Amérique du Sud. Série S - Septembre 1996

Durée de l’épreuve : 3 h 30

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

SUJETS


PARTIE I : (8 points)

Mécanismes de l’évolution
L’innovation génétique.

Les accidents génétiques sont source d’innovations.

Présentez les mécanismes de mutation et de duplication génique à l’origine de la diversification des êtres vivants.

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Avant de commencer

Construisez un plan permettant de distinguer les deux aspects évoqués mais montrez qu’ils sont liés. Appuyez-vous sur quelques exemples classiques pour présenter les faits.



PARTIE II : (7 points)

Fonctionnement d’un système de régulation

Utilisez vos connaissances pour exploiter les documents 1 et 2 afin d’expliquer le mode d’action de la pilule contraceptive.

Document 1. Profils hormonaux du cycle menstruel chez la femme



Document 2. Concentrations plasmatiques de LH et FSH chez une femme au cours d'un cycle naturel suivi de deux cycles sous pilule.


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Avant de commencer

Il s’agit de montrer, en s’appuyant sur les documents, comment la pilule contraceptive la plus fréquemment utilisée (pilule normodosée) interfère avec les mécanismes de régulation des hormones sexuelles pour conduire à un cycle anovulatoire. Comparez cycle normal et cycle sous pilule pour expliquer le mode d’action de la pilule.



PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Aspects du fonctionnement des centres nerveux

Chez un homme ayant subi un accident entraînant une section haute de la moelle épinière, le contact d'un objet chaud sur la peau de la plante des pieds entraîne systématiquement la flexion du membre inférieur correspondant.

On cherche à préciser le fonctionnement des circuits neuroniques impliqués dans la flexion. Le schéma ci-après précise certains des organes mis en jeu.

A partir de l’étude rigoureuse des documents 1 à 4, expliquez les circuits neuroniques mis en jeu. Vous appuierez votre raisonnement par un schéma fonctionnel dans lequel seront indiqués par des symboles différents les circuits établis avec certitude par les documents et ceux qui restent hypothétiques.

Document 1. Rôle des différentes voies nerveuses

 
POPLITE CRURAL SCIATIQUE
Section du nerf Disparition de la flexion Disparition de la contraction du biceps crural Disparition de la contraction du quadriceps
Excitation du bout central Flexion du membre inférieur
-
-
Excitation du bout périphérique
-
Contraction du biceps crural Contraction du quadriceps
Etude expérimentale réalisée chez un chat spinal (ayant comme seul centre nerveux la moelle épinière)

Document 2.
On pose des électrodes sur la peau au niveau du biceps crural d'une part et du quadriceps fémoral d'autre part. On enregistre les phénomènes électriques globaux des muscles au cours de la réaction :

Document 3.
Pour déterminer le nombre de synapses intervenant dans cette réaction, on réalise sur un chat spinal le montage expérimental suivant (le délai moyen de franchissement d'une zone synaptique est de 0.5 ms) :

On stimule en E une fibre issue du nerf poplité, on recueille l'activité électrique de cette fibre en R1 et celle d'une fibre innervant le biceps crural en R2. On obtient successivement les réponses a et b.

Document 4. Enregistrement des phénomènes électriques dans deux motoneurones (NA et NP) reliés respectivement au biceps crural et au quadriceps fémoral, lorsqu'on porte une stimulation efficace sur une fibre du nerf poplité.


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Avant de commencer

Démarrez par l’étude de l’activité des muscles puis remontez les autres maillons du réflexe en vous appuyant sur l’analyse des documents pour mettre en évidence les circuits neuroniques mis en jeu et les synapses qui les articulent. Soignez le schéma qui doit être fonctionnel et non pas anatomique.


PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Les phénomènes ioniques à la base des potentiels d’action

Un potentiel d'action apparaît lorsqu'on applique à la membrane de l'axone une variation de potentiel par le biais d'une stimulation électrique.
On cherche à expliquer la naissance d'un tel potentiel d'action à partir des transferts ioniques.
Le matériel biologique utilisé est l'axone géant de Calmar dont le potentiel de membrane est de - 70 mV.
En annulant la dépolarisation membranaire par application d'un potentiel de + 70 mV entre les deux faces de la membrane, on obtirnt l'enregistrement du document 2.
On cherche à savoir s'il faut attribuer les courants constatés aux ions Na+ ou aux ions K+. On procède alors à l'expérience relatée par le document 3.

Exploitez les documents 1 à 3 et dites en quoi ils permettent d’expliquer le lien entre la naissance du potentiel d’action et l’état électrique de la membrane.

Document 1. Concentrations intracellulaires et extracellulaires de Na+ et K+ (axone géant de Calmar).

 
Concentration intracellulaire 
(mM.L-1)
Concentration extracellulaire 
(mM.L-1)
Na+
49
440
K+
410
22
Document 2. Variations de courant traversant la membrane de l'axone lorsqu'un voltage 0 mV est imposé.




Document 3. Expériences de voltage imposé
On remplace 90% des ions Na+ du milieu extracellulaire par la choline qui a la même charge que Na+ mais ne diffuse pas, ce qui entraîne l'égalisation des concentrations en Na+ de part et d'autre de la membrane.

On impose ensuite à la membrane un voltage de 0 mV (comme dans le document 2) et on enregistre les variations de potentiel ci-dessus.
On procède selon le même principe pour égaliser les concentrations de K+. Les variations de potentiel enregistrées figurent ci-dessus.

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Avant de commencer

Il s’agit d’identifier par l’exploitation des documents la nature, le sens et la cause des mouvements d’ions responsables de la naissance d’un potentiel d’action. Faites une analyse rigoureuse des expériences de tension imposée, reliez les informations obtenues avant de faire un bilan.