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ANNALES SPECIALITE : Energie et cellules vivantes COUPLAGE CHIMIOMECANIQUE
2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.
Métropole 2016
Le cytoplasme des cellules est plus riche en ions K+ et plus pauvre en ions Na+ que le milieu extracellulaire.
Ces différences de concentrations participent au potentiel de repos membranaire de -70 mV de la cellule nerveuse.
À partir de l’exploitation des documents et de l’utilisation des connaissances, expliquer les mécanismes
énergétiques qui assurent le maintien des différences de concentrations ioniques pour une cellule nerveuse.
Document 1 : Fonctionnement de la pompe sodium-potassium (représentation schématique) et concentrations
intracellulaires en ions
La pompe permet d’échanger les ions sodium (Na+) issus du milieu intracellulaire avec les ions potassium (K+) issus
du milieu extracellulaire dans un rapport précis (3 Na+/ 2 K+).
D’après biologie TD – Collection Tavernier – 1989
Document 2 : Effets du cyanure sur la consommation en dioxygène du neurone
On suit l’évolution de la teneur en dioxygène du milieu de culture dans lequel sont placés des neurones,
avant et après ajout de cyanure. Ce dernier traverse facilement les membranes cellulaires.
D’après SVT – Collection Duco – 2012
Document 3 : Effets du cyanure et de l’ATP sur des neurones de calmar
Caldwell et Keynes ont placé des neurones de calmar contenant des ions 24Na+ radioactifs dans de l’eau de
mer. Ils ont mesuré la vitesse de sortie de ces ions dans trois conditions différentes :
– eau de mer,
– eau de mer additionnée de cyanure,
– injection d’ATP dans le neurone en présence de cyanure
De l’ATP ajouté à l’eau de mer mais non injecté dans le neurone n’a aucun effet.
D’après http://www.didier-pol.net/6SET696.html
Document 4 : Mesures de concentrations intracellulaires en ions Na+ et K+ pour un neurone dans différents
milieux de culture.
Composition du milieu Na+
en mmol.l-1
K+
en mmol.l-1
sans glucose 77 85
avec glucose 15 150
avec glucose
+ inhibiteur de la glycolyse
64 93
avec pyruvate 18 148
avec pyruvate
+ inhibiteur de la glycolyse
23 117
D’après http://ddata.over-blog.com/
Rappel : le pyruvate est le produit final de la glycolyse
Liban 2015
On s'intéresse aux différences physiologiques des fibres musculaires des sprinters et des coureurs de fond.
Le sprint est caractérisé par un effort bref (quelques secondes) et intense, la course de fond demande un effort
plutôt long et modéré.
En utilisant les informations fournies par les documents et vos connaissances définir les voies métaboliques
impliquées dans chaque type d'effort.
Document 1 : Voies de production d’ATP dans une cellule musculaire
D'après Science de la vie et de la Terre, O. Guillermou, collection Ellipse
Document 2 : Coupe transversale de cellules musculaires issue d'une biopsie d'un quadriceps chez deux athlètes
après utilisation d'une technique faisant apparaître en noir une forte teneur en enzyme F
D’après K.N Frayn, Metabolic regulation a human perpective, 2 éd
Document 3 : Caractéristiques fonctionnelles des fibres musculaires
Fibres de type I. Fibres de type Il.
Vitesse de contraction + +++
Puissance de
contraction
+ +++
Document 4 : Caractéristiques structurales des fibres musculaires
Fibres de type I. Fibres de type Il.
Richesse en capillaires
sanguins
+++ +
Myoglobine* +++ +
Teneur en glycogène + +++
Richesse en mitochondries +++ +
Myoglobine*: La myoglobine est une protéine fixatrice d'O2, réservoir temporaire de dioxygène
Métropole septembre 2014
L’entraîneur d’une équipe de natation souhaite comprendre d’où vient l’énergie utilisée par les muscles lors des courses
de 100 mètres et de 1500 mètres, afin d’adapter ses séances d’entraînement.
Vous êtes chargé d’expliquer à l’entraîneur d’où provient l’énergie utilisée par les cellules musculaires dans ces deux
types de course.
Vous devez lui rédiger un document explicatif, en utilisant les données des documents et vos connaissances. Situez les
voies métaboliques 2 et 3 du document 1 sur le schéma de la feuille annexe à rendre avec la copie.
Document 1 : les différentes voies métaboliques de régénération de l’ATP dans les cellules musculaires
Lors d’un effort, une cellule musculaire consomme de très nombreuses molécules d’ATP. Elle régénère ces molécules grâce à trois
voies métaboliques décrites ci-dessous :
Voie 1 : anaérobie
alactique
Voie 2 : anaérobie lactique Voie 3 : aérobie
Substrats
utilisés
Créatine-Phosphate +
ADP
Glucose ou autres substrats
+ ADP
Glucose ou autres substrats +
O2 + ADP
Produits
formés
Créatine + ATP Acide lactique + ATP H2O + CO2 + ATP
D’après « l’exercice musculaire » C. Lacoste et D. Richard NATHAN UNIVERSITE collection 128
Document 2 : performances et données métaboliques chez des nageurs professionnels
Aux derniers jeux olympiques d’été, le médaillé d’or du 1500 m nage libre homme a mis 14 minutes 31 secondes pour parcourir la
distance. Sa vitesse moyenne était donc de 103 m/min. Le médaillé d’or du 100 m nage libre a mis 47 secondes et 52 centièmes.
Sa vitesse moyenne était donc de 125 m/min.
Contributions relatives de la voie aérobie et des voies anaérobies selon les types de course et selon les vitesses atteintes
par des nageurs de niveau olympique
Distance de la course (en mètres) Contribution relative en %
Voies
anaérobies
Voie
aérobie
100 90 10
200 60 40
400 40 60
800 17 83
1500 10 90
D’après « l’exercice musculaire » C. Lacoste et D. Richard NATHAN UNIVERSITE collection 128
Document 3 : mise en jeu des trois voies métaboliques en fonction de la durée d’un exercice musculaire
On considère que l’effort maximal fourni lors d’un 100 m correspond à une dépense énergétique de 100%.
http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt - D’après Cometti et al. 1989
Feuille annexe à compléter et à rendre avec la copie
Schéma des voies métaboliques énergétiques dans une portion de cellule musculaire
D’après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/
Polynésie 2014
Les nouvelles technologies telles que la vidéo microscopie permettent de visualiser l'activité à l'intérieur d'une
cellule
À partir de l'exploitation des documents mis en relation avec vos connaissances, proposer un mécanisme
expliquant le phénomène mis en évidence par le document 1.
Document 1 : Quelques images faites en microscopie de cellules chlorophylliennes de la feuille d'Elodée.
Les trois images proposées sont extraites d'une vidéo qui dure 5 secondes. Elles permettent de suivre le
déplacement du chloroplaste repéré par une flèche :
D'après http://jean-jacques.auclair.pagesperso-orange.fr/elodea/cyclose.htm
Document 2 : Variation de la vitesse de cyclose des chloroplastes en fonction des conditions énergétiques de la
cellule.
La cyclose est le mouvement des organites dans le cytoplasme.
La vitesse de la cyclose des chloroplastes de l'Elodée a été mesurée en plaçant un fragment de feuille
successivement dans trois solutions :
- une solution témoin puis,
- une solution composée de la solution témoin additionnée d'ATP (10-5 mol.L-1) puis,
- une solution composée de la solution témoin additionnée d'ATP (10-5 mol.L-1) et de pC1BA, un antagoniste de la
synthèse d'énergie dans la cellule (10-5 mol.L-1).
Cette expérience a été répétée pour plusieurs concentrations d'ATP et de pC1BA et des résultats comparables sont
obtenus à chaque fois.
D'après Brueske et Applegate, 1965. The roles of adenosine triphosphate and glutathione in the inhibition of cyclosis
by p-chlorobenzoic acid in Elodea densa
Document 3 : Disposition des chloroplastes dans une cellule chlorophyllienne de Nitella flexilis observée en
microscopie électronique
D'après Kersey et Wessells, Journal of Cell Biology, 1976, 68: 264-265
Document 4 : Schéma d'interprétation des interactions entre les chloroplastes et les filaments d'actine à l'origine
du déplacement des chloroplastes.
La myosine est une protéine capable de se déformer en utilisant de l'ATP
D'après Shimmen et Yokota, Current Opinion in cell Biology, 2004, 16:68-72
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