Bac S Sujet de SVT Session Septembre 2006 Martinique 2ème

Bac S ­ Sujet de SVT ­ Session Septembre 2006 ­ Martinique 2ème PARTIE ­ Exercice 2 ­ (Enseignement de spécialité). 5 points.
DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES
La contraction des cellules musculaires est une activité qui consomme de I'ATP. L' ATP n'étant pas stocké dans les cellules, il doit être régénéré en permanence.
Exploitez les informations apportées par l'étude des documents pour montrer quelles sont les voies métaboliques utilisées et quel est l'effet de l'entraînement dans la production d'ATP par la cellule musculaire. Document 1 : Les mitochondries des cellules musculaires.
Electronographie d'une coupe transversale partielle d'une fibre musculaire (x 16000)
Informations complémentaires Le volume total de mitochondries est égal à 5% du volume du cytoplasme de la cellule musculaire chez un individu non entraîné contre 11% chez un individu entraîné. De plus, activité des enzymes mitochondriales est plus importante chez un individu entraîné que chez un individu non entraîné.
D'après le métabolisme énergétique chez l'Homme. Nathan lNSERM
Document 2 : Modification des paramètres sanguins de part et d'autre d'un muscle
Le tableau suivant donne la concentration de dioxygène, de dioxyde de carbone, de glucose et d'acide lactique dans le sang artériel arrivant au muscle et dans le sang veineux partant du muscle pendant un exercice physique.
Sang artériel
Sang veineux
21,2
5,34
45
60
Teneur en glucose (mmol. L )
4
2
Teneur en acide lactique* (mmol.L­1)
<1
2,8
Teneur en O2 (mL. 100mL­1)
Teneur en CO2 (mL. 100mL­1)
­1
D'après Didier 2nd 2000 et Hatier 1ère S 1993
* L'acide lactique est un produit de la fermentation lactique dont l'équation bilan est la suivante
R' composé oxydé et RH2 composé réduit Document 3 : Production d'acide lactique et consommation de dioxygène chez un individu non entraîné et chez un individu entraîné pour un exercice de puissance donnée. N.B. : On considère que les changements constatés à l'échelle de l'organisme sont dus principalement à l'activité des muscles pendant l'exercice. Bac S ­ Sujet de SVT ­ Session 2006 ­ Pondichéry 2ème PARTIE ­ Exercice 2 ­ (Enseignement de spécialité). 5 points.
DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES Les spermatozoïdes sont des cellules mobiles qui assurent la fécondation de l'ovule. Leur déplacement s'effectue grâce aux battements du flagelle et nécessite à l'échelle cellulaire la production d'ATP.
À partir des informations tirées de l'exploitation des documents et de vos connaissances, expliquez comment s'effectue la production d'ATP dans un spermatozoïde.
La réponse sera accompagnée d'un schéma localisant les principales réactions métaboliques.
Document 1 : utilisation du fructose par le spermatozoïde
Le fructose (C6H12O6) est une molécule comparable au glucose. Il est présent dans le liquide séminal* à un taux variant de 1,5 à 6 g.L­ 1. Dans le cytoplasme, il est dégradé en acide pyruvique par une série de réactions dont les principales étapes sont indiquées ci­
dessous. Le rendement énergétique de cette voie métabolique est de 2 ATP par molécule de fructose dégradée (d'après C. Moussard, 2002). * Le liquide séminal est une sécrétion produite par les glandes séminales (75%) et la prostate (25%). Il se mélange aux spermatozoïdes avant leur émission (d'après site www.embryology.ch).
Document 2 : étude expérimentale de la mobilité des spermatozoïdes
Des spermatozoïdes sont placés dans un milieu contenant du fructose à une concentration comparable à celle du liquide séminal et on évalue leur mobilité dans 3 conditions différentes. ­ milieu 1 : apport permanent d'oxygène, pas d'apport d'ATP.
­ milieu 2 : oxygène non renouvelé, pas d'apport d'ATP.
­ milieu 3 : oxygène non renouvelé, addition d'ATP.
d'après Didier, Terminale S, 2002 Document 3 : organisation d'un spermatozoïde
A : organisation générale, B : pièce intermédiaire observée au microscope électronique (coupe longitudinale)
Bac S ­ Sujet de SVT ­ Session 2007
2ème PARTIE ­ Exercice 2 ­ Résoudre un problème scientifique (Enseignement de spécialité). 5 points.
DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES Les levures sont des champignons unicellulaires.
A partir des trois documents mis en relation avec vos connaissances, retrouvez les caractéristiques de la fermentation alcoolique, puis expliquez sa différence de rendement avec la respiration cellulaire.
Document 1 : le développement des levures et la production d’ATP
Dans deux milieux de même volume, contenant de l’eau et du glucose en excès, on ajoute une même quantité de levures. L’un contient du dioxygène, l’autre non. Ces deux milieux sont placés quelques jours dans des conditions favorables identiques.
Document 1a : observation au microscope optique des levures (x 700) identiques dans les deux milieux en début d’expérience Document 1b : résultats au bout de quelques jours
D'après Manuel de Terminale, Hatier, 2002
Document 2 : une expérience historique de Pasteur
Pasteur a réalisé des cultures de levures en présence de glucose dans des conditions de concentrations en dioxygène décroissantes de l’expérience 1 à l’expérience 3.
Le nombre de signes (+) est proportionnel à la quantité mesurée. D'après Nutrition et métabolisme, P. Mazliak, 1995
Document 3 : les levures en fermentation alcoolique
Une cuve hermétique est reliée à une sonde qui permet de mesurer la concentration en dioxyde de carbone.
On remplit totalement la cuve avec une suspension de levures : le milieu est dépourvu de dioxygène et les levures ne peuvent que pratiquer la fermentation alcoolique. Au début de la manipulation (t = 0 min), on injecte dans la cuve une solution de glucose
Document 3a : évolution de la concentration en dioxyde de carbone dans la cuve en fonction du temps
Document 3b : évolution de la quantité de glucose dans le milieu.
En début de manipulation En fin de manipulation (à t = 0 min) (à t = 7 min) Quantité de ++++ ++ glucose Le nombre de signes (+) est proportionnel à la quantité de glucose. D'après Manuels de Terminale spécialité, Nathan et Didier,2002 Bac S ­ Sujet de SVT ­ Session Septembre 2007 ­ Martinique 2ème PARTIE ­ Exercice 2 ­ (Enseignement de spécialité). 5 points.
DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES En mettant en relation les informations apportées par l'étude des documents, expliquez comment la cellule musculaire produit l'énergie nécessaire à son fonctionnement.
En bilan et en utilisant vos connaissances, proposez un schéma fonctionnel de la membrane interne de !a mitochondrie d'une cellule musculaire.
Document 1 : Etude expérimentale de la contraction de myofibrilles isolées.
Une cellule musculaire est constituée presque totalement de longs cylindres disposés parallèlement au grand axe de la cellule, les myofibrilles.
•
•
•
début expérience à t=0; à t1, addition dans le milieu d'une forte dose d'ATP; à t2, addition d'une substance inhibant l'hydrolyse de I'ATP, qui ne peut plus être utilisé par les myofibrilles. Remarque : la tension mesurée est proportionnelle à la contraction des myofibrilles isolées (UA = unité arbitraire).
D'après Didier ; Terminale S spécialité 2002
Document 2 : Concentration intracellulaire de l'ATP dans le muscle, quantité d'énergie correspondante et dépense énergétique au cours d'un effort.
Mesures Concentration d'ATP intracellulaire (millimole.L­1) Quantité d'énergie correspondante (kilojoule) Quantité d'énergie dépensée pour monter un escalier de 4 étages (kilojoule) Par kg de muscle 4 à 6 0,17 à 0,25 1,17 Pour un individu de 70 kg (environ 30 kg de muscles) 120 à 180 5,1 à 7,5 35 Document 3 : Expérience sur des particules submitochondriales
Les particules submitochondriales, petits sacs de 100 nm de diamètre, sont obtenues à partir de fragments retournés de membrane interne de mitochondries. Cette membrane est recouverte de structures arrondies nommées sphères qui ne sont plus en contact avec la matrice (= milieu intra­
mitochondrial) mais avec un milieu expérimental. Il contient de l'O2, des composés réduits R'H2, de l'ADP et du P (phosphate inorganique).
Conditions
Résultats
particules submitochondriales
Synthèse d 'ATP et réoxydation des R'H2 en R' particules submitochondriales sans les sphères.
Pas de synthèse d'ATP mais réoxydation des R'H2 en R'
particules submitochondriales sans les sphères, mais ajout de sphères isolées dans le milieu
Synthèse d'ATP et réoxydation des R'H2 en R' Remarque : en l'absence de composés réduits R'H2, il n'y a pas de synthèse d'ATP.
Bac S ­ Sujet de SVT ­ Session 2011 – Liban
2ème PARTIE ­ Exercice 2 ­ Résoudre un problème scientifique (Enseignement de spécialité). 5 points.
DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES
Les fibres musculaires sont des cellules contractiles, qui consomment de l'ATP lors de la contraction. Parmi les fibres musculaires squelettiques, on distingue les fibres musculaires de type l, qui interviennent dans des efforts musculaires de longue durée, et les fibres musculaires de type Il, qui interviennent dans des efforts intenses de courte durée.
À partir des informations extraites des documents, mises en relation avec les connaissances, expliquer comment la structure et le métabolisme de chaque type de fibre permettent la contraction musculaire dans chaque type d'effort.
Document 1 : caractéristiques structurales et métaboliques des 2 types de fibres musculaires
Types de fibres
Fibres de Type I
Fibres de type II
Couleur
rouge
blanche
Myoglobine
++++
+
Vitesse de contraction
+
++++
Résistance à la fatigue
++++
+
Mitochondries
++++
+
Irrigation sanguine
++++
+
Métabolisme de dégradation du glucose en présence d'O2
++++
+
Métabolisme de dégradation du glucose en absence d'O2
+
++++
+++
+
+
+++
Caractéristiques
Contenu en lipides
Contenu en glycogène
D'après Thèse de doctorat, laboratoire de Biochimie, Université Blaise Pascal La myoglobine est une protéine musculaire qui fixe le dioxygène.
Le métabolisme d'oxydation du glucose consomme du dioxygène. Les lipides fournissent des acides gras. Le glycogène est une molécule de mise en réserve du glucose. Le glucose et l'O2 sont véhiculés par le sang. + : indique l'importance de chaque caractéristique Document 2 : la production d'ATP par les cellules musculaires Document 2.1 : production d'ATP dans les cellules musculaires de type I
Document 2. 2
: production d'ATP dans les cellules musculaires de type II
D'après Principes d'anatomie et de physiologie Par Gérard J. Tortora, Sandra R. Grabowski de Boeck Université Document 3 : électronographie d'une fibre musculaire dans deux états différents
La contraction musculaire est une activité qui consomme de l'ATP. L'ATP est une molécule énergétique qui libère de l'énergie lors de son hydrolyse On observe le même phénomène, que l'on réalise l'électronographie avec des fibres de type I ou avec des fibres de type II .
Lors de ce phénomène il y a glissement des filaments d'actine le long des filaments de myosine. D'après Biologie par N. A Bac S ­ Sujet de SVT ­ Session 2009 ­ Martinique
2ème PARTIE ­ Exercice 2 ­ Résoudre un problème scientifique (Enseignement de spécialité). 5 points.
DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES
On dispose de deux souches de Levure de boulangerie (Saccharomyces cerevisiae) : la souche G et la souche P. Celles­ci se différencient par le fait que la souche G donne, en se multipliant des colonies de grande taille alors que la souche P donne des colonies de petite taille. Une colonie est le résultat de la multiplication des cellules. Ce sont donc des clones d'une cellule originelle.
On cherche à montrer que la différence de taille des colonies de ces deux souches de levure dépend du métabolisme adopté. À partir de l'exploitation des documents, montrez qu'il existe une diversité de métabolisme chez la Levure à l'origine de la taille des colonies. Vous préciserez alors le métabolisme des souches G et des souches P.
Document 1 : Culture de deux souches de levures
On cultive les deux souches de levure, dans la même boîte de Pétri, sur un milieu gélosé complet contenant notamment 5% de glucose et abondamment oxygéné. Les cultures sont placées à température constante.
Les schémas ci­dessous montrent les cultures à l'instant initial (t0) et à l'instant final (tF).
D'après Biologie et biotechnologies des Levures, CRDP Académie d'Aix­Marseille
Document 2 : Comparaison en microscopie électronique à transmission du nombre et de l'aspect des mitochondries des cellules de levures G et P.
Mitochondries
Cellule G
Cellule P
environ 15 par cellule
environ 4 à 5 par cellule
D'après Biologie et biotechnologies des Levures, CRDP Académie d'Aix­Marseille
Document 3 : Comparaison de l'activité métabolique pour chaque souche de levure
Le triphényl­tétralozium est utilisé par les levures comme accepteur final des électrons de la chaîne respiratoire des mitochondries à la place du dioxygène. Dans ces conditions, il est réduit en un composé de couleur rouge, le formazan.
Sur chaque colonie des cellules G et des cellules P, on applique le triphényl­tétralozium.
Parallèlement, des expériences sont réalisées pour mesurer la quantité d'ATP produite par les souches G et P. Par calcul, il a été déterminé le rendement énergétique respectif pour chaque souche.
Le schéma suivant montre les résultats obtenus.
D'après "Biologie des Levures", Didier Pol, Coll. Ellipses
et "Bioénergétiques, l'ATP dans la cellule", Coll. Synapse­Hachette Education
* Rendement = % de l'énergie récupérée à partir des métabolites transformés utilisable par la cellule pour se développer.