SESSION 2007 BANQUE D'EPREUVES G2E BIOLOGIE 1 Durée : 1 heure 30 Les calculatrices programmables et alphanumériques sont autorisées. L'usage de tout ouvrage de référence et de tout document est strictement interdit. Si, au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il en fait mention dans sa copie et poursuit sa composition. Dans ce cas, il indique clairement la raison des initiatives qu'il est amené à prendre. Les candidats doivent respecter les notations de l'énoncé et préciser, dans chaque cas, la numérotation de la question posée. Une grande attention sera apportée à la clarté de la rédaction et à la présentation des différents schémas. Si nécessaire, découpez les figures ou schémas requis et collez les dans la copie. QUELQUES ASPECTS DE LA BIOLOGIE DE LA CELLULE ACINEUSE PANCREATIQUE

1. Etude de sa structure microscopique Document 1 : cellule pancréatique de Cobaye (Cavia porcellus) - J.D. Jamieson et G.E. Palade (1973) - structure fine des cellules. Porter- Bonneville. Ed. Ediscience

1.1. En vous appuyant sur le document 1 ainsi que sur son interprétation schématique clairement annotée et orientée, vous présenterez les caractéristiques d'une cellule sécrétrice. 1= gros noyau, beaucoup d'euchromatine, ==> transcription active (donc synthèse de beaucoup de protéines) 2 = reticulum endoplasmique très abondant. Le grossissement ne permet pas de dire s'il y a beaucoup de ribosomes (on peut supposer que oui, donc beaucoup d'ARNm permet la synthèse de beaucoup de protéines au niveau des ribosomes du REG) 3 = mitochondries : transformations énergétiques, donc beaucoup d'ATP (et GTP, CTP, UTP), nécessaire pour la synthèse des protéines et leur transfert. 4 = dictyosome de l'appareil de Golgi : transformation (glycosylation), tri, migration des protéines synthétisées 5 = vésicules de sécrétion (grains de zymogène) en attente d'exocytose vers la lumière (à droite) Ces structures de synthèse, tri et exocytose de protéines se retrouvent dans divers types de cellules sécrétant des protéines. Note du prof : les questions 1.1 et 1.2 ne sont pas faciles à distinguer. Il est difficile d'attendre la question 1.2 pour indiquer à quoi servent les organites identifiés dans la question 1.1

dictyosome (Golgi) noyau avec nucléole vésicules de sécrétion mitochondrie reticulum endoplasmique face basale face luminale = face apicale (lumière de l'acinus)

1.2 Pour chaque structure reconnue, numérotée ou non, indiquez en une phrase la fonction principale - structures numérotées : voir question précédente - structures non numérotées : on peut imaginer la lumière de l'acinus, qui permet l'évacuation des protéines synthétisées vers le tube digestif.

1.3 Quelles sont les caractéristiques principales des différentes membranes plasmiques (basale, apicale, latérale) de ce type de cellule ? - membrane basale : il y existe une lame basale (matrice extracellulaire) et des trnsporteurs d'acides aminés (et d'autres transporteurs) - membrane apicale : l'exocytose provoque une grande variabilité de la surface. Il doit aussi y exister de l'endocytose de façon à redonner la surface initiale. - membrane latérale : il y existe de nombreuses jonctions intercellulaires (desmosomes, interdigitations, jonctions serrées...)

2. Etude de son fonctionnement 2.1. Le document 2 montre les résultats d'une autoradiographie de cellules acineuses pancréatiques. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé un acide aminé radioactif : la leucine. Sans entrer dans les détails pratiques, précisez les principales étapes de la méthode d'investigation par autoradiographie, appliquée à des cellules vivantes. La leucine est un acide aminé, et sera donc incorporée dans les protéines. - fourniture de leucine radioactive pendant un temps bref (pulse), puis fourniture de leucine non radioactive pour éliminer la leucine radioactive qui n'a pas été incorporée (chasse) - attente d'un temps variable (quelques minutes) - fixation des cellules - préparation pour autoradiographie (film radiosensible avec halogénures d'argent) - attente de l'action de la radioactivité (plusieurs jours) - révélation des taches provoquées par la radioactivité : taches noires correspondant aux grains d'argent - observation Document 2 : résultat d'une autoradiographie de cellule pancréatique prélevée au bout de 3 minutes de séjour dans un milieu contenant de la leucine marquée. Biologie cellulaire et moléculaire - de Robertis – Ed. Maloine.

2.2. Le document 3 donne les résultats quantitatifs d'une telle étude sur des cellules pancréatiques acineuses. Le numéro de chaque courbe correspond au numéro de l'organite désigné sur les documents photographiques. Vous analyserez et interpréterez les courbes et en déduirez le sens de migration des molécules synthétisées. Document 3 : Mesure quantitative du marquage des protéines en fonction du temps. Les numéros des courbes correspondent aux numéros des organites indiqués sur les documents photographiques (2) est le reticulum endoplasmique. La radioactivité y diminue rapidement, ce qui signifie que la leucine quitte rapidement le REG sous forme de protéine synthétisée. (4) est l'appareil de Golgi. La radioactivité augmente jusqu'à environ 15 minutes, puis diminue. Interprétation : les protéines contenant la leucine radioactive quittent le REG pour l'appareil de Golgi, puis partent vers un autre compartiment. (5) = vésicules de sécrétion = grains de zymogène. Les protéines partent duGolgi vers ces vésicules. Conclusion : [extérieur]-->REG --> Golgi --> grains de zymogène --> [lumière]

2. 3 En prenant comme exemple une molécule de votre choix, vous préciserez les grandes étapes de synthèse de celle-ci au sein de la cellule acineuse pancréatique, et les rôles biologique et biochimique précis des organites intervenant dans celle-ci. Exemple d'une molécule de ribonucléase pancréatique : - pénétration des acides aminés par la face basale - synthèse du polypeptide par les ribosomes, et pénétration dans le reticulum endoplasmique - migration vers l'appareil de Golgi (dictyosomes) par des vésicules de transition - tri et éventuellement glycosylation par l'appareil de Golgi - stockage dans des vésicules de sécrétion - exocytose

2.4. Dans le cas de la sécrétion provoquée, les différents composants lipidiques et protéiques de la membrane de la vésicule sécrétrice sont incorporés à la membrane plasmique. Ainsi, dans une cellule acineuse pancréatique sécrétant des enzymes digestives, environ 900 µm 2 de membrane de vésicules sont insérés dans la membrane plasmique apicale (dont la surface n'est que de 30 µm 2 ), à chaque stimulus de sécrétion. Quel problème cela soulève-t-il du point de vue structural et comment la cellule l'a-t-elle résolu ? A chaque stimulus de sécrétion, la surface de la membrane apicale est multipliée par 30 ! Ceci devrait aboutir à une surface énorme, très plissotée, ce qui n'est pas le cas. Lacellule l'a résolu par des mécanismes de diminution de surface : - endocytose (- destruction directe de molécules membranaires) ))

3. Etude de la régulation des sécrétions 3.1. Le document 4 correspond à la sécrétion des bicarbonates (débit et concentration) par un ensemble de cellules acineuses pancréatiques sous l'influence d'injection de sécrétine (hormone produite par les cellules de la muqueuse duodénale), à différentes concentrations. Vous analyserez et interpréterez ces résultats expérimentaux. Le débit des bicarbonates augmente beaucoup (0,5 à 2,5 mEq/15 min) alors que la concentration augmente peu (100 à 125 mEq/L) lorsqu'on passe de 2 à 32 unités de sécrétine. On peut donc en conclure que c'est le flux de suc pancréatique qui augmente beaucoup sous l'effet de la sécrétine. Calculs numériques : volume = débit / concentration - pour 2 unités, d=0,5/100 = 5mL/15 min - pour 32 unités, d=2,5/125 = 20 mL/15 min Document 4 : effet de l'injection intraveineuse de sécrétine (indiquée par la flèche verticale) sur le débit et la concentration de l'ion bicarbonate dans le suc pancréatique. D'après Vaqne (1969) - Précis de physiologie - Masson.

Note du prof : La question 3.1 parle de « sécrétion des bicarbonates (débit et concentration) par un ensemble de cellules acineuses pancréatiques sous l'influence d'injection de sécrétine » Or, d'après ce que j'avais lu dans la littérature, les bicarbonates (ou hydrogénocarbonates) sont en fait sécrétés par les cellules canaliculaires, et non par les cellules acineuses.

3.2. Le document 5 est l'enregistrement du débit du suc pancréatique, ainsi que de sa concentration en amylase, sous l'effet d'une perfusion de pancréozymine ou cholécystokinine (produite par les cellules de la muqueuse duodénale). Analysez et interprétez ces courbes. Document 5 : effet d'une perfusion de pancréozymine sur le débit et la sécrétion d'amylase pancréatique. D'après Harper-Blair- Scratchard (1962) Précis de physiologie - Masson. La cholecystokinine-pancréozymine (CCK-PZ) provoque une forte augmentation du débit d'amylase, mais une faible variation de volume (débit) de suc pancréatique. C'est donc que la concentration de l'amylase augmente fortement dans le suc pancréatique. application numérique : c= débit/volume - avant c= 4/1 = 4 unités/mL - après c= 20/1,5 = 13,3 unités/mL

3.3. Sous forme d'un schéma de synthèse et uniquement à partir des documents du sujet, vous montrerez comment synthèse et sécrétion moléculaires sont régulées. sécrétine CCK- PZ la sécrétine provoque la sécrétion d'un grand volume de suc pancréatique, riche en HCO 3 - la cck-pz provoque la sécrétion d'enzymes dans le suc pancréatique

3.4. La régulation de l'activité cellulaire nécessite des transmissions chimiques. Vous définirez, en une phrase, les trois stratégies suivantes : transmission endocrine. transmission paracrine, et transmission synaptique. transmission endocrine : une cellule sécrète des molécules hormonales dans le sang ; elles agissent sur une cellule-cible située à assez grande distance (exemple : sécrétine, émise par le duodenum et agissant sur le pancréas) transmission paracrine : une cellule sécrète des molécules messagères qui diffusent dans l'espace intercellulaire jusqu'à une cellule-cible proche (quelques micromètres) transmission synaptique : une cellule nerveuse sécrète des molécules messagères par son extrémité synaptique (située à grande distance du péricaryon) ; ces molécules vont agir sur la cellule post-synaptique.

3.5. Dans le cadre de la transduction par des récepteurs protéiques de surface cellulaire, des chercheurs souhaitent mesurer le nombre de récepteurs sur un type de membrane cellulaire. (Ces récepteurs lient une molécule X et stimulent l'activité de l'adényl-cyclase, mais sont également en mesure de fixer un inhibiteur compétitif de la molécule X, l'alprénolol). Pour ce faire, les chercheurs mélangent de l'alprénolol marqué et des membranes cellulaires, les laissent 10 minutes à 37°C, recueillent les membranes par centrifugation, et mesurent la radioactivité du culot. Premièrement, ils mesurent la liaison de quantités croissantes de 3 H-alprénolol à une quantité fixe de membranes cellulaires. Deuxièmement, ils répètent l'expérience en présence d'un large excès d'alprénolol non marqué afin de mesurer la liaison non spécifique. Les résultats sont indiqués dans le document 6. Vous tracerez sur le document 6, que vous joindrez à la copie, la courbe de liaison spécifique de l'alprénolol au récepteur de la molécule X. La liaison de l'alprénolol au récepteur a-t-elle atteint la saturation ?

Oui, la liaison de l'alprénolol au récepteur a atteint la saturation. Si on trace le graphique de la liaison spécifique par la soustraction de la liaison totale par la liaison non spécifique, on trouve que la courbe atteint une asymptote horizontale. C'est donc que la saturation est atteinte.