SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
- Série S -
Inde, Avril 2000

Corrigés


Partie 1 (8 points)

Sujet

Mécanismes de l'immunité

En vous appuyant sur des schémas clairs annotés de façon précise, montrez comment les plasmocytes interviennent dans la neutralisation d'un antigène circulant.


Avant de commencer
Bien se limiter à l'intervention des plasmocytes sans retracer l'ensemble des événements conduisant à leur formation. Après avoir décrit l'organisation de ces cellules en rapport avec leur fonction de production d'anticorps, montrer comment les anticorps neutralisent les antigènes circulants.

Corrigé

Introduction
Les plasmocytes sont des cellules du système immunitaire formées lors de certaines réactions spécifiques. Ils interviennent dans la neutralisation d'antigènes circulants car ils sont spécialisés dans la production d'anticorps, molécules permettant la neutralisation de tels antigènes. Après une description de ces cellules, nous verrons comment les molécules qu'elles produisent participent à l'élimination de ces antigènes.

Les plasmocytes, des cellules qui interviennent dans les réponses immunitaires à médiation humorale
Les plasmocytes sont des cellules immunitaires qui ont pour origine des lymphocytes B (LB). À la suite d'une stimulation antigénique, les LB qui possèdent un récepteur B correspondant à l'antigène circulant responsable de la stimulation du système immunitaire subissent une expansion clonale et les cellules filles se différencient en plasmocytes. L'ultrastructure des plasmocytes révélée par la microscopie électronique est caractéristique d'une cellule qui synthétise et exporte des protéines comme le montre notamment l'importance du réticulum endoplasmique granulaire. Le schéma ci-dessous présente l'ultrastructure d'un plasmocyte.


Ultrastructure d'un plasmocyte d'après les données de microscopie électronique

Les protéines exportées par les plasmocytes sont des anticorps dirigés contre l'antigène à l'origine de la stimulation immunitaire. Ce sont ces anticorps qui neutralisent les antigènes circulants.

La neutralisation des antigènes
Les anticorps produits par les plasmocytes sont des immunoglobulines, protéines formées par l'association de quatre chaînes identiques deux à deux, les chaînes légères et les chaînes lourdes. Le schéma ci-dessous présente la structure d'une molécule d'anticorps.


Structure d'une molécule d'anticorps

Ces molécules sont capables de se lier à un antigène spécifique par leurs deux sites de reconnaissance identiques formés par les régions variables de la molécule. Les régions constantes sont communes aux différents anticorps circulants. En se liant aux antigènes selon une sorte de pontage, les anticorps peuvent former avec eux des complexes immuns, ce qui aboutit à l'immobilisation des microorganismes porteurs de l'antigène.
Le schéma ci-dessous montre comment des bactéries peuvent être immobilisées au sein de complexes immuns.


Complexe immun

Toutefois, la neutralisation des antigènes nécessite aussi leur destruction. Elle peut être obtenue par phagocytose des complexes immuns mais aussi par activation du complément. En effet, les anticorps possèdent également une région spécialisée capable d'activer le système du complément (voir schéma d'une molécule d'anticorps). Ainsi, des cellules étrangères, comme des bactéries, qui auraient pénétré dans le milieu intérieur seront d'abord immobilisées au sein des complexes antigène-anticorps puis détruites sous l'action du complément.

Conclusion
Les plasmocytes sont des cellules spécialisées dans la sécrétion des molécules effectrices des réponses immunitaires à médiation humorale, les anticorps. Formés lors de la pénétration d'un antigène dans le milieu intérieur à partir des lymphocytes B qui surveillent en permanence le milieu extracellulaire, c'est en sécrétant des anticorps spécifiquement dirigés contre l'antigène que les plasmocytes interviennent dans la neutralisation des antigènes circulants.



Partie 2 (7 points)

Sujet

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

Identifier une crise biologique suppose que l'on repère dans les couches géologiques des modifications synchrones affectant, sur l'ensemble du globe, les espèces du milieu continental et du milieu marin.
Relevez de tels faits rapportés dans le document proposé et, en complétant avec vos connaissances, expliquez pourquoi on peut parler de crise Crétacé-Paléocène.

Accès au sujet complet (documents)

Avant de commencer
Repérer un maximum d'indices de crise (changement de sédimentation, disparition d'espèces, rapidité du changement, etc.) et compléter par les données classiques sur la crise KT.

Corrigé

Introduction
On parle de crise biologique quand des indices existent dans les couches géologiques d'une disparition massive d'espèces, à l'échelle mondiale et dans différents milieux, ce qui suppose de profonds changements écologiques, rapides à l'échelle des temps géologiques puisque ne laissant pas aux espèces affectées le temps de s'adapter. L'histoire de la Terre a été marquée par de nombreuses crises biologiques à l'issue desquelles diverses espèces ont disparu tandis que de nouvelles prenaient leur place en se diversifiant à partir des espèces survivantes. La crise Crétacé-Paléocène en est un exemple. Après avoir recherché de tels indices dans le document proposé, nous verrons que l'on en connaît d'autres qui permettent d'identifier une crise à la limite Crétacé-Paléocène.

Analyse du document
Des sites géographiquement différents montrent des indices de changements écologiques majeurs au même moment, à la limite Crétacé-Paléocène. Ainsi, dans le Nord de l'Amérique (Dakota) et dans le Sud de l'Europe (Espagne), un changement de sédimentation intervient à la même période. En Espagne, une couche d'argile remplaçant des sédiments riches en carbonates d'origine biologique est l'indice d'une chute de la productivité biologique due à la disparition de micro-organismes marins comme les Foraminifères. Dans le Dakota, la présence d'une couche de charbon intercalée entre des sédiments crétacés de plaine côtière et des sédiments marins atteste, elle aussi, d'un changement écologique important et de variations du niveau de la mer. Les deux régions seront recouvertes par la même mer au début du Paléocène car une même espèce de Foraminifères, Globigerina pseudobulloïdes, a été fossilisée dans les deux sites. Certaines espèces de Foraminifères ont donc survécu à la crise.
Le document montre également que la crise a affecté à la fois le milieu continental et le milieu marin. En milieu continental, les Triceratops du Dakota disparaissent après la limite Crétacé-Paléocène. De plus, aucun fossile de Dinosaure postérieur au Crétacé n'est connu. Un groupe entier de Vertébrés a donc disparu. Le milieu marin est lui aussi affecté puisque de nombreux Foraminifères, animaux planctoniques, disparaissent à la même période. En outre, la sédimentation carbonatée cesse à la limite Crétacé-Tertiaire où elle est remplacée par des argiles, comme on l'a vu, traduisant l'impact deamatique des changements écologiques, le milieu marin présentant en général des variations plus lentes que le milieu continental. La sédimentation calcaire ne reprendra qu'au Paléocène. Enfin, on sait que le changement de conditions a été relativement bref à l'échelle géologique même si aucun repère de temps n'est disponible sur le document.

D'autres indices
D'autres espèces d'Invertébrés marins comme les Ammonites et les Rudistes ont également définitivement disparu malgré des niches écologiques différentes. Il en est de même des Coccolithophoridés dont l'accumulation constitue les vastes couches de craie du Crétacé qui lui doit son nom. On sait que les Dinosaures occupaient tous les milieux. Leur disparition montre que tous les milieux ont été touchés même si certaines espèces de Reptiles (crocodiles, tortues) n'ont pas été affectées par la crise. La limite Crétacé-Paléocène est également marquée par des changements de la flore. On a notamment constaté un pic de spores marquant un recul temporaire des plantes à fleur. D'autres marqueurs sont caractéristiques de la limite Crétacé-Paléocène. C'est le cas du rapport isotopique de 18O et de 16O qui traduit un refroidissement et d'un pic d'iridium qui constitue une anomalie permettant de dater précisément la crise à - 65 millions d'années. Enfin, après la limite Crétacé-Paléocène, on observe comme après les autres crises (Permien, Dévonien, etc.) une diversification des espèces vivantes. C'est notamment le cas des Mammifères et des plantes à fleurs au Paléocène. Des changements de cette ampleur affectant les milieux les plus divers dans des régions éloignées de la planète supposent une variation brusque à l'échelle géologique des conditions écologiques subies par les organismes. En effet, bien que des extinctions se soient produites en permanence au cours de l'histoire de la vie, les extinctions massives sont des événements rares (une dizaine) et brefs.

Conclusion
Ainsi, des indices concordants montrent que s'est produite une crise biologique majeure à la limite Crétacé-Paléocène. Marquée par la disparition de 60 à 75 % des espèces vivantes, elle est donc considérée comme liée à des changements écologiques majeurs à l'échelle de la planète dont le problème des causes fait l'objet de recherches intensives.



Partie 3 (enseignement obligatoire, 5 points)

Sujet

Fonctionnement d'un système de régulation et maîtrise de la reproduction

Mme X consulte un médecin pour cause de stérilité. Celui-ci prescrit des examens sanguins puis un traitement au clomiphène qui est un analogue structural des ústrogènes.
À partir de l'étude des quatre documents ci-joints, justifiez le traitement prescrit et précisez si le couple pourra avoir un enfant.

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Avant de commencer
Distinguer la recherche des causes de la stérilité (document 2), la justification du traitement (document 1), les résultats (document 4) et le mode d'action du clomiphène (document 3).


Corrigé

Introduction
L'objectif du médecin traitant madame X est de lui rendre sa fertilité. Dans ce but, un diagnostic précis doit être posé pour en déduire le traitement approprié, permettant de corriger le défaut responsable de la stérilité.

Cause de la stérilité
Le dosage de la LH plasmatique de madame X (document 2) montre le profil de sécrétion de cette gonadostimuline au cours d'un cycle. On constate que la concentration en LH varie entre 5,5 et 8,2 mUI.mL-1, valeurs correspondant à la sécrétion basale de LH telle qu'elle apparaît sur le document 4. Contrairement au profil hormonal d'une femme normale, la sécrétion de LH chez madame X reste grossièrement constante, sans variations cycliques. En particulier, il n'y a pas de pic préovulatoire de LH. Le médecin peut donc penser que la stérilité de madame X est liée à une absence d'ovulation due à la disparition de la stimulation ovarienne par la décharge ovulante de LH. Toutefois, l'absence du pic de LH peut avoir plusieurs origines.

Déterminisme du pic de LH
L'expérience du document 1 permet de comprendre l'origine du pic de LH responsable de l'ovulation. Lorsque le taux sanguin díústrogènes est maintenu autour de 60 pg.mL-1, on constate que le taux de LH diminue progressivement. Les ústrogènes exercent donc une rétroaction négative sur líaxe hypothalamo-hypophysaire provoquant une baisse de la sécrétion de LH. Lorsque líon injecte à J0 + 16 une forte dose díústrogènes, on constate quíelle est suivie, au bout de deux jours, díune brusque augmentation de la sécrétion de LH par líhypophyse antérieure dont le taux passe à 35 ng.mL-1. La brusque élévation du taux díústrogènes a un effet inverse de celui díune concentration faible mais constante : ce pic exerce une rétroaction positive sur líaxe hypothalamo-hypophysaire comme cíest le cas dans les conditions physiologiques avant líovulation. Le médecin décide donc d'utiliser le clomiphène pour provoquer l'ovulation.

Hypothèse du médecin et résultats
Le clomiphène est un antagoniste des ústrogènes au niveau des récepteurs hypothalamo-hypophysaire. En se fixant sur ces récepteurs, il empêche les ústrogènes d'exercer leur rétrocontrôle sur l'axe hypothalamo-hypophysaire sans les empêcher d'exercer leur action sur les cibles périphériques. Le médecin attend du traitement que le blocage du rétrocontrôle négatif permette un accroissement de la sécrétion de LH suffisant pour stimuler les follicules ovariens.
Le clomiphène est administré pendant la première semaine du cycle. Deux jours après le début du traitement, la sécrétion des gonadostimulines LH et FSH augmente rapidement et leur concentration atteint respectivement 30 et 15 mUI.mL-1. LH et FSH stimulent les follicules ce qui a pour conséquence une augmentation de la sécrétion d'ústrogènes. Le traitement est arrêté à ce moment-là. On observe alors une forte augmentation de la sécrétion des ústrogènes qui passe de 40 µg/24h le dernier jour du traitement à 180 µg/24h quatre jours après. On constate en outre que l'accélération de la sécrétion des ústrogènes est suivie d'un second pic sécrétoire des gonadostimulines LH et FSH, encore plus élevé que le premier. Il est suivi d'un profil de sécrétion des hormones ovariennes analogue à celui d'une phase postovulatoire normale.

Interprétation des résultats
Le clomiphène a donc permis de déclencher l'ovulation puisque la sécrétion de progestérone montre qu'un corps jaune s'est formé. Le clomiphène soustrait donc l'axe hypothalamo-hypophysaire à la rétroaction négative exercée par les ústrogènes. Mais comme le traitement est stoppé après cinq jours, il n'empêche pas la rétroaction positive responsable du pic préovulatoire de gonadostimulines qui déclenche l'ovulation.

Conclusion
Le clomiphène a permis le déclenchement de l'ovulation et des sécrétions hormonales normales dans la phase postovulatoire. Le couple pourrait donc avoir un enfant si la fécondation a pu s'effectuer à ce moment-là. Toutefois, si ce n'est pas le cas, il sera nécessaire de répéter le traitement pour obtenir l'ovulation lors des cycles suivants puisque la stérilité semble avoir ici pour origine une insuffisance de la stimulation de l'hypophyse par l'hypothalamus sachant que la décharge ovulante résulte d'une augmentation de l'activité des neurones hypothalamiques à Gn-RH. Dans ce type de situation, le clomiphène est utilisé en général pour stimuler l'ovulation afin de recueillir des ovocytes destinés à la fécondation in vitro.



Partie 3 (enseignement de spécialité, 5 points)

Sujet

Régulation de la pression artérielle

Des variations de la position du corps facilitent ou freinent la distribution du sang dans les différentes parties du corps.

En vous appuyant uniquement sur les informations apportées par les documents suivants, montrez que la régulation nerveuse de la pression artérielle tend à amortir les variations brutales engendrées par les changements de position.
Un schéma fonctionnel de synthèse est attendu.

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Avant de commencer
Limitez-vous bien à ce qui est demandé qui peut être déduit des documents : régulation nerveuse de la pression artérielle et amortissement de ses oscillations lors du passage de la position couchée à la position debout. Níoubliez pas de réaliser le schéma fonctionnel en vous aidant du schéma anatomique fourni.


Corrigé

Introduction
La pression artérielle, qui dépend notamment de líactivité cardiaque et des résistances vasculaires, est régulée par un ensemble de mécanismes neuro-humoraux complexes. Líanalyse des documents permet díidentifier certains des mécanismes nerveux agissant sur le système cardiovasculaire pour limiter les variations brusques de pression artérielle lors du passage de la position couchée à la position debout.

Variations de la fréquence cardiaque en fonction des changements de position
Le document 1 montre que la fréquence cardiaque est en moyenne de 54 battements par minute (b/min) lorsque le sujet est en position horizontale. Lorsque le sujet est basculé à + 60°, on constate une augmentation de la fréquence cardiaque qui passe à environ 70 b/min. Inversement, un basculement de - 60° induit une baisse de la fréquence cardiaque qui passe à environ 40 b/min. Les variations de la fréquence cardiaque semblent être liées aux variations de pression sanguine dans le sinus carotidien provoquées par les changements de position. Examinons les réponses du nerf de Héring qui relie le sinus carotidien au système nerveux central.

Document 3
Le document montre que la fréquence des messages nerveux afférents transmis par le nerf de Héring est proportionnelle à la pression intra-sinusale. De 50/s lorsque la pression est égale à 50 mm de mercure, la fréquence des potentiels d'action atteint environ 280/s pour une pression de 250 mm de mercure. Ces messages informent donc les centres nerveux bulbaires de la pression dans la carotide.

Document 4
On constate que lorsque l'on provoque une accélération artificielle de la fréquence des potentiels dans le nerf  de Héring en le stimulant électriquement, la pression artérielle chute à une valeur faible de l'ordre de 50 mm de mercure. En outre, le tracé du document montre que la fréquence cardiaque diminue également. Le système nerveux central doit donc ralentir le cúur, par l'intermédiaire du nerf efférent, le nerf pneumogastrique, en réponse à l'élévation de pression intra-sinusale traduite par une stimulation du nerf de Héring. Ceci permet de corriger l'élévation de pression, le nerf pneumogastrique exerçant une action inhibitrice sur líactivité cardiaque ce qui a pour effet de faire diminuer la pression artérielle.

Conclusion
Une boucle réflexe nerveuse permet d'amortir les brusques variations de pression induites par les brusques changements de position. Au moment du basculement vers le haut, la chute de pression détectée dans la carotide déclenche, par rétroaction nerveuse intégrée au niveau du bulbe, une stimulation cardiaque en diminuant l'activité parasympathique tandis qu'au moment d'un basculement vers le bas, l'augmentation brusque de pression déclenche par le même mécanisme une diminution de la fréquence cardiaque. Dans les deux cas, la variation de pression est corrigée immédiatement, l'activité cardiaque étant un facteur essentiel de la pression artérielle.
Le schéma suivant résume cette boucle de régulation.

Boucle de régulation nerveuse de la pression artérielle