BIOLOGIE HUMAINE (Term. SMS)

Session Juin 2005 - Métropole

1. Partie 1: Digestion des protéines alimentaires
2. Partie 2: Synthèse de l'insuline
3. Partie 3: Hérédité du diabète sucré

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Les protéines représentent 12 à 18 % de la masse corporelle totale d'un individu. Elles ont une base structurale commune mais des rôles très divers. On se propose d'étudier différents aspects du rôle et de l'utilisation des protéines dans l'organisme.

I/ DIGESTION DES PROTEINES ALIMENTAIRES (5 points)
1. Reporter sur la copie les légendes correspondant aux numéros 1 à 16 du document 1, qui représente un schéma de l'appareil digestif.
   Réponse Schéma de l'appareil digestif :
   1 = glandes salivaires / 2 = foie / 3 = vésicule biliaire / 4 = canal cholédoque / 5 = intestin grêle / 6 = appendice / 7 = anus / 8 = rectum / 9 = colon ou gros intestin / 10 = pancréas / 11 = pylore / 12 = estomac / 13 = cardia / 14 = oesophage / 15 = pharynx / 16 = cavité buccale


2. Différentes expériences ont été menées afin de mieux comprendre certains aspects de la digestion des protéines. Des prélèvements effectués pendant la digestion et à différents niveaux du tube digestif ont permis d'obtenir les résultats consignés dans le tableau du document 2.
   
   • 2.1. Analyser ce tableau
     Réponse Ce tableau indique la présence, dans les parties successives du tube digestif, de molécules de plus en plus petites : les protéines qui ont été ingérées, les peptides provenant de la simplification des protéines, les acides aminés qui sont le produit final de cette simplification.
     Les protéines ingérées sont présentes de façon importante dans la bouche, puis leur quantité diminue dès le passage dans l'estomac, pour n'être plus qu'à l'état de traces à partir du duodénum.
     Les peptides, absents de la bouche, apparaissent dans l'estomac, puis de façon plus importante dans le duodénum. Il n'en reste plus que des traces dans la suite de l'intestin.
     Les acides aminés ne commencent à apparaître que dans le duodénum, et leur quantité augmente considérablement dans le jéjunum et l'iléon. Il n'en reste que des traces dans le colon.
   • 2.2. A l'aide des connaissances acquises et de l'analyse du tableau, indiquer à quels niveaux du tube digestif a lieu la digestion des protéines.
     Réponse Dans l'estomac:
     La pepsine gastrique (enzyme protéolytique) hydrolyse les protéines en peptides.
     Dans le duodénum:
     D'autres protéases (trypsine et chymotrypsine) continuent à digérer les protéines restantes. Des peptidases hydrolysent les peptides en acides aminés.
     Dans le jéjunum et l'iléon:
     Les peptides restants sont digérés en acides aminés par d'autres peptidases.
     (Les acides aminés obtenus, ainsi que des di- et tripeptides, sont absorbés au cours de leur transit dans l'intestin grêle)
3. On réalise une étude expérimentale de la digestion du blanc d'oeuf par la pepsine gastrique. Le principal constituant du blanc d'oeuf est une protéine, l'ovalbumine. Dans des tubes à essais, on place des flocons de blanc d'oeuf coagulé. On les soumet à différentes conditions expérimentales. Le tableau du document 3 précise le contenu de chaque tube, les conditions expérimentales et les résultats obtenus.
   
   • 3.1. Analyser les résultats des tubes 1 à 5. Conclure en donnant le pH optimal d'action de la pepsine.
     Réponse Les tubes contiennent tous des flocons de blanc d'oeuf en suspension dans l'eau, à 38°C.
     Si, après 6 heures, on observe toujours ces flocons en suspension, c'est qu'aucune réaction n'a eu lieu dans ces tubes. C'est donc seulement dans l'expérience 2 que l'ovalbumine a été digérée, puisque le contenu du tube est limpide.
     D'après le contenu du tube 2, on peut déduire que la digestion de l'ovalbumine est catalysée par une enzyme, la pepsine, en présence d'acide chlorhydrique.
     L'acide chlohydrique seul n'a aucune action (tube 3).
     De même l'enzyme seule ne permet pas la digestion (tube 4).
     L'enzyme n'agit pas non plus en présence de soude (tube 5)
     
     Conclusion : le pH optimal d'action de la pepsine est 2, c'est-à-dire un milieu acide.
   • 3.2. Analyser les tubes 6 à 8. Conclure en donnant la température optimale d'action de la pepsine.
     Réponse Ces tubes ont le même contenu que le tube 2 où on avait observé la digestion de l'ovalbumine.
     On constate qu'à 100°C (tube 6) la pepsine est inactive. En effet, l'enzyme est une protéine, qui est dénaturée par une température trop élevée.
     A 0° (tube 7), la pepsine est également inactive.
     Par contre, en remettant ce dernier tube à 38°C (tube 8), la digestion est à nouveau réalisée. L'enzyme n'a donc pas été dénaturée à 0°, seulement inactivée.
     
     Conclusion : la température optimale d'action de la pepsine est 38°C.
4. On réalise une étude expérimentale de la digestion du blanc d'oeuf par la pepsine gastrique. Le principal constituant du blanc d'oeuf est une protéine, l'ovalbumine. Dans des tubes à essais, on place des flocons de blanc d'oeuf coagulé. On les soumet à différentes conditions expérimentales. Le tableau du document 3 précise le contenu de chaque tube, les conditions expérimentales et les résultats obtenus.
   
   • 4.1. Reporter sur la copie les légendes des éléments repérés par les numéros 1 à 11 sur le document 4.
     Réponse Légendes du document 4.
     1 = muqueuse / 2 = sous-muqueuse / 3 = musculeuses / 4 = séreuse ou adventice / 5 = villosité / 6 = entérocyte / 7 = capillaire sanguin / 8 = chylifère / 9 = veinule / 10 = vaisseau lymphatique / 11 = artériole
   • 4.2. Indiquer à quel organe du tube digestif cette structure appartient. Justifier la réponse.
     Réponse Ce schéma représente une coupe transversale de la paroi de l'intestin grêle. Les villosités sont caractéristiques de cette partie du tube digestif.
   • 4.3. Préciser comment est effectuée l'absorption des produits issus de la digestion des protéines.
     Réponse L'absorption des acides aminés se fait par transport actif à travers la membrane apicale des entérocytes. Les molécules traversent ensuite l'entérocyte et passent dans la circulation sanguine.

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II/ SYNTHESE DE L'INSULINE (2,5 points)

A l'aide des acides aminés distribués, les cellules de l'organisme vont réaliser des synthèses de protéines. Ainsi, certaines cellules pancréatiques vont pouvoir produire une hormone : l'insuline.

1. Donner la définition d'une hormone.
   Réponse Définition d'une hormone:
   Une hormone est une substance chimique sécrétée par une glande endocrine, et véhiculée par le sang jusqu'aux cellules-cibles, sur lesquelles elle agit via un récepteur spécifique.


2. Nommer les cellules responsables de la synthèse d'insuline, ainsi que les structures pancréatiques auxquelles elles appartiennent.
   Réponse Les cellules du pancréas responsables de la synthèse d'insuline sont les cellules béta des îlots de Langerhans.


3. Préciser l'action de l'insuline.
   Réponse L'action de l'insuline:
   L'insuline est une hormone hypoglycémiante. Elle favorise la pénétration et le catabolisme du glucose dans les cellules. Au niveau des hépatocytes et des myocytes elle stimule la glycogénogenèse, c'est-à-dire le stockage du glucose. Au niveau des adipocytes, elle favorise la lipogenèse, c'est-à-dire la mise en réserve des tirglycérides.


4. Le document 5 représente un fragment d'ADN correspondant à une portion de gène responsable de la synthèse de l'insuline.
   
   • 4.1. Citer et localiser les différentes étapes de la synthèse des protéines.
     Réponse Transcription = synthèse de l'ARN messager : dans le noyau
     
     Traduction = lecture de l'ARN-m ou synthèse du peptide : dans le cytoplasme au niveau des ribosomes.
   • 4.2. En utilisant les documents 5 et 6, indiquer la séquence en acides aminés de ce fragment d'insuline.
     Réponse ARN-messager : GGC AUC GUG GAG CAG
     
     Peptide : Gly - Ile - Val - Glu - Gln

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III/ HEREDITE DU DIABETE SUCRE (2,5 points)

Le diabète sucré se définit comme étant un état d'hyperglycémie permanente. Certaines formes de diabète sucré sont dues à un dysfonctionnement du gène codant l'insuline et sont donc héréditaires. Le document 7 montre l'arbre généalogique d'une famille dont certains membres sont atteints de diabète sucré.

1. Préciser si l'allèle responsable de la maladie est dominant ou récessif. Justifier la réponse.
   Réponse L'allèle responsable de la maladie est récessif.
   
   Justification : les enfants 12, 13 et 16 sont atteints, ils possèdent donc au moins un allèle responsable, et cet allèle provient d'un des parents 7 ou 8. Si cet allèle était dominant, le parent concerné serait aussi atteint, ce qui n'est pas le cas. L'hypothèse est donc fausse, l'allèle est récessif.


2. Préciser si l'allèle est porté par un autosome ou par un chromosome sexuel. Justifier la réponse.
   Réponse L'allèle est porté par un autosome.
   
   Justification :
   - si l'allèle était porté par le chromosome X, il serait transmis aux garçons 5, 6 et 7 de la mère 2 atteinte. Ces garçons seraient alors diabétiques, ce qui n'est pas le cas.
   - si l'allèle était porté par le chromosome Y, il n'y aurait pas de femme atteinte.


3. Donner le génotype des individus 7, 8, 14, 15 et 16. Justifier la réponse.
   Réponse Convention : On note D l'allèle sain dominant, et d l'allèle muté (responsable du diabète) récessif.
   
   Les individus 7 et 8: ils sont sains, mais transmettent l'allèle responsable du diabète à leurs enfants. Ils sont donc de génotype D//d.
   Les individus 14 et 15: ils sont sains, donc possèdent au moins un allèle D. Le 2ème allèle peut être D ou d, cahun de leur parent possédant ces 2 allèles. Comme on ne connait pas encore leur descendance, rien ne permet de conclure. Leur génotype est D//D ou D//d.
   Le sujet 16: il est diabétique, et est donc homozygotepour l'allèle d puisque celui-ci est récessif. Son génotype est d//d.