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Sciences de la vie et de la terre

Devoirs

Terminale S Devoirs 1 à 4

Rédaction Rozenn KUSTER Yves KUSTER Corinne LAYEC

Direction pédagogique des disciplines scientifiques 7-SN03-DVPA00-10

Jean-Michel LE LAOUÉNAN

Référence : 7-SN03-DVPA00-10 Ce cours a été rédigé et publié dans le cadre de l’activité du Centre National d’Enseignement à Distance, Institut de Rennes. Toute autre utilisation, notamment à but lucratif, est interdite. Les cours du Cned sont strictement réservés à l’usage privé de leurs destinataires et ne sont pas destinés à une utilisation collective. Les personnes qui s’en serviraient pour d’autres usages, qui en feraient une reproduction intégrale ou partielle, une traduction sans le consentement du Cned, s’exposeraient à des poursuites judiciaires et aux sanctions pénales prévues par le Code de la propriété intellectuelle. Les reproductions par reprographie de livres et de périodiques protégés contenues dans cet ouvrage sont effectuées par le Cned avec l’autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands Augustins, 75006 Paris). Imprimé au Cned - Institut de RENNES

7, rue du Clos Courtel

35050 RENNES CEDEX 9

> Devoirs 1 à 4

Devoirs-SN03-10

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evoir 01 à envoyer à la correction Attention

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Collez l'étiquette codée SN03 –-DEVOIR DEVOIR01 01sur sur lala 11rere page page de de votre votre devoir. Si vous ne l’avez pas reçue, écrivez le code SN03 -DEVOIR – DEVOIR01, 01,ainsi ainsique quevos vosnom nometetprénom. prénom.

Important > La saisie informatisée des devoirs ne permet aucune erreur de code.

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Veuillez rédiger ce devoir après avoir étudié les séquences 1 et 2. La durée prévue pour ce devoir est de 3 heures.

1. Pratique d’un raisonnement scientifique

(10 points)

À partir des documents 1 et 2 et de vos connaissances, retrouvez les principales étapes de la fixation du CO2 atmosphérique chez les végétaux chlorophylliens. Les documents proposés doivent vous permettre de retrouver l’ordre de formation des principales molécules intervenant dans la réduction du CO2 ainsi que le couplage entre la phase chimique et la phase photochimique de la photosynthèse.

Document 1 : Évolution au cours du temps de la radio-activité incorporée dans les principaux intermédiaires photosynthétiques Afin de connaître le devenir du dioxyde de carbone absorbé, on fixe, sur les feuilles d’une plante de tomate fortement éclairée, une chambre en verre dans laquelle un courant d’air atmosphérique entretient une photosynthèse à vitesse constante. Du CO2 marqué par le 14C radioactif y est introduit pendant trois secondes : c’est ce qu’on appelle la « charge ». On laisse alors se dérouler la photosynthèse pendant un temps qui, selon les expériences, varie de 0 à 8 secondes. Par des techniques appropriées, les produits formés durant le temps de chaque expérience sont identifiés et on mesure leur radioactivité qui rend compte de leur concentration (plus la radioactivité est élevée, plus la concentration du produit est grande). Les résultats permettent de tracer le graphique ci-dessous :

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9

Document 2 : Variations de la teneur des Chlorelles en acide phosphoglycérique (APG) et ribulose diphosphate (RudiP) Pour élucider la fixation du dioxyde de carbone, on a mesuré, dans des suspensions de chlorelles (algues vertes unicellulaires), les variations de concentration de deux molécules marquées par le 14CO2 : – l’acide phosphoglycérique ou APG : molécule phosphatée à 3 carbones = C3P – le ribulose-diphosphate : molécule phosphatée à 5 carbones = C5P2 Ces mesures sont faites dans les conditions expérimentales suivantes :

radioactivité (coups min-I)

Graphique 1 : En présence puis en absence de CO2 éclairement constant 1 % 14CO2

0 % CO2 C5P2 (RudiP)

20 000

10 000

C3P (APG) 0

temps (s) 100

radiactivité (coups min-I)

Graphique 2 : À la lumière puis à l’obscurité taux de CO2 constant lumière

obscurité C3P (APG)

20 000

10 000

C5P2 (RudiP) temps (s) 0

10

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100

2. Pratique d’un raisonnement scientifique

(10 points)

Certaines plantes cultivées comme la canne à sucre et le maïs ont une productivité bien supérieure à la moyenne des autres plantes cultivées. L’étude des mécanismes de la photosynthèse chez ces plantes ont montré quelques particularités décrites dans les documents 3 à 6, à l’origine de ce surplus du productivité. Ces plantes sont qualifiées de « plantes en C4 » contrairement aux autres végétaux cultivés appelés « plantes en C3 ».

À partir des documents proposés et de vos connaissances, montrez que la productivité des « plantes en C4 », qualificatif dont vous proposerez l’origine, est liée à une spécialisation et une coopération entre les chloroplastes de deux types de cellules foliaires.

Document 3 : Expériences de Hatch et Slack (1966) En 1966, Hatch et Slack identifient les premiers composés organiques incorporant le CO2 chez la canne à sucre. Ils suivent l’incorporation de 14CO2 pendant les premières secondes d’éclairement et l’évolution de la radioactivité de différents composés organiques lors d’un brusque passage d’une atmosphère de 14CO2 (radioactif) à une atmosphère de 12CO2 (non radioactif). Ils obtiennent les résultats traduits par les courbes ci-dessous : 14

CO2 incorporé (radio-activité des différents composés)

14

12

CO2

CO2 Sucre diphosphate C6P2

Saccharose C12 C3P

Acides organiques, molécules C4 0

15

50

100

secondes

Document 4 : Dessin d’une coupe transversale de feuille de maïs, observée au microscope photonique (x 400) Entre les deux épidermes, au sein du parenchyme foliaire, on remarque la présence de vaisseaux conducteur de sève. Ces vaisseaux sont entourés des cellules foliaires de type A, formant ce qu’on appelle une « gaine périvasculaire ». Les autres cellules foliaires chlorophylliennes, de type B, les plus nombreuses, constituent la masse du limbe de la feuille ou « mésophylle ».

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Document 5 : Électronographies montrant une vue partielle d’une cellule A et d’une cellule B contiguës

Document 6 : Observations et résultats d’expériences réalisées chez le maïs Des expériences sur le maïs ont montré que : 

Seules les cellules de type B possèdent un ensemble photochimique complet et efficace.



Seules les cellules B fixent le CO2 pour former des composés en C4 (acides organiques), à partir de corps en C3. Le rendement de cette réaction est bien supérieur à celui de la fixation classique du CO2 sur le RudiP (C5P2). Cette réaction est une réduction du CO2 qui nécessite un couplage avec la phase photochimique.



Seules les cellules A présentent les enzymes nécessaires à la phase chimique de la photosynthèse (élaboration progressive de l’amidon).



La phase chimique de la photosynthèse qui a lieu dans les chloroplastes des cellules A, utilise les composés en C4 et recycle les corps en C3 selon l’équation suivante : C4 + C5P2

2C3P + C3

Les cellules A et B communiquent par de véritables ponts cytoplasmiques, les plasmodesmes, au niveau desquels transitent des composés en C4 des cellules B vers les cellules A et des corps en C3 des cellules A vers les cellules B. ■

N’oubliez pas de joindre la notice individuelle que vous trouverez dans ce livret, avec le 1er devoir, pour le professeur correcteur. 12

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evoir 01 02 à envoyer à la correction Attention

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Veuillez rédiger ce devoir après avoir étudié la lesséquence séquences 3. 1 et 2. La durée prévue pour ce devoir est de 2 3 heures.

1. Pratique d’un raisonnement scientifique

(8 points)

Montrez que les résultats des deux croisements présentés dans le document 1 permettent d’envisager la localisation des deux gènes considérés sur les chromosomes.

Document 1 : On a réalisé deux croisements de drosophiles de lignées pures : Premier croisement : Des drosophiles femelles au corps gris et aux ailes normalement nervurées sont croisées avec des drosophiles mâles au corps jaune et aux ailes dépourvues de nervures transversales. La génération obtenue est composée d’individus qui ont tous le corps gris et les ailes normalement nervurées. Deuxième croisement : Des drosophiles mâles au corps gris et aux ailes normalement nervurées sont croisées avec des drosophiles femelles au corps jaune et aux ailes dépourvues de nervures transversales. Dans la génération obtenue toutes les femelles ont le corps gris et les ailes normalement nervurées et les mâles le corps jaune et les ailes dépourvues de nervures transversales..

2. Pratique d’un raisonnement scientifique

(12 points)

La drépanocytose est une maladie héréditaire autosomique récessive de l’hémoglobine, protéine assurant la fixation du dioxygène dans les hématies. Cette protéine est constituée de deux chaînes protéiques identiques deux à deux : deux chaînes a et deux chaînes b. Chez les individus malades la chaîne b est anormale, ce qui entraîne des troubles de l’oxygénation des tissus.

Utilisez les documents 2 à 5 afin de montrer comment les techniques modernes d’analyse du génome permettent de diagnostiquer la drépanocytose par la détermination du génotype des individus.

Document 2 : Séquence des 21 premiers nucléotides du brin transcrit du gène de la b globine. Ce gène est situé sur le chromosome n° 11. Allèle normal :

CACGTGGAATGAGGTCTCCTC…

Allèle responsable de la drépanocytose :

CACGTGGAATGAGGTCACCTC…

Document 3 : Le diagnostic de la drépanocytose nécessite l’utilisation d’une enzyme de restriction L’enzyme de restriction utilisée, que nous appellerons ER, agit sur le gène de la b globine et sur l’ADN situé à proximité du gène.

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Les sites de restriction de ER : Les flèches situent les sites de restriction de l'enzyme ER. Les valeurs de 1,1 et 0,2 kb sont les longueurs des fragments de restriction obtenus.

Document 4 : Le diagnostic de la drépanocytose fait intervenir l’utilisation d’une sonde moléculaire La sonde moléculaire utilisée reconnaît une portion d’ADN empiétant sur l’extrémité du gène de la manière précisée sur le schéma ci-contre :

Document 5 : Résultat des Southern Blot obtenus après action de l’enzyme ER, électrophorèse des fragments de restriction et hybridation de ces fragments avec la sonde marquée Ces résultats sont ceux obtenus pour trois individus d’une même famille dont le premier enfant est atteint de drépanocytose, ainsi que ceux du second enfant à naître.

■

N’oubliez pas d’envoyer la notice individuelle, si vous ne l’avez pas jointe dans le 1er devoir. 14

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evoir 01 03 à envoyer à la correction Attention

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Collez l'étiquette codée SN03 –-DEVOIR DEVOIR01 03sur sur lala 11rere page page de de votre votre devoir. Si vous ne l’avez pas reçue, écrivez le code SN03 -DEVOIR – DEVOIR01, 03,ainsi ainsique quevos vosnom nometetprénom. prénom.

Important > La saisie informatisée des devoirs ne permet aucune erreur de code.

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Veuillez rédiger ce devoir après avoir étudié la lesséquence séquences 4. 1 et 2. LaLadurée duréeprévue prévuepour pourcecedevoir devoirest estde de32heures. h 30.

1. Pratique d’un raisonnement scientifique

(6 points)

Exploitez l'arbre généalogique du document 1 pour déterminer la probabilité qu'a l'individu III 6 d'avoir un enfant malade avec une femme sans antécédents familiaux pour cette maladie.

Document 1 La phénylcétonurie est une maladie héréditaire causée par un défaut dans le métabolisme de l’acide aminé phénylalanine : sa concentration sanguine est anormalement élevée et son excès est toxique pour le système nerveux. Cette maladie se manifeste par une arriération mentale et des troubles caractériels. Elle est due à l’allèle anormal récessif d’un gène porté par un autosome. La fréquence des hétérozygotes est de 1/60 en France. L’arbre généalogique présente la transmission de cet allèle dans une famille, sur quatre générations.

2. Pratique d’un raisonnement scientifique

(14 points)

L’hémophilie est une maladie héréditaire grave. Il s’agit d’un défaut de coagulation sanguine provenant du fait qu’une des protéines impliquées dans le processus de coagulation n’est pas correctement synthétisée. Les documents qui suivent concernent une famille dans laquelle plusieurs individus sont ou ont été atteints d’hémophilie A causée par un déficit en une protéine appelée facteur VIII de coagulation.

Après avoir déterminé, grâce au document 2, la probabilité pour que l’enfant porté par la femme III8 soit hémophile, vous indiquerez les informations apportées par les tests génétiques (document 3) en ce qui concerne le phénotype relatif à l’hémophilie de cet enfant.

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Document 2

Arbre généalogique permettant de suivre la transmission de l’hémophilie A sur plusieurs générations dans une famille.

Cette maladie rare est due à un allèle récessif d’un gène porté par la partie propre du chromosome X, elle n’est pas connue dans la famille de l’individu III9.

Document 3

Données relatives aux tests génétiques réalisés

La femme III8 enceinte de 6 semaines demande un diagnostic prénatal. Au centre de conseil génétique on dispose de trois sondes marquées (radioactives) A, B, C. Les sondes A et B reconnaissent chacune une région de l’ADN proche du gène codant pour le facteur de coagulation VIII. La sonde C reconnaît une portion du gène (sonde intragénique).

En outre, l’analyse du caryotype de l’embryon indique qu’il est : 44 + XY. La personne chargée du diagnostic décide d’analyser l’ADN de la femme III8, de l’embryon qu’elle porte et de l’individu IV1. L’ADN prélevé chez chaque individu est réparti en trois fractions soumises chacune à l’action d’une enzyme de restriction-:  La fraction 1 : enzyme Taq I  La fraction 2 : enzyme Bgl II  La fraction 3 : enzyme Bcl I Trois électrophorèses en gel d’agarose sont ensuite réalisées : la première sépare les fragments obtenus après digestion par Taq-I, la deuxième sépare les fragments engendrés par Bgl II et la troisième ceux engendrés par Bcl I . Dans chaque gel, après migration, l’ADN est dénaturé puis transféré sur membrane de nylon qui est ensuite hybridée avec une sonde : la membrane 1 avec la sonde A, la membrane 2 avec la sonde B et la membrane 3 avec la sonde C. Après incubation les différentes membranes sont auto radiographiées.

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Devoir Devoir03-SN03-10 03-SN03-06

Les figures qui suivent représentent les résultats des autoradiographies :

■

Devoir 03-SN03-10

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evoir 01 04 à envoyer à la correction Attention

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Collez l'étiquette codée SN03 –-DEVOIR DEVOIR01 04sur sur lala 11rere page page de de votre votre devoir. Si vous ne l’avez pas reçue, écrivez le code SN03 -DEVOIR – DEVOIR01, 04,ainsi ainsique quevos vosnom nometetprénom. prénom.

Important > La saisie informatisée des devoirs ne permet aucune erreur de code.

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Veuillez rédiger ce devoir après avoir étudié les séquences 5 1 et 6. 2. LaLadurée duréeprévue prévuepour pourcecedevoir devoirest estde de32heures. h 30.

1. Pratique d’un raisonnement scientifique

(12 points)

Les Climats du Quaternaire Différentes méthodes d’études permettent de reconstituer les paléo-environnements dans lesquels la lignée humaine a évolué.

À partir des informations tirées des quatre documents proposés, montrez les modifications de l’environnement qui caractérisent le Quaternaire récent dans l’hémisphère Nord.

Document 1a

Variations du δ18O mesurées sur les tests calcaires d’un foraminifère planctonique (Globigerina bulloides) extrait d’une carotte de forage sur la marge du Portugal

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Document 1b

Thermomètre isotopique des carbonates

Les variations du rapport isotopique 18O/16O dans les tests calcaires de foraminifères fossiles extraits d’une carotte prélevée en milieu marin (exprimé en ‰ par le 18O) renseignent sur les paléotempératures océaniques de surface et sur le volume des glaces continentales dans le passé. En période glaciaire la proportion d’18O augmente dans les océans par rapport à 16O car une grande quantité de glace pauvre en 18O est immobilisée dans les calottes glaciaires.

Document 2

Diagramme d’abondance (a) de Globorotalia manardii, foraminifère planctonique, dans une carotte prélevée en mer des Caraïbes et sa répartition géographique (b) actuelle dans l’hémisphère Nord.

a.

b.

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Zone arctique

0 à 5°C

Zone subarctique

5 à 10°C

-

Latitudes moyennes

10 à 18°C

+

- espèce absente

Zone subtropicale

18 à 24°C

++

Zone tropicale

24 à 30°C

+++

+, ++, +++, espèce de plus en plus abondante

Document 3

Diagramme pollinique simplifié de la tourbière de Freychinède en Ariège (a) et préférence climatique (b) des végétaux représentés. L’armoise était le principal élément d’un couvert végétal essentiellement herbacé.

a.

b. Milieu

Température moyenne (°C)

Chêne

Forêts tempérées

8 à 15

Bouleau

Forêts tempérées et taïgas

6 à 12

Armoise

Steppes