Métropole. 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’immunité : les bases de l’immunocompétence

La réponse immunitaire spécifique de l'organisme à l'apparition du non-soi fait intervenir différentes catégories de cellules immunocompétentes possédant des caractéristiques moléculaires qui leur confèrent des propriétés de reconnaissance, d'information et des propriétés effectrices.

Vous exposerez vos connaissances sur la catégorie des lymphocytes T en précisant les relations entre leurs caractéristiques moléculaires et leurs propriétés, et en illustrant votre exposé par des schémas.

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La construction du plan est rendue simple en raison des indications données dans le sujet : recherchez les étapes des réactions immunitaires au cours desquelles sont mises en jeu les trois types de propriétés indiquées pour les lymphocytes T. Identifiez les molécules impliquées pour les mettre en relation avec les fonctions correspondantes de façon à montrer en quoi des molécules particulières des lymphocytes T sont responsables de leurs caractéristiques de cellules immunocompétentes.


PARTIE II : (7 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

Diverses méthodes permettent d'envisager la nature des processus responsables de l'apparition, à partir d'une lignée commune, d'espèces nouvelles incapables de s'hybrider ou de donner des hybrides féconds. Parmi celles-ci figurent la comparaison des caryotypes et la comparaison des molécules protéiques d'espèces considérées comme proches en raison de leurs ressemblances morphologiques et anatomiques (documents 1 et 2).

Identifiez dans les documents 1 et 2 les informations qui permettent :

- d’argumenter en faveur de la parenté entre les quatre espèces de primates considérées ;

- d’expliquer l’apparition, à partir d’une espèce, de deux espèces nouvelles incapables de s’hybrider ou de fournir des hybrides féconds.

Représentez schématiquement les relations de parenté qui, en l’absence d’information complémentaire, pourraient être celles existant entre les quatre espèces concernées par le document 2.
 

Document 1. Comparaison des caryotypes de l'Homme et du Chimpanzé par la méthode des bandes de coloration.

La technique de coloration est la même pour les chromosomes des deux espèces. Les chromosomes sont isolés à la métaphase de la mitose après blocage de celle-ci ; ceux qui se ressemblent sont disposés face à face, Homme à gauche, Chimpanzé à droite. Parmi les douze différences entre les deux caryotypes, 9 semblent des causes fondamentales d'impossibilité d'hybridation. Les chromosomes sont au nombre de 24 paires chez tous les singes anthropomorphes : Chimpanzé, Gorille, Orang-Outan.

Différences entre les caryotypes : 3 additions de matériel et 9 inversions de segments chromosomiques (signalées par un *), l'une s'accompagnant de surcroît d'une fusion de deux chromosomes.
 


Document 2. Comparaison des chaînes polypeptidiques alpha, béta et gamma de l'hémoglobine chez l'Homme, le Chimpanzé, le Gorille et l'Orang-Outan.

Deux chaînes a et deux chaînes b constituent l'hémoglobine de l'adulte, tandis que deux chaînes a et deux chaînes g forment celle du foetus. Ces chaînes comprennent un peu plus de 140 acides aminés. Les mêmes acides aminés y occupent les mêmes positions, à quelques exceptions près indiquées dans le tableau ci-dessous.

 
Acides aminés :
Primates :
a12
a23
b87
b104
b125
g104
Homme alanine ac. glutamique thréonine arginine proline lysine
Chimpanzé alanine ac. glutamique thréonine arginine proline lysine
Gorille alanine ac. aspartique thréonine lysine proline arginine
Orang-Outan thréonine ac. aspartique lysine arginine glutamine arginine
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Il s’agit de retrouver dans les documents des similitudes de nature cytogénétique (chromosomes) et moléculaire (chaînes de l’hémoglobine) en faveur de liens de parenté entre les primates concernés. En outre, il faut aussi y trouver des différences permettant d’expliquer l’absence d’interfécondité de deux espèces nouvelles formées à partir d’un ancêtre commun (isolement reproductif). Enfin, en raison de l’absence d’informations supplémentaires, le schéma des relations de parenté à établir ne peut être fondé que sur l’analyse des chaînes de l’hémoglobine et le nombre de chromosomes.


PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Aspects du fonctionnement des centres nerveux

Tout récepteur sensoriel, lorsqu'il est excité, est à l'origine d'une information pour l'organisme. Le document 1 rappelle le cadre anatomique de la genèse des messages nerveux auditifs.

Montrez en quoi les données expérimentales du document 2 permettent de comprendre la genèse des messages nerveux.

Document 1. Schéma fonctionnel du système d'audition chez l'Homme

Le stimulus correspond à des vibrations de l'air (variations rythmées de pression), de fréquence comprise entre 20 et 20.103 Hz, perçues comme sons (ondes sonores)

Document non disponible

Document 2. Données expérimentales
Divers dispositifs permettent d'étudier, chez l'animal, les propriétés de l'ensemble [cellule ciliée-fibre nerveuse auditive].

a. Première expérience. L'ensemble [cellule ciliée-fibres nerveuses auditives] est isolé par microdissection ; les cils du récepteur sont soumis à la poussée d'une baguette de verre (sens 1 et 2).



b. Deuxième expérience. L'ensemble [cellule ciliée-fibres nerveuses auditives] est conservé en place ; le déplacement des cils par rapport au liquide est provoqué par des vibrations sonores de fréquence constante (52 Hz).


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Même si vous n’avez jamais étudié les récepteurs auditifs, ne vous laissez pas troubler : il s’agit de retrouver les principes généraux de la genèse des messages nerveux par les récepteurs sensoriels qui ont pu être étudiés sur un autre exemple. Il faut donc étudier comment varie le potentiel de membrane de ces cellules à la suite de stimulations et comment naissent les messages nerveux qui résultent de ces variations.


PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Aspects du fonctionnement des centres nerveux

L'anxiété est un état de malaise psychique fréquemment accompagné de convulsions musculaires. Ces convulsions correspondent à des contractions brusques et inopinées des muscles squelettiques, localisées ou généralisées à tout le corps. L'existence de ces troubles - ainsi que leur absence dans les conditions normales - montrent que les neurones directement responsables de la contraction musculaire sont soumis à des influences diverses qui assurent une régulation de leur activité. On s'intéresse aux mécanismes qui contrôlent l'activité d'un motoneurone médullaire.

Exploitez les informations fournies par les documents 1, 2, 3 et 4 pour proposer une explication du fonctionnement d’un motoneurone tel que celui figuré au document 2.

Document 1. Induction expérimentale des signes de l'anxiété

On sait reproduire expériementalement chez l'animal les manifestations de l'anxiété, en particulier les convulsions musculaires. Il suffit pour cela de lui administrer de la picrotoxine, substance qui bloque l'action d'une molécule présente normalement dans le système nerveux central appelée GABA (acide gamma aminobutyrique).

Document 2. Montage expérimental réalisé avec un motoneurone de moelle épinière de mammifère et résultats expérimentaux enregistrés après diverses stimulations.


Enregistrements obtenus en :


Document 3. Effets sur le motoneurone d'injections de GABA ou d'acétylcholine en l'absence de toute stimulation.

Document 4. Caractères et propriétés de la membrane plasmique de neurones.

4 a. Concentrations ioniques en millimoles par litre de part et d'autre de la membrane plasmique, en l'absence de stimulation

 
Milieux :
Ions :
milieu extracellulaire milieu intracellulaire
Na+
440
49
K+
22
410
Cl-
560
40
4 b. Caractéristiques spécifiques

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Il s’agit principalement d’ordonner les informations fournies pour montrer que le fonctionnement du motoneurone présenté dépend, comme celui de tous les neurones, des modifications de son potentiel de membrane imposées par les mouvements d’ions. Le neurone intègre les informations délivrées au synapses par l’action des neurotransmetteurs sur différents canaux ioniques.