mardi 20 décembre 2016

BAC BLANC n°1. CORRECTION DE LA PARTIE 2 SPE SVT

Warning ! l'immense majorité d'entre vous connaissait très bien son cours et je ne peux donc pas mettre en question votre travail. Paradoxalement, vous saviez trop bien et c'est ce qui a souvent coincé, car vous n'avez pas utilisé suffisamment les documents et préféré réciter votre cours. Or, la partie 2 doit se fonder en grande partie sur l'utilisation des documents. C'est ce qui explique les notes parfois assez faibles que vous avez pu avoir sur cette partie.
Donc, pas d'affolement… il suffira que vous corrigiez le tir la prochaine fois.

Selon le sport pratiqué, l'effort demandé est de nature variée : bref et intense chez un sprinter ou un haltérophile, long et modéré chez un marathonien ou un cycliste routier. Après avoir précisé les caractéristiques des fibres musculaires, on étudiera leur relation avec le type d'effort.

Un muscle est constitué d'un ensemble de cellules contractiles appelées fibres musculaires. En ce qui concerne les caractéristiques fonctionnelles de ces fibres musculaires, on peut constater que certaines fibres dites de type II ont une vitesse et une puissance de contraction largement supérieures aux fibres dites de type I (doc.3). On constate, en outre, qu'une enzyme dite enzyme F, n'apparaît que chez le fibre de type II (doc. 2).
Les fibres de type I présentent 3 caractéristiques liées au transport et à la consommation de dioxygène: une forte circulation sanguine, permettant l'apport du gaz dans le muscle, la présence de myoglobine,  molécule proche de l'hémoglobine, permettant la fixation de dioxygène dans le muscle et la présence de mitochondries, organites spécialisées dans la respiration cellulaire et donc la consommation de dioxygène. On ne retrouve pas ces caractéristiques dans les fibres de type II (doc. 4).
Une première conclusion s'impose : les fibres de type I fonctionne selon un métabolisme consommateur de dioxygène alors que les fibres de type II n'utilise pas ce gaz.
Les muscles du sprinter sont plus riches en fibre de type II, fibres à grande vitesse et grande puissance de contraction. Elles consomment donc une grande quantité d'énergie sur un temps très court (quelques dizaines de secondes), c'est ce qui explique la forte concentration en glycogène que l'on remarque (doc. 4). A l'opposé, le marathonien pratique un sport de fond, qui ne nécessite pas la production d'une grande quantité d'énergie sur un temps court, mais plutôt une production modérée et constante sur un temps très long (un marathon dure environ 2 heures), ce qui explique les réserves faibles en glycogène (doc. 4)

La présence de l'enzyme F dans les fibres de type II (doc. 2) nous permettent de constater que la métabolisme de ces cellules est la voie de l'acide lactique, dite voie anaérobie lactique (doc. 1). On constate que le glycogène est dégradé incomplètement pour donner de l'acide lactique en absence de dioxygène. Ce processus de type fermentaire, ne fournit de l'énergie que lors de la phase de glycolyse sous la forme d'ATP (adénosine tri-phosphate). En effet, l'énergie du glycogène ne peut être directement utilisé par la fibre. L'ATP est un intermédiaire métabolique obligatoire pour permettre la consommation d'énergie.
Dans le cas des fibres de type I, la voie utilisée est celle du CO2 (doc. 1). On a une dégradation complète du glycogène avec intervention de dioxygène. C'est la voie aérobie ou respiratoire. La synthèse d'ATP se fait au niveau de la glycolyse mais aussi au niveau des mitochondries.

On constate donc l'existence d'une spécialisation des fibres musculaires en fonction du type d'effort demandé. On peut ajouter qu'il existe une troisième voie, dite anaérobie alactique, qui utilise comme source d'énergie la créatine phosphate. C'est cette voie qui est plus caractéristique des efforts brefs et intenses que la voie anaérobie lactique.

BAC BLANC N°1. CORRECTION DE LA PARTIE 2 NON SPE SVT

C'est Darwin qui le premier a proposé l'existence d'une relation de parenté forte entre le Chimpanzé et l'Homme à la fin du XIXème siècle. Relation de parenté ne signifie pas appartenir au même genre. Ce pas a été franchi en 2003 par Goodman et al. Nous allons essayer d'analyser les arguments proposés puis de confronter ces arguments à d'autres afin de valider au non cette proposition.

Les arguments de Goodman et al. sont essentiellement fondés sur des analyses de séquences moléculaires. L'étude des séquences protéiques de la cytochrome oxydase (doc. 1) et de l'opsine bleu (doc. 2) semblent donner raison à cette proposition. En effet d'une part, les séquences protéiques de la COX2 sont très proches chez le deux espèces et, d'autre part, il n'y a aucune différence entre les séquence protéiques de l'opsine bleue chez l'Homme et le Chimpanzé.
Cependant, l'étude des séquences nucléotidiques du gène COI (doc. 3) ne montre pas des similitudes aussi importantes. On constate même que la séquence nucléotidique du gène chez le Chimpanzé est plus proche de celle du Gorille (64 différences) que de celles de l'Homme (65 différences). 
On peut ajouter à cela que l'étude du gène FOXP2 a permis de montrer que l'acquisition du langage articulé chez l'Homme, était le résultat de mutations de ce gène depuis la séparation des deux lignées, estimée à environ 9 millions d'années.
On peut donc constater que le démonstration de Goodman et al. n'est vraiment convaincante que si on choisit certaines séquences. En outre, du fait de la redondance du code génétique, l'étude des séquences protéiques peut masquer certaines mutations silencieuses qui augmentent la dissimilarité des deux espèces.

L'étude de données morpho-anatomiques peut, peut-être, compléter et amender les résultats de l''étude de Goodman et al.
La comparaison du pied du Chimpanzé et d'Homo habilis (doc. 4a) est à cet égard, particulièrement éclairante. On constate que chez le Chimpanzé, le gros orteil est opposable aux autres doigts du pied, alors que chez Homo habilis, l'Hallux n'est pas opposable. Cette particularité est, sans doute, liée au mode de vie : arboricole chez le Chimpanzé et terrestre chez Homo habilis. Il n'en demeure pas moins que cette particularité sépare nettement le genre Homo des autres Hominidés.
Liée à cette adaptation à la vie terrestre, la position du trou occipital chez les deux espèces est radicalement différente (doc. 4b) : centrale chez Homo habilis ce qui traduit une posture essentiellement bipède, postérieure chez le Chimpanzé ce qui traduit une posture principalement quadrupède.  
Le développement cérébrale est un autre argument militant pour une séparation nette entre le genre Homo et les autres Hominidés. D'un volume de 350 cm3 environ, chez le Chimpanzé, on passe à 700 environ chez Homo habilis, avec un angle facial nettement plus ouvert, puis à 1450 chez Homo sapiens.

Les arguments comportementaux apportent d'autres informations. Si le Chimpanzé est capable d'utilisation d'outils, il est incapable, à la différence du genre Homo, de tailler des outils sophistiqués en pierre. En outre, si la communication, vecteur de vie sociale, est très importante chez les grands singes, elle ne peut se faire au travers d'un langage articulé, caractéristique du genre Homo.

En conclusion, on peut penser que l'étude seule des séquences moléculaires ne permet pas de définir un genre ou une espèce. Il faut tenir compte de tous les paramètres. En l'occurrence, il semble que réunir l'Homme et le Chimpanzé dans un même genre Homo, soit difficilement défendable.

lundi 19 décembre 2016

BAC BLANC n°1. CORRECTION DE LA PARTIE 1

Le gène SRY, porté normalement par le chromosome Y, est reconnu comme facteur de masculinité chez les mammifères. Dans le cas du jeune Erwan, on constate que son caryotype est féminin mais son sexe phénotypique masculin.
Après vous avoir expliqué quels sont les phénomènes cellulaires permettant d'avoir un garçon ou une fille, nous essayerons de comprendre ce qui est arrivé à Erwan.

Deux phénomènes se succèdent permettant d'obtenir un garçon ou une fille. D'abord dans les gonades, le phénomène de méiose, puis dans les trompes, la fécondation permettant d'aboutir à la création d'un garçon ou d'une fille.
La méiose permet d'obtenir des cellules N (haploïdes) et la fécondation de retrouver des cellules 2N (diploïdes). Dans le cas du garçon, la paire de chromosomes sexuels n'est pas homologue puisque ses cellules possèdent un chromosome X et un chromosome Y.
Le déroulement du processus est présenté sur le schéma ci-dessous :

*NB : les cellules initiales ont subit une réplication qui précède les divisions cellulaires
Dans le cas d'Erwan, il s'est passé un phénomène rare. Lors de la prophase 1 de la méiose, les chromosomes homologues se rapprochent et leurs chromatides s'enroulent. Ces phénomènes de chiasmas peuvent engendrer des échanges de morceaux de chromatides appelés crossing-over. Ce brassage appelé brassage intrachromosomique ne devrait pas se produire entre les chromosomes X et Y, non homologues. Cependant, les 2 chromosomes ont des parties homologues qui peuvent s'échanger et le gène SRY est proche d'une de ces régions homologues. Lors du crossing-over, le gène SRY a été entrainé sur une chromatide du chromosome X. Après la méiose, le spermatozoïde porteur de l'anomalie a fécondé un ovule, donnant une cellule XX porteur du gène SRY.
Le schéma ci-dessous résume le phénomène :

En conclusion, on peut dire que le problème que rencontre Erwan est le résultat d'un phénomène statistiquement rare qui a entrainé sa stérilité. En ce qui concerne la stérilité, il n'y a pas de solution. On peut alors envisager une IAD (insémination artificielle avec donneur).


vendredi 16 décembre 2016

SPECIAL CONCOURS MEDECINE ET PHARMACIE DES ARMEES. L'immunité adaptative (TS)

Lorsque la première barrière de l'immunité innée s'avère insuffisante, une immunité dite adaptative intervient chez les vertébrés.
Les cellules immunitaires ont pour origine la moelle rouge des os.


Parmi les cellules intervenant dans l'immunité, nous retiendrons les lymphocytes B et T.
Les lymphocytes B (de bone, os en anglais) sont capable d'assurer leur rôle des la sortie de la moelle.
Les lymphocytes T (de thymus) ne peuvent assurer leur rôle qu'après être passé par le thymus, une glande située à la base du cou. Le thymus est un des organes lymphoïdes dans lesquelles se situent les lymphocytes.


Les lymphocytes peuvent être observés dans un frottis sanguin, mais leur détermination est difficile.


 Intervention des lymphocytes B ou immunité à médiation humorale

La première étape de la réponse immunitaire adaptative est une reconnaissance de l'antigène par les lymphocytes B.


La reconnaissance de l'antigène par l'anticorps est du modèle clé/serrure. c'est une complémentarité de forme de l'anticorps par rapport à l'antigène qui permet la reconnaissance. C'est le lymphocyte porteur de l'anticorps complémentaire qui est sélectionné.
Une électrophorèse des protéines sériques (du sérum), permet de déterminer de quelle nature chimique sont les anticorps fixés sur les LB.

On constate que ce sont les gammaglobulines qui différencient le sérum d'un malade de celui d'un sujet sain. On appelle encore ces anticorps des immunoglobulines.
La structure des immunoglobulines est la suivante :


Une immunoglobuline est constituée de deux chaînes protéiques lourdes et de deux chaînes protéiques légères liées par des ponts disulfures. Les régions variables peuvent fixer deux antigènes par anticorps selon le modèle suivant :



Lorsque le lymphocyte B porteur de l'anticorps anti-antigène a été sélectionné, il se met à se multiplier par mitoses. Après la phase de sélection clonale, il y la phase de prolifération ou amplification clonale.
Ce n'est qu'après cette phase que les LB commencent à se différencier en LB mémoire et en plasmocytes.


Les deux électronographies  suivantes permettent de comparer les lymphocytes B et les plasmocytes.


Les plasmocytes sont des cellules de beaucoup plus grande taille que le lymphocyte B. La présence de mitochondries indique que c'est une cellule très active. La présence d'une grande quantité de réticulum avec ribosomes permet de constater que la cellule fabrique de grandes quantités de protéines, les anticorps. Chez le plasmocyte, les anticorps ne restent pas attachés au plasmocyte mais sont libérés dans le sang. On parle d'anticorps circulants.

L'expérience dite de la chambre de Marbrook permet de comprendre comment la différenciation des LB en plasmocytes a lieu.



Les résultats de cette expérience permettent de comprendre que la production d'anticorps s'effectue bien mieux en présence de lymphocytes T4 (actuellement appelés LT CD4). Il y a donc une substance sécrétée par les LT CD4 qui accélère la différenciation des lymphocytes B.
Il s'écoule un certain temps entre le moment où les antigènes se développent et celui où les anticorps sont libérés dans le sang. A partir de ce moment-là, il y a séropositivité.


Les anticorps libérés par les plasmocytes constituent avec les antigènes, des structures appelées complexes immuns qui permettent la fixation des antigènes.


Schéma d'interprétation d'un complexe immun

L'élimination des complexes immuns se fait par l'intervention des macrophages qui les phagocytent tout en conservant les déterminants antigéniques sur leurs surfaces membranaires. Il y a donc une véritable coopération cellulaire entre les plasmocytes et la macrophages.



Intervention des lymphocytes T ou immunité à médiation cellulaire

Les lymphocytes B peuvent intervenir sur des antigènes libres dans l'organisme comme des bactéries. En revanche, si les antigènes s'installent dans des cellules, ou si des cellules sont transformées (par exemple cancérisées), les lymphocytes B ne peuvent pas intervenir. C'est le rôle des lymphocytes T.
Nous retiendrons deux types de lymphocytes : les lymphocytes T CD8 (anciennement lymphocytes T8) et les lymphocytes T CD4 ( lymphocytes T4).
Les récepteurs T situés à la surface sont constitués de deux chaînes protéiques reliées par des ponts disulfures. Ils ne peuvent se lier qu'à un seul antigène.

Les LT possèdent aussi un corécepteur (CD) qui varie selon le type de LT.



Un LT ne peut pas reconnaître directement un antigène. Il reconnaît les déterminants antigéniques portés par des cellules présentatrices d'antigènes ou par des cellules parasitées par un virus. De ce fait, les LT doivent non seulement reconnaître l'antigène mais aussi la cellule qui le porte. C'est le rôle du système HLA ou CMH (complexe majeur d'histocompatibilité).
Celui-ci est mis en place par une série de gènes. Il existe deux catégories de CMH, le CMH de classe I et la CMH de classe II, selon le type de cellules.


Dans le cadre d'une première approche des mécanismes d'immunité, nous ne rentrerons pas dans ces distinctions subtiles. On considérera le CMH comme un tout, selon le schéma suivant qui présente donc la double reconnaissance (CMH et antigène) :


Les premières étapes de la réponse immunitaire sont les mêmes que pour les LB : sélection clonale, prolifération clonale et différenciation.



Les LT CD8 se différencient en lymphocytes T cytotoxiques et en LT CD8 mémoire assez peu efficaces.
Les LT cytotoxiques vont se fixer sur les cellules parasitées par l'antigène grâce à une double reconnaissance, celle du CMH et celle des déterminants antigéniques portés à la surface des cellules parasitées. Les LT cytotoxiques vont alors les détruire.


Les LT cytotoxiques peuvent provoquer soit l'autodestruction de la cellule par apoptose, soit l'éclatement de la cellule par choc osmotique.


Les LT CD4 se différencient en LT auxiliaires et en LT CD4 mémoire. 
Les LT auxiliaires sécrètent de l'interleukine 2 qui permet la différenciation des LB et des LT. Ils constituent le pivot de la réponse immunitaire adaptative.


Le VIH, un virus particulier

L'épidémie de SIDA (syndrome d'immunodéficience acquise) a commencé au débuts des années 1980. Les chiffres les plus récents sont données dans le tableau suivant :


Le mode de contamination par le VIH (virus de l'immunodéficience humaine) est essentiellement sexuel. Le SIDA est une IST (infection sexuellement transmissible).


C'est en 1983 que le virus du SIDA a été décrit pour la première fois. L'électronographie ci-dessous date de 1985.


Le VIH est un rétrovirus, c'est à dire que son matériel génétique est constitué de 2 molécules d'ARN. Son enveloppe est constituée de protéines qui sont les déterminants antigéniques du virus. A côté de l'ARN, la capside protéique contient aussi une enzyme très importante, la transcriptase-inverse.

C'est grâce aux protéines gp120 et gp41 que le virus se fixe sur les récepteurs CD4 des cellules. Ce sont donc essentiellement les LT CD4 qui sont la cible du VIH.


Lorsque le virus est fixé sur le LT CD4, sa membrane fusionne avec celui de la cellule et il injecte son ARN dans celle-ci. Grâce à la transcriptase-inverse, cet ARN est rétro-transcrit en ADN et s'intègre dans le génome du lymphocyte. L'ADN viral (appelé provirus) dirige alors le métabolisme de la cellule vers la fabrication de nouveaux virus jusqu'à destruction du lymphocyte.
Les médicaments actuels bloquent le VIH au stade provirus et l'empêche de fonctionner. On est actuellement dans l'impossibilité d'éliminer le virus.


Lorsque le virus pénètre dans l'organisme, il entraîne la fabrication d'anticorps anti-VIH par les LB. Il faut un certain temps entre le moment de l'infection et la possibilité de détecter les anticorps. C'est la fenêtre sérologique.


Le test de détection des anticorps est appelée ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay). L'ELISA le plus courant est le test en sandwich qui est présenté ci-dessous.


Lorsque le test est négatif, on considère que la séronégativité est avéré et un autre test n'est pas nécessaire. En revanche, lorsque l'ELISA donne une séropositivité, on considère qu'il y a 10% de chances que la positivité ne soit pas due à la présence d'anticorps anti-HIV. On procède alors à un test plus précis et plus complexe, le Western Blot, qui met en évidence la présence de plusieurs types d'anticorps.


Le développement de la maladie se fait en trois phases :
— la phase de primo-infection, marquée par une forte augmentation de la charge virale, puis une chute due à la réaction de l'immunité du malade (notamment les LT cytotoxiques).
— la phase asymptomatique ou de latence clinique qui peut durer plusieurs années. Seules quelques infections marquent cette période. Cependant la baisse progressive du nombre de LT CD4 et l'augmentation concurrente de la charge virale amène vers la troisième phase.
— la phase symptomatique ou de SIDA déclaré est marquée par l développement de maladies opportunistes qui profitent de l'effondrement des défenses immunitaires du patient. Celui-ci meurt d'épuisement au bout de quelques mois.

Les maladies opportunistes


 Sarcome de Kaposi


Candidose


Le répertoire immunitaire

Pendant longtemps, les immunologistes ont été étonnés par la capacité de l'organisme de fabriquer des anticorps contre tous les antigènes rencontrés qui sont des centaines de milliers alors que les anticorps ne sont codés que par quelques gènes.
C'est la découverte de l'épissage alternatif des gènes qui a permis d'expliquer ce phénomène. En effet, un gène est constitué de plusieurs fragments, les exons, qui peuvent s'assembler de manières aléatoires. On obtient ainsi une infinité de réarrangements à partir d'un stock limité de fragments géniques.


En ce qui concerne les lymphocytes T, le mécanisme est le même, mais une étape s'ajoute au niveau du thymus, avec l'acquisition de l'immunocompétence qui est directement acquise dans la moelle osseuse pour les LB.
Les LT devant s'attaquer aux cellules de l'organisme portant un déterminant antigénique, il arrive que certains LT s'attaque directement aux cellules de l'organisme non parasitées. On parle de lymphocytes T auto-réactifs. Des mécanismes de régulation permettent l'élimination de ces lymphocytes T auto-réactifs.


Il existe cependant des maladies, dites auto-immunes, qui sont dues à l'activité de lymphocytes T auto-réactifs. La plus courante est le psoriasis dans laquelleles LT auto-réactifs s'attaquent aux cellules de la peau.
Le diabète de type I est aussi une maladie auto-immune puisque les LT détruisent les cellules productrices d'insuline.


La sclérose en plaque est une maladie invalidante dans laquelle les LT auto-réactifs détruisent la gaine de myéline qui entoure les axones des neurones entrainant une paralysie progressive du malade.




SPECIAL CONCOURS MEDECINE ET PHARMACIE DES ARMEES. Motricité volontaire et plasticité cérébrale (TS)

Les mouvements volontaires
Nous avons étudié précédemment, le cas du réflexe myotatique, qui est une motricité involontaire. Dans ce cas, le centre nerveux est la moelle épinière. Il existe aussi une motricité volontaire. Sur le document suivant, on peut mettre en évidence que la jonction entre les membres et le cerveau se fait par la moelle épinière, qui est entourée par le colonne vertébrale.

Lors d'accidents corporels, cette moelle épinière peut être lésée plus ou moins profondément :

Sur le document précédent, on voit très nettement, la lésion de la moelle épinière. Selon la place de cette lésion, les conséquences peuvent être plus ou moins importantes, mais toujours graves.

Il existe, en effet, toute une série de neurones qui assure la liaison entre les membres et le cerveau. Et ce sont ces neurones qui sont détruits lors d'une lésion de la moelle épinière.

On peut se livrer à une expérience simple. On fait la même expérience ExAO que celle qui avait permis d'enregistrer l'électromyogramme lors du réfelxe achilléen puis, on bloque volontairement le pied.

Le réflexe est très diminué, voire entièrement aboli, lorsque le mouvement volontaire est effectué en même temps que lui.

L'activité motrice au niveau du cerveau

Anatomie externe du cerveau

Depuis le XIXème siècle et les travaux de Paul Broca, on sait que le cerveau est découpé en aires fonctionnelles, motrices ou sensitives :


Si on rapporte la taille de l'organe ou de la zone corporelle à la surface qu'il occupe sur une aire cérébrale, on obtient des figures appelés homoncules (ou homunculus) moteurs ou sensitifs.

Deux représentations d'homoncule moteur

L'exemple suivant montre quelques aires sensorielles et motrices correspondant à des activités variées.

Le rôle intégrateur des neurones
On appelle PPS (potentiel post-synaptique) une DDP générée par la fixation du neuromédiateur sur le neurone post-synaptique. Dans la plupart des cas, un seul PA est insuffisant à produire un PPS. Il faut plusieurs PA pour produire un PPS. C'est le phénomène de sommation.
Si plusieurs PA sont produit par le même neurone présynaptique (on a un train de PA), on parle de sommation temporelle.
Si plusieurs PA sont produits par des neurones différents liés par des synapses différentes au neurone intégrateur, on parle alors de sommation spatiale.

Application

Dans le cas de l'expérience 1, les stimulations provoquant deux PA engendrés sur la fibre nerveuse A sont espacées de 10 millisecondes. il n'y a pas de PPS au niveau du neurone intégrateur D
Dans le cas de l'expérience 2, les deux stimulations sont plus rapprochées dans le temps. Un PPS apparaît. On a une sommation temporelle.
Dans le cas de l'expérience 3, la stimulation seule de la fibre nerveuse B ne permet pas d'engendrer un PPS au niveau du neurone D. En revanche, si on stimule A et B, en même temps, un PPS apparaît au niveau du neurone intégrateur. On a une sommation spatiale.
Dans le cas de l'expérience 4, la stimulation du neurone C, entraîne une dépolarisation au niveau de D. Le PPS engendré par C est donc inhibiteur. c'est ce qui explique l'absence de PPS dans le cas de la sommation spatiale A + C.
(Hors programme) Il existe donc des PPSE (potentiel post-synaptique excitateur) et des PPSI (potentiel post-synaptique inhibiteur).

Fonctionnement des aires motrices et plasticité cérébrale
On fait une expérience sur des singes.

On constate qu'en fonction du type de mouvements, même si deux mouvements apparaissent très proches, les aires motrices sollicités sont très différentes. Le fonctionnement du cerveau s'adapte donc aux circonstances externes. On parle plasticité cérébrale.
On a étudié l'activation du cortex moteur en fonction de l'âge chez des sujets qui apprennent à jouer d'un instrument à cordes. On obtient les résultats suivants :

On constate donc que plus c'est un sujet jeune qui apprend d'un instrument et plus le nombre de cellules nerveuses sollicitées est important. Cela signifie que la plasticité cérébrale est plus présente chez un sujet jeune et diminue avec l'âge.
Il peut arriver que suite à un AVC (accident vasculaire cérébrale) une partie du cerveau ne soit pas irrigué pendant un certain temps. Dans ce cas, les cellules meurent.
Un AVC se repère facilement par IRM :



La survenue d'un AVC entraîne, la plupart du temps, l'apparition de séquelles sous la forme d'incapacités motrices. Si l'AVC n'est pas trop étendu, la plasticité cérébrale permet à l'individu de retrouver une partie au moins de sa motricité par, utilisation d'une autre partie du cerveau.

On a pu constater qu'il en était de même lors de la greffe des deux mains chez un sujet.