Bac 2023 Sciences de la vie et de la Terre : sujet et corrigé

Les parties aériennes des plantes terrestres sont des lieux de production de matière organique.

Montrer comment l’organisation et le fonctionnement des feuilles de la plante permettent la production de glucose et autres sucres solubles.

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

Dans les tissus sains, les divisions cellulaires sont contrôlées. Au contraire, les cellules des tissus cancéreux se divisent de manière anarchique et ininterrompue. Le processus de division cellulaire nécessite de l’énergie.

Le 2DG (2-désoxy-glucose) est une petite molécule utilisée comme traitement anticancéreux. L’un de ses modes d’action se situe au niveau du métabolisme des cellules cancéreuses.

Argumenter l’utilisation de la molécule 2DG dans le traitement de certains cancers.

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

Document 1 : le métabolisme des cellules non cancéreuses
Le document présente deux voies métaboliques dans la cellule :

• Voie métabolique de la respiration (en présence d'$O_2$) : Glucose $\to$ Glycolyse $\to$ 2 pyruvates $\to$ Mitochondrie $\to$ $6C{O}_2$. Bilan : $\approx 36$ mol ATP. $mo{l}^{-1}$ de glucose.
• Voie métabolique de la fermentation lactique (en l'absence d'$O_2$) : Glucose $\to$ Glycolyse $\to$ 2 pyruvates $\to$ 2 lactates. Bilan : $\approx 2$ mol ATP. $mo{l}^{-1}$ de glucose.

Document 2 : consommation de dioxygène et production de lactate par des cellules cancéreuses et par des cellules non cancéreuses
Afin de caractériser le métabolisme des cellules cancéreuses, des scientifiques ont cultivé in vitro plusieurs types de cellules de souris en division. Ils ont déterminé leur consommation de dioxygène en condition aérobie et leur production de lactate en conditions aérobie et anaérobie.
On précise que les mitochondries restent fonctionnelles dans les cellules cancéreuses étudiées.

Document 3 : la voie métabolique du glucose et du 2DG dans une cellule
Le schéma montre que le glucose et le 2-désoxy-glucose (2DG) entrent dans la cellule via un transporteur membranaire.

• Le glucose est transformé en Glucose-6-phosphate par l'Hexokinase.
• Le 2DG est transformé en 2-désoxy-glucose-6-phosphate (2DG6P) par l'Hexokinase.
  La suite de la glycolyse (transformation du Glucose-6-phosphate en Fructose-6-phosphate par la Phosphoglucose isomérase, etc.) mène à la production de 2 pyruvates.

Document 4 : la production de lactate et d’ATP par des cellules cancéreuses
Deux lignées cellulaires (HCT116 et LoVo) issues d’une tumeur d’un cancer colorectal sont cultivées 24 heures en absence ou en présence de 2DG à différentes concentrations (0, 5 et 10 mM).

• Document 4a : montre une diminution significative de la production de lactate pour les deux lignées en présence de 2DG.
• Document 4b : montre une diminution significative de la production d'ATP pour les deux lignées en présence de 2DG.
  (# indique une différence significative par rapport à la situation en absence de 2DG).

Document 5 : le 2DG et la multiplication cellulaire
Des cellules d’une lignée cellulaire issues d’une tumeur d’un cancer du sein sont cultivées in vitro en absence de 2DG ou en présence de 12 nmol.$L^{-1}$ (12 nM) de 2DG.
Le graphique montre le nombre de cellules ($\times 10^4$) sur 3 jours :

• En absence de 2DG, le nombre de cellules passe d'environ $2\times 10^4$ à environ $7\times 10^4$.
• En présence de 12 nM de 2DG, le nombre de cellules diminue légèrement pour atteindre environ $1\times 10^4$ au bout de 3 jours.

Document 6 : l’activité de l’hexokinase
On mesure in vitro l’activité de l’hexokinase en présence de glucose et d’ATP, dans deux conditions :

• condition 1 : absence de 2DG6P (2-désoxy-glucose-6-phosphate) dans le milieu ;
• condition 2 : 10 mM de 2DG6P dans le milieu.