l élément oxygène de l eau provoque un dégagement de dioxygène. Le dégagement de dioxygène n a lieu qu à partir du moment où la lumière est allumée et où le réactif de Hill est rajouté. L oxydation n a lieu qu en présence de lumière et d un accepteur d électrons (un oxydant). Le milieu ne contenant pas de dioxyde de carbone, on peut conclure que le dioxyde de carbone n est pas indispensable à l oxydation de l élément oxygène de l eau. L oxydation de l oxygène de l eau et la réduction du carbone du dioxyde de carbone sont deux réactions distinctes. Entre T1 et T2, avec de la lumière, mais sans accepteur d électrons (réactif de Hill), il n y a pas de production de dioxygène. Par contre, en présence de lumière et d un accepteur d électrons, il y a production de dioxygène. 2 H 2 O O H e = oxydation de l oxygène de l eau Fe e Fe 2+ = réduction de l oxydant (réactif de Hill) Bilan de cette réaction d oxydoréduction : Réduction H2O + 4Fe O2 + 4H + 4Fe Question 3 Oxydation L oxydation de l oxygène de l eau doit avoir lieu dans les thylakoïdes car, dans l expérience de Hill, les chloroplastes sont broyés, les thylakoïdes sont restés intacts. 34 Corrigé des exercices séquence 2 SN03

31 Question 4 Le document 13 correspond à des résultats d expériences permettant de suivre le devenir de l élément carbone du CO 2 et l élément oxygène de l eau. Expériences 1 et 2 : l élément «oxygène» du dioxygène provient de l oxydation de l eau en présence de lumière. Expériences 3 et 4 : l élément «carbone» du dioxyde de carbone absorbé se retrouve dans les molécules d amidon à la lumière. Sans lumière : pas de carbone radioactif dans l amidon. Par contre, si les cellules ont été préalablement placées à la lumière, l amidon présente du carbone radioactif. Cela montre que la phase photochimique (oxydation de l eau) précède la phase chimique où le dioxyde de carbone est absorbé et où le carbone du dioxyde de carbone est incorporé dans la matière organique produite. Document 14 : Aucune radioactivité des glucides n est mesurée si les thylakoïdes sont seuls en présence de lumière et de dioxyde de carbone. Cela signifie que l incorporation du dioxyde de carbone ne se fait pas au niveau des thylakoïdes. Une faible radioactivité est mesurée si le stroma est laissé à l obscurité en présence de dioxyde de carbone marqué. L incorporation du dioxyde de carbone a donc lieu dans le stroma. Les conditions de l expérience 2 ne semblent pas optimales au regard des résultats obtenus dans l expérience 3. Dans l expérience 3, le stroma est dans l obscurité en présence de dioxyde de carbone marqué mais, auparavant, les thylakoîdes ont été éclairés. Au final, il semble que la phase photochimique soit indispensable à l incorporation du dioxyde de carbone. La lumière n est pas directement indispensable à l incorporation du dioxyde de carbone. Bilan de l exploitation des résultats : Phase photochimique : produits formés : O 2 + un oxydant réduit (équivalent au réactif de Hill) ; lieu de réalisation : les thylakoïdes ; conditions indispensables à la réalisation : énergie lumineuse + présence d un oxydant (R) +eau. Phase chimique : produits formés : C 6 H 12 O 6 (glucose) ; lieu de réalisation : le stroma ; conditions indispensables à la réalisation : présence de dioxyde de carbone et des produits de la phase photochimique. Corrigé des exercices séquence 2 SN03 35

32 Question 5 Chloroplaste Cytosol Membrane thylakoïdienne Granum Thylakoïde Stroma Phase photochimique 2H 2 O O 2 6CO 2 Phase chimique C6 H 12 O 6 +6H 2 O H 2 O O 2 CO 2 C 6 H 12 O 6 H 2 O Activité 5 Rechercher le lien entre la phase photochimique et la phase chimique Cette molécule doit pouvoir accepter les électrons libérés par l oxydation de l eau. Elle est produite par les chloroplastes éclairés. 2 H e + 4 H R + 4 e + 4 H + 2 RH 2 2H2O+ 2R 2RH2 + O2 Question 3 Le transfert d électrons doit se faire dans le sens du potentiel redox le plus élevé vers le plus faible. Dans ce système biologique, ce transfert n est possible que si cette réaction est couplée avec une réaction qui libère de l énergie. On peut émettre l hypothèse suivante : la lumière est la source d énergie nécessaire à ce transfert d électrons. L énergie lumineuse est transformée en énergie utilisable par la cellule pour permettre l oxydation de l eau. Activité 6 Comprendre le rôle des pigments photosynthétiques Le solvant appelé aussi éluant permet la migration des différentes espèces déposées vers le bas de la bande de papier : plus l espèce est soluble et plus elle migre haut. La chlorophylle brute se compose de plusieurs pigments correspondant chacun à une espèce chimique. La chlorophylle brute se compose de quatre pigments : deux pigments verts : la chlorophylle a et la chlorophylle b ; deux pigments jaune-orangé : les xanthophylles et les caroténoïdes. 36 Corrigé des exercices séquence 2 SN03

33 Question 3 Question 4 Activité 7 QCM On observe des bandes sombres au niveau des radiations rouges et bleu-violet, la solution de chlorophylle brute a donc absorbé ces radiations. La solution de chlorophylle brute apparaît verte car elle absorbe toutes les radiations sauf les radiations vertes. Le spectromètre mesure le pourcentage d absorption des radiations en fonction de la longueur d onde pour une solution, ici la chlorophylle brute. On observe que les radiations situées autour de 450 nm (bleues) et 650/680 nm (rouges) sont fortement absorbées, contrairement aux radiations autour de 550 nm (vertes). Ces résultats confirment les observations faites au spectroscope. Le document 23 représente les pourcentages d absorption des radiations pour chaque pigment chlorophyllien. On observe que seules les chlorophylles a et b absorbent les radiations bleues et rouges. Les caroténoïdes et les xanthophylles absorbent les radiations bleues uniquement. Le document 24 montre que les bactéries avides de dioxygène se placent dans les zones proches de l algue verte pour les radiations autour de 450 nm et de 650 nm. Ces radiations sont les radiations absorbées par les pigments chlorophylliens ; elles correspondent aux zones où la production de dioxygène est la plus intense. On peut donc faire le lien entre l absorption de ces radiations et l intensité de la photosynthèse. Les pigments chlorophylliens peuvent être qualifiés de pigments photosynthétiques. Comprendre les mécanismes qui conduisent à la formation des composés réduits et d ATP au cours de la phase photochimique Les pigments photosynthétiques sont insérés : dans la membrane interne des chloroplastes. dans la membrane externe des chloroplastes. dans la membrane interne des thylakoïdes. La chlorophylle a : est excitée par les photons des radiations vertes, ce qui provoque une émission d électrons. est excitée par les photons des radiations bleues et rouges, ce qui provoque un gain d électrons. est excitée par les photons des radiations bleues et rouges, ce qui provoque une émission d électrons. Le centre réactionnel est composé : de la chlorophylle a. de la chlorophylle b. des caroténoïdes. des xanthophylles. Corrigé des exercices séquence 2 SN03 37