Sujet zéro 2020 A - Spécialité SVT - Corrigé
Des divisions cellulaires chez les eucaryotes (10 points)
Des divisions cellulaires chez les eucaryotes (10 points)
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Expliquez les mécanismes aboutissant à la formation de deux cellules filles identiques. |
Astuce
Remarque :
Cet exercice est une question de cours. En ce sens, il doit être traité comme une mini-dissertation et présenter une introduction, un développement et une conclusion. Même si le contenu est noté en priorité, la forme peut impacter la note finale.
Notez que, pour répondre à cette question, la conception de schéma semble indispensable.
Le document fourni est conçu comme une aide : il peut vous permettre d’illustrer votre exposé mais son analyse n’est pas attendue.
Attention
L’explication du document d’aide n’est pas attendue, il permet toutefois de vous rappeler qu’il sera indispensable d’expliquer la phase de réplication de l’ADN.
Introduction :
Les êtres vivants pluricellulaires sont tous issus d’une seule et unique cellule que l’on appelle la cellule-œuf. Cette cellule-œuf va se multiplier abondamment durant le développement embryonnaire pour que, finalement, un individu formé de plusieurs milliards de cellules soit généré.
Nous allons étudier le mécanisme de la multiplication des cellules ; nous serons attentifs au comportement du matériel génétique durant ce processus.
Le cycle cellulaire
Le cycle cellulaire
Lors de leur multiplication, les cellules ont un comportement cyclique, les quatre phases suivantes se répètent (voir schéma ci-dessous).
À la fin de chaque cycle cellulaire (et donc à l’issue de chaque mitose), le nombre de cellules est multiplié par deux : ceci permet une croissance exponentielle du nombre de cellules, condition indispensable à la formation d’un être vivant pluricellulaire.
La division cellulaire
La division cellulaire
La mitose (phase de division cellulaire) se déroule en quatre étapes qui se succèdent dans un ordre précis : la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase. La division cellulaire permet de générer des clones, c’est-à-dire des cellules identiques.
Lors de chaque mitose, la quantité de chromosomes est divisée par deux.
Dans ce cas, comment la quantité d’ADN est-elle maintenue durant les divisions successives ?
La réplication de l’ADN
La réplication de l’ADN
L’ADN est la molécule qui forme les chromosomes : c’est une longue molécule double brin formée de nucléotides qui s’assemblent par paires, comme présenté sur le schéma ci-dessous.
À la fin de la mitose, les deux cellules filles repartent en interphase (phases G1, S et G2). C’est au cours de la phase S que l’ADN va être dupliqué : la chromatide unique va être synthétisée, au cours d’une étape que l’on nomme la « réplication ». On obtient alors un chromosome à deux chromatides.
Astuce
C’est ici que le document d’aide peut vous servir : sur l’image de droite, une seule des chromatides de chaque chromosome est radioactive car la seconde vient juste d’être répliquée et n’a donc jamais été exposée à la thymidine tritiée.
Le document permet donc d’illustrer la réplication semi-conservative.
La réplication suit un modèle semi-conservatif : l’ADN s’ouvre et une enzyme, l’ADN polymérase, réplique chacun des brins en respectant la complémentarité des nucléotides : A-T et G-C.
Comme l’ADN polymérase est très fidèle, les nouveaux brins d’ADN sont identiques entre eux et identiques à l’ADN parental. Cette réplication est dite semi-conservative car la moitié de l’ADN est à chaque fois conservée.
Conclusion :
La mitose permet de former deux cellules filles à partir d’une seule cellule mère. Ces deux cellules sont identiques entre elles et identiques à la cellule mère car, durant la phase S du cycle cellulaire, l’ADN a été répliqué de manière semi-conservative par l’ADN polymérase. Cette réplication étant très fidèle, les cellules obtenues sont des clones.
L’histoire d’un gabbro (10 points)
L’histoire d’un gabbro (10 points)
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Reconstituez l’histoire de la roche échantillonnée lors de l’excursion géologique. |
Introduction :
La Terre est une planète active : sa surface est constamment remodelée. Ainsi, au cours des temps géologiques, des ensembles aussi spectaculaires que les montagnes sont apparus. Cette dynamique est aussi à l’origine de l’ouverture des océans, liée à un éloignement de deux plaques lithosphériques. En géologie, les études de terrain sont très importantes car les roches peuvent nous apporter des preuves de ce mouvement.
Dans ce sujet, nous allons démontrer l’importance des excursions géologiques en reconstituant l’histoire d’une roche particulière : le gabbro.
Astuce
Remarque :
Pour répondre à la question posée deux démarches sont acceptées par les correcteur·rice·s :
- partir de ses connaissances et les mettre en relation avec les expériences du sujet ;
- partir des expériences proposées par le sujet pour les relier ensuite à ses connaissances.
- Le choix de la démarche est laissé à l’appréciation du candidat ; pour ce sujet, c’est la seconde démarche qui a été privilégiée.
Document 1 : Modèle du géotherme d’une dorsale et état de la péridotite en fonction de la pression et de la température
Document 1 : Modèle du géotherme d’une dorsale et état de la péridotite en fonction de la pression et de la température
La péridotite est la roche principale du manteau, enveloppe interne de la Terre situé sous la croûte qui, elle, affleure en surface. Lorsque la péridotite entre dans la zone de fusion partielle, on obtient du magma. Ce magma va ensuite remonter en surface où il sera libéré lors d’activités volcaniques.
Astuce
Le géotherme est une modélisation, en fonction de la profondeur, des variations de températures.
On constate, en observant le géotherme, que plus la profondeur de la Terre augmente, plus la température augmente. Ainsi, entre $20\,\text{km}$ et $80\,\text{km}$ de profondeur, la température est telle que la péridotite peut entrer en fusion partielle : donc du magma est produit.
- À une certaine température (entre $1\ 200\,\degree\text{C}$ et $1\ 850\,\degree\text{C}$) et à une certaine profondeur (entre $20\,\text{km}$ et $80\,\text{km}$), la péridotite se change en magma. À la verticale de cette zone, le magma pourra remonter en surface et être libéré par un volcan.
- Or, lorsque le magma atteint la surface, il s’écoule sous la forme de lave et se refroidit lentement pour former une roche particulière : le gabbro.
Documents 2 et 3 : Transformations minérales subies par un gabbro + Observations et composition chimique de la roche échantillonnée
Documents 2 et 3 : Transformations minérales subies par un gabbro + Observations et composition chimique de la roche échantillonnée
Astuce
Il n’y aurait pas vraiment de sens à traiter ces deux documents séparément : il est indispensable de reporter les composés chimiques du document 3, observés sur le gabbro, au graphique du document 2 qui recense les conditions d’apparition de ces composants.
Le document 2 montre les transformations minéralogiques d’un gabbro sous l’effet de la profondeur et de la température : on constate qu’en dessous de $1\ 100\,\degree\text{C}$, le gabbro prend un aspect solide.
L’échantillon macroscopique du document 3 montre que la roche découverte lors de l’excursion est riche en pyroxène et en plagioclase : or, d’après le graphique du document 2, le pyroxène et le plagioclase apparaissent lorsque la pression augmente et que la température baisse. Progressivement, en accentuant respectivement cette augmentation et cette baisse, la chlorite se forme.
On retrouve la présence des mêmes minéraux sur l’échantillon microscopique.
Astuce
« Macroscopique » fait référence à la première photographie du document 3, et « microscopique » à la seconde.
Cette réorganisation minéralogique, sous l’effet combiné de la pression et de la température, s’appelle le métamorphisme. En ce qui concerne la composition des minéraux, la présence d’$\text{OH}$ (ion hydroxyle $\text{OH}^-$) montre une hydratation de la roche.
- Le gabbro récupéré lors de l’excursion a donc vraisemblablement été enfoui (augmentation de pression) et hydraté.
Schéma bilan
Conclusions générales :
La péridotite partiellement hydratée forme le magma. En surface, elle se refroidit et forme le gabbro. Le gabbro subit un métamorphisme spécifique à un enfouissement. L’hydratation des minéraux montre la présence d’eau à proximité de la zone de libération de la péridotite.
Nous pouvons donc en conclure qu’un ancien océan était vraisemblablement présent près de la zone d’excursion.
Astuce
Les correcteur·rice·s apprécient les schémas bilans : celui proposé ci-dessus montre la péridotite en fusion partielle (document 1), le métamorphisme et l’hydratation (documents 2 et 3) : il est donc complet.
- Un schéma permet de combler un éventuel oubli dans la copie.