Bac 2021 Sciences de la vie et de la Terre : sujet et corrigé

EXERCICE 1 : Diversification des génomes au cours de l’évolution (7 POINTS)

La biodiversité actuelle est une étape de l’histoire évolutive du vivant et est le résultat de différents processus. Parmi ceux-ci, certains ont contribué à enrichir les génomes des êtres vivants.

QUESTION :

Expliquer les mécanismes qui permettent d’enrichir le génome des eucaryotes.

Vous rédigerez un texte argumenté. On attend des expériences, des observations, des exemples pour appuyer votre exposé et argumenter votre propos.

EXERCICE 1 : Réflexe et mouvement (7 POINTS)

Lors d'une consultation médicale, un médecin peut être amené à vérifier le bon fonctionnement du système nerveux. Il percute le tendon rotulien du patient au niveau du genou afin de rechercher un mouvement normal de sa jambe en réponse à la percussion.

QUESTION :

Expliquer comment suite à la percussion d'un tendon, la sollicitation de structures nerveuses et musculaires aboutit à un mouvement.

Vous rédigerez un texte argumenté. Vous appuierez votre exposé et argumenterez votre propos à partir d'expériences, d'observations et/ou d’exemples judicieusement choisis.

EXERCICE 2 : Les mycorhizes : une association symbiotique (8 POINTS)

« 90 % des espèces de plantes actuelles sont en interaction avec des champignons au niveau de leurs racines. L’ensemble forme une structure mixte que l’on nomme la « mycorhize », du grec ancien myco, pour champignon, et rhize pour racine ».

QUESTION :

Montrer que l’association mycorhizienne entre un champignon et un végétal chlorophyllien profite aux deux partenaires.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.

Document 1 : observation microscopique de mycorhizes
(L'image montre des filaments mycéliens du champignon formant un manteau autour des racines du végétal).

Document 2 : comparaison de paramètres morphologiques racinaires et foliaires de plants de Rhododendron mycorhizés ou non

• Figure 1 : évolution de la longueur moyenne des racines (mm) en fonction du temps.
• Figure 2 : évolution du nombre moyen de feuilles/plant en fonction du temps.
• Figure 3 : évolution du nombre moyen de racines/plant en fonction du temps.
  (Les graphiques comparent le lot 1 : plants non mycorhizés et le lot 2 : plants mycorhizés sur 120 jours).

Document 3 : des échanges de matières entre le champignon et le végétal

Document 3a : influence de la mycorhization sur l’absorption de l’ion ammonium par une espèce d’Eucalyptus
L’ion ammonium, de formule $N{H}_4^{+}$, contient de l’azote. On mesure la masse en $\mu g$ de ${}^{15}N$ incorporé dans les plantules par g de matière fraîche sur 7 jours pour des Eucalyptus non mycorhizés et mycorhizés par différents champignons (Pisolithe, Scléroderme, Hydnangium).

Document 3b : distribution du carbone atmosphérique au sein d’un pin mycorhizé
Les parties aériennes d’un pin mycorhizé ont été alimentées avec du $C{O}_2$ atmosphérique marqué au ${}^{14}C$. Une autoradiographie montre la localisation du ${}^{14}C$ dans le végétal et les filaments mycéliens après 48 heures.

Document 4 : la sensibilité des végétaux mycorhizés ou non face à des agents pathogènes

Document 4a : comparaison du pourcentage de mortalité d’une espèce de pin contaminée par Phytophtora cinnamomi
(L'histogramme compare le taux de mortalité 12 semaines après contamination entre plants mycorhizés (15%) et non mycorhizés (80%)).

Document 4b : impact du manteau mycélien dans la défense des végétaux

Tableau présentant le pourcentage d’infection par Phytophtora cinnamomi de racines d’une espèce de pin :

EXERCICE 2 : vitesse de raccourcissement des cellules musculaires (8 POINTS)

Selon l’activité motrice effectuée, les mouvements mis en jeu s’appuient sur la réalisation de contractions plus ou moins rapides. On cherche à comprendre ce qui détermine la vitesse de raccourcissement des cellules musculaires.

QUESTION

À partir de l’exploitation de l’ensemble des documents et de l’apport des connaissances nécessaires, proposer une hypothèse expliquant les vitesses de raccourcissement différentes des cellules musculaires.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.

Document 1 : électrophorèse des chaînes lourdes de la myosine de différentes cellules musculaires

Diverses cellules musculaires sont isolées à partir de muscles de rats ; les chaînes lourdes de myosine (MHC pour « Myosin Heavy Chain ») en sont extraites et subissent une électrophorèse suivie d’une coloration les faisant apparaître en noir. Chacune des pistes a, b, d, e et f correspond aux MHC extraites d’une seule cellule venant d’un muscle donné. La piste c révèle les MHC extraites d’un mélange de cellules issues de divers muscles de rats.

Note : Plus les molécules sont légères et plus loin elles migrent en partant de la zone de dépôt en haut de l’image.

Document 2 : intervention de la myosine dans le raccourcissement de la cellule musculaire

Lors du raccourcissement d’une cellule musculaire, il y a plusieurs cycles tels que celui décrit ci-dessous qui se succèdent. Plus ces cycles sont nombreux sur une période donnée, et plus le raccourcissement est important.
(Le schéma montre le pivotement de la tête de myosine fixée sur l'actine générant une force de traction et un déplacement relatif des filaments).

Document 3 : vitesses de raccourcissement des cellules musculaires

On a établi à quelle vitesse maximale (en unité de longueur par seconde) se raccourcissent les cellules musculaires en fonction de la chaîne lourde de myosine présente (résultats obtenus chez le chien, l'analyse montre que toutes les différences de vitesse entre les fibres sont statistiquement significatives, à l'exception de la différence entre MHC-IIX et MHC-IIB).

Document 4 : hydrolyse de l’ATP et vitesse de raccourcissement

On a évalué la vitesse du raccourcissement ($V_0$ en $\mu m\cdot s^{-1}$) de cellules musculaires en fonction de la vitesse d’hydrolyse de l’ATP ($v$) de la myosine qu’elles contiennent. Les résultats ont été obtenus à partir de muscles appartenant à plusieurs espèces de mammifères et contenant différentes sortes de myosine pour la chaîne lourde MHC.

Document 5 : structure de la chaîne lourde de la myosine

Document 5a : représentation tridimensionnelle d’une partie de la « tête » de la chaîne lourde de la myosine
La visualisation montre la chaîne de myosine avec deux zones correspondantes aux acides aminés de la « boucle 1 » (site de fixation de l’ATP) et de la « boucle 2 » (site de fixation sur l’actine).

Document 5b : rôle des boucles
Les acides aminés de la boucle 1 interviennent directement dans la fixation de l’ATP et son hydrolyse. La boucle 2 interviendrait sur la durée pendant laquelle l’actine est attachée à la myosine.

Extraits de séquences peptidiques alignées (Boucle 2) :