CORRIGES

______________________________________________________________________

SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

- Série S -

Polynésie - Septembre 1997

Durée de l’épreuve : 3 h 30

Coefficient : 6 (enseignement obligatoire) ou 8 (enseignement de spécialité en SVT)



PARTIE I : (8 points)

Mécanismes de l’immunité.

A l’aide d’un exposé clair, structuré et illustré, décrire les mécanismes par lesquels les lymphocytes T4 interviennent dans la réponse immunitaire spécifique.



Avant de commencer

Construire le plan en identifiant les différentes étapes caractéristiques des réactions immunitaires spécifiques dans lesquelles interviennent les LT4. Exposer alors les mécanismes mis en œuvre par les LT4 dans chaque cas.



CORRIGE

Introduction

Les réactions immunitaires spécifiques qui se déclenchent lorsque du non-soi est détecté par le système immunitaire, dépendent de diverses catégorie de cellules. Nous examinerons les mécanismes par lesquels les lymphocytes T4 (LT4), une catégorie de lymphocytes caractérisés par la présence simultanée de récepteurs T et de récepteurs CD4 sur leur membrane, interviennent dans ces réponses. Nous étudierons successivement leur intervention dans la phase d’induction, dans la phase d’amplification et dans la mémoire immunitaire afin de montrer que cette catégorie de lymphocytes joue un rôle central dans les réactions immunitaires spécifiques qu’elles soient à médiation cellulaire ou humorale.

Phase d’induction

Toute réaction immunitaire spécifique est déclenchée par la reconnaissance d’un antigène. Elle est assurée par des LT4 par un mécanisme dit de double reconnaissance. Celui-ci implique à la fois le récepteur T, une molécule de surface propre aux LT, et le marqueur CD4, caractéristique des LT4. Cet assemblage moléculaire permet aux LT4 de reconnaître un antigène à condition qu’il soit associé aux molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) d’une cellule présentatrice d’antigène (CPA).

Le récepteur T est une protéine membranaire formée par l’association de deux chaînes polypeptidiques différentes (a et b ) liées de façon covalente. Chaque chaîne possède une région constante et une région variable. Les parties constantes permettent l’ancrage de la molécule dans la membrane du lymphocyte tandis que les parties variables reconnaissent spécifiquement un antigène et permettent au LT de s’y lier (schéma 1).

Schéma 1.
Structure et fonctionnement du récepteur T

Ainsi, chaque clone de LT ne reconnaît qu’un seul antigène mais on parle de double reconnaissance car l’antigène doit être lié aux molécules HLA caractérisant le soi pour être reconnu : les antigènes libres ne peuvent être reconnus par les LT.

La reconnaissance d’un antigène à la surface d’une CPA stimule les LT4 qui se multiplient.

Phase d’amplification

Elle commence par l’expansion clonale des LT4 stimulés par la CPA sous l’action d’une cytokine (interleukine 1) ce qui correspond à la prolifération du clone possédant le récepteur spécifique de l’antigène reconnu. Cette phase conduit à la formation d’une population de LT auxiliaires (LTh, h pour " helper ") dont les fonctions diffèrent selon qu’il s’agit d’une réaction à médiation cellulaire ou d’une réaction à médiation humorale.

Réactions à médiation cellulaire

Dans les réactions à médiation cellulaire, les LTh stimulent une autre catégorie de LT, les LT cytotoxiques (LTc) qui interviennent comme effecteurs de ce type de réponse. Sous l’action d’une cytokine (interleukine 2), le clone de LTc correspondant au même antigène prolifère. Une autre cytokine (un interféron) produite par les LTh active en outre leurs propriétés cytolytiques.

Réactions à médiation humorale

Les LTh interviennent aussi dans les réactions à médiation humorale. Ils amplifient la réponse humorale en stimulant les lymphocytes B (LB) qui se transforment alors en plasmocytes sécréteurs d’anticorps. Les mécanismes de stimulation sont comparables à ceux mis en œuvre lors de la reconnaissance de l’antigène avec notamment la sécrétion de cytokines mais il peut y avoir aussi un contact direct entre LTh et LB par l’intermédiaire du récepteur T et du CMH.

Mémoire immunitaire

Certains LT4 sont des lymphocytes " mémoire ". Issus selon toute vraisemblance des clones de LT4 stimulés lors de la reconnaissance des divers antigènes, ils constituent une population très réactive lors d’un contact ultérieur avec l’antigène permettant une réponse immunitaire plus efficace.
Le schéma suivant résume l’ensemble de ces données. (schéma 2).

Schéma 2.
Place des lymphocytes T4 (Taux) dans les réactions immunitaires

Conclusion

Ainsi, les lymphocytes T4 interviennent à toutes les étapes des réactions immunitaires spécifiques à l’exception de la phase effectrice qui correspond à la destruction de l’antigène. Les mécanismes mis en jeu reposent principalement sur leurs propriétés de reconnaissance spécifique des déterminants antigéniques liés au CMH présentés par d’autres cellules et sur leur capacité à synthétiser et sécréter des messagers chimiques intercellulaires, les cytokines. Ils jouent donc un rôle stratégique, tragiquement illustré par l’infection par le VIH (virus de l’immunodéficience humaine), infection au cours de laquelle le virus les détruit, aboutissant à un syndrome d’immunodéficience acquise (SIDA) dans lequel les défenses immunitaires finissent par disparaître.


PARTIE II : (7 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants.

On cherche à mettre en évidence quelques mécanismes de l'évolution des Mammifères.

Exploiter les documents pour proposer des explications à l’évolution des Mammifères terrestres américains, en cohérence avec les connaissances acquises au sujet des mécanismes de l’évolution.

Accès au sujet complet



Avant de commencer

Faire une description et une analyse précises des documents puis rechercher dans les connaissances celles qui sont en rapport (facteurs géologiques et biologiques de l’évolution).



CORRIGE

Introduction

Les Mammifères terrestres comme les autres êtres vivants, ont été soumis depuis leur apparition à diverses contraintes géologiques et biologiques qui ont joué un rôle important dans leur évolution. C'est ce que nous essayerons de montrer en nous appuyant sur les informations tirées des documents proposés.

Document 1

Le nombre de familles augmente en Amérique du Nord comme en Amérique du Sud de 25 à 36 et de 30 à 39 respectivement, entre la fin de l’ère tertiaire et le début du Quaternaire. On constate que cette augmentation est due à un apport de familles d’Amérique du Sud en Amérique du Nord (14) et inversement (13). Cette nouvelle répartition se fait au détriment des familles indigènes dont la part respective diminue dans le nombre total. Entre le début du Quaternaire et l’Actuel, le nombre de familles diminue et retrouve le niveau atteint à la fin du Tertiaire mais on constate qu’un nombre plus élevé de familles du Nord (12) se sont maintenues au Sud tandis que quatre familles originaires du Sud seulement se sont maintenues au Nord.

Document 2

On constate que l’Amérique du Nord et du Sud constituaient deux continents séparés à la fin du Tertiaire. Au début du Quaternaire, les parties Nord et Sud apparaissent reliées par l’isthme de Panama apparu entre temps, sans doute à la suite d'une baisse du niveau de la mer. Ces modifications paléogéographiques peuvent être mises en relation avec les données du document 1 pour expliquer l'évolution des Mammifères puisque la réunion des deux continents a pu permettre la circulation des Mammifères terrestres entre les deux anciens continents.

Explications et hypothèses

La formation de l’isthme de Panama a permis un mélange des populations de Mammifères terrestres américains au début du Quaternaire, certaines familles du Sud gagnant le Nord et réciproquement. Cette nouvelle situation a pu introduire un déséquilibre dans les populations indigènes : certaines espèces ont pu entrer en concurrence et certaines familles ont pu disparaître par sélection naturelle. Le succès relatif des familles nord-américaines montre une capacité d’adaptation supérieure. Au Tertiaire, l’Amérique du Sud constituait un continent isolé où les Mammifères terrestres ne rencontraient pas de concurrence extérieure contrairement au Nord longtemps relié au continent eurasiatique et connaissant donc déjà des échanges de faune.

Conclusion

Cet exemple montre que l’évolution dépend de facteurs non seulement géologiques (niveau des mers) et géographiques (isolement géographique) mais aussi de facteurs biotiques (compétition interspécifique, adaptation biologique). Les facteurs géographiques sont particulièrement importants pour les Mammifères terrestres dont la mobilité dépend de la surface terrestre disponible lorsque d’autres conditions ne sont pas limitantes par ailleurs.



PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Polymorphisme génique et unicité génétique des individus.

Drosophila pseudoobscura est une espèce très répandue en Amérique et s'y rencontre dans des régions de climat fort différent. On cherche à établir les mécanismes expliquant la répartition géographique des phénotypes dans les populations de cet insecte.

Exploiter les trois documents présentés pour proposer une solution à ce problème.

Accès au sujet complet



Avant de commencer

Faire une description précise du document 1 et en tirer des hypothèses explicatives que l’analyse des documents suivants permettra de valider.


CORRIGE

Introduction

La répartition des différents phénotypes dans une population dépend de divers facteurs. L’analyse des documents va nous permettre d’en identifier certains.

Document 1

Chez Drosophila pseudoobscura, la répartition des deux phénotypes ST et AR montre un gradient net sur une distance de seulement 100 km en fonction de l’altitude. A basse altitude le phénotype ST est majoritaire et le phénotype AR minoritaire. Plus l’altitude augmente, et plus la proportion de ST diminue. A 3000 m, la proportion de ST est très faible. Ainsi, AR semble plus adapté à l’environnement montagnard et ST à un environnement de plaine. Plusieurs facteurs physiques et biotiques se modifient avec l’altitude : les températures moyennes et la pression atmosphérique diminuent, le régime des précipitations est différent, les espèces vivantes sont moins nombreuses etc. L’hypothèse la plus simple est que les deux phénotypes diffèrent par leur adaptation au climat, notamment par leur tolérance thermique.

Document 2

Le document 2 montre que l’hypothèse précédente est plausible. A basse altitude, la proportion relative des deux phénotypes varie avec les conditions climatiques. AR domine en hiver tandis que ST domine en été. On peut alors supposer que le facteur essentiel est la température. L’expérience du document 3 est destinée à tester cette hypothèse.

Document 3

En vue d’examiner l’influence de la température, deux populations différant par leurs proportions phénotypiques sont soumises pendant 23 générations à une température constante. A 25°C, le phénotype ST augmente au cours des générations tandis que le phénotype AR diminue et un état d’équilibre de l’ordre 70%/30% respectivement s’établit. A 16°C, on observe des résultats inverses. Ces données confirment le bien-fondé de l’hypothèse formulée : le phénotype ST est adapté aux températures élevées tandis que le phénotype AR est adapté aux températures basses.

Conclusion

La répartition phénotypique chez Drosophila pseudoobscura dépend de la température en raison de l’adaptation différente des phénotypes ST et AR. Lorsque l’altitude augmente et que la température diminue, le phénotype AR défavorisé par les hautes températures augmente alors que le phénotype ST défavorisé par les basses températures diminue. Cet équilibre est lié à la pression de sélection constituée par le gradient de température. Toutefois, le phénotype le moins adapté se maintient aux extrémités de l’aire de répartition, peut être en raison de l’hybridation entre les deux phénotypes qui permet de conserver un allèle défavorable.



PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Polymorphisme génique et unicité génétique des individus.

Montrer comment la méthode présentée dans les documents 1 à 3 permet d’établir le diagnostic prénatal demandé, puis discuter la fiabilité de ce diagnostic.

Accès au sujet complet



Avant de commencer

Analyser l’arbre généalogique pour déterminer les caractéristiques des allèles en jeu (dominance, récessivité) et en déduire les génotypes possibles. Mettre en relation les sites de restriction avec les génotypes.



CORRIGE

Introduction

Dans les familles où existe une maladie génique, l’utilisation de sondes marquées associée à l’utilisation d’enzymes de restriction et à la méthode du Southern blot permet dans de nombreux cas de faire un diagnostic prénatal même si, comme pour le gène CF dont de nombreuses mutations conduisent à la mucoviscidose, on ne dispose que d’une méthode indirecte.

Document 1

L’arbre généalogique montre que l’allèle responsable de la mucoviscidose est récessif. En effet, la fille 4 est atteinte de la maladie alors que ses parents ne le sont pas. Si l’allèle était dominant, un au moins des parents serait atteint. On en déduit que les deux parents 1 et 2 sont hétérozygotes pour l’allèle de la mucoviscidose ce que nous noterons m+/m et que le génotype de la fille 4 est m/m. En effet, le gène CF ne peut être lié au sexe puisque son locus est situé sur le chromosome 7. Dans ces conditions, la probabilité pour que le fœtus soit lui aussi homozygote m/ m est de 0.25. Quant au fils 3, il peut être m+/m+ ou m+/m.

Document 3

L’autoradiographie du Southern blot montre que la sonde XV2C reconnaît des fragments de 2.1 kb et de 1.4 kb dans l’ADN des parents hétérozygotes alors qu’elle ne reconnaît que des fragments de 2.1 kb chez l’enfant 4 homozygote m/m. On en déduit que le chromosome porteur de l’allèle m ne possède pas le site de restriction permettant la formation de ces fragments, c’est à dire le site 2 indiqué au document 2. Dans ce cas, le fœtus 5 est hétérozygote et ne sera pas atteint puisque son ADN présente le même profil que ses parents hétérozygotes.

Discussion

Compte tenu de la localisation du gène CF à proximité des marqueurs de restriction 1,2 et 3, la méthode peut être tenue pour fiable, sauf mutation au site 2 qui rétablirait le site de restriction, événement hautement improbable.