Métropole. Groupements 1 et 4 - Série S - Juin 1996
Durée de l’épreuve : 3 h 30

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


CORRIGES

PARTIE I : Mécanismes de l’immunité (8 points)

Les macrophages

Présentez le rôle des macrophages dans l’induction de la réponse immunitaire spécifique. Illustrez votre exposé par des schémas.


Avant de commencer
Bien délimiter le sujet : il faut se limiter à la réponse immunitaire spécifique et plus précisément à la phase d’induction.
Dans ces conditions, on présentera les caractères des macrophages et des réactions immunitaires de façon très générale en introduction puis on décrira les mécanismes de présentation des antigènes dans une première partie, l’induction de la réponse à médiation cellulaire dans une seconde et celle de la réponse à médiation humorale dans une troisième. La conclusion insistera sur la place centrale des macrophages dans les réponses immunitaires spécifiques liée à leur fonction de présentation de l’antigène.
Il est absolument impératif de construire un plan et de le faire apparaître dans votre copie.
Le plan proposé n’est en rien impératif : concevez votre propre plan comme vous préférez mais en gardant à l’esprit qu’il doit suivre une démarche explicative et un ordre logique.

CORRIGE

Introduction

Le système immunitaire a pour fonction de maintenir l’intégrité du soi. Il met en jeu deux types de réponses lorsqu’il est confronté à un antigène : des réactions non spécifiques et des réactions spécifiques.

Les macrophages, cellules dérivées des monocytes sanguins et ayant donc pour origine la moelle osseuse comme toutes les cellules du système immunitaire, colonisent les tissus où ils exercent une surveillance générale. Ils participent à la fois aux réactions non spécifiques et aux réactions spécifiques.

Dans une première partie, après avoir brièvement décrit ces cellules, nous examinerons leur fonction de " cellule présentatrice d’antigène " (CPA) avant d’étudier plus en détail leur participation à l’induction des réactions immunitaires spécifiques, d’abord à médiation cellulaire, ensuite à médiation humorale.

I- Des cellules phagocytaires présentatrices d’antigènes

Les macrophages sont des cellules mobiles se déplaçant à l’aide de pseudopodes. Ils sont capables de phagocyter les éléments étrangers et les cellules mortes mais aussi de détruire des cellules tumorales. Bien que la phagocytose ne soit pas spécifique, elle intervient aussi dans l’induction des réponses spécifiques.

La phagocytose

Lorsqu’un élément étranger a été ingéré par un macrophage à l’intérieur d’un phagosome (endocytose), des lysosomes y déversent leurs enzymes hydrolytiques assurant le découpage des macromolécules antigéniques en fragments de plus petite taille.

Ces fragments vont alors s’associer au sein de vésicules intracellulaires avec les marqueurs du soi que sont les glycoprotéines du complexe majeur d’histocompatibilité.

L’ensemble migre vers la surface cellulaire et fusionne avec la membrane plasmique.
 
 

La présentation des antigènes

L’expression en surface des déterminants antigéniques associés au CMH (le soi modifié) les rend immunogènes, c’est à dire aptes à être reconnus par des cellules immunocompétentes spécifiques capables de déclencher une réaction immunitaire. Elle valent au macrophage le nom de cellule présentant l’antigène (CPA).

Les cellules immunocompétentes capables de reconnaître le soi modifié à la surface des macrophages sont des lymphocytes T (LT). Il en existe plusieurs sous-classes mais, parmi eux, les LT4 participent à l’induction des deux catégories de réponses spécifiques.

Examinons d’abord leur fonction dans les réactions à médiation cellulaire.

II- Induction des réactions immunitaires spécifiques

Les LT4 sont caractérisés par la présence sur leur membrane de récepteurs dits T possédant une double spécificité. Ils reconnaissent en même temps le CMH de l’organisme auquel ils appartiennent et l’antigène emprisonné dans le " panier " formé par les molécules du CMH.

La stimulation des LT4

La liaison CPA-LT4 a pour conséquence la sécrétion de messagers chimiques, les interleukines par le macrophage et l’expression des récepteurs aux IL par le LT4. Il en résulte une stimulation des LT4 qui prolifèrent et sécrètent à leur tour des IL stimulant les cellules effectrices. Les LT4 sont qualifiés pour cette raison d'auxiliaires (LT4aux).

La stimulation des LTc, effecteurs des réponses cellulaires

Dans le cas d’une réponse à médiation cellulaire, adaptée à l’élimination d’agents infectieux intracellulaires ou de cellules possédant un CMH différent (greffes), les cellules effectrices sont aussi des LT, les LT8 cytotoxiques (LTc) issus de la stimulation de Lymphocyte préTc.

La stimulation des L préTc en Tc nécessite une coopération cellulaire. Les L pré Tc, dotés eux aussi de récepteurs T ne reconnaissent un antigène que s’il est présenté par un macrophage, ce qui assure à la fois la spécificité de la réponse et l’activation en LTc.

Ils répondent alors aux IL sécrétées par les LT4 et les macrophages en devenant cytotoxiques et donc capables de détruire leur cible spécifique.

III- Induction des réactions à médiation humorale

L’induction de la réponse humorale, réponse anticorps s’exerçant plutôt sur des antigènes libres dans le milieu intérieur, est également liée à la présentation des antigènes aux LT4aux par le macrophage et à une coopération cellulaire. Les lymphocytes B (LB) sont les cellules à l’origine de la phase effectrice à médiation humorale. Il n’y pas dans ce cas de contact entre LB et macrophages mais les LB ayant lié un antigène par leur récepteur de surface sont stimulés par les LT4aux activés par le macrophage. La stimulation s’exerce soit par contact direct LT4-LB par l’intermédiaire du CMH soit par l’intermédiaire des IL sécrétées par les LT4 à la suite de leur stimulation par le macrophage. Les LB vont alors se transformer en plasmocytes sécréteurs d’anticorps.

Bilan et conclusion

Les macrophages occupent une position centrale dans le système immunitaire puisqu’ils sont à la fois des effecteurs des réponses non spécifiques et les déclencheurs des réponses spécifiques par leurs propriétés de CPA. Ces dernières fonctions nécessitent une coopération cellulaire avec les LT4 et avec les cellules effectrices.

Le schéma suivant fait le bilan du rôle des macrophages dans l’induction des réponses spécifiques.




PARTIE II : Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants (7 points)

En vous appuyant sur les informations fournies par les documents 1 et 2, exposez les caractéristiques morphologiques et anatomiques de l’Homme et situez l’Australopithèque Lucy par rapport à leur acquisition.

ACCES AU SUJET COMPLET


Avant de commencer
Il s’agit de repérer les caractéristiques morpho-anatomiques de l’espèce humaine par rapport aux autres primates comme le Gorille afin d’identifier chez l’Australopithèque Lucy les caractères humains (nouveaux) et simiens (hérités d’un ancêtre commun). Cette identification a pour but de déterminer dans quelle mesure cette espèce fossile peut être considérée comme appartenant à la lignée humaine et, si c’est le cas, de la situer par rapport à l’évolution de la lignée humaine.
S’agissant d’une épreuve de type II, l’analyse des documents doit être la plus complète possible et les résultats que vous en tirez doivent être mis en relation avec vos connaissances pour résoudre le problème posé.

CORRIGE
Introduction

Il est admis que l’Homme et les singes anthropomorphes ont un ancêtre commun à partir duquel les deux lignées ont divergé il y a environ 10 millions d’années.

Depuis cette période, la lignée humaine a acquis des caractéristiques morphologiques et anatomiques nouvelles qui ont largement conditionné l’évolution de ses autres caractéristiques notamment comportementales. Elles peuvent être identifiées par la comparaison avec des singes anthropomorphes comme le Gorille chez lesquels cette acquisition n’a pas eu lieu.

Le repérage de certaines de ces caractéristiques chez des fossiles " candidats " à l’appartenance à la lignée humaine permet d’estimer leur plus ou moins grande proximité évolutive avec l’espèce humaine, Homo sapiens.

Caractéristiques morphologiques et anatomiques de l’Homme

La principale caractéristique morphologique de l’Homme adulte est la posture dressée (station debout) et le déplacement bipède. Cette acquisition est considérée comme essentielle dans la mesure où elle a libéré la main de la locomotion la laissant disponible pour d’autres taches alors que le Gorille utilise ses quatre membres pour se déplacer dans les arbres (brachiation) comme au sol (marche quadrupède).

La posture bipède s’accompagne d’une modification de la colonne vertébrale (4 courbures au lieu d’une seule) et d’une réduction de la longueur des membres antérieurs par rapport aux membres postérieurs qui s’allongent comme le montre le document 1.

L’acquisition de la bipédie est également liée à diverses modifications du squelette observables sur le document 1.

Chez le Gorille, la forme du bassin, allongé et la position de l’articulation du fémur ne permettent pas une station debout permanente contrairement à l’Homme dont le bassin plus large et la position de l’articulation sont compatibles avec la bipédie.

La position du trou occipital à la base du crâne, siège de l’articulation entre la colonne vertébrale et le crâne est en position antérieure chez l’Homme assurant à l’axe colonne vertébrale - tête sa position verticale alors que la place de ce trou chez le singe est postérieure et plus proche de celle des quadrupèdes.

La forme du crâne est également différente : la face du Gorille est très développée au détriment de la boîte crânienne et elle est prognathe tandis que chez l’Homme, c’est l’inverse : la face est aplatie et la boîte crânienne présente une capacité plus de trois fois plus élevée que celle du singe. Même si le volume cérébral n’explique pas tout, les capacités intellectuelles de l’Homme sont très supérieures à celles du Gorille.

Le crâne du Gorille présente également diverses crêtes (sagittale, occipitale) et bourrelets (sus-orbitaires) principalement liés à l’insertion de puissants muscles (muscles masticateurs et muscles nécessaires au maintien de la position de la tête en avant). Il est possible que ceci ait freiné le développement de la boîte crânienne.

Enfin, les mâchoires sont aussi très différentes : massives chez le Gorille, graciles chez l’Homme, elles traduisent des régimes alimentaires différents. L’arcade dentaire a une forme différente (en U chez le Gorille, en V chez l’Homme) et porte chez le singe des canines développées, véritables crocs, pouvant servir d’arme le cas échéant.

Conclusion

Sans qu’il soit toujours possible de démêler les causes et les conséquences, les modifications morpho-anatomiques observées chez l’Homme par rapport au Gorille sont liées principalement à la station debout et sont accompagnées de performances intellectuelles sans commune mesure avec celles des singes

Qu’en est-il de Lucy ?

Situation de Lucy par rapport aux acquisitions morpho-anatomiques

L’âge de Lucy, 3 à 4 Ma lui confère une place plus proche de l’hypothétique ancêtre commun s’il fait partie de l’une ou l’autre lignée.

La forme du bassin et la longueur des membres sont compatibles avec la bipédie considérée comme acquise chez les Australopithèques en raison d’autres particularités non visibles sur le document 2 comme la position du trou occipital. Il s’agit donc d’un caractère humain même si sa réalisation n’était probablement pas encore parfaite (position de l’articulation du fémur).

En revanche, le volume crânien proche de celui du Gorille et le prognathisme sont des caractères simiens. Nous savons toutefois que les Australopithèques présentaient d’autres caractères de type humain comme la forme de l’arcade dentaire et la denture. De plus, certains fossiles sont associés à un outillage primitif (galets aménagés).

Conclusion

L’Australopithèque Lucy présente donc un mélange de caractères simiens et de caractères incontestablement humains comme la station debout. C’est la raison pour laquelle certains paléontologistes le considèrent comme une des étapes initiales sur la voie de l’hominisation mais cette position est contestée par d’autres qui le considèrent comme une branche sans descendants. Sans pouvoir trancher ce débat, force est de constater que l’acquisition de la bipédie, un des caractères qui a dû conditionner toute la suite de l’évolution humaine a été réalisée chez les Australopithèques au moins dès 3 à 4 Ma avant le présent.


PARTIE III - Enseignement obligatoire (5 points)

Fonctionnement d’un système de régulation





Chez les primates, l’activité cyclique de l’ovaire résulte du fonctionnement d’un système de régulation essentiellement hormonal. Elle peut être volontairement perturbée dans l’espèce humaine par la prise de contraceptifs oraux de types divers.

En vous limitant à l’exploitation des données fournies (cf. ensemble documentaire), proposez une explication à l’effet du contraceptif utilisé sur le fonctionnement du système de régulation.

Document 1 : Effets de la prise d'une pilule contraceptive sur les sécrétions hormonales ovariennes et hypophysaires
Document 2 : Evolution des concentrations sanguines en GnRH et LH chez la brebis
Document 3 : Variations du taux sanguin de LH et d'oestradiol chez une guenon castrée sous l'effet d'injections d'oestradiol

Voir documents du sujet



Avant de commencer
Se rappeler les principales régulations liant les hormones ovariennes et le système hypothalamo-hypophysaire, notamment les rétroactions exercées par les hormones ovariennes sur la sécrétion des gonadostimulines.
Même si vous connaissez bien le mode d’action des contraceptifs oraux normodosés, n’essayez pas de réciter, mais mettez en ordre les documents en partant d’un cycle normal pour montrer ensuite les perturbations provoquées par la " pilule ".

CORRIGE

Introduction

La perturbation volontaire de l’activité cyclique de l’ovaire par des hormones sexuelles de synthèse est susceptible de provoquer une stérilité temporaire, rapidement réversible. C’est le principe de la contraception orale. Par quelles perturbations des mécanismes régulateurs les pilules combinées normo-dosées exercent-elles leur action contraceptive ? C’est ce que nous allons essayer de montrer à partir de l’analyse des documents présentés.

Données sur les bases physiologiques de l’ovulation

Lors d’un cycle normal, l’ovulation se produit, en moyenne, au quatorzième jour après le début des règles comme le rappelle le document 1. La gonadostimuline FSH contrôle la maturation des follicules ovariens et stimule la sécrétion d’oestrogènes qui augmente donc au cours de la phase préovulatoire jusqu’au 14ème jour.

C’est principalement l’augmentation brusque et importante de LH, conséquence d’une augmentation similaire de GnRH qui déclenche l’ovulation comme le rappelle le document 2.

La régulation de la sécrétion de LH dépend largement de l’action de l’oestradiol. Le document 3 montre qu’une perfusion continue d’oestradiol maintenant un taux plasmatique de 60 pg.mL-1 inhibe la sécrétion de LH. Il s’agit donc d’une rétroaction négative s’exerçant sur l’axe hypothalamo-hypohysaire : la sécrétion de GnRH et LH est inhibée en retour et le taux de LH diminue. Lors d’un cycle normal ceci correspond à la phase préovulatoire du cycle. En revanche, l’administration d’une forte dose d’oestradiol s’ajoutant à la perfusion a un effet inverse : elle produit un pic de LH dans les heures qui suivent. La rétroaction négative de l’oestradiol devient donc une rétroaction positive. Il en est de même lors d’un cycle normal comme le montre le document 1. Dans ces conditions, l’augmentation de la sécrétion d’oestradiol durant la phase préovulatoire déclenche le pic de LH qui provoque l’ovulation.

Action des hormones de synthèse

La prise quotidienne d’une pilule normo-dosée a pour conséquence de maintenir un taux d’oestrogènes sensiblement constant, autour de 50 pg.mL-1 (document 1). On a vu ci-dessus qu’un tel taux exerce une rétroaction négative sur l’axe hypothalamo-hypophysaire et inhibe la sécrétion de LH. On constate, en effet, que chez la femme traitée, le taux des gonadostimulines reste constant, autour de 15 mUI.mL-1 (document 1). Or le déclenchement de l’ovulation nécessite un pic de sécrétion de LH impossible à obtenir dans ce cas. Dans ces conditions, le cycle artificiel réalisé est anovulatoire.


PARTIE III - Enseignement de spécialité (5 points)

Aspects du fonctionnement des centres nerveux





La conduction de l’information le long d’une fibre nerveuse se manifeste par des combinaisons de signaux électriques semblables nommés potentiels d’action. On étudie leur genèse en rapport avec la perméabilité membranaire aux ions Na+ et K+.

Montrez en quoi les informations fournies (cf documents) permettent de proposer une explication cohérente de ce phénomène physiologique.

Voir documents du sujet


Avant de commencer
Il s’agit de montrer les liens logiques entre les documents qui démontrent le rôle des ions dans la genèse des potentiels d’action.
Les résultats expérimentaux doivent être interprétés et pas seulement décrits pour déterminer les ions en cause pour chaque type de courant, entrant ou sortant.
N’oubliez pas l’importance du potentiel de repos.

CORRIGE

Introduction

L’unité de signalisation des messages circulant le long des neurones constituant le système nerveux est un phénomène électrique.

Comment les cellules nerveuses génèrent-elles ce type de signaux ?

Le document 1 montre qu’il existe une différence de potentiel de - 70 mV de part et d’autre de la membrane de l’axone qui sépare deux milieux de compositions ioniques différentes. Ces différences de concentrations sont à l’origine du potentiel transmembranaire et sont maintenues par l’activité de la membrane.

Lorsque l’axone est stimulé, on observe une dépolarisation rapide. Lorsqu’elle atteint une trentaine de mV, il se produit une inversion de la polarisation (+ 30 mV) en une demi milliseconde. Cette phase de dépolarisation est suivie d’une phase de repolarisation plus lente (2 ms) et d’une hyperpolarisation.

On constate que la dépolarisation est accompagnée d’une hausse de la perméabilité au Na+ tandis que la repolarisation s’accompagne d’une augmentation moins forte mais plus durable de la perméabilité au K+. Il semble donc que l’entrée de Na+ dans le milieu intracellulaire à la suite d’une stimulation produise la dépolarisation tandis que la sortie de K+ provoquerait la repolarisation. Ces mouvements d’ions sont en accord avec leur gradient électrochimique.

Par quel moyen les ions pénètrent-ils à travers la membrane ?

Les expériences du document 2 répondent à cette question. La technique présentée permet de mesurer de très faibles courants à travers un petit nombre de canaux ioniques dont la membrane est pourvue.

Lorsque la membrane est traitée par le TEA, seuls les ions Na+ peuvent passer. Quand on dépolarise la membrane, on observe un courant entrant. Cela ne peut donc être qu’un courant de sodium (gradient de l’extérieur vers l’intérieur).

Lorsque l’on traite la membrane par la TTX, seuls les ions K+ peuvent passer. On observe ici un courant sortant retardé après dépolarisation de l’axone. Ce ne peut donc être qu’un courant de potassium pour la même raison.

Lorsqu’aucune substance n’est appliquée, on observe un courant entrant suivi d’un courant sortant. Ces courants enregistrés sur un petit fragment de membrane sont en accord avec les modifications de perméabilité enregistrées à l’échelle de la membrane entière.

Ainsi, les canaux ioniques s’ouvrent à la suite d’une dépolarisation de la membrane. L’afflux des ions sodium accentue cette dépolarisation et le nombre de canaux qui s’ouvrent, générant le potentiel d’action. Le mouvement inverse des ions potassium, dont les canaux s’ouvrent plus tardivement, restaure le potentiel transmembranaire.

L’activité de la membrane, notamment celle des canaux ioniques voltage-dépendants rend compte de la signalisation élémentaire dans le système nerveux.