SESSION 2007 BANQUE D'EPREUVES G2E BIOLOGIE 2 Durée : 1 heure 30 Les calculatrices programmables et alphanumériques ne sont pas autorisées. L'usage de.

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1 SESSION 2007 BANQUE D'EPREUVES G2E BIOLOGIE 2 Durée : 1 heure 30 Les calculatrices programmables et alphanumériques ne sont pas 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. Remarque importante : Le candidat veillera à répartir le temps de l'épreuve sur l'ensemble des parties 1 à 4 qui sont indépendantes. Le jury attend des réponses précises, courtes et synthétiques. Si nécessaire, découper les figures ou schémas requis et les coller dans !a copie.

2 QUELQUES ASPECTS DE L'ORGANISATION, BIOGENESE, DIFFERENCIATION ET ELONGATION DE LA PAROI DES VEGETAUX

3 1. L'organisation de la paroi primaire des végétaux (6 points) La paroi primaire des végétaux est communément qualifiée de nature pectocellulosique mais elle comporte également des composés peptidiques. 1.1. Donner la structure biochimique des constituants moléculaires de la paroi primaire Cellulose : polymère de βD glucose en 1-4, formant des microfibrilles Pectines et composés pectiques : osides acides (plus ou moins neutralisés par du Ca 2+. Ils forment la matrice de la paroi Hémicelluloses : polyosides neutres (xyloglucanes) constituant la matrice de la paroi. Ils sont liés aux molécules de cellulose HRGP = extensines : protéines liées aux glucides précédents

4 1.2. Schématiser un modèle moléculaire d'agencement de ces différents constituants.

5 La paroi des végétaux montre des composés peptidiques connus sous le nom de glycoprotéines riches en hydroxyproline (HRGP = Hydroxyprolin Rich Glyco Protein). L'acide aminé hydroxyproline est un acide aminé présent dans diverses protéines de structure, pas seulement végétales. Il est capable de réaliser des liaisons illustrées par le document 1. 1.3 Précisez l'intérêt d'un tel acide aminé pour des protéines structurales L'intérêt est de faire ou défaire des liaisons covalentes par des réactions d'oxydo-réduction : - soudure des chaînes par oxydation - séparation des chaines par réduction.

6 2. La biogenèse de la paroi (4 points) 2.1. A l'aide du document 2, préciser les caractères cytologiques des cellules méristématiques. Caractères des cellules méristématiques : - petite taille - gros noyau (gros rapport nucléo- cytoplasmique) - beaucoup d'euchromatine (donc transcription active) - paroi fine et déformable - vacuoles très petites

7 Lorsque la cellule se divise, c'est an moment de la télophase que se constitue la nouvelle paroi qui séparera les deux cellules filles. Le document 3 présente la mise en place d'une nouvelle paroi. 2.2. A l'aide de vos connaissances, préciser l'organisation et l'origine de la structure caractéristique présentée par le document 3. Cette structure caractéristique est le phragmoplaste (ou plaque cellulaire). Elle permet la séparation des deux cellules issues de la mitose, et est constituée de pectines ; c'est la lamelle moyenne de la future paroi séparant les deux cellules. Son origine est dans la confluence de vésicules golgiennes contenant des glucides.

8 2.3 Proposez un schéma récapitulant la mise en place des composés de la matrice d'une part et des microfibrilles de cellulose présentes dans la paroi d'autre part. matrice faite par exocytose de vésicules golgiennes contenant des glucides microfibrilles de cellulose cellulose- synthétase : synthétise directement la cellulose dans la membrane, à partir d'oses cytosoliques. cytosquelette qui fait déplacer la cellulose- synthétase, ce qui oriente les microfibrilles.

9 3. La différenciation de la paroi des végétaux: mise en place des parois secondaires (4 points) Différentes techniques permettent de mettre en évidence la différenciation de la paroi des végétaux au sein de l'organisme végétal. Parmi celles ci, la coloration au carmin vert d'iode. 3.1. Préciser quels composés mettent en évidence cette coloration et expliquez quels sont les tissus mis en évidence dans les deux coupes du document 4 (le document peut être découpé et collé dans la copie}. Donner l'ensemble des tissus dans lesquels ont lieu ce type de dépôts et en préciser les modalités. Note du prof : rédaction et orthographe étranges ! - le sujet du verbe mettre devrait être coloration : « cette coloration met en évidence les composés... », - normalement, le sujet du verbe avoir lieu devrait être type « ce type de dépôt a lieu »

10 parenchyme cortical endoderme péricycle xylème primaire (différenciation centripète) phloème primaire parenchyme médullaire Le carmin colore en rose toutes les parois contenant de la cellulose (pratiquement toutes les parois des cellules végétales. Le vert d'iode colore en vert (bleu à jaune) la lignine, la subérine, la cutine vaisseau annelé (faible diamètre, protoxylème) vaisseau spiralé vaisseau très lignifié, gros diamètre : métaxylème (vaisseau ponctué ?)

11 Le dépôt de lignine a lieu surtout dans le xylème (primaire et secondaire),mais aussi dans des fibres diverses de type sclérenchyme ou fibres libériennes. Le dépôt de subérine a lieu dans le suber, mais aussi dans les bandes de Caspary de l'endoderme des racines, ainsi que dans l'assise subéreuse des vieilles racines, qui se forme à partir de l'extérieur du parenchyme cortical. Le dépôt de cutine concerne surtout l'épiderme, où la cuticule permet l'imperméabilité. Cette mise en place est faite par sécrétion des monomères et polymérisation sur place.

12 Les lignines sont des polymères phénoliques, de masses moléculaires élevées, de composition et de structure variables et complexes. Elles résultent de la polymérisation oxydative de trois alcools phénoliques : alcool coumarylique, alcool coniférylique et l'alcool sinapylique (Document 5). Ce processus de lignification intervient dans la formation de nombreuses parois secondaires. 3.2. D'après le document 5, préciser quelles peuvent être les propriétés de la lignine et dans quelles réactions ces constituants seraient susceptibles d'intervenir. La structure des alcools précurseurs de la lignine montre des fonctions alcools sur des cycles benzéniques. On peut imaginer des réactions du même type que celles de l'hydroxyproline. On peut imaginer que les -OH sont important pour la polymérisation oxydative, comme pour l'hydroxyproline. Après la polymérisation, il reste des groupements CH=CH, CH 3, des cycles benzéniques, qui donnent à la molécule des propriétés hydrophobes. La lignine a donc des propriétés de rigidité (imprégnation des fibres de cellulose) et d'hydrophobie.

13 3.3 Citer d'autres composés et d'autres processus permettant de mettre en place des parois secondaires. Donner un exemple à chaque fois. - cellulose par les structures en rosette (tubes criblés) - cutine (épiderme) - subérine (suber, assise subéreuse) - hémicelluloses (synthases membranaires) - minéralisation par le calcaire ou la silice (ortie)

14 4. Le rôle de l'auxine sur l'élongation cellulaire (6 points) L'auxine est la principale hormone agissant sur l'augmentation de la taille des cellules. Cet effet, qui dépend des concentrations intracellulaires d'auxine et de la nature des organes, s'exerce sur des cellules jeunes en cours d'élongation, au moment où la paroi est extensible. 4.1. Proposer un mécanisme permettant à l'auxine de stimuler l'élongation cellulaire. L'auxine peut stimuler la pompe membranaire à H +, ce qui provoque une acidification de la paroi, donc une rupture des liaisons faibles entre molécules (et éventuellement rupture de liaisons covalentes par activation d'enzymes). La paroi étant ramollie, la turgescence cellulaire fait gonfler la cellule. D'autre part, l'auxine peut activer certains gènes, ce qui forme de nouvelles enzymes de synthèse ou de dégradation de la paroi.

15 Par un dispositif appelé auxanomètre (qui n'est pas détaillé), il est possible de mesurer la croissance cellulaire : l'auxèse. La connaissance de la cinétique du mécanisme d'action de l'auxine a été rendue possible grâce à la mise au point d'auxanomètres de grande précision (de l'ordre du micromètre / min, voire moins). Des segments d'hypocotyle de soja sont placés dans l'auxanomètre et leur croissance en longueur enregistrée au cours du temps sur le document 6. Au moment indiqué par la flèche, de l'auxine (AIA 10 -5 M) est ajoutée dans le milieu (courbe du haut, Document 6 a ; la courbe du bas représente le témoin). La même expérience est réalisée en enregistrant le pH du milieu qui entoure les échantillons (Document 6 b). L'élongation a été également mesurée en changeant le pH du milieu (Document 6c). Le document 7 est une poursuite de ces expériences. Toutes les expériences montrant les effets d'un pH externe ont été réalisées sur des échantillons légèrement abrasés afin de permettre l'entrée des ions au travers de la cuticule. 4.2. Analyser les résultats présentés dans les documents 6 et 7. Proposer un mécanisme biologique permettant à Fauxine de déstabiliser la paroi. Document 6 : Effets de l'auxine sur : (a) l'élongation cellulaire, (b) : le pH du milieu qui entoure les échantillons. En (c), les échantillons sont incubés dans un tampon à pH 6,4. Au moment indiqué par la flèche, le milieu est changé par un tampon à pH 4,5 (courbe en gras). Biologie et multimédia, Roger Pratt

16 L'élongation commence environ 25 minutes après l'addition d'AIA (ce sera confirmé par le doc 7a) La baisse de pH commence environ 20 minutes après l'addition d'AIA

17 tant que le pH n'a pas diminué, l'élongation n'a pas lieu. Dès que le pH a diminué, l'élongation commence. ==> hypothèse du mécanisme : L'addition d'auxine provoque l'éjection d'ions H +, ce qui provoque une baisse de pH de la paroi. La baisse de pH de la paroi déstabilise cette paroi, et permet son élongation.

18 Le vanadate empêche l'expulsion de H + par les ATPases membranaires, et bloque l'élongation. La baisse de pH déclenche l'élongation presque immédiatement.

19 bj) le pH 4,7 provoque une élongation pour les cellules vivantes, puis le pH 3 amplifie ce phénomène. c) le pH 4,7 n'a pas d'effet sur les cellules mortes, mais le pH3 provoque aussi l'extension des cellules mortes. En conclusion, on peut imaginer un double mécanisme : -la baisse de pH à 4,7 active des phénomènes biologiques (enzymes de la paroi ?) - la baisse de pH à 3 active des phénomènes physico-chimiques (rupture de liaisons faibles entre molécules ?)