Lycée Goscinny Année 2013/2014 Travail de préparation pour une entrée efficiente en classe de Première Scientifique. La préparation au baccalauréat ne se fait pas seulement au cours de l'année de Terminale, mais s'amorce en classe de Première. Il apparaît ainsi nécessaire, afin d'optimiser les premières semaines de la rentrée en Première S, de remobiliser les compétences méthodologiques et les savoirs de seconde, sur lesquels reposent certains chapitres du programme des Sciences de la Vie et de la Terre de Première S. Je vous conseille pour la rentrée scolaire de septembre 2014 : Réapprendre les chapitres relatifs à : L universalité et à la variabilité de la molécule d ADN, la sélection naturelle, la dérive génétique, la biodiversité et les relations de parentés. La régulation de la pression artérielle Réaliser les exercices ci-joints. Remarque : concernant l exercice 10 comme le chapitre n a pas été traité durant l année, je vous ai mis beaucoup plus de documents (comme en TP!). Vous dreviez être capable de répondre aux questions N.B. : Une copie de ce devoir sera disponible sur le site du lycée à l adresse suivante : http://www.lgoscinny.fr/ Pour avoir une correction, il vous suffit d envoyer vos exercices par mail à svtmadameolive@gmail.com Un peu de travail mais surtout prenez assez de repos pour bien attaquez l année. Bonnes vacances 1
EXERCICE 1: EXERCICE 2: Utilisation d anesthésiques EXERCICE 3: L effet des nerfs sur la pression artérielle 2
EXERCICE 4: Structure de l ADN Le tableau ci-dessous récapitule les résultats du dosage des quatre types de bases azotées de l ADN contenu dans les cellules de différents êtres vivants. Pourcentage de bases azotées de l ADN des cellules de différents êtres vivants. % de chaque base azotée C A G T Cellule humaine 19.8 30.9 19.9 29.4 Levure 18.1 31.3 18.7 31.9 Cellule de blé 22.8 27.3 22.7 27.2 Cellule de poule 21.5 28.7 20.5 29.3 1- Calculez pour chaque molécule d ADN le rapport A/T et C/G. 2- Expliquez le résultat obtenu en vous aidant de vos connaissances sur la structure de l ADN. EXERCICE 5 : Cas de la phénylcétonurie Dans le foie, une enzyme (la phénylalanine hydroxylase ou PAH) permet de transformer la phénylalanine, acide aminé d'origine alimentaire, en un autre acide aminé : la tyrosine. Chez certains individus, l'absence d'enzyme fonctionnelle provoque une accumulation de phénylalanine, qui entraîne des troubles psychomoteurs graves. Dans les maternités, la phénylcétonurie est systématiquement dépistée dans les jours qui suivent la naissance (test de Guthrie). En effet, un régime alimentaire dépourvu de phénylalanine et suivi pendant les dix premières années de la vie permet d'éviter ces troubles psychomoteurs. Le tableau ci- dessous présente un fragment de la séquence du gène responsable de la présence de la PAH chez un individu sain et des individus malades. SUJET SAIN MALADE 1 MALADE 2 MALADE 3 A A A C C C G A A C C T... T C T C T G G G T. C C T C G G A A A C C C G G A C C T... T C T C T G G G T. C C T C G G A A A C C C G A A C C T... T C T C C G G G T. C C T C G G A A A C C C G A A C C T... T C T C T G G G T. C C T T G G 1- Reconstituez la séquence du brin complémentaire du sujet sain. 2- Comparez les fragments de séquences. 3- Sachant que le reste de la séquence du gène responsable de la PAH est strictement identique chez tous les individus étudiés, justifiez que la phénylcétonurie soit appelée maladie génétique. 4- Expliquez grâce à quel phénomène les séquences des individus malades se sont formées. 5- Combien existe-t-il d allèles possibles pour le gène responsable de l'existence de la PAH. Justifiez votre réponse. 6- L'aspartame est un édulcorant de synthèse contenant de la phénylalanine. Pour tous les produits alimentaires contenant de l'aspartame, sa présence doit être clairement mentionnée sur l'étiquette. Pouvez-vous expliquer l'intérêt de cette mention? 3
EXERCICE 6: Transgénèse et propriété du matériel génétique. Un fragment d ADN humain contenant le gène codant pour l hormone de croissance humaine a été isolé, purifié et introduit dans le génome de la bactérie Escherichia coli. Cette bactérie, cultivée en fermenteur dans des conditions adéquates, fabrique alors la protéine humaine hormone de croissance que l on peut ainsi produire en grande quantité à des fins thérapeutiques (soigner certaines formes de nanismes). Par une étude rigoureuse de la transgénèse décrite ci-dessus, mettez en évidence une propriété de l ADN. EXERCICE 8: Un cas de transgenèse chez l Homme La mucoviscidose est une maladie aux conséquences multiples. Outre l absence de certaines enzymes digestives, on observe des anomalies au niveau des sécrétions bronchiques. Cette maladie est provoquée par la mutation d un gène situé sur le chromosome 7. Un espoir de traitement consiste à agir directement sur les cellules du poumon du malade grâce à une transgenèse spéciale appelée thérapie génique. Expliquez comment le sujet peut retrouver une régulation normale de la viscosité des sécrétions bronchiques grâce à la technique présentée par le document. 4
EXERCICE7: Par une exploitation rigoureuse des documents suivants, montrez quelles sont les causes et les conséquences de l albinisme. Pour cela : Faire une introduction qui annonce ce que l on cherche à démontrer. Exploiter chacun des documents (présentation, constatation et conclusion). Conclure en récapitulant les déductions tirées de chaque document pour répondre au sujet. Document 1 : arbre généalogique d une famille atteinte d albinisme. Individu albinos Individu sain Homme Femme Document 2 : Les symptômes de la maladie Les individus atteints d albinisme ont une peau d un blanc cireux, les cheveux et les poils blancs ainsi que l iris transparent. A cela s ajoute des troubles de la vision plus ou moins sévères. Ces signes sont causés par l absence de la mélanine, pigment qui donne se couleur à la peau. La mélanine est synthétisée dans des cellules spécialisées appelées mélanocytes. Cette synthèse se fait en plusieurs étapes à partir d un acide aminé, la tyrosine qui sera progressivement transformée en mélanine. Une des étapes de la fabrication de la mélanine est contrôlée par une enzyme, la tyrosinase. Chez les individus albinos, la tyrosinase ne fonctionne pas. Document 3 : allèles responsables l albinisme Le gène responsable de la fabrication de la tyrosinase existe sous la forme de plusieurs allèles. Une partie des séquences de ces deux allèles est présentée ci-dessous: 5
EXERCICE 8: Les facteurs de la formation de cancers Le cancer est une maladie en expansion dans le monde entier, même si, par ailleurs, l espérance de vie des malades a fortement augmenté grâce aux progrès de la médecine. Pour comprendre quels peuvent être les facteurs favorisant l apparition de cette maladie, on propose d étudier les documents suivants. Document 1 : Evolution de la mortalité par cancer de poumon ainsi que celle de la consommation de tabac depuis un demisiècle. 1. Par une exploitation rigoureuse du document 1, dégagez un facteur responsable de l augmentation du nombre de cancers du poumon. Le cancer est une prolifération anarchique des cellules (tumeur) capable de se disperser dans tout l organisme. Sa formation est due à une mutation de l ADN d une cellule somatique. On sait qu il existe des gènes contrôlant la multiplication des cellules. Parmi eux, le gène p53 empêche la division des cellules si l ADN de celle-ci est endommagée. 2. Expliquez comment le gène p53 peut protéger l organisme contre l apparition de cancers. Dans la population, il existe 2 allèles du gène p53. L allèle normal p53+ et allèle muté p53-. On pense que l allèle p53- offre une moins bonne protection que l allèle p53+ contre le risque de développer un cancer. 3. Exploiter les documents 2 et 3 pour tester l hypothèse selon laquelle l allèle p53- serait moins efficace pour protéger l organisme contre le cancer. Document 2 : Pourcentages de l allèle p53- chez les malades du cancer On a recherché le gène p53- chez des individus atteints de divers types de cancers. On note le nombre d individus porteurs de l allèle p53- parmi ces malades. On obtient les résultats suivants. Document 3 : Espérance de vie des souris en fonction de leurs allèles p53 On a mesuré l espérance de vie de souris en fonction des allèles quelles possèdent pour le gène p53. On précise que les cas de mortalités survenus pendant cette expérience sont principalement dus à des cancers. Les souris p53+/p53+ possèdent 2 exemplaires de allèle p53+ Les souris p53-/p53- possèdent 2 exemplaires de l allèle p53- Les souris p53+/p53- possèdent 1 exemplaire de l allèle p53+ et 1 exemplaire de l allèle p53-6
EXERCICE 9: Des récepteurs sensibles aux variations de la pression artérielle. On se propose d étudier une partie de la boucle réflexe de contrôle de la pression artérielle. La pression artérielle est une grandeur régulée. Sa régulation nécessite l intervention d un centre intégrateur (le bulbe rachidien) : celui-ci reçoit des messages nerveux en provenance de récepteurs sensibles à la pression (les barorécepteurs) et corrige la pression artérielle en modifiant l activité cardiaque en stimulant ou non l activité des nerfs cardiaques parasympathiques ou sympathiques. A partir de l exploitation de chaque document, expliquer le rôle des barorécepteurs des sinus carotidiens dans la régulation de la pression artérielle. Document 2 : variations d activités des Document 1 : localisation des barorécepteurs en fonction de la pression artérielle. barorécepteurs intervenant dans le contrôle de la pression artérielle Les barorécepteurs sont des terminaisons nerveuses sensibles à la pression. Ils envoient des messages vers le bulbe rachidien par le nerf de Héring (pour les récepteurs carotidiens) ou le nerf de Cyon (pour les récepteurs aortiques). d Document 3 : des expériences anciennes réalisées chez un animal anesthésié. D après Bordas 7
EXERCICE 10 : Origine de la formation du charbon 8
lac 1 zones maréalgeuses a : subsidence la ible - lalble prolondeul, vê<jélallon abondame. apports de vê<jélaux el sédimenlation Dlgallque aijor<lanls... - 10rmailOn de iris riches en débris vê<jélauy (qui donneronl les ve lres de charbon) - dépols de sédimenls hns (à l'ollglfle des $Chlsles s,lués au 1011 des l'eires de houilles) ~::::;;;~;~;;~~~~~~~,~~~séd lmenlalron délrilrque grossière hée à ii! l'augmcnlalron de la ~Iesse de subsidence b Période de "I ~"i rtl,n" rapide liée au jeu des lail les _ dispalilion des zones marécageuses du Ian de l'adllrolomlsselr,m; -,pporls sunoul délriliques, provenanl de l'élosion des 'eliels - sédirrenlalloj1 délrilique. d'abord grossière (repnse de l'érosionl PUIS plus hre c Ralenl issemenl de la subsidence - sédllnentalfon OéIllliQue Hne,,::": :.;, ' : ',': " ", - développemenl de lones marecageuses avec relour de la végélatlon _ flouve l épisode de sédl1lfnlation. pnnclpal,menl organique. à l'origme d'une nouvelle verne de houille... ~.li. végl~aux de lares malécageuses ~ " 10lél _~ Schistes (sédimentation délrrlique liés lire en péliode A).0,... l '.' :: ~ ';I accumulalion de dé"'is végétaux sédlmenla on délrrlique de granulomelrre décroissanle 9
Document 3 : conditions nécessaires à la formation du pétrole. Le pétrole est un mélange naturel d'hydrocarbures et de quelques autres composés. Il se forme au seîn de bassins sédimentaires par transformation de la matière organique principalement d'origine planctonique, incorporée dans les sédiments. Une des conditions essentielles il la formation de pétrole réside dans l'accumulation d'une impo.1ante quantité de matière organique qui doit être enfouie rapidement, afin de limiter les dégradations bactériennes en présence d'oxygène. On estime qu'il se dépose en moyenne 50 m de sédiments par million d'années. La température croit au cours de l'enfoncement en moyenne de 3'C tous les 100 m. Cet enfouissement conduit, d'une part à une transformation progressive des sédiments en roches et, d'autre part, il la dégradation thermique des matières organiques en pétrole. La roche dans laquelle se forment les gouttelettes d'hydrocarbures est appelée fc>che-mère. En langage pétrolier, on appelle "fenêtre à l'huile" la fourchette de profondeurs où se forme l'huile, c'est-a-dire le pétrole. Cette huile se forme en moyenne entre 60 et 1 OO'C. Le gaz est produit en grande quantité a partir de 8S'C, et au-dela de 130'C, l'huile es'! détruite. profondeur (en m) température (en ' Cl Om biomasse (C, H, 0, N, S, P...) -1000 m (30 ' Cl -2000m (60 oc) - 3 000 m (90 ' Cl -4000 m gaz résidu de carbone (120 oc) +-----,_-.-_,--_.---. o 20 40 60 80 100 quantité d'hydrocarbures formés (en %) Document 4 : conditions au piégeage du pétrole. Du fait de leur faible densité, les hydrocarbures (pêtrole, gaz) ne reslenr pas dans la roche mé-re mais remontent vers la surface. Pour qu'un gisement d'hydrocarbures sc forme, il faut donc qu'un piège les arrête lors de la rcmontêe. Ces pièges sont le plus souvent des struc [Ures tcctoniques particulières (dessinsci-dessol./s) qui conlîennem à la fois une roche résenroir, poreuse. susceptible de contenir les hydrocarbu res Ct une roche imperméable. surmontant la roche résc:rvoir et empêcham la poursuite de la migration vers la surface. Ces conditions étant difficilement réunies, seuls 1 % des hydrocarbures fonnés sone finalement piégés. :L [. r- [. r _ Piège de type anticlin al.. P~e de type tail le roche mère E:J roche résef'voir (sable,!l'ès... ) Gu roche couverture (argile) t migration des hydrocarbures 10
QUESTION : EXERCICE 11 : relations de parenté Cochez la ou les bonnes réponses 1. D après le document ci-dessus, la grenouille est plus proche de la carpe que de tous les autres animaux est plus proche de lu crocodile que de tous les autres animaux 11
est plus proche du crocodile et de l autruche que de tous les autres animaux est autant apparenté à tous les autres animaux 2. D après le document ci-dessus, Seul le lapin possède un amnios Seuls l autruche et le crocodile possèdent un amnios Seuls l autruche, le crocodile et le lapin possèdent un amnios tous les animaux présentés possèdent un amnios D après le document ci-dessus, le lapin partage un ancêtre commun le plus proche avec la grenouille le lapin partage un ancêtre commun le plus proche avec la carpe le lapin partage un ancêtre commun le plus proche avec le crocodile le lapin partage un ancêtre commun le plus proche avec la lamproie RESTITUTION DES CONNAISSANCES Question 1 : Définissez les besoins d une cellule animale ainsi que son métabolisme. Réalisez un schéma bilan du métabolisme de cette cellule. Question 2 : Schématisez un nucléotide, expliquez de quoi il est constitué. Précisez la signification du sigle ADN, schématisez et expliquez la structure de la molécule d ADN. Question 3 : Définissez gène et allèle. Précisez combien d allèles d un même gène un individu peut posséder au maximum. Justifiez votre réponse. Question 4 : Sous forme d un schéma fonctionnel, indiquer la succession des évènements qui interviennent à la suite d une hausse de la pression artérielle et qui ont pour effet de la ramener à sa valeur normale. Dans ce schéma, on ne fera intervenir que les éléments anatomiques suivants : barorécepteurs carotidiens (présents dans le sinus carotidiens sensibles à la pression), nerf de Héring, centre bulbaire cardio-modérateur, nerf parasympathique cardiaque et cœur. 12