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Cours complet✔ 13 chapitres traitant
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Manipulateur en électroradiologie
Ergothérapeute
Pédicure-podologue
Technicien de laboratoire
2e édition
C O N C O U R S
N°1
Cours et entraînement
• 3 •
Introduction 5
L Méthodologie et conseils 6 1. Le programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. Les modalités des épreuves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3. La préparation aux concours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4. La passation de l’épreuve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
L Planning de préparation 12
L Le cours 14 1. Connaissances fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2. Les constituants de la matière vivante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3. Cellule et virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4. Cycle cellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5. Protéines et phénotypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6. Cycle de développement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 7. Génétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 8. Variation génétique et santé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 9. Reproduction humaine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 10. Physiologie de la reproduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 11. Immunologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 12. Système nerveux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 13. Évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
L Sujets de concours 268 Sujet 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Sujet 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
L Bibliographie 287
Sommaire
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Le cours
6. Les acides nucléiques
A. Le nucléotideC’est l’unité de base des acides nucléiques. Il est constitué par l’association d’un pentose et d’une base azotée formant le nucléoside auquel vient se fixer un grou-pement phosphate.
Structure d’un nucléotide
H
H
H
COP–O
H
O
–O
H
H
H
NH
base
désoxyribose
phosphate
H
H
HO
O5’
4’
3’ 2’
1’
O
NN
NN
Les bases azotées appartiennent à deux familles : les purines (adénine, guanine) et les pyrimidines (uracile, thymine, cytosine).
HC C
Adénine (A) Guanine (G)
NH
NN
NH2
N
CC
CHC C
NH
NHN
O
NH2N
CH3
CC
CH
Cytosine (C)
C CH
N
NH2
NH
O
CCH
Uracile (U)
C CH
HN
O
NH
O
CCH
Thymine (T)
C CH
HN
O
NH
O
CC
Il existe de nombreux nucléotides libres ayant des fonctions différentes : trans-port de protons (NAD : nicotinamide adénine dinucléotide), stockage d’énergie (ATP : adénosine triphosphate). La polymérisation de certains d’entre eux va per-mettre la création de macromolécules appelées les acides nucléiques : l’acide ribo-nucléique (ARN) ou l’acide désoxyribonucléique (ADN).
B. L’acide désoxyribonucléique ou ADNLes nucléotides le constituant sont formés par :– le désoxyribose (C5H10O4), – une des bases azotées : adénine, guanine, thymine, cytosine,– l’acide phosphorique (H3PO4).
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2 | Les constituants de la matière vivante
L’ADN est une molécule bicaténaire formant une double hélice alpha. Son dia-mètre est de 20 angströms (Å). Chaque spire comprend environ 10 paires de nucléo-tides distantes de 3,4 Å.
Les deux brins dits antiparallèles sont reliés entre eux par des liaisons hydrogène entre les bases azotées complémentaires adénine/thymine (2) et guanine/cytosine (3).
Les rapports adénine/thymine et guanine/cytosine sont donc toujours égaux à 1, ils traduisent la loi de complémentarité des bases.
En revanche, le rapport (adénine + thymine)/(guanine + cytosine) varie entre deux molécules d’ADN, il caractérise donc l’espèce étudiée. Il est supérieur à 1 chez les Eucaryotes, il est compris entre 0,35 et 2,70 pour les divers Procaryotes.
La molécule d’ADN est associée à trois notions fondamentales :– l’information génétique, dont elle est le support ;– la réplication, qui permet la transmission de cette information de génération en génération ;– les mutations.
L’ADN du colibacille mesure environ 1,2 mm et possède 4,6.106 paires de nu-cléotides. Un spermatozoïde humain contiendrait 1 mètre d’ADN et 2,8.109 paires de bases réparties en 23 chromosomes.
C. L’acide ribonucléique ou ARNLes nucléotides le constituant sont formés par :– le ribose (C5H10O5), – une des bases azotées : adénine, guanine, uracile remplaçant la thymine de l’ADN et la cytosine,– l’acide phosphorique (H3PO4).
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Le cours
L’ARN est une molécule monocaténaire. Il existe sous trois formes fonction-nelles : ARN messager (ARNm), ARN de transfert (ARNt), ARN ribosomal (ARNr) constitutif du ribosome. Toutes ces formes sont synthétisées dans le noyau à partir de l’ADN suite à la transcription. Elles interviennent dans les différentes phases de la protéosynthèse.
7. Mise en évidence des constituants de la matière vivante
La liste qui suit n’est pas exhaustive.
A. Les glucides– Glucose : glucotest par un indicateur coloré.– Sucre réducteur : par la liqueur de Fehling (oxyde cuivrique, bleue), à chaud et en milieu basique, on obtient une solution rouge brique d’oxyde cuivreux.– Amidon : avec de l’eau iodée, on obtient une coloration bleue violacée.– Glycogène : avec de l’eau iodée, on obtient une coloration brun-acajou.
B. Les protides– Test à la ninhydrine : est positif avec les acides aminés.– Réaction du Biuret : avec une solution bleue de sulfate cuivrique et de soude, on obtient un anneau violet en présence d’au moins deux liaisons peptidiques.– Réaction xanthoprotéique : avec de l’acide nitrique concentré, on obtient un pré-cipité blanc qui, à chaud, se jaunit. En se refroidissant, cette solution jaune vire à l’orangé avec de l’ammoniaque. Ce test est positif avec des protides contenant des acides aminés à radicaux aromatiques (tyrosine, tryptophane, phénylalanine).– Chauffage, alcools et acides forts : on observe une coagulation en présence de protéine.
C. Les lipides– « Solvant des lipides » : éther, benzène, chloroforme, acétone, méthanol. Les li-pides sont solubles dans ces solutions.– Coloration noire des lipides par le noir Soudan.
D. Les acides nucléiques– Méthode de Feulgen : coloration en rouge de l’ADN par traitement au réactif de Schiff après hydrolyse chlorhydrique.– Méthode de Brachet : coloration en vert de l’ADN par le vert de méthyle et en rose de l’ARN par la pyronine.
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2 | Les constituants de la matière vivante
Entraînement Difficulté ✘ ✘ ✘ Durée 15 min
Concernant ce chapitre, on retrouve principalement des questions disséminées dans les QCM dans le cadre des autres chapitres. On se propose donc de faire un QCM vérifiant que les connaissances requises, avant d’aborder le programme au sens strict, sont présentes.On sélectionnera les propositions exactes.
QuestionsA Les molécules d’ADN et d’ARN diffèrent par la présence❑ a. d’adénine. ❑ b. de cytosine. ❑ c. de guanine. ❑ d. de thymine.
B Les protéines cellulaires❑ a. sont des polymères de nucléotides. ❑ b. diffèrent par leur séquence d’acides aminés. ❑ c. ont leur programme inscrit dans l’ADN du noyau.❑ d. n’ont pas de fonctions structurales.
C Une enzyme est dite spécifique parce que❑ a. elle catalyse un seul type de réaction chimique. ❑ b. elle agit toujours dans un même lieu de la cellule. ❑ c. elle agit sur un substrat bien précis. ❑ d. elle est caractéristique d’une espèce animale ou végétale bien précise.
D L’ADN❑ a. est une macromolécule minérale. ❑ b. a une structure hélicoïdale découverte par Watson et Crick. ❑ c. a une structure monocaténaire. ❑ d. est le support de l’information génétique. ❑ e. renferme un sucre réducteur s’il est isolé.
E Le glycogène❑ a. est un polynucléotide. ❑ b. est un glucide. ❑ c. est un polymère d’un hexose. ❑ d. est un polymère de glucose.❑ e. est produit par néoglucogenèse. ❑ f. est produit par glycogénogenèse.
F Le glucose❑ a. est une molécule constituée uniquement de 6 atomes de carbone.❑ b. a pour formule chimique C6H22O11.❑ c. est un constituant de la molécule d’amidon.❑ d. est un constituant de la molécule de glycogène.❑ e. est un constituant de la molécule de saccharose.
G Les protéines❑ a. sont responsables du métabolisme cellulaire.❑ b. ne sont pas dégradées continuellement.❑ c. sont une des caractéristiques du vivant.❑ d. ont une forme déterminée dans l’espace.❑ e. agissent uniquement à l’intérieur des cellules, lieu de leur production.
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Le cours
H L’ARN❑ a. est une molécule monocaténaire.❑ b. est une molécule bicaténaire.❑ c. contient une molécule minérale.❑ d. présente des liaisons phosphodiester.❑ e. est composé de ribonucléotides.
I Le diamètre de l’ADN est de❑ a. 20 nm. ❑ b. 200 nm. ❑ c. 0,2 nm. ❑ d. 2 nm.
J Les nucléotides sont des molécules❑ a. qui ne se rencontrent que dans les acides nucléiques.❑ b. qui peuvent permettre des transferts d’énergie.❑ c. qui peuvent permettre des transports d’atomes.❑ d. qui contiennent de l’azote.
K Un nucléoside est constitué par l’association❑ a. d’une base azotée et d’un ose.❑ b. d’une base azotée, d’un ose et d’un groupement phosphate.❑ c. d’un ose et d’un groupement phosphate.❑ d. de molécules liées par des liaisons hydrogène.
L Une liaison peptidique❑ a. est une liaison covalente.❑ b. est réalisée entre des groupements carboxyle et amine.❑ c. suffit pour mettre en évidence un dipeptide par la réaction du biuret.❑ d. réunit les atomes entre eux au sein d’un acide aminé.
M La structure primaire des protides❑ a. met en jeu des liaisons peptidiques.❑ b. correspond à l’enchaînement d’un certain nombre d’acides aminés.❑ c. est directement associée à la fonction des protéines.❑ d. résulte d’une phase de synthèse.
N Un acide nucléique montre la composition suivante : 30 % d’adénine, 20 % de guanine, 30 % de thymine, 20 % de cytosine. Cette molécule peut être❑ a. un ARN monocaténaire. ❑ b. un ARN bicaténaire.❑ c. un ADN bicaténaire. ❑ d. un ADN monocaténaire.
O Les lipides sont❑ a. solubles dans l’eau.❑ b. absents du tissu adipeux.❑ c. pour certains énergétiques.❑ d. très importants pour les membranes cellulaires.
P Le compartiment intracellulaire❑ a. définit l’espace entre les cellules.❑ b. contient un fort pourcentage en eau.❑ c. est pauvre en cations.❑ d. est inclus dans le compartiment plasmatique.
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Q Une protéine❑ a. est une séquence d’oligopeptide.❑ b. est constituée de molécules azotées.❑ c. est caractérisée par sa séquence.❑ d. a une fonction étroitement liée à sa structure.
R La glycogénolyse❑ a. dégrade le glycogène en CO2 et H2O.❑ b. se produit dans les cellules hépatiques après un repas.❑ c. est l’hydrolyse du glycogène en glucose.❑ d. permet la transformation du glucose en glycogène.
S Une protéine est❑ a. chargée électriquement dans le milieu cellulaire.❑ b. absorbée par la muqueuse intestinale lors de la digestion.❑ c. possiblement non fonctionnelle s’il y a un changement de sa configuration spatiale.❑ d. quaternaire si elle possède quatre sous-unités uniquement.
T Les phospholipides❑ a. sont présents uniquement dans la membrane plasmique.❑ b. sont porteurs d’un résidu glycérol.❑ c. ont une affinité avec l’eau.❑ d. sont issus d’estérifications.
CorrigéA d. B b, c. C a, c. D b, d, e. E b, c, d, f. F c, d, e. G a, c, d. H a, c, d, e. I d. J b, c, d. K a. L a, b. M a, b, d. N c. O c, d. P b. Q b, c, d. R c. S a, c. T b, c, d.
2 | Les constituants de la matière vivante
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8 | Variation génétique et santé
Le patrimoine génétique, via les mutations, permet une adaptation à l’environ-nement mais est aussi responsable de pathologies. Il faut cependant distinguer la situation de déterminisme absolu de celle de prédisposition associée à l’environne-ment. Nous verrons que certaines mutations somatiques sont cancérigènes et que les mutations sont à l’origine des résistances bactériennes.
1. La mucoviscidoseLa mucoviscidose est une maladie génétique héréditaire à déterminisme absolu. En effet, les porteurs de la mutation sont atteints.
A. Les symptômesD’une manière générale, la maladie se caractérise par une production abondante d’un mucus visqueux par les cellules épithéliales de certains organes déterminant le phénotype clinique.
�� Au niveau pulmonaire, l’excès de mucus obstrue les canaux bronchiques, d’où des difficultés respiratoires associées à des infections chroniques graves détruisant le tissu.
�� Au niveau digestif, l’obstruction des canaux pancréatiques et biliaires empêche respectivement la sécrétion des enzymes digestives et de la bile nécessaires à la digestion et à l’assimilation des graisses. Il en résulte constipation, maigreur. Le pancréas est progressivement atteint.
�� Au niveau génital, les hommes sont dans 95 % des cas stériles. Chez certaines femmes, un bouchon muqueux au niveau du col utérin interdit la fécondation.
B. Le phénotype cellulaire et moléculaireLa perméabilité cellulaire épithéliale est liée à la présence d’un canal protéique membranaire, le canal au chlore nommé CFTR. Chez un individu sain, ce canal per-met les échanges d’ions rendant le mucus fluide. Chez le malade, cette protéine n’est pas fonctionnelle et les ions chlorure ne sortent pas. Le mucus est alors visqueux.
Ce canal est codé par un gène situé sur le chromosome 7. On a décrit plus de 1 000 mutations du gène CFTR causant la maladie mais avec des gravités diffé-rentes. Les 2/3 des malades sont porteurs de la mutation récessive F508d. Il s’agit
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Le cours
d’une délétion de l’exon TTT avec perte de la phénylalanine en position 508. La protéine est constituée de 1 480 acides aminés.
FOCUS La mucoviscidose est la maladie la plus fréquente en Europe avec une incidence variable selon les populations. En France, depuis 2002, le dépistage est systématique chez le nouveau‑né.
C. Les traitementsLa mucoviscidose est une maladie mortelle. L’évolution des traitements a permis une augmentation de l’espérance de vie qui de 7 ans en 1965 est passée à 46 ans en 2006. L’âge moyen de décès est cependant de 27 ans.
Ils consistent en :– kinésithérapie respiratoire pour le drainage bronchique ;– administration de médicaments par nébulisation, prise d’antibiotiques ;– prise de gélules contenant des enzymes digestives ;– régime hypercalorique avec complément en vitamines.
Un espoir de correction se trouve dans la thérapie génique. Il s’agit de l’apport du gène CFTR via un vecteur. Des essais ont été faits avec des virus rendus inof-fensifs et des microparticules lipidiques. Une des difficultés majeures est que les cellules épithéliales sont constamment renouvelées. Celles ayant intégré le gène sont détruites et les nouvelles ne possèdent donc pas le gène fonctionnel.
2. Les maladies multifactoriellesUn grand nombre de maladies sont dues à une interaction entre gènes et environ-nement et donc pas à déterminisme génétique absolu. L’épidémiologie cherche à déterminer les facteurs ainsi que le risque relatif associé à chacun dans l’apparition de la maladie. Le diabète de type 2 est un exemple de cette situation.
Le diabète de type 2
REMARQUE Le diabète correspond à un état d’hyperglycémie chronique auquell’Organisation mondiale de la santé donne la définition suivante :– soit une glycémie à jeun supérieure à 1,26 g/L mesurée à deux reprises ;– soit une glycémie supérieure à 2 g/L quel que soit le moment de la journée.Le diabète apparaît donc comme une défaillance du système de régulation parl’insuline.
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La prévalence du diabète dans le monde est de 8,5 % en 2014 soit, pour une population totale de 6,5 milliards d’individus, 422 millions de personnes atteintes. En France, les chiffres sont d’environ 4,7 % soit plus de 3 000 000 de diabétiques. On estime à environ 800 000 le nombre de personnes atteintes de diabète de type 2, mais non reconnues. Son augmentation est calculée à plus de 3 % par an.
Le diabète de type 2 apparaît généralement après quarante ans chez des indi-vidus majoritairement en surpoids, mais les données récentes montrent une di-minution de l’âge d’apparition. Dans ce type de diabète, la fabrication d’insuline par le pancréas est relativement préservée, cependant une carence s’installe avec le temps. L’hyperglycémie est secondaire à une insulino-résistance des cellules cibles. Le diabète de type 2 est souvent découvert tardivement. On estime la phase asymptomatique à environ cinq ans et, dans 20 % des cas, les complications sont déjà présentes lors du diagnostic. Elles sont essentiellement dues aux atteintes du système circulatoire. Les vaisseaux sanguins obstrués et/ou éclatés provoquent des nécroses dans les tissus qu’ils irriguent. Il s’en suit, entre autres, des atteintes ré-nales, cardio-vasculaires, rétiniennes.
FOCUS Le diabète est la première cause de cécité avant cinquante ans. Il provoque 5 % à 10 % d’amputations d’orteil, du pied ou de la jambe, dont les 4/5 sont dus au type 2.
Ces complications montrent bien l’importance d’un dépistage précoce.
Le traitement réside en un contrôle de la ration alimentaire avec des repas frac-tionnés et une médicamentation.
On retrouve fréquemment ce diabète dans une même famille. Quand un ju-meau monozygote est atteint, le risque pour l’autre est de 90 % à 100 % dans des conditions identiques de vie. Ces données indiquent qu’il existe des gènes de pré-disposition. On a en effet identifié une quarantaine de gènes dont certains allèles augmentent le risque lorsqu’ils sont associés entre eux. Cependant, un individu porteur ne développera pas obligatoirement la maladie.
L’environnement est aussi un facteur augmentant fortement le risque avec comme paramètres le surpoids, le manque d’activité physique, la sédentarité. Il apparaît donc qu’une hygiène de vie correcte peut minimiser le risque d’apparition du phénotype diabétique illustrant encore le concept relationnel génotype-phéno-type et environnement.
8 | Variation génétique et santé
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Le cours
3. Les cancersLes mutations qui affectent les cellules somatiques peuvent perturber profondé-ment le fonctionnement cellulaire jusqu’à modifier des processus fondamentaux de conservation de l’intégrité de l’organisme.
A. Les bases génétiques des cancersLes cancers sont des maladies génétiques multifactorielles favorisées par des fac-teurs internes et externes. Ils résultent de multiples mutations qui, s’additionnant au cours du temps, modifient le fonctionnement cellulaire.
Notre organisme est doté de systèmes permettant l’élimination des mutations et des cellules tumorales ou potentiellement tumorales. Les endonucléases réparent l’ADN. Le système immunitaire élimine les cellules cancéreuses. Le mécanisme d’apoptose permet à une cellule de se détruire en cas de dysfonctionnement grave.
Les cycles cellulaires sont contrôlés par des gènes qui régulent les multiplica-tions en fonction des besoins de l’organisme. Deux familles participent à cette équi-libre : les proto-oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeur ou anti-oncogènes. Les premiers sont des régulateurs positifs de la croissance, les seconds sont des régulateurs négatifs qui peuvent induire l’apoptose. Une accumulation de mutation sur ces gènes provoque la transformation en cellule cancéreuse.
B. Le processus de cancérisationLa cancérisation se produit lorsque les cellules réussissent à échapper aux différents contrôles. Elles possèdent alors trois grandes caractéristiques phénotypiques :
�� Immortalité : elles sont insensibles aux signaux d’apoptose.�� Transformation : perte de leur fonction initiale.�� Prolifération : plus d’inhibition de contact, plus de nécessité d’être fixée à un
support (phénomène d’ancrage), indépendance par rapport au facteurs de crois-sance.
Le résultat de ces propriétés est une multiplication anarchique qui donne :– des tumeurs localisées à l’organe dans un premier temps ;– une angiogenèse stimulée par ces cellules permettant la croissance de la tumeur dans un deuxième temps et son extension locale, par exemple de l’endomètre au myomètre ;– des métastases liées à la dissémination des cellules majoritairement par la circu-lation sanguine et lymphatique.
Les traitements consistent en des radiothérapies, des chimiothérapies et la chirurgie.
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C. Les agents mutagènes environnementauxIls sont de trois types :
�� Les substances chimiques : parmi elles, on peut citer l’alcool, certains compo-sants du tabac, les polluants atmosphériques (benzène, dioxine), l’amiante.
�� Les radiations ionisantes : UV (par création de dimère de thymine dans l’ADN).�� Certains virus: virus de l’hépatite B (cancer du foie), le papillomavirus (cancer
du col utérin)…
FOCUS Des moyens de prévention permettent de limiter l’implication de ces facteurs. Dans le cas des virus, les vaccins anti‑HB et anti‑papillo‑mavirus apparaissent comme efficaces pour diminuer l’incidence des cancers.
4. La résistance bactérienne aux antibiotiques
A. Les antibiotiquesLes antibiotiques sont des substances capables d’inhiber spécifiquement la crois-sance des micro-organismes ou de les détruire. Ils agissent à faible dose. Ils sont fabriqués par des micro-organismes ou par synthèse ou semi-synthèse chimique. Ils n’ont aucun effet sur les virus !
Les antibiotiques agissent sur les voies de biosynthèse (réplication, transcrip-tion, traduction) ou en tant qu’antagoniste métabolique ou sur la structure mem-branaire de la cellule.
Ils ont un spectre d’activité plus ou moins large qui caractérise les espèces bac-tériennes sensibles et donc leur utilisation. Si on veut cibler l’antibiotique le plus efficace contre l’agent infectieux, on doit recourir à un antibiogramme après pré-lèvement chez le malade.
B. La résistance aux antibiotiquesLa résistance est soit constitutive soit acquise par modification du génome. On trouve deux origines à la résistance acquise. Elle est liée aux mutations de gènes chromosomiques ou à l’acquisition de gènes via le transfert de plasmides.
La résistance représente un modèle de sélection naturelle. Les néomutations confèrent un avantage aux porteurs. En présence de l’antibiotique, les bactéries sen-sibles meurent. La population restante résistante transmet le caractère héréditaire.
L’utilisation massive d’antibiotiques a favorisé la sélection et l’expansion des bactéries résistantes. On connaît des souches multirésistantes qui posent un grave problème de santé publique.
8 | Variation génétique et santé
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Le cours
Entraînement Difficulté ✘ ✘ ✘ Durée 40 min
QCMSélectionnez les bonnes réponses.
A La mucoviscidose❑ a. est à déterminisme génétique dominant.❑ b. est une maladie infectieuse.❑ c. est liée à une délétion.❑ d. est une maladie monogénique.
B Dans le cas de la mucoviscidose, un couple d’hétérozygotes❑ a. a un risque sur deux d’avoir un enfant malade de cette maladie.❑ b. a un risque sur quatre d’avoir un enfant malade de cette maladie.❑ c. n’a un risque d’avoir un enfant malade que si le fœtus est de caryotype XY.❑ d. a le même risque d’avoir un enfant malade qu’un couple où un seul des parents est hétérozy-
gote.
C Un cancer❑ a. peut avoir une origine virale.❑ b. peut résulter de mutations au niveau de gènes suppresseurs de tumeurs.❑ c. n’apparaît pas si on adopte une bonne hygiène de vie (activité physique régulière, alimenta-
tion équilibrée, repos, etc.).❑ d. peut être la conséquence d’une interaction entre facteurs génétiques et environnementaux.❑ e. a moins de risque de survenir chez un individu dont un membre de sa famille a développé ce
cancer.
D Le phénomène de la résistance bactérienne aux antibiotiques❑ a. est dû à la prescription d’antibiotiques.❑ b. est dû aux modifications spontanées de certains gènes du génome bactérien.❑ c. a des conséquences graves en cas d’épidémie virale.❑ d. est sans conséquences pour la santé humaine car l’industrie pharmaceutique découvre régu-
lièrement de nouveaux antibiotiques.❑ e. peut être transmis par transfert de gènes entre bactéries.
E Les étapes de la cancérisation se déroulent selon l’ordre suivant :❑ a. migrations cellulaires, mutations cellulaires, divisions cellulaires.❑ b. mutations cellulaires, divisions cellulaires, migrations cellulaires.❑ c. divisions cellulaires, migrations cellulaires, mutations cellulaires.❑ d. mutations cellulaires, migrations cellulaires, divisions cellulaires.❑ e. migrations cellulaires, divisions cellulaires, mutations cellulaires.
F Parmi les propositions suivantes concernant le cancer du poumon, laquelle (ou lesquelles) est (ou sont) exacte(s) ?❑ a. Il ne peut survenir que chez des fumeurs.❑ b. Il est caractérisé par la prolifération anarchique de cellules pulmonaires.❑ c. Il peut être favorisé par la consommation de tabac.❑ d. Il peut être lié à une augmentation du taux d’erreurs de réplication.❑ e. Il est lié à une augmentation de la fréquence méiotique des cellules pulmonaires.
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G Si l’ADN d’une cellule eucaryote se trouve endommagé pour diverses raisons ou si l’étape de réplication s’est achevée avec un taux d’erreur anormalement élevé, la protéine p53 interviendra pour bloquer le cycle cellulaire, de manière à ce que la cellule ait le temps d’effectuer les réparations ou les corrections nécessaires. Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) corres-pond(ent) à des conséquences possibles d’une mutation du gène codant la p53 dans une cellule somatique humaine ?❑ a. Le cycle de la cellule concernée peut être accéléré.❑ b. La cellule concernée peut être à l’origine d'un cancer.❑ c. La cellule concernée peut donner par mitose deux cellules filles non viables.❑ d. La cellule concernée peut donner par mitose deux cellules filles présentant un nombre de
mutations anormalement élevé.❑ e. La cellule concernée peut former des gamètes au contenu génétique anormal.
H La résistance aux antibiotiques❑ a. repose sur l’effet d’un long contact de l’antibiotique sur l’individu bactérien. ❑ b. est un mécanisme de sélection naturelle.❑ c. s’explique par le fait que l’antibiotique finit par ne plus pénétrer dans la cellule bactérienne.❑ d. est due à l’apparition d’une mutation.
I À propos des agents mutagènes :❑ a. ils augmentent la fréquence d’apparition d’une mutation.❑ b. ils sont forcément naturels.❑ c. les UV solaires participent au processus d’évolution.❑ d. ils sont réparables en permanence dans nos cellules.❑ e. ils peuvent causer des dégâts irréparables sur l’ADN.
J La lutte contre les cancers❑ a. passe par une vaccination systématique.❑ b. passe par des dépistages précoces.❑ c. passe par une meilleure connaissance de notre génome.❑ d. peut se faire dès la puberté.
K Un antibiogramme❑ a. permet de tester les bactéries.❑ b. doit être fait pour toute infection bactérienne.❑ c. permet la recherche d’efficacité d’un antibiotique.❑ d. est facilement réalisable.
L Repérez les affirmations exactes :❑ a. L’espérance de vie est de 15 ans dans le cas de la mucoviscidose.❑ b. La prévalence du diabète de type 2 diminue dans tous les pays.❑ c. Les bactéries résistantes sont un problème de santé publique.❑ d. La pénicilline est un médicament.
M Un gène de susceptibilité❑ a. augmente le risque d’apparition d’une pathologie.❑ b. est toujours présent chez un malade.❑ c. est absent des cellules germinales.❑ d. est différent d’un gène de prédisposition.
8 | Variation génétique et santé
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Le cours
N Repérez les affirmations exactes :❑ a. Un oncogène est responsable de l’apparition d’un cancer.❑ b. Une endonucléase provoque la dégradation de l’ADN.❑ c. La radiothérapie est utilisée pour la lutte anti-cancer.❑ d. Tous les virus sont une source possible de cancer.
O Repérez les affirmations exactes :❑ a. Les antibiotiques existaient avant l’industrie du médicament.❑ b. Le phénotype diabétique est toujours héréditaire.❑ c. L’apoptose permet d’éviter des cancers.❑ d. Les maladies cardiovasculaires peuvent être considérées comme multifactorielles.
Exercice no 1La fibrose kystique du pancréas ou mucoviscidose est la maladie génétique la plus fréquente dans les populations blanches européennes et nord-américaines avec une incidence d’environ un nou-veau-né sur 1 600 à 2 500 naissances selon les ethnies considérées.L’arbre généalogique suivant est celui d’une famille où sévit cette maladie.
21I
II
III
IV
2 31 5 74 6 8
4 63 521
321 4
Homme sain Homme maladeFemme saine
A L’allèle responsable de la maladie est-il dominant ou récessif ?
B Uniquement à partir des informations contenues dans l’arbre généalogique, discutez la locali-sation chromosomique du gène responsable de la mucoviscidose.
C Le gène a été localisé sur le chromosome 7.Écrivez, en les justifiant, les génotypes certains ou possibles des individus I.1, I.2, II.3, III.4, IV.3 et IV.4.
D Sachant qu’en France un sujet sur 22 possède le génotype de I.1 :a. Calculez la probabilité, pour un couple pris au hasard, d’avoir un enfant atteint de mucoviscidose.b. Si la femme IV.3 épouse un homme sans antécédents, quelle sera pour le couple la probabilité d’avoir un enfant atteint ?c. Pourquoi le couple III.3-III.4 avait-il plus de risque d’avoir des enfants atteints ?
Exercice no 2Les documents suivants se rapportent à des familles ou groupes de population, chez lesquels des cas de diabète sucré de type 2 ont été décrits.D’après ces documents, quelle est ou quelles sont la ou les cause(s) possible(s) de ce type de dia-bète ?
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Document 1 : Arbre généalogique d’une famille dans laquelle sévit le diabète.On précise que les individus I1, III2 sont obèses ; que l’individu II1 présente un excès pondéral modéré et que les individus III2 et III3 sont des jumeaux monozygotes (III3 étant assez mince et sportif).
21Génération I
Génération II
Génération III
1 2 3 4
2 31
Document 2 : Risque relatif de développer un diabète de type 2 selon le statut pondéral et le statut génétique.
statut inDiviDuEl
Pas de diabète connu dans la famille, pas d’obésité
Pas de diabète connu dans la famille,
obésité
Diabète connu dans la famille, pas d’obésité
Diabète connu dans la famille,
obésité
risquE rElatiF Très faible + + +++
Le risque relatif est ici indiqué de manière arbitraire : + risque faible, +++ risque très élevé (supérieur à 90 %).
Document 3 : Évolution du nombre de diabètes de type 2 dans la population française.En France il existait en 1990 environ 1,5 million de diabétiques de type 2. On en compte actuel-lement environ l,8 million et, dans 20 ans, ce chiffre passera à une valeur voisine de 2,5 millions. Cette forte élévation du nombre de ces malades coïncide avec le passage à une alimentation riche en sucres et en graisses.
Corrigés
QCMA c, d. B b. C a, b, d. D b, e. E b. F b, c, d. G b, d. H b, d. I a, c, e. J b, c, d. K c, d. L c, d. M a. N a, c. O a, c, d.
Exercice no 1A I.1 et I.2 ne sont pas malades : ils ont des enfants malades (II.6 et II.8). L’allèle responsable de la maladie est donc récessif. S’il était dominant, il s’exprimerait aussi chez au moins un parent.
B L’arbre généalogique proposé révèle que seuls les garçons sont ici touchés par la maladie. On pourrait en déduire que la transmission est gonosomale et que l’allèle responsable est porté par un des chromosomes X des femmes. Les mères sont vectrices et transmettent leur X aux fils. C’est une hypothèse possible.L’hypothèse autosomale peut être également retenue. Les deux parents sont porteurs et chacun transmet l’allèle responsable de la maladie.
C C’est donc l’hypothèse autosomale qui est valide. On écrira N l’allèle normal et n l’allèle respon-sable de la mucoviscidose.I.1 : N//n – I.2 : N//n – II.3 : N//N ou N//n – III.4 : N//n – IV.3 : N//N ou N//n – IV.4 : n//n
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Le cours
D a. Couple pris au hasard : 1/22 × 1/22 × 1/4 = 1/1 936.
b. Couple formé par la femme IV.3 et un homme sans antécédent : 2/3 × 1/22 × 1/4 = 1/132
c. Le couple III.3-III.4 sont cousins ; l’allèle morbide existant dans la famille, la probabilité d’être pour chacun hétérozygote est donc supérieure à 1/22.
Exercice no 2L’analyse générale de l’arbre indique que la maladie apparaît à chaque génération. C’est un argu-ment en faveur d’un déterminisme génétique. Cependant, les deux jumeaux ne sont pas atteints alors qu’ils possèdent le même patrimoine génétique. On peut donc conclure qu’il ne s’agit pas d’un déterminisme génétique absolu. Le phénotype va donc aussi dépendre de facteurs dits environ-nementaux.Dans le document 2, il apparaît que le risque est plus élevé pour les porteurs du facteur génétique ou du facteur obésité par rapport à la population sans antécédents non obèse. La charge pondérale est un facteur augmentant le risque. Mais le risque est faible si un seul facteur est présent, ce qui explique le phénotype du jumeau sain qui lui est sportif et mince. Les individus malades de l’arbre sont en excès pondéral confirmant les données du tableau.Le risque est très élevé si les deux facteurs sont réunis confirmant qu’il s’agit d’une maladie pluri-factorielle.Le document 3 correspond à une étude épidémiologique concernant les habitudes alimentaires. Il permet d’expliquer une des causes possible de l’obésité et de faire le lien avec l’augmentation du diabète.En conclusion, le phénotype diabétique résulte d’une interaction entre gènes de prédisposition et facteurs comportementaux. Il en résulte que ce phénotype n’est pas une fatalité et que la prise en compte d’une hygiène de vie (alimentation équilibrée, activité physique modérée et régulière) permettrait de diminuer le nombre d’individus malades.
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11 | Immunologie
1. Les marqueurs cellulairesL’organisme doit reconnaître ce qui lui appartient, le « soi », de ce qui lui est étran-ger, le « non-soi », afin d’éliminer ce dernier sans endommager le soi. Il existe pour cela des molécules membranaires spécifiques : les marqueurs du soi.
A. Les marqueurs mineursLa surface des hématies ou érythrocytes est recouverte de molécules capables d’être reconnues par le système immunitaire et de déclencher une réponse immune. Ce sont les antigènes membranaires érythrocytaires. Ils sont représentés principale-ment par les systèmes sanguins ABO et Rhésus découverts suite aux problèmes rencontrés lors des transfusions sanguines.
Le système ABO correspond à la présence sur la membrane des hématies de polysaccharides spécifiques. Ces marqueurs sont, à la base, composés d’un résidu qui n’est pas antigénique et qui est associé à une protéine ou un lipide. Une partie terminale glucidique est ensuite ajoutée et représente l’élément reconnu comme antigène que l’on nomme agglutinogène. Ce dernier constitue le marqueur du groupe sanguin, soit l’agglutinogène A, soit l’agglutinogène B.
REMARQUE Leur absence ou leur présence conjointe déterminentrespectivement les groupes sanguins O et AB.
Chaîne anabolique des marqueurs AB
Précurseur Marqueur du type H Marqueur du type B
Marqueur du type A
Précurseur
moléculelipidique
N acétyl-galactosamine galactose fucose
Marqueur H Marqueur B
Ni marqueur ANi marqueur B
Marqueur A
Allèle BAllèle HAllèle O
Allèle A
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11 | Immunologie
Comme le montre la chaîne anabolique, ces sucres sont associés par l’action successive d’enzymes codées par deux gènes (H puis A ou B). Les allèles présents chez un individu déterminent les types de réactions qui peuvent avoir lieu, et donc le type d’antigène présent sur les hématies. En fonction du marqueur, l’individu possède dès la naissance des agglutinines. Ce sont des anticorps dirigés soit contre l’épitope A, soit contre l’épitope B.
Le tableau suivant résume les spécificités de chaque groupe sanguin :
grOupE sanguin agglutinOgènE DEs hématiEs agglutininE Dans lE plasma
A A anti-B
B B anti-A
AB A et B pas d’agglutinines
O pas d’agglutinogène anti-A + anti-B
REMARQUE Le marqueur Rhésus positif est dû à la présence d’un antigène D surl’hématie ; s’il est absent, l’individu est alors Rhésus négatif.
En réalité, on a identifié à ce jour plus de vingt systèmes antigéniques érythro-cytaires chez l’Homme : système ABO avec les antigènes A ou B, système Rhésus avec l’antigène D, E ou e et C ou c, système Kell avec l’antigène K ou k, etc.
B. Les marqueurs majeursLa greffe de cellules et le rejet qui s’ensuit ont permis de supposer l’existence de marqueurs différents de ceux des hématies. On distingue quatre types de greffes :– l’isogreffe : greffe entre jumeaux vrais ;– l’autogreffe : donneur et receveur sont la même personne ;– l’allogreffe ou homogreffe : greffe entre deux individus de même espèce ;– la xénogreffe ou hétérogreffe : greffe de tissus entre deux individus d’espèces différentes.
REMARQUE Les deux premiers types permettent une réussite de 100 %. Pourl’allogreffe, la vitesse de rejet est fonction du degré de parenté entre les deuxindividus. Dans le cas de la xénogreffe, on observe un rejet très rapide.
Ces marqueurs fondamentaux de l’identité de l’individu sont codés par un en-semble de gènes très polymorphes (A, B, C, DQ, DR, DP) formant le complexe ma-jeur d’histocompatibilité ou CMH. Chez l’Homme, il est situé sur le bras court du chromosome no 6 et est appelé système HLA (Human Leucocyte Antigen). Il existe très peu de probabilité d’avoir deux individus totalement identiques, c’est-à-dire histocompatibles (sauf les jumeaux vrais). Ces molécules sont des glycoprotéines que l’on regroupe en deux grandes classes : – les molécules de classe I (HLA-I), portées par la membrane des cellules nucléées de l’organisme, à quelques exceptions près telles que les neurones ;
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Le cours
– les molécules de classe II (HLA-II), localisées à la surface de certaines cellules du système immunitaire comme les lymphocytes B et les macrophages et les cellules dendritiques.
C. La notion d’antigène et de déterminant antigéniqueIl existe une très grande diversité d’éléments du non-soi : organismes parasites (champignons, bactéries), virus, toxines. Ils sont appelés antigènes lorsque, reconnus comme étrangers, ils déclenchent la mise en place d’une réponse immunitaire. En fait, ils ne sont jamais reconnus dans leur totalité, seules le sont des régions particu-lières de leurs molécules : les déterminants antigéniques ou épitopes. Dans l’exemple des groupes sanguins, l’épitope est le glucide terminal de l’agglutinogène A ou B.
2. Les cellules immunitaires
A. Les lignées cellulairesComme toutes les cellules sanguines, les cellules intervenant dans l’immunité, les leucocytes, naissent dans la moelle rouge des os. À partir de cellules souches hé-matopoïétiques multipotentes, va se différencier l’ensemble des cellules.
a. Les granulocytes ou polynucléairesLes plus abondants des leucocytes, ils possèdent un noyau multilobé et un cyto-plasme granuleux. Leur durée de vie est de deux à trois jours. Ils sont capables de traverser la paroi des capillaires en s’insinuant à travers l’endothélium vasculaire (phénomène de diapédèse) et ainsi de gagner les tissus.
On distingue :– les polynucléaires neutrophiles (50 à 80 % des leucocytes) ;– les polynucléaires éosinophiles (1 à 4 % des leucocytes) ;– les polynucléaires basophiles (0 à 1 % des leucocytes).
Les deux premiers sont des phagocytes, le troisième intervient dans les allergies.
Granulocytes vus au microscope optique et schéma d’interprétation
lysosome
granulede sécrétion
noyaumultilobé
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11 | Immunologie
b. Les monocytesCes grosses cellules à noyau réniforme (2 à 10 % des leucocytes) jouent un rôle capi-tal en immunologie. Elles peuvent vivre longtemps. Elles sont douées d’un grand pouvoir phagocytaire suite à leur migration dans les tissus et à leur transformation en macrophages. Ces derniers présenteront, grâce à leurs molécules HLA, l’anti-gène aux lymphocytes T déclenchant ainsi les mécanismes immunologiques. Ces macrophages portent alors le nom de cellules présentatrices de l’antigène (les CPA).
Monocytes vus au microscope optique et schéma d’interprétation
lysosome
noyauréniforme
c. Les cellules dendritiquesElles ont une origine médullaire. On les trouve dans les tissus et les organes lym-phoïdes secondaires. Ce sont des phagocytes et des cellules présentatrices d’anti-gènes.
Cellule dendritique activée vue au microscope optique et schéma d’interprétation
dendrite
noyau
d. Les mastocytesIls sont issus de la moelle osseuse et sont présents dans les tissus. Leur granulation contient des molécules ayant des rôles variés dans les réactions inflammatoires. On retrouve aussi leur intervention dans les réactions allergiques par libération d’histamine.
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Le cours
Mastocyte vu au microscope électronique et schéma d’interprétation
grain desécrétion
noyau
e. Les lymphocytesIls forment 20 à 40 % des globules blancs. Ce sont des cellules arrondies, plus petites que les autres leucocytes, avec un noyau volumineux et un fin cytoplasme. Les lymphocytes se démarquent des cellules précédentes par le fait qu’ils peuvent stoc-ker des informations sur les antigènes qu’ils ont rencontrés (fonction mémoire). Ils sont mobiles mais ne phagocytent pas. 80 % des lymphocytes circulants chez l’adulte ont une longue durée de vie et correspondent à des lymphocytes mémoires. Le taux de lymphocytes naïfs diminue avec l’âge.
Lymphocyte vu au microscope optique et schéma d’interprétation
cytoplasme
noyau
On en distingue trois types :
�� Les cellules natural killer (NK) : D’origine mal connue, ils interviennent non spécifiquement dans la destruction de toutes cellules étrangères y compris celles infectées par les microbes et virus et les cellules anormales comme les cellules can-céreuses.
�� Les lymphocytes B : Intervenant dans la réponse spécifique à médiation humorale (RISMH), certains d’entre eux, après transformation en plasmocytes, sécréteront les anticorps.
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11 | Immunologie
Plasmocyte vu au microscope optique (gauche) et électronique (droite)
Plasmocyte : schéma d’interprétation
réticulumendoplasmiquerugueux
noyau
�� Les lymphocytes T : Responsables de l’immunité spécifique, ils se divisent en plusieurs sous-populations :– les LT4 intervenant dans les réponses immunitaires spécifiques à médiation cel-lulaire (RISMC) et humorale (RISMH) et dont l’action est stimulante après trans-formation en lymphocytes T auxiliaires ou helper (LTh) ;– les LT8, cellules effectrices de l’immunité spécifique à médiation cellulaire après transformation en lymphocytes T cytotoxiques (LT8c) ;– les lymphocytes T suppresseurs (LTs), dont l’action est freinatrice.
B. Les récepteurs des lymphocytes
FOCUS L’ensemble des récepteurs représente le répertoire immuni-taire de l’individu.
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