Bac 2024 Sciences de la vie et de la Terre : sujet et corrigé

Montrer que l’analyse de fossiles et de la composition chimique des roches apporte des informations sur l’histoire climatique d’une région.

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

Chez les animaux capables de réguler leur température corporelle, la lutte contre le froid peut se faire grâce à la thermogénèse qui correspond à la libération de chaleur au cours de l’activité cellulaire.

Expliquer les mécanismes impliqués dans la thermogénèse chez la souris.

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

Document 1 : Coupes de tissu adipeux brun et blanc chez la souris, observées au microscope

Document 1a : Tissu adipeux blanc observé au microscope
(L'image montre des cellules avec une unique et large gouttelette lipidique, un noyau repoussé en périphérie et un cytoplasme pauvre en organites. Échelle : $20\mu m$)

Document 1b : Tissu adipeux brun observé au microscope
(L'image montre des cellules contenant de nombreuses petites gouttelettes lipidiques et un cytoplasme plus abondant. Échelle : $20\mu m$)

Document 2 : La production de chaleur dans les mitochondries des tissus adipeux bruns et blancs

Document 2a : La production de chaleur par les mitochondries du tissu adipeux blanc
Le schéma montre le fonctionnement classique de la chaîne respiratoire : les électrons issus de l'oxydation des métabolites (via $NADH,H^{+}$) circulent dans la chaîne, permettant le pompage de protons $H^{+}$ vers l'espace inter-membranaire. Le flux de retour des protons vers la matrice via l'ATPase permet la synthèse d'ATP à partir d'ADP + P. Cette activité s'accompagne d'une faible production de chaleur.

Document 2b : La production de chaleur par les mitochondries du tissu adipeux brun
La protéine UCP1 permet une forte production de chaleur.
Le schéma montre qu'en plus de la chaîne respiratoire, la membrane interne contient la protéine UCP1. Celle-ci permet le retour des protons $H^{+}$ vers la matrice sans passer par l'ATPase (court-circuit), ce qui dissipe l'énergie du gradient de protons sous forme de chaleur au lieu de produire de l'ATP.

Document 3 : Évolution de l’expression et de la concentration plasmatique en peptide auriculaire natriurétique (PAN)

Le peptide auriculaire natriurétique (PAN) est une hormone sécrétée par le cœur. On mesure l’expression du gène PAN et la concentration de la protéine PAN dans le plasma sanguin chez 10 souris exposées à $21^{\circ }C$ et chez 10 souris exposées à $4^{\circ }C$ pendant 5 heures.

• À $21^{\circ }C$ : Expression de PAN $\approx 1$ UA ; Concentration plasmatique $\approx 250$ pg/ml.
• À $4^{\circ }C$ : Expression de PAN $\approx 3,5$ UA ; Concentration plasmatique $\approx 600$ pg/ml.
  ($\ast$ : écarts significatifs).

Document 4 : Effet d’une mutation du gène PAN sur la température interne des souris

Le gène codant PAN a été supprimé dans une lignée de souris notée Nppa -/-. Les souris sauvages capables de synthétiser l’hormone PAN sont notées Nppa +/+. On mesure la température interne des souris au cours d’une exposition au froid à $4^{\circ }C$.

Le graphique montre que la température interne des souris Nppa -/- chute beaucoup plus rapidement (jusqu'à $-4,5^{\circ }C$ après 5h) que celle des souris Nppa +/+ (qui se stabilise autour de $-3^{\circ }C$ après 5h).
($\ast \ast \ast$ : écarts significatifs).

Document 5 : Effet d’un froid aigu sur l’activité du tissu adipeux brun

On mesure la production de chaleur du tissu adipeux brun dans la région du cou et des épaules chez des souris Nppa+/+ et Nppa -/- par thermographie.
À $4^{\circ }C$, la zone correspondant au tissu adipeux brun est nettement plus "chaude" (production de chaleur plus élevée) chez la souris Nppa+/+ que chez la souris Nppa -/-.

Document 6 : Évolution du tissu adipeux initialement blanc après une exposition à $4^{\circ }C$

Document 6a : Coupes de tissus adipeux initialement blanc chez des souris Nppa+/+ et Nppa -/-.
Un tissu adipeux initialement blanc est exposé au froid à $4^{\circ }C$ pendant 5 heures. On réalise des coupes de ce tissu au début de l’expérience ($t_0$) et après 5 heures ($t+5$ heures).

• Chez Nppa+/+ : à $t+5h$, on observe l'apparition de nombreuses petites gouttelettes lipidiques dans les cellules, ressemblant à la structure du tissu adipeux brun.
• Chez Nppa -/- : le tissu conserve son aspect de tissu adipeux blanc initial.

Document 6b : Expression du gène UCP1 dans le tissu adipeux après 5 heures d’exposition à $4^{\circ }C$

Les résultats obtenus sont significatifs.