Exercices corrigés en vidéo

De la théorie cellulaire aux nano médicaments

Exercice : De la théorie cellulaire aux nano médicaments

 

Énoncé

Découverte de la cellule et de la membrane plasmique

C’est en 1838, avec le botaniste Matthias Jakob Schleiden et le zoologiste Theodor Schwann, que la notion de cellule est formalisée dans le cadre de la théorie cellulaire.

 

Document 1. Observations microscopiques de cellules

 

Questions

1. À partir des photographies du document 1, déterminer la taille (dimension la plus longue) d’une cellule de chaque type (a, b et c) en explicitant vos calculs.

2. Identifier la ou les observations du document 1 qui auraient pu être faites avec le matériel de l’époque de Schleiden et Schwann.

3. Expliquer en quoi de telles observations ont permis de formuler la théorie cellulaire.

 

Document 2. La découverte de la membrane

Au début du XXe siècle, les chercheurs commencent à s’accorder sur l’existence d’une structure délimitant les cellules, bientôt désignée sous le terme de membrane plasmique. En 1899, le britannique Everton en étudiant la perméabilité de cellules d’algues à différentes molécules déduit que la membrane est constituée de lipides, ce qu’ont confirmé des analyses chimiques au début du XXe siècle.

En 1925, Gortel et Grendel réalisent une expérience pour comprendre l’organisation de cette membrane. Ils prélèvent les globules rouges dans 1 mL de sang, les comptent puis évaluent la surface totale de l’ensemble de leur membrane. Ils extraient ensuite les lipides des globules rouges. Seule la membrane plasmique des globules rouges contient des lipides car ils ne contiennent pas d’organites possédant des membranes lipidiques (ni noyau, ni mitochondries).

Ces lipides sont ensuite versés dans une cuve remplie d’eau, formant un film (simple couche de lipides) à la surface de l’eau. Un système de barre déplaçable permet ainsi d’évaluer la surface du film lipidique.

 

Question

4. À partir des informations apportées par le document 2 et de vos connaissances, choisir la bonne proposition parmi les séries de quatre ci-dessous :

c. Les globules rouges sont différents des cellules a et b observées dans laquestion 1 car :

Ils ne contiennent pas de membrane.
Ils ne contiennent pas de lipides.
Ils ne contiennent pas de noyau.
Ils contiennent différents types de membranes.

d. L’expérience de Gortel et Grendel montre que la membrane des globules rouges :

Est constituée d’une simple couche de lipides.
Est constituée d’une double couche de lipides.
Est deux fois plus fine que les membranes des autres cellules.
Est deux fois plus épaisse que la membrane des autres cellules.

c. La membrane plasmique est constituée :

De protéines uniquement.
De phospholipides et de protéines.
D’ADN et de phospholipides.
De phospholipides uniquement.

Peintures et gravures de la grotte Chauvet

Exercice : De la théorie cellulaire aux nano médicaments

 

Énoncé

La grotte Chauvet, découverte en décembre 1994, s’ouvre au pied d’une falaise bordant les gorges de L’Ardèche. Elle contient de nombreuses peintures et gravures mais ne semble pas avoir servi d’habitat car les outils de silex et les restes de faune apportés par les humains sont rares.

 

Document 1. Photographies de deux œuvres de la grotte Chauvet

On cherche à associer la peinture de chevaux, aurochs et rhinocéros (document 1a) à l’une des phases d’occupation de la grotte. Pour cela, on utilise une méthode de datation basée sur la désintégration des noyaux radioactifs.

L’évolution du nombre de noyaux radioactifs d’une composition donnée au cours du temps suit une loi de décroissance représentée dans le document ci-dessous.

 

Questions

1. Rappeler la définition de la demi-vie t1/2 associée à cette désintégration radioactive. Faire apparaître la construction graphique permettant de repérer la valeur de la demi-vie du noyau.

 

2. La grotte a connu deux phases d’occupation, l’une à l’Aurignacien (entre 37 000 et 33 500 années avant aujourd’hui), l’autre au Gravetien (31 000 à 28 000 années avant aujourd’hui). Il existe de nombreux noyaux radioactifs mais leur demi-vie est différente (exemples donnés dans le document 2).

Noyaux radioactifs

Demi-vie (années)

Uranium 238

4,4688 x 109

Uranium 235

7,03 x 108

Potassium 40

1,248 x 109

Carbone 14

5,568 x 103

Iode 131

2 x 10-2

Déterminer le noyau radioactif dont la demi-vie est la mieux adaptée pour dater l’occupation de la grotte. Justifier.

 

3. Le charbon de bois est obtenu à partir du bois, qui est un matériau d’origine végétale. La peinture des chevaux (document 1a) a été réalisée sur les parois de la grotte avec du charbon de bois. On rappelle que le carbone radioactif (14C) est présent naturellement dans le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique.

Préciser le phénomène qui permet aux végétaux de fixer le carbone atmosphérique au sein de leur matière organique.

 

4. Après la mort du végétal ou son prélèvement par l’être humain, le végétal n’échange plus du carbone avec l’atmosphère.

a. Compléter le document représentant la désintégration de 14C au sein du charbon de bois.

b. Indiquer si, en principe, la datation pourrait être réalisée avec un échantillon comprenant initialement un seul noyau de 14C, en admettant que l’on dispose d’appareils susceptibles de détecter la présence d’un seul noyau de 14C.

 

5.a. Sachant qu’il ne reste que 2.34 % du 14C initial dans le charbon de la peinture, donner un encadrement en nombre entiers de demi-vies de la date de la mort du bois qui a servi – sous forme de charbon de bois – à réaliser la peinture.

b. On utilise le document ci-contre, dans lequel on prend comme origine des âges l’instant correspondant à 5 demi-vies du 14C, pour lequel N0 représente 3.13 % du nombre initial de noyaux de 14C présents dans le charbon de la peinture. Déterminer graphiquement en années la durée nécessaire pour que le pourcentage de 14C restant dans le charbon de bois passe de 3.13 % à 2.34 %.

c. Indiquer si cette peinture a été faite lors de l’occupation de l’Aurignacien ou au Gravettien. Justifier.

 

6. Au sein de cette grotte, on trouve également des gravures réalisées dans le calcaire (exemple de a gravure du hibou moyen-duc, document 1b).

La méthode précédente ne peut pas être utilisée pour la dater. Proposer une explication.

Membrane cellulaire et traitements anticancéreux

Exercice : Membrane cellulaire et traitements anticancéreux

 

Énoncé

Document 1 : Les nanotechnologies au service de la médecine

a. Principe et intérêt des nano vecteurs

Lors des traitements anticancéreux classiques, des doses importantes de médicament sont ingérées car seule une petite partie est efficace et atteint l’organe malade. Aussi, d’autres organes peuvent être touchés, occasionnant de nombreux effets secondaires (perte de cheveux par exemple). Pour limiter ces effets, il faudrait que le médicament agisse uniquement sur les cellules ciblées ce qui permettrait aussi de réduire la dose ingérée. Enfermer le médicament dans un nano vecteur lipidique pourrait être la solution !

 

b. Deux types de vecteurs lipidiques

Schéma des deux types de vecteurs et détail d’un phospholipide

Deux types de vecteurs lipidiques peuvent enfermer un médicament. Ils sont obtenus en agitant vigoureusement un mélange d’eau et de phospholipides.

Des marqueurs protéiques appropriés peuvent être rajoutés dans leur enveloppe pour qu’ils soient reconnus par les cellules cibles. Ils permettent la fusion de la vésicule et de la membrane plasmique (de même nature), libérant le contenu de la vésicule directement dans la cellule cible.

 

Questions

1. À partir des informations fournies par le document, expliquer en quoi l’utilisation des vecteurs lipidiques est intéressante pour administrer les médicaments anticancéreux.

2. En utilisant vos connaissances, choisir le type de vecteur le plus pertinent pour transporter un médicament anticancéreux hydrophile.