Page

1

SUJET : BIOLOGIE DURÉE : 2 Heures NOTATION : Sur 40 points.

Le sujet comporte 7 pages. (1/7, 2/7, 3/7, 4/7, 5/7, 6/7, 7/7) Les pages 8 et 9 comportent les documents et figures.

L’APOPTOSE :

Ecole de Podologie de Marseille - 206 Boulevard de Plombières 13014 MARSEILLE Tel: 04.91.58.16.72 - Fax: 04.91.63.65.93 - Email: direction.epm@bbox.fr

Site internet: www.ecoledepodologie.com

SYSTÈME NERVEUX ET

PERCEPTION

CONCOURS D’ENTRÉE

- SESSION DU JEUDI 28 AVRIL 2016 -

Page

2

SYSTÈME NERVEUX ET PERCEPTION

PREMIÈRE PARTIE : QUESTIONS RÉDACTIONNELLES COURTES – CULTURE GÉNÉRALE

Question N°1 : Définissez et commentez en quelques courtes phrases (5 lignes maximum) les expressions et mots suivants en respectant l’ordre des questions sur la copie.

1. Organe lymphoïde primaire 2. Hormone 3. Gonadolibérine 4. Plasmocyte 5. Antigène

Question N°2 : Trouvez le ou les mots clés correspondant à chacune des définitions suivantes (aucune justification n’est attendue) :

1. Déplacement après duplication, d’un exemplaire d’un gène. 2. Molécule composée par un ose, une base azotée et un groupement phosphate. 3. Phénomène survenant suite à une augmentation brutale du taux de LH plasmatique chez

une femme non ménopausée. 4. Prélèvement de liquide amniotique. 5. Implantation de l’embryon dans la muqueuse utérine. 6. Molécule organique appartenant à la famille des protides comportant une fonction acide

(-COOH) et une fonction amine (-NH2). 7. Adjectif qualifiant une molécule qui aura les mêmes récepteurs et les mêmes effets

qu’une autre. 8. Technique d’étude des macromolécules basée sur leur capacité de migration dans un gel

de séparation en fonction de la taille lorsqu’elles sont soumises à un champ électrique. 9. Emplacement d’un gène sur un chromosome. 10. Cellule de soutien de la paroi du tube séminifère et productrice d’AMH.

DEUXIÈME PARTIE : SYSTÈME NERVEUX ET PERCEPTION VISUELLE

Problème 1 : Réflexe myotatique (Figure 1) Le texte ci-dessous est un extrait du journal de physiologie expérimentale de Magendie, écrit en 1822. Ces expériences sur le chien sont restées célèbres car il a été le premier à établir le sens de circulation des messages nerveux dans les racines des nerfs rachidiens. « Depuis longtemps, je désirais faire une expérience dans laquelle je couperais sur un animal les racines postérieures1 des nerfs qui naissent de la moelle épinière…J'ignorais quel serait le résultat de cette tentative... ». 1 Postérieur = dorsal ; antérieur = ventral

Page

3

Après avoir réalisé cette section, Magendie observe l'animal et décrit : « je crus d'abord le membre correspondant entièrement paralysé; il était insensible aux piqûres et aux pressions, il me paraissait immobile, mais bientôt, à ma grande surprise, je le vis se mouvoir d’une manière très apparente, bien que la sensibilité y fût toujours éteinte. Une seconde, une troisième expérience me donnèrent toujours le même résultat. Il se présentait naturellement à l'esprit de couper les racines antérieures en laissant intactes les postérieures... Comme dans les expériences précédentes, je ne fis la section que d’un côté, afin d’avoir un terme de comparaison. ...Le membre était complètement immobile et flasque tandis qu’il conservait une sensibilité. J’ai coupé à la fois les racines postérieures et antérieures : il y eut perte de sentiment (lire ici « sensibilité ») et de mouvement. » Ces résultats ont été complétés par des expériences de stimulation des extrémités coupées : une stimulation du bout central (vers le centre nerveux) ou périphérique (vers la périphérie). Les résultats sont résumés dans le tableau ci - dessous : Expériences Réactions du chien

Section de la racine dorsale (1)

Stimulation de la jambe Aucune réaction

Stimulation du bout central (1a)

Le chien réagit et plie la jambe

Stimulation du bout périphérique (1b)

Aucune réaction

Section de la racine ventrale (2)

Stimulation de la jambe Le chien réagit sans plier la jambe

Stimulation du bout central (2a)

Aucune réaction

Stimulation du bout périphérique (2b)

Le chien plie la jambe

Question N°3 : Déduisez de ces expériences le rôle des racines dorsale et ventrale de la moelle épinière. Question N°4 : Après avoir complété les légendes A et B (reporter les annotations sur la copie), indiquez la nature sensitive ou motrice des fibres considérées. Problème 2 : Nature du message nerveux véhiculé par un neurone : potentiels d'action et messages nerveux On peut enregistrer très précisément l’activité électrique d’un neurone en prenant comme matériel un axone géant de Calmar. La Figure 2 présente les conditions d’enregistrement. L’axone est immergé dans une cuve contenant de l’eau de mer, et est relié à un dispositif de stimulation constitué de deux électrodes de stimulation, et un dispositif d’enregistrement constitué de deux électrodes réceptrices reliées à un oscilloscope. L’électrode R1 est une microélectrode présentant une pointe de verre remplie d’un liquide conducteur, qui peut être disposée à la surface de l’axone, ou enfoncée dans celui-ci à travers sa membrane plasmique. L’électrode R2 est une électrode de référence baignant dans l’eau de mer, et reliée à la terre.

Page

4

L‘oscilloscope mesure à tout instant les différences de potentiel existant entre ces deux électrodes. Au début de l’expérience, la microélectrode R1 est disposée à la surface de la fibre et l’on obtient à l’écran de l’oscilloscope le tracé A représenté sur la Figure 3. Au temps t1, on fait pénétrer la pointe de la microélectrode R1 dans l’axone. Au temps t2, on soumet l’axone à une stimulation électrique à l’aide des deux électrodes de stimulation. On observe alors sur le tracé de l’oscilloscope un événement S, appelé artéfact de stimulation correspondant à un courant induit par la stimulation électrique, et qui se propage le long de l’axone. Ce n’est pas un phénomène biologique, et sa place sur le tracé marque l’instant précis de la stimulation. Après un temps de latence, le tracé présente un événement C. Question N°5 : Nommez les événements B et C repérables sur ce tracé et reportez sur un schéma les états de la membrane au cours de ces événements : on notera la place des électrodes stimulatrice et réceptrice.

Problème 3 : la jonction neuromusculaire Un message nerveux est transmis d'un neurone à d’autres cellules excitables par des synapses. Question N°6 : Complétez les légendes 1, 2, 3, 4 des Figures 4A, B et C (on reportera les annotations sur la copie). Question N°7 : Observez la structure de la synapse au repos présentée sur la micrographie de la Figure 4A et comparez les éléments pré et post synaptique. Que peut-on dire sur l'organisation de cette synapse ? Quelle en est la conséquence fonctionnelle sur le sens de la transmission synaptique ? Une préparation neuromusculaire est placée pendant un certain temps dans un milieu nutritif contenant de la choline (acide aminé) marquée à l'aide du radio-isotope 14C, isotope radioactif du carbone 12. Cette préparation est ensuite sortie du milieu radioactif et lavée. Grâce à la technique d'autoradiographie on peut retrouver la choline radioactive : elle est dans la cellule sous forme d'acétylcholine localisée en 1 sur les illustrations de la Figure 4. Si on stimule électriquement une fibre nerveuse ayant incorporé de la choline radioactive on met en évidence la présence de radioactivité dans l'espace indiqué (b) sur la Figure 4B. Que pouvez-vous déduire de ces deux expériences ? Question N°8 : La Figure 4 C présente la structure de la synapse lors de la stimulation de la fibre nerveuse pré synaptique. Montrez que cette observation confirme les conclusions tirées des expériences présentées. Des chercheurs opérant sur un muscle vivant de Grenouille font pénétrer dans cet espace (b) à l'aide de micropipettes des doses infimes d'acétylcholine. L'activité de la fibre musculaire est enregistrée grâce à une microélectrode implantée au voisinage de la jonction fibre nerveuse/

Page

5

fibre musculaire et reliée à un oscillographe. Avec une dose suffisante d'acétylcholine on décèle sur l'écran de l'oscillographe une excitation de la fibre musculaire. Si on déplace la micropipette et que l'on injecte la même dose d'acétylcholine au-delà de la jonction (c), il n'y a plus d'excitation. Si on injecte au préalable du curare dans la fente synaptique, l’injection d’acétylcholine à dose suffisante en (b) n’induit plus d’excitation. Claude Bernard a démontré que le curare bloque la jonction neuromusculaire, mais sans affecter le muscle lui-même. En effet, si on stimule directement le muscle mécaniquement, on obtient encore une contraction chez un animal curarisé, par contre, la stimulation du nerf ne donnera aucune réponse musculaire. On sait depuis ces travaux que le curare est un antagoniste compétitif de l’acétylcholine. Question N°9 : Bilan : En tenant compte des renseignements apportés par ces différentes expériences, résumez à l'aide d'un schéma et d'un court commentaire le mécanisme de transmission d'une fibre nerveuse à une fibre musculaire. Problème 4 : la perception visuelle - Questions à choix multiples. Pour cette partie, vous reporterez sur la copie le numéro de la question et les lettres correspondant aux propositions exactes.

La perception des couleurs. La vision des couleurs a pour origine, chez les Primates, la présence de cellules photo-réceptrices dans la rétine. Chez l’homme on distingue trois types de cônes chacun contenant un pigment absorbant la lumière dans une partie spécifique du spectre de la lumière blanche. Chaque pigment comporte une protéine de la famille des opsines. Les gènes L, M et D codant pour ces opsines sont localisés sur les chromosomes d’individus de sexe masculin sur le graphique suivant :

Question N°10 : Ce document montre que :

A- Les hommes ont deux exemplaires du gène L B- certains hommes ont deux exemplaires du gène M C- Le gène S est sur le chromosome sexuel. D- Les hommes reçoivent les gènes L et M de leur mère.

Le tableau ci-dessous présente, dans l’espèce humaine, les pourcentages de similitudes entre la séquence des nucléotides des gènes M, L et S présentés précédemment.

Page

6

Question N°11 : On peut dire que : M, L et S sont des gènes homologues qui composent une famille multigénique. le gène ancestral est L. Il y a obligatoirement eu duplication et transposition de gènes dans l’histoire des gènes des opsines. la duplication la plus récente est celle à l'origine des gènes de l'opsine S et de l'opsine L. L’arbre ci-dessous présente l’histoire évolutive des primates au cours du tertiaire et quaternaire :

Question N°12 : Cet arbre et les documents précédents permettent de dire que :

A- Les gènes M et L résultent de la duplication d’un gène ancestral il y a environ 40 Ma. B- La présence d’un deuxième gène M chez l’individu 2 est due à une mutation qui

modifie son caryotype. C- Le gène M est le plus récent dans l’histoire des gènes étudiés. D- La perception visuelle des primates du nouveau monde est différente de celle de ceux de

l’ancien monde.

Page

7

Question N°13 : CHAMP VISUEL Sélectionnez la ou les propositions exactes :

Réponses Section ou

dégénérescence des voies visuelles

Champ visuel perçu par

l’œil Gauche

Champ visuel perçu par l’œil Droit

a A

b B

c C et D

d E et F

e Aucune réponse correcte

Légende : Parties du champ visuel qui ne sont plus perçues

Section ou dégénérescence des voies visuelles

Page

8

DOCUMENTS ET FIGURES

Figure 1 : le réflexe myotatique

Figure 2 : activité électrique d’un neurone géant de Calmar : dispositif d’enregistrement

Figure 3 : enregistrement de l’activité électrique d’un neurone géant de Calmar

Page

9

Figure 4 : Electronographies et dessin d’interprétation d’une jonction neuromusculaire