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DST ULHM3 V1 Durée : 55 minutes

Calculatrice autorisée

1. Question à réponse unique. 5 minutes. 2 points D’après Enseignement scientifique Bordas 2019

Pour chaque question, entourer l’unique bonne réponse. A. La théorie cellulaire explique :

* que chaque être vivant est constitué d’une cellule * que toute cellule provient d’une autre cellule * que les cellules apparaissent spontanément * que toutes nos cellules sont identiques

B. La microscopie permet aujourd’hui : * d’obtenir des grandissements de plus en plus importants * d’observer les électrons * d’observer des animalcules * d’observer des objets d’une taille inférieure au nm

C. La membrane plasmique : * n’est constituée que de protéines * est constituée d’une couche de phospholipides * comporte des protéines * délimite le noyau de la cellule

D. L’utilisation sur un microscope d’un objectif 40 et d’un oculaire 15 permet : * d’obtenir un grossissement de 55 * d’obtenir un grossissement supérieur à celui obtenu par l’utilisation d’un objectif 60 * d’obtenir un grandissement de 600 * d’obtenir un grossissement de 600

2. Les ordres de grandeur d’observation d’un organisme. 4 points. 10 minutes D’après Enseignement scientifique Le Livre Scolaire 2019

1. Préciser la technique d’observation utilisée pour chacune des photographies (MO, MEB, MET, œil). 2. Associer chaque élément avec sa catégorie et sa taille parmi les propositions suivantes :

- Catégories : molécules, organites, cellules, tissus, organismes - Taille : 2 nm, 1 µm, 10 µm, 110 µm, 15 cm

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3. La membrane plasmique. 6 points. 15 à 20 minutes D’après Enseignement scientifique Hachette Education 2019

En 1925, Evert Gorter, un médecin hollandais, et son étudiant Grendel ont publié un article relatant leurs travaux sur la membrane plasmique des globules rouges. Après avoir compté le nombre de globules rouges de divers échantillons de sang, ils ont étalé l’ensemble des lipides membranaires de chaque échantillon en une monocouche. Ils ont mesuré la surface qu’ils occupaient, ainsi que la surface de membrane plasmique d’un seul globule rouge.

Document. Principaux résultats de l’expérience de Gorter et Grendel en 1925. Animal testé Volume de sang

testé (en mm3) Nombre de globules

rouges par mm3 Surface membranaire d’un

globule rouge (en m2) Surface des lipides

extraits (en m2) Mouton 10.103 9,9.106 30.10-12 6,2 Lapin 0,5.103 5,9.106 93.10-12 0,54 Homme 103 4,8.106 99.10-12 0,92

1. Calculer la surface membranaire totale des globules rouges de chaque échantillon. Bien penser à expliquer votre calcul en premier. 2 points 2. Comparer les surfaces membranaires obtenues pour chaque espèce avec la surface des lipides extraits des échantillons. 1 point 3. Expliquer comment cette expérience a appuyé le modèle de la structure en bicouche lipidique de la membrane. 1 point 4. Schématiser une membrane plasmique de cellule (par exemple de globule rouge). 2 points

4. La controverse entre Pouchet et Pasteur. 6 points. 15 minutes. D’après Enseignement scientifique Le Livre Scolaire 2019

En 1859, alors que les expériences de Pasteur avaient réfuté la théorie de la génération spontanée, le Français Félix-Archimède Pouchet était persuadé que cette théorie était fondée. Il entreprit de le démontrer en portant à ébullition de l’eau de foin à 100 °C. Tout comme Pasteur, il s’affranchit des contaminations en fermant hermétiquement son milieu. Après quelques jours, Pouchet observe alors des bacilles du foin (Bacillus subtilis) dans ses solutions et en conclut qu’ils se sont formés spontanément.

Document 1. Photographie en MET de deux spores de Bacillus subtilis. Les lettres [c] et [e] désignent des enveloppes de protection.

Document 2. Taux de survie de Bacillus subtilis en fonction de la température.

1. Rappeler en quoi consiste la théorie de la génération spontanée. 1 point 2. À partir de l’analyse des documents, démontrer que les conclusions de Pouchet ne sont pas correctes. 3 points 3. Proposer une expérience témoin que Pouchet aurait dû réaliser. 1 point 4. Expliquer pourquoi Pouchet a omis le fait que l'ébullition à 100 °C ne suffit pas à détruire la totalité des bactéries ? 1 point

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DST ULHM3 V2 Durée : 55 minutes - Calculatrice autorisée

1. Question à réponse unique. 5 minutes. 2 points Pour chaque question, entourer l’unique bonne réponse.

A. Les premières observations de cellules : * ont été effectuées au XIVe siècle * ont permis de proposer que tout organisme vivant est constitué de cellules * sont liées à certaines avancées technologiques * sont liées à la réfutation de la théorie de la génération spontanée

B. La membrane plasmique : * présente une épaisseur de 7 µm * est constituée de lipides et de protéines en couches superposées * est constituée d’une mosaïque de lipides et de glucides * est présente autour de toute cellule vivante

C. La théorie cellulaire : * comprend trois principes * stipule que les cellules naissent par génération spontanée * a été admise sans contestation * se résume à l’aphorisme* « toute cellule naît d’une cellule ».

* Aphorisme : phrase qui résume en quelques mots une vérité fondamentale.

D. Le microscope optique (photonique) permet d’observer : * les cellules et leur noyau * les phospholipides de la membrane plasmique * les mitochondries dans le cytoplasme * les protéines transmembranaires amphiphiles

2. Liposomes et membrane plasmique. 10 minutes. 3 points. D’après Enseignement scientifique Belin et Magnard 2019

Un liposome est une vésicule lipidique artificielle stable, de 20 à 1 000 nm de diamètre, qui s’obtient en agitant vigoureusement un mélange d’eau et de phospholipides seuls. C’est ainsi qu’en 1965, on observe la formation de liposomes : les vésicules sont délimitées par une membrane, comme la membrane plasmique.

Document 1. Un liposome.

Document 2. La cryofracture. La cryofracture est une technique mise au point dans les années 1950. Elle consiste à congeler puis fracturer

l’échantillon à -196°C. La fracture passe le plus souvent dans le plan de la membrane. Une réplique métallique de la surface est réalisée puis observée au MET. On observe alors un liposome et une membrane plasmique au MET après cryofracture.

Liposome au MET (après cryofracture) Membrane plasmique au MET après cryofracture.

1. Calculer le diamètre du liposome du document 1 (le calcul doit être développé). 1 point. 2. Indiquer la différence entre les deux images de cryofracture et les expliquer avec vos connaissances. 2 points.

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3. Une expérience historique. 15 minutes. 5 points. D’après Enseignement scientifique Bordas 2019 En 1668, l’italien Francesco Redi disposa de la viande avariée dans deux bocaux différents. Il tira les conclusions suivantes de son expérience : « Les chairs, les herbes et les autres choses pourries ou

putrescibles n’ont d’autre rôle, ni d’autre fonction dans la génération spontanée des insectes que de fournir un lieu ou un nid proportionné, au sein duquel les animaux, au moment de la portée, mènent ou accouchent leurs œufs. Si les mères ne portent pas les dites semences dans ce nid, jamais rien, absolument rien ne se développera ».

Bocal témoin Bocal recouvert d’une moustiquaire

1. Rappeler l’expérience analogue menée par Pasteur au XIXe siècle. 2 points. 2. Décrire les résultats de l’expérience de Redi. 2 points. 3. En s’inspirant des écrits de Redi, réécrire une conclusion actualisée de son travail. 1 point.

4. Les virus sont-ils vivants ? 20 minutes. 10 points. D’après Enseignement scientifique Le Livre Scolaire 2019 Alors que la microbiologie était en plein essor avec Pasteur au XIXe siècle qui travaillait sur des bactéries

infectieuses, un botaniste russe découvrit, en 1892 des organismes encore plus petits en travaillant sur une infection de plants de tabac. Il les nomma virus. Depuis, de nombreux virus ont été découverts et étudiés.

Document 1. Un bactériophage T4 (en vert) infectant une cellule bactérienne

(en jaune). Les bactériophages (des virus) s’ancrent à la membrane plasmique de la bactérie

et insèrent leur ADN dans son cytoplasme.

Document 2. Une lyse bactérienne (destruction) quelques heures après l’infection. à

L’insertion de l’ADN viral dans la cellule infectée va entraîner la fabrication de virus jusqu’à la destruction

de la cellule hôte.

Document 3. Structure d’un bactériophage et composition moléculaire. à

La capside correspond à l’enveloppe du virus.

1. Rappeler par quoi une cellule est délimitée ainsi que le rôle de cette structure. En réaliser un schéma légendé. 4 pts. 2. Justifier quelle technique de microscopie permet d’obtenir l’image du document 1. 1 point. 3. Légender le document 2 en indiquant : bactérie et virus. 1 point. 4. Comparer la structure cellulaire en général avec celle d’un bactériophage. 1 point. 5. Rappeler les principes fondamentaux de la théorie cellulaire, puis justifier le(s)quel(s) ne sont pas respecté(s) par les virus. 2 points. 6. Préciser si les virus peuvent être qualifiés de vivants ou non. 1 point

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Correction de la V1

1. Question à réponse unique. 5 minutes. 2 points A. La théorie cellulaire explique : * que toute cellule provient d’une autre cellule B. La microscopie permet aujourd’hui : * d’observer des objets d’une taille inférieure au nm C. La membrane plasmique : * comporte des protéines D. L’utilisation d’un objectif 40 et d’un oculaire 15 permet : * d’obtenir un grossissement de 600

2. Les ordres de grandeur d’observation d’un organisme. 4 points. 10 minutes 1. Préciser la technique d’observation utilisée pour chacune des photographies. 2 points (- 0,5/erreur)

Double hélice d’ADN : MET Hérisson : œil nu Lymphocyte B : MET Artériole : MEB Chromosomes= : MEB

2. Associer chaque élément avec sa catégorie et sa taille 2 points (- 0,5/erreur) Double hélice d’ADN : molécule 2 nm Hérisson : organisme 15 cm Lymphocyte B : cellule 10 µm Artériole : cellule et tissu 110 µm 10 µm Chromosomes= : molécule 1 µm

3. La membrane plasmique. 6 points. 15 à 20 minutes 1. Calculer la surface membranaire totale des globules rouges de chaque échantillon. Expliquer le calcul. 2 pts. Il faut multiplier le nombre de globules rouges par mm3 par le volume de sang testé par la surface membranaire d’un globule rouge. Mouton : 9,9.106 x 10.103 x 30.10-12 = 2970.10-3 soit 2,97 m2 Lapin : 5,9.106 x 0,5.103 x 93.10-12 = 274,35.10-3 soit 0,274 m2 Homme : 4,8.106 x 103 x 99.10-12 = 475,2.10-3 soit 0,475 m2

2. Comparer les surfaces obtenues pour chaque espèce avec la surface des lipides extraits. 1 point On constate que la surface membranaire est égale à la moitié de la surface des lipides extraits.

3. Expliquer comment cette expérience a appuyé le modèle de la structure en bicouche lipidique de la membrane. 1 point. La membrane est constituée d’une bicouche lipidique, ce qui explique que la surface des lipides soit le double de celle de la membrane.

4. Schématiser une membrane plasmique de cellule (par exemple de globule rouge). 2 points. - Schéma juste et complet. 2 points 4. La controverse entre Pouchet et Pasteur. 6 points. 15 minutes. 1. Rappeler en quoi consiste la théorie de la génération spontanée. Cette théorie stipule que les êtres vivants apparaissent spontanément à partir de la matière inorganique. 1 point

2. À partir de l’analyse des documents, démontrer que les conclusions de Pouchet ne sont pas correctes. Pouchet porte à ébullition de l’eau de foin à 100 °C. 3 points Il ferme hermétiquement son milieu pour éviter les contaminations. Au bout de quelques jours, il observe des Bacillus subtilis. On constate cependant que la survie des Bacillus subtilis dépend de la température : forte survie à 90°C, un peu moindre à 100°C, mais elle ne devient nulle qu’à 130°C (manque les quantifications). Cela s’explique par la présence d’enveloppes de protection autour de la cellule (à l’état de spore). La température adoptée par Pouchet était trop faible pour détruire les spores de Bacillus subtilis : ces dernières, qui étaient présentes dans le foin, ont pu survivre et se développer par la suite.

3. Proposer une expérience témoin que Pouchet aurait dû réaliser. 1 point. Deux possibilités (une seule des deux est attendue) : - un témoin négatif avec de l’eau seule - un témoin positif ? avec une température supérieure à 130°C

4. Expliquer pourquoi Pouchet a omis le fait que l'ébullition à 100 °C ne suffit pas à détruire la totalité des bactéries ? 1 point Il cherchait à valider sa théorie : il n’a pas donc pris la peine d’établir un protocole scientifiquement correct.

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Correction de la V2

1. Question à réponse unique. 5 minutes. 2 points A. Les premières observations de cellules : * sont liées à certaines avancées technologiques B. La membrane plasmique : * est présente autour de toute cellule vivante C. La théorie cellulaire : * comprend trois principes D. Le microscope optique (photonique) permet d’observer : * les cellules et leur noyau

2. Liposomes et membrane plasmique. 10 minutes. 3 points. 1. Calculer le diamètre du liposome et préciser avec quelle technique on peut l’observer. Sur l’image, 0,85 cm représente 4 µm. On mesure environ 5,5 cm soit (4 x 5)/0,85 = 23,5 µm. 1 pt

2. Indiquer la différence entre les deux images de cryofracture et les expliquer avec vos connaissances. Image de gauche : aspect lisse Image de droite : aspect granuleux. 1 pt Cela s’explique par la présence de nombreuses protéines dans la membrane plasmique, ce qui n’est pas le cas des liposomes. 1 pt 3. Une expérience historique. 15 minutes. 5 points.

1. Rappeler l’expérience analogue menée par Pasteur au XIXe siècle. 2 points. Pasteur a stérilisé un bouillon par chauffage. Il l’a ensuite mis en contact avec de l’air contenant des microorganismes. Le bouillon est alors contaminé. Dans un deuxième temps, le même bouillon stérile est placé dans un ballon à col de cygne qui piège les microorganismes qui ne peuvent entrer en contact avec le bouillon. Ce dernier reste alors stérile démontrant alors l’absence de génération spontanée (sinon il y aurait eu des microorganismes comme dans le flacon 1). Si le col est rompu, au contact des microorganisme de l’air, le bouillon est alors contaminé.

2. Décrire les résultats de l’expérience de Redi. 2 points. Dans un premier temps, des morceaux de viande sont mis en contact avec l’air. On voit qu’ils attirent les mouchent et que des asticots apparaissent de la viande. Dans un deuxième temps, les morceaux de viande sont isolés de l’air ambiant par une moustiquaire. Les mouches sont toujours attirées, mais elles ne peuvent atteindre la viande. Aucun asticot n’apparait. Ainsi les asticots n’apparaissent pas spontanément de la viande : il n’y a pas de génération spontanée.

3. En s’inspirant des écrits de Redi, réécrire une conclusion actualisée de son travail. 1 point. Les mouches viennent pondre des œufs dans la viande, et une fois éclos, les larves (les asticots) se nourrissent de cette matière organique (qui ne sert finalement que de source de nourriture). Sans ponte, aucune larve ne s’y développera.

4. Les virus sont-ils vivants ? 20 minutes. 10 points. 1. Rappeler par quoi une cellule est délimitée ainsi que le rôle de cette structure. En réaliser un schéma. 3 pts. - Cellule délimitée par la membrane plasmique. 1 point - La membrane sépare le milieu intracellulaire du milieu extérieur, et contrôle les échanges entre ces milieux. 1 pt. - Schéma juste et complet. 2 points

2. Justifier quelle technique de microscopie permet d’obtenir l’image du document 1. 1 point. Les virus mesurent environ 30 nm : on ne peut donc les observer qu’au microscope électronique. Ici l’image est en 2D, c’est dont le MET. 1 point.

3. Légender le document 2 en indiquant : bactérie et virus. 1 point. Bactérie en bas à droite de la photo. Nombreux virus en haut à gauche. 0,5 + 0,5

3. Comparer la structure cellulaire en général avec celle d’un bactériophage. 1 point. Contrairement à la cellule, le bactériophage n’est pas délimité par une membrane plasmique, mais par une capside protéique (qui renferme du matériel génétique). 1 point.

4. Rappeler les principes de la théorie cellulaire, puis justifier lequel n’est pas respecté par les virus. 2 points. - Tout organisme vivant est constitué d’une ou plusieurs cellules ; - La cellule est l’unité de base de la vie ; - Toute cellule provient d’une autre cellule par division cellulaire. 1 point (si complet) Ici, le virus bactériophage n’est pas constitué d’une ou plusieurs cellules. 1 point.

5. Préciser si les virus peuvent être qualifiés de vivants ou non. 1 point Le virus nécessite la machinerie cellulaire pour se multiplier : il n’est pas capable de le faire seul. A ce titre, il ne peut être considéré comme un être vivant. (par ailleurs il n’est pas constitué de cellule). 1 point.