Pearson Edexcel · International A-Level · Biology

Un globule rouge quittant votre poumon transporte de l'oxygène lié à l'hémoglobine, emprunte une artère, traverse un capillaire plus étroit que lui-même, libère l'oxygène vers une cellule respirante, et revient par une veine. Chaque structure de ce trajet est constituée des molécules introduites dans cette unité, et chaque question d'examen liée demande de relier la structure à la fonction.

WBI11 Molécules, Alimentation, Transport et Santé est la première unité IAS : une épreuve écrite de 1 heure 30 minutes, comportant 80 points, toutes obligatoires. Elle évalue le Sujet 1 (Molécules, Transport et Santé) et le Sujet 2 (Membranes, Protéines, ADN et Expression génique). Prévoyez des questions basées sur des données issues d'études de santé, des calculs en notation scientifique et des réponses développées nommant des structures et expliquant des mécanismes.

L'eau est le milieu de transport car c'est un solvant polaire. Dans une molécule d'eau, l'oxygène attire les électrons partagés plus fortement que l'hydrogène : chaque liaison O–H possède une extrémité légèrement négative en O et une extrémité légèrement positive en H. C'est la nature de dipôle de l'eau. Les charges opposées entre molécules voisines forment des liaisons hydrogène, et les particules polaires ou chargées (glucose, ions sodium, acides aminés) se dissolvent car l'eau s'agglomère autour d'elles.

Les glucides sont assemblés et dissociés par deux réactions :

• Condensation élimine une molécule d'eau alors qu'une liaison glycosidique se forme entre deux sucres.
• Hydrolyse ajoute de l'eau pour rompre cette liaison.

Deux molécules de glucose condensent pour former du maltose ; glucose plus fructose donnent du saccharose ; glucose plus galactose donnent du lactose. Les longues chaînes forment des polysaccharides : amylose (liens 1,4, s'enroule en hélice, compacte), amylopectine et glycogène (chaînes 1,4 avec ramifications 1,6 ; le glycogène est le stock animal dans le foie et les muscles). Les ramifications offrent de nombreuses extrémités de chaîne, permettant une libération rapide de glucose ; l'hélice permet de loger beaucoup d'énergie dans un petit espace.

Expérience centrale 1 : estimation de la concentration en sucre et en amidon

Les sucres réducteurs réduisent le réactif de Benedict bleu lors du chauffage, formant un précipité brique rouge. Pour estimer une concentration inconnue, comparer la couleur à des standards de concentration connue, ou lire la solution dans un colorimètre.

Exemple résolu. Des standards de 0, 0.5, 1, 2 et 4 % de glucose fournissent des absorbances 0.02, 0.09, 0.18, 0.35, 0.64. Une inconnue donne 0.58. Sur la section linéaire, chaque 1 % ajoute environ 0.16 d'absorbance, donc l'inconnue est proche de $0.58/0.16 \approx 3.6\%$. Lire au-delà des standards (extrapoler après 4 %) est moins fiable que mesurer à l'intérieur — point que les examinateurs aiment que vous mentionniez. L'iode devient bleu-noir avec l'amidon ; l'intensité du bleu-noir donne une estimation similaire pour l'amidon.

Un triglycéride est composé d'un glycérol et de trois acides gras, liés par trois réactions de condensation formant des liaisons ester. Les acides gras saturés n'ont pas de doubles liaisons C=C : les chaînes droites s'empilent étroitement, donc les graisses animales sont solides à température ambiante. Les acides insaturés ont une ou plusieurs doubles liaisons qui tordent la chaîne, l'empilement est plus lâche, et les huiles sont liquides. Les lipides stockent plus d'énergie par gramme que les glucides car ils sont plus réduits.

La diffusion ne fournit aux cellules qu'à quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur. Un grand organisme a besoin de transport massique : une pompe et des tuyaux transportant l'approvisionnement et les déchets de chaque cellule. Les trois types de vaisseaux correspondent à trois fonctions :

Le cœur mammifère est deux pompes en un organe. Le côté droit envoie le sang aux poumons ; le côté gauche, avec la paroi ventriculaire plus épaisse, envoie le sang au corps. Les oreillettes reçoivent ; les ventricules distribuent. Les artères coronaires alimentent le muscle cardiaque lui-même — son obstruction provoque une infarctus.

Le cycle cardiaque

Une battement comprend trois phases. Systolie auriculaire comprime le dernier sang dans les ventricules. Systolie ventriculaire élève la pression ventriculaire au-dessus de la pression artérielle, les valves semi-lunaires s'ouvrent, et le sang est expulsé. Diastole relâche le muscle, la pression baisse, les valves semi-lunaires se referment violemment (deuxième bruit cardiaque), et les cavités se remplissent depuis les veines.

Lisez la figure comme le ferait un examinateur : l'état des valves est déterminé par la différence de pression, jamais par une consigne. Les valves atrio-ventriculaires s'ouvrent lorsque la pression auriculaire dépasse la pression ventriculaire ; les valves semi-lunaires s'ouvrent lorsque la pression ventriculaire dépasse la pression aortique.

L'hémoglobine est une protéine composée de quatre chaînes polypeptidiques, chacune repliée autour d'un groupe hème portant un ion Fe²⁺ qui lie une molécule O₂ — soit quatre au total. La liaison du premier oxygène modifie la forme de toute la molécule et facilite les liaisons suivantes : la liaison coopérative donne à la courbe de dissociation de l'oxygène sa forme en S peu profonde puis raide.

Dans les poumons (pO₂ élevée), la courbe s'aplatit près de 100 % de saturation. Dans les tissus au repos, vers 1–2 kPa, la courbe est raide, donc une faible chute de pO₂ libère une grande quantité d'oxygène — exactement là où il est nécessaire. Lorsque les tissus respirent intensément, ils dégagent plus de dioxyde de carbone ; les ions hydrogène se lient à l'hémoglobine et déplacent toute la courbe vers la droite (effet Bohr), forçant encore plus d'oxygène à être libéré dans les tissus les plus actifs.

Vérification corrigée. À pO₂ 2 kPa, la courbe normale indique environ 30 % de saturation et la courbe déplacée environ 15 % — l'hémoglobine retient seulement environ un tiers de l'oxygène à cette pression partielle, de sorte que la plupart de ses quatre sites sont libérés vers les tissus plus tôt.

L'athérosclérose débute par une lésion de l'endothélium tapissant une artère. La réponse inflammatoire s'intensifie, les lipoprotéines de basse densité envahissent, les muscles lisses et le tissu conjonctif forment une plaque, l'artère se rétrécit et se durcit, et un caillot peut finalement la bloquer ou se détacher.

La coagulation elle-même est une cascade. Les dommages libèrent la thromboplastine, qui (avec les ions calcium) convertit la protéine plasmatique soluble prothrombine en enzyme thrombine ; la thrombine convertit le fibrinogène soluble en réseau insoluble de fibrine qui piège les plaquettes et les cellules.

La pression artérielle est rapportée sous la forme systolique sur diastolique. L'hypertension, le tabagisme, le taux élevé de cholestérol LDL sanguin, l'alimentation, la sédentarité, l'âge, le genre et la génétique sont des facteurs de risque — et ils se multiplient, pas s'additionnent : deux risques modérés peuvent avoir plus d'impact qu'un seul risque sévère.

Lire les données sur les risques sanitaires

Les questions 8 et 9 de chaque épreuve se trouvent ici. Quatre habitudes couvrent presque tous les points :

• La corrélation n'est pas la causalité. Deux variables évoluant ensemble peuvent partager une cause cachée, ou le lien peut être dû au hasard.
• Évaluez l'étude : quelle était la taille de l'échantillon ? Comment a-t-il été sélectionné ? Qu'a-t-on contrôlé ? Était-ce en aveugle ? Y a-t-il des facteurs de confusion tels que l'âge ou le tabagisme ?
• Faites les calculs soigneusement : pourcentage de variation, rapports en notation standardisée, taux par habitant.
• Demandez qui ou quoi manque : non-répondeurs, études non publiées, lignes extrapolées.

Vérification corrigée. Une étude trouve que la maladie parodontale corrèle avec les lésions endothéliales. Avant de prétendre que l'une cause l'autre, vous souhaiteriez un mécanisme, un motif dose-réponse, et des facteurs de confusion (alimentation, tabagisme, âge) exclus — et la question « les groupes ont-ils été appariés pour la tension artérielle ? » est précisément une question sur les facteurs de confusion.

L'équilibre énergétique détermine la masse corporelle. Le surpoids et l'obésité sont dépistés par l'IMC (masse en kg divisée par la taille en mètres au carré ; 18.5–24.9 est la fourchette saine) et le rapport tour de taille/tour de hanches (WHR). Les graisses saturées alimentaires augmentent le cholestérol LDL sanguin ; les graisses insaturées et les fibres solubles le diminuent.

Vérification corrigée. Une femme de masse 74 kg et de taille 1.66 m : IMC $= 74 / 1.66^2 = 74/2.76 = 26.8$ — juste dans la catégorie surpoids. Tour de taille 84 cm et tour de hanches 98 cm donnent un ratio taille/hanches (WHR) $= 84/98 = 0.86$.

Tous les traitements comportent des risques en plus des bienfaits :

• Antihypertenseurs (bêta-bloquants, inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine, diurétiques) abaissent la tension artérielle.
• Statines (par exemple simvastatine) bloquent une enzyme hépatique dans la synthèse du cholestérol, afin que les cellules prélevent le LDL sanguin.
• Anticoagulants (warfarine) et médicaments antiplaquettaires (aspirine) réduisent la coagulation, augmentant ainsi le risque de saignement.

Une question vous demandant de « discuter » exige les deux points de vue ainsi qu'un jugement ancré dans les données fournies.

Toute surface d'échange est une membrane effectuant des échanges contrôlés. Le modèle fluide en mosaïque est l'image acceptée : une bicouche phospholipidique (fluide car les queues peuvent glisser), parsemée de protéines intrinsèques qui traversent la bicouche (canaux, transporteurs), de protéines extrinsèques, de cholestérol régulant la fluidité, et de glycoprotéines et glycolipides pour la reconnaissance.

Quatre voies de transport :

• Diffusion — mouvement net le long d'un gradient de concentration, sans ATP.
• Diffusion facilitée — le long du gradient à travers une protéine canal ou transporteur.
• Transport actif — contre le gradient, alimenté par l'ATP, via des transporteurs changeant de forme.
• Osmose — eau se déplaçant de potentiel hydrique élevé vers faible à travers une membrane semi-perméable. L'endocytose et l'exocytose déplacent du matériel volumineux dans des vésicules.

Pour la diffusion, loi de Fick : le taux est proportionnel à (surface × différence de concentration) ÷ distance de diffusion. Les surfaces d'échange gazeux répondent aux trois critères : grande surface, gradient maintenu, et paroi d'une ou deux cellules d'épaisseur. C'est pourquoi alvéoles, capillaires et branchies de poisson ont cette apparence.

Un acide aminé porte un groupe amine, un groupe carboxyle, un hydrogène et un groupe R sur un carbone central ; deux s'unissent par une liaison peptidique lors d'une réaction de condensation. La structure primaire est la séquence ; des liaisons hydrogène la torsadent en structure secondaire ; davantage de liaisons hydrogène, ioniques et disulfure replient la tertiaire ; des chaînes séparées s'assemblent en quaternaire — l'hémoglobine en est l'exemple classique.

Une enzyme est une protéine dont le site actif correspond à la forme d'un substrat spécifique. La liaison n'est pas rigide : le modèle d'ajustement induit fait fléchir tant la molécule que le site jusqu'à complémentarité. C'est pourquoi température et pH modifient le taux — ils agissent sur la structure tertiaire — et pourquoi le site actif est spécifique.

Les inhibiteurs compétitifs se lient au site actif et sont surpassés lorsque la concentration en substrat augmente ; les inhibiteurs non compétitifs se lient ailleurs et déforment le site, donc le taux diminue quelle que soit la concentration.

Vérification corrigée. Q10 est citée à 2.4 : entre 10 °C et 20 °C, le taux est 2.4 fois plus rapide ; entre 45 °C et 55 °C, ce même facteur signifie que l'enzyme dénaturée s'effondre à un rythme croissant. Q10 décrit uniquement ; elle n'explique pas.

Un mononucléotide est composé d'un pentose (désoxyribose ou ribose), d'un groupe phosphate et d'une base azotée. La condensation entre le phosphate et le sucre de nucléotides voisins forme un brin maintenu par des liaisons phosphodiester. L'ADN est constitué de deux brins antiparallèles : A s'apparie avec T (deux liaisons hydrogène), G avec C (trois), formant une double hélice torsadée.

La réplication est semi-conservative : l'hélicase déroule les deux brins, chacun servant de matrice, et la DNA polymérase assemble les nucléotides libres dans la direction 5' vers 3'. Meselson et Stahl ont cultivé des bactéries d'abord sur de l'azote lourd ¹⁵N puis léger ¹⁴N ; après un cycle de réplication, tout l'ADN avait une densité intermédiaire, et après deux cycles, la moitié était légère — exactement ce que prédit la réplication semi-conservative, excluant les autres modèles.

Un gène est une séquence de bases codant pour une séquence d'acides aminés. Le code est triplet : trois bases par acide aminé. Il est non chevauchant (lu en groupes successifs), déterminé (la plupart des acides aminés possèdent plusieurs codons, rendant certaines mutations silencieuses), et contient des codons de départ et d'arrêt.

Vérification worked. Un gène de 300 paires de bases codant une protéine de 99 acides aminés plus un codon d'arrêt : $99 \times 3 + 3 = 300$. ✓

Transcription : l'ARN polymérase se lie au gène, utilise un brin comme matrice et synthétise l'ARNm. Traduction : dans le cytoplasme, un ribosome lit les codons de l'ARNm, et les molécules d'ARNt dont les anticodons s'apparent aux codons apportent les acides aminés dans l'ordre ; des liaisons peptidiques les unissent.

Mutations issues d'erreurs de réplication. Une substitution échange une base : un seul acide aminé change, ou rien ne change (dû à la détermination). Une insertion ou délétion ajoute ou retire une base et décale tous les cadres de lecture suivants — un cadre de lecture décalé — détruisant généralement la protéine.

La mucoviscidose est le modèle du cours : la délétion de trois bases supprime une phénylalanine de la protéine CFTR, empêchant le transport du chlorure, épaississant le mucus et obstruant les voies respiratoires. L'allèle est récessif : les porteurs sont sains. Le dépistage génétique permet d'identifier les porteurs, de tester les embryons (diagnostic génétique préimplantatoire) ou les fœtus (amniocentèse, prélèvement des villosités choriales). Les questions de dépistage soulèvent toujours des enjeux éthiques : qui est testé, qui est informé, et le sort d'un résultat positif.

1. Expliquez pourquoi l'amylopectine libère du glucose plus rapidement que l'amylose, en vous référant aux liaisons et aux extrémités des chaînes.
2. Calculez l'IMC d'un homme de 91 kg mesurant 1.83 m et classez-le.
3. Pendant la systole ventriculaire, quels valves sont ouvertes et quelles valves sont fermées, et pourquoi ?
4. La saturation en oxygène à 4 kPa passe d'environ 60 % à environ 34 % lorsque CO₂ augmente. Expliquer la cause moléculaire.
5. Décrivez la cascade de coagulation dans l'ordre, depuis les dommages endothéliaux jusqu'à la formation de fibrine.
6. Une étude rapporte que les personnes mangeant plus de yaourt ont moins d'infarctus. Énumérez trois vérifications à effectuer avant d'accepter une affirmation causale.
7. Expliquez pourquoi un inhibiteur compétitif réduit la vitesse de réaction à faible concentration de substrat mais pas à très haute concentration.
8. Meselson et Stahl ont écarté la réplication conservatrice. Quelle observation, après un seul cycle, a suffi à le prouver ?
9. Une mutation décalant le cadre de lecture est généralement plus grave qu'une substitution. Expliquez pourquoi, en utilisant les mots triplet et déterminé.
10. Citez deux avantages et deux risques du dépistage génétique chez les porteurs de mucoviscidose.

Réponses : 1 beaucoup de points de ramification 1,6 offrent de nombreuses extrémités de chaîne pour que les enzymes attaquent simultanément ; 2 $91/1.83^2 = 27.2$, surpoids ; 3 valves atrio-ventriculaires fermées, valves sémi-lunaires ouvertes, car la pression ventriculaire dépasse celle de l'aorte mais pas celle provenant des oreillettes ; 4 ions hydrogène issus de CO₂ se lient à l'hémoglobine, changeant sa forme et réduisant son affinité pour l'oxygène (effet Bohr) ; 5 les dommages exposent le collagène, les plaquettes et les cellules endommagées relâchent la thromboplastine, la thromboplastine + Ca²⁺ convertissent la prothrombine en thrombine, la thrombine convertit le fibrinogène en fibrine, le réseau de fibrine piège les cellules ; 6 taille d'échantillon et sélection, facteurs confondants comme l'âge/l'exercice/alimentation, comparaison aveugle, mécanisme ou relation dose-réponse ; 7 l'inhibiteur entre en compétition pour le site actif, donc à très haute concentration de substrat, presque chaque collision avec le site implique un substrat ; 8 après un cycle, tout l'ADN formait une seule bande intermédiaire — le modèle conservatif prévoit une bande lourde et une bande légère ; 9 un décalage de cadre modifie tous les triplets après la mutation, donc toute la protéine à partir de ce point a une séquence d'acides aminés différente, tandis que la dégénérescence permet à de nombreuses substitutions de ne rien changer ; 10 avantages — planification familiale éclairée, traitement précoce ou changement de mode de vie ; risques — anxiété, discrimination par les assureurs ou employeurs, faux positifs ou négatifs.

Vous avez commencé comme une seule cellule œuf fécondée. Cette unité explique comment cette cellule s'est divisée, comment les copies ont été mélangées et réduites de moitié pour former des gamètes, comment des gènes identiques sont devenus différents tissus, et comment la diversité qui en résulte est comptée, classée et — de plus en plus — défendue. C'est l'unité des microscopes, des calculs et des définitions exécutés avec précision.

WBI12 Cellules, Développement, Biodiversité et Conservation est la deuxième unité IAS : 1 heure 30 minutes, 80 points, toutes obligatoires. Elle évalue le Sujet 3 (Structure cellulaire, Reproduction et Développement) et le Sujet 4 (Structure et fonction des plantes, Biodiversité et Conservation). Attendez-vous à des diagrammes étiquetés, des calculs de microscope et d'agrandissement, l'indice de diversité et des questions de Hardy–Weinberg, ainsi que des réponses longues sur l'évaluation de la conservation.

Une cellule eucaryote est un ensemble de compartiments spécialisés :

Les cellules s'organisent en tissus (cellules similaires), organes (tissus coopérant) et systèmes d'organes. Une cellule procaryote ne possède aucun organe membranosaire : elle a une paroi cellulaire, une capsule muqueuse, une seule molécule d'ADN circulaire ainsi que des plasmides, des ribosomes 70S, et parfois un flagelle.

L'agrandissement indique à quel point l'image est plus grande ; la résolution est la séparation minimale encore visible comme deux entités distinctes. Les microscopes optiques résolvent environ 200 nm ; les faisceaux d'électrons, de longueur d'onde bien plus courte, atteignent quelques nanomètres — mais nécessitent des coupes minces colorées (MET) ou des surfaces recouvertes d'or (MEB). $M = \text{image size} / \text{actual size}$, en veillant à l'homogénéité des unités.

Exemple résolu. Une mitochondrie mesure 14 mm sur une photographie légendée ×20 000. Longueur réelle $= 14\,000\ \mu\text{m} / 20\,000 = 0.7\ \mu$m. Un noyau dont on doit observer la double membrane nécessite un microscope électronique : les deux membranes sont situées plus près l'une de l'autre que la résolution d'un microscope optique.

La méiose correspond à deux divisions successives après une seule réplication de l'ADN, produisant quatre cellules haploïdes génétiquement différentes à partir d'une seule cellule diploïde. Deux processus créent la variabilité :

• L'assortiment indépendant — chaque paire d'homologues s'aligne et se sépare au hasard lors de la méiose I ; chaque gamète reçoit l'un de chaque paire, venant soit du père, soit de la mère au hasard ($2^n$ combinaisons).
• Le crossing-over — en prophase I, les chromatides homologues échangent des segments, mélangant les allèles au sein des paires de chromosomes.

Les gamètes mammaliens sont spécialisés pour la livraison et l'approvisionnement : le spermatozoïde porte un acrosome (enzymes digestives), une pièce intermédiaire de mitochondries et un flagelle ; l'œuf contribue à peu près tout le cytoplasme et une zona pellucida qui bloque les spermatozoïdes supplémentaires après la réaction corticale. Chez les plantes à fleurs, le tube pollinique livre deux noyaux mâles : l'un féconde l'œuf, l'autre les noyaux polaires — double fécondation.

La mitose produit deux cellules diploïdes génétiquement identiques : croissance, réparation, reproduction asexuée. L'interphase ($G_1$, S — réplication de l'ADN, $G_2$) occupe la majeure partie du cycle ; la mitose elle-même comprend la prophase (condensation des chromosomes, formation du fuseau), la métaphase (alignement des chromosomes à l'équateur), l'anaphase (faisceaux du fuseau tirant les chromatides vers les pôles), la télophase (reformation des membranes nucléaires), puis la cytokinèse.

L'index mitotique $=$ cellules en mitose $\div$ nombre total de cellules comptées. Des valeurs élevées dans une biopsie tissulaire indiquent une division rapide — un signe de cancer.

Vérification corrigée. Une préparation d'apex radiculaire montre 36 sur 450 cellules en mitose : index $= 36/450 = 0.08 = 8\%$. Si le cycle dure 20 heures, la mitose occupe $0.08 \times 20 = 1.6$ heures.

Une cellule souche totipotente peut former un organisme entier (premières divisions du zygote) ; une cellule pluripotente (blastocyste interne) peut former n'importe quel tissu mais pas l'organisme entier. La différenciation se fait par expression différentielle des gènes : chaque cellule conserve le génome complet, mais chaque type n'active que sa propre sous-ensemble. Un gène peut produire plusieurs protéines par modification post-transcriptionnelle — choix d'épissage de l'ARN pré-messager. Le phénotype final reflète aussi l'environnement (la taille nécessite à la fois des gènes et une nutrition) et, pour de nombreux traits, plusieurs gènes agissant ensemble (héritage polygénique donnant une variation continue).

Les cellules végétales ajoutent une paroi cellulosique paroi cellulaire reliée aux voisines par des plasmodesmes. Les chaînes de cellulose forment des microfibrilles dont l'agencement entrecroisé confère une résistance à la traction ; l'épaississement secondaire avec lignine renforce et imperméabilise.

L'eau et les ions importent au-delà de la boisson : le nitrate construit les acides aminés, le calcium lie croise la pectine dans les parois et signale à l'intérieur des cellules, le magnésium est au cœur de la chlorophylle — une carence jaunit les feuilles.

La classification classe la vie selon des caractéristiques partagées ; le système à trois domaines (Bactéries, Archées, Eucaryotes) repose sur des preuves moléculaires — séquences d'ARN ribosomique — qui ont révélé que les Archées sont plus proches de nous que des bactéries. Dans un habitat, la diversité a deux mesures :

• Richesse spécifique — combien d'espèces.
• Indice de diversité — $D = \dfrac{N(N-1)}{\sum n(n-1)}$, où $N$ est tous les individus et $n$ le compte de chaque espèce. Plus $D$ est élevé, plus c'est diversifié.

Vérification corrigée. Habitat A : 3 espèces avec effectifs 40, 35, 25 ($N = 100$). $D = 100 \times 99 / (40 \times 39 + 35 \times 34 + 25 \times 24) = 9900 / (1560 + 1190 + 600) = 9900/3350 = 2.96$. Habitat B : 3 espèces, effectifs 90, 6, 4 : $D = 9900/(8010 + 30 + 12) = 1.23$. Même richesse, équilibre très différent — $D$ révèle ce que la richesse seule ne montre pas.

Au sein d'une même espèce, l'indice d'hétérozygotie $H =$ (nombre d'hétérozygotes) $\div$ (nombre d'individus) mesure la variabilité génétique. Une espèce qu'on ne trouve nulle part ailleurs est endémique — et son habitat insulaire la rend à la fois précieuse et fragile.

Une niche écologique correspond au mode de vie d'une espèce : son rôle, ses exigences et ses tolérances. Les adaptations se classent en trois registres — anatomiques (fourrure épaisse), physiologiques (variantes enzymatiques) et comportementales (timing des migrations).

L'équation de Hardy-Weinberg suit les fréquences alléliques dans une grande population à reproduction aléatoire, sans sélection, migration ni mutation :

$q^2$ = fréquence du génotype homozygote récessif. Si 4 % d'une population présente le phénotype récessif, alors $q^2 = 0.04$, donc $q = 0.2$, $p = 0.8$, et les porteurs sont $2pq = 0.32$.

Vérification appliquée. Sur 500 renards, 45 sont homozygotes récessifs : $q^2 = 0.09$, $q = 0.3$, $p = 0.7$. Nombre attendu de porteurs $= 2pq \times 500 = 0.42 \times 500 = 210$.

Les questions sur la conservation exigent un équilibre. Les zoos et les banques de graines préservent les espèces contre l'extinction et organisent la reproduction en captivité, mais consomment de l'espace, font perdre les comportements naturels et concernent peu d'individus ; la protection de l'habitat et les corridors écologiques sauvegardent l'écologie à grande échelle, mais nécessitent des terrains, des fonds et une volonté politique. Il faut valoriser l'argument spécifique, et non le sentiment.

Pour la microbiologie abordée ici (et pour l'Unité 4) : cultiver des bactéries sur gélose nutritive ou en bouillon, en utilisant une technique aseptique — stériliser les inoculateurs par flamme, flamber les goulots de flacons, travailler près d'un courant ascendant, sceller les boîtes de Petri, incuber en dessous de la température corporelle humaine pour empêcher la croissance des pathogènes humains. Compter les colonies sur plaques étalées ou coulées (chaque colonie provient d'une cellule ou d'un amas : unités formant des colonies), compter les cellules avec un hématocytomètre, ou suivre la turbidité dans le bouillon.

Vérification corrigée. En phase exponentielle, la constante de croissance $k = (\log_{10} N_t - \log_{10} N_0)/(0.301 \times t)$. De $1 \times 10^4$ à $4 \times 10^7$ cellules en 4 heures : $\log$ différence $= 3.602$, soit $k = 3.602/(0.301 \times 4) \approx 3.0$ divisions par heure — environ une période de génération de 20 minutes.

1. Calculez la largeur réelle d'un noyau qui apparaît large de 24 mm à ×4 000. Donnez votre réponse en µm.
2. Nommez les deux processus de méiose qui créent une variation génétique, et précisez quand chacun a lieu.
3. Une cellule possède 2 unité arbitraire d'ADN en G1. Dessinez comment le contenu en ADN évolue au cours de la phase S, de la méiose I et de la méiose II.
4. Expliquez pourquoi toutes les cellules d'un blastocyste peuvent devenir n'importe quel tissu, mais qu'une cellule musculaire mature ne peut pas.
5. Expliquez deux manières dont le xylème s'adapte à sa fonction, une structurelle et une chimique.
6. Deux habitats contiennent chacun 5 espèce végétale. Expliquez pourquoi l'indice de diversité peut néanmoins différer entre eux.
7. Dans une population de 1 000, 16 personnes présentent une affection récessive. Calculez q, p et le nombre attendu de porteurs.
8. Une espèce d'escargot est endémique à une île unique. Expliquez pourquoi les espèces endémiques courent un risque d'extinction plus élevé.
9. Énoncez trois conditions qu'une population doit remplir pour que l'équation de Hardy-Weinberg soit valide.
10. Donnez un avantage et une limite des banques de graines par rapport à la protection de l'habitat.

Réponses : 1 $24\,000/4\,000 = 6\ \mu$m ; 2 crossing-over en prophase I, assortissement indépendant en métaphase/anaphase I (et II) ; 3 monte à 4 en phase S, diminue de moitié à 2 après méiose I, diminue de moitié à 1 après méiose II, restauré à 2 à la fécondation ; 4 les cellules du blastocyste sont pluripotentes — tous les gènes restent activables ; une cellule musculaire a désactivé définitivement d'autres voies dans des conditions normales ; 5 creux, lignifiés, cellules mortes forment des colonnes d'eau continues sans cytoplasme pour résister au flux ; la lignine imperméabilise et renforce les parois contre l'effondrement ; 6 D pondère l'uniformité d'abondance, pas seulement le nombre d'espèces ; 7 $q^2 = 0.016$, $q \approx 0.126$, $p \approx 0.874$, porteurs $2pq \approx 0.22$, environ 220 personnes ; 8 un événement local unique (tempête, maladie, prédateur introduit, perte d'habitat) élimine l'ensemble de l'espèce d'un coup ; 9 grande population, accouplement aléatoire, absence de sélection/mutation/migration ; 10 les banques de graines stockent la diversité génétique peu coûteusement et sûrement contre la perte d'habitat (avantage) mais les espèces vivent hors de leur écologie — aucune interaction, aucune évolution in situ, et la recolonisation est incertaine (limitation).

Un champ de blé intercepte la lumière solaire, fixe le carbone, alimente une chaîne alimentaire — et perd de l'énergie à chaque étape. Cette unité suit l'énergie du photon à l'écosystème, puis se concentre sur les participants les plus petits : les microbes qui recyclent, les pathogènes qui prélèvent, et le système immunitaire qui défend. WBI14 est également l'examen le plus calculé après Unité 1 : attendez-vous aux NPP, constantes de croissance, indices de diversité et arithmétiques de l'heure du décès.

WBI14 Énergie, Environnement, Microbiologie et Immunité est la première unité IA2 : 1 heure 30 minutes, 90 points, toutes obligatoires. Il évalue le Sujet 5 (Flux d'énergie, Écosystèmes et Environnement) et le Sujet 6 (Microbiologie, Immunité et Sciences Criminelles).

La réaction globale : $6\mathrm{CO_2} + 6\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\mathrm{O_2}$, entraînée par l'énergie lumineuse. Dans les membranes thylakoïdiennes, les réactions dépendantes de la lumière photolyse l'eau (libérant O₂ et H⁺), photophosphorylent l'ADP et réduisent le NADP. Dans le stroma, les réactions indépendantes de la lumière (cycle de Calvin) fixent le dioxyde de carbone sur le ribulose bisphosphate avec la rubisco, réduisent les produits en utilisant l'ATP et le NADP réduit de l'étape un, et produisent GALP — certains vers le glucose, la plupart pour régénérer RuBP.

La structure correspond à la fonction : thylakoïdes empilés pour absorber la surface ; stroma rempli d'enzymes pour le cycle.

Pigments et spectres

La chlorophylle a et b absorbent la lumière rouge et bleue ; les caroténoïdes élargissent la gamme et protègent. Le spectre d'absorption montre ce que chaque pigment capte ; le spectre d'action montre quel taux de photosynthèse chaque longueur d'onde provoque — leur accord est la preuve que ces pigments effectuent le travail. La chromatographie sépare les pigments selon leur solubilité ; $\mathrm{Rf} = \text{distance moved by pigment} / \text{distance moved by solvent}$.

Facteurs limitants : intensité lumineuse, concentration de CO₂, température. Une serre élève le plus faible des trois — et les réponses d'examen précisent lequel et pourquoi.

Productivité primaire brute (PPB) est l'énergie fixée par la photosynthèse par unité de surface et par temps (kJ m⁻² yr⁻¹). Les plantes en dépensent une grande partie dans leur propre respiration ; ce qui reste constitue la productivité primaire nette :

Seulement environ 10 % de l'énergie à chaque niveau trophique passe vers le haut — perdue par respiration sous forme de chaleur, égestion, excrétion et parties jamais mangées. C'est pourquoi les chaînes dépassent rarement quatre ou cinq niveaux et pourquoi les prédateurs supérieurs sont rares.

Exemple corrigé. Un prairie fixe 45 000 kJ m⁻² an⁻¹ et respire 19 000. PPN $= 26\,000$ kJ m⁻² an⁻¹. Les bovins mangeant cette herbe conservent environ 10 % : 2 600 kJ m⁻² an⁻¹. Les humains mangeant les bovins conservent 260 — l'arithmétique énergétique derrière « manger plus bas dans la chaîne nourrit plus de gens ».

Quatre définitions, précisément : habitat (où), population (individus d'une seule espèce), communauté (toutes les populations), écosystème (communauté + environnement). Les facteurs abiotiques (lumière, eau, température, pH) et biotiques (compétition, prédation, maladie) déterminent qui vit où et en quelle abondance — ensemble, la niche écologique.

Le cycle prédateur-proie présente un décalage : les lièvres augmentent, les lynx suivent, les lièvres diminuent, les lynx meurent de faim — un retard d'environ un quart de cycle.

La succession commence lorsque les espèces pionnières colonisent le sol nu ; chaque étape modifie le sol et le microclimat, permettant à la suivante, jusqu'à ce que la communauté climax se stabilise. La mesure de l'abondance utilise des quadrats et des transects (échantillonnage aléatoire pour les estimations, systématique le long d'un gradient) et la méthode capture-marquage-recapture pour les animaux ($N \approx \text{first catch} \times \text{second catch} / \text{marked recaptures}$).

Les preuves proviennent de relevés directs de température, de carottes de glace (air piégé donnant d'anciens CO₂), des cernes des arbres (dendrochronologie) et des couches de pollen dans la tourbe. L'effet de serre renforcé : le rayonnement infrarouge sortant est absorbé par le CO₂, le méthane et le protoxyde d'azote, puis réémis vers le bas. Les gaz diffèrent — le méthane est puissant mais de courte durée ; le CO₂ dure des siècles ; le protoxyde d'azote combine les deux — donc la politique évalue le potentiel de réchauffement global par rapport à la durée de vie.

Extrapoler une tendance au-delà de ses données est un jugement, pas un fait : indiquer l'hypothèse (la tendance se poursuit) et sa faiblesse. Effets déjà examinés : modification des précipitations et des aires de répartition des espèces, et — en lien direct avec ce cours — l'effet de la température sur les taux enzymatiques chez les organismes à sang froid et les écosystèmes entiers.

Vérification corrigée. Le potentiel de réchauffement du méthane est d'environ 28× celui du CO₂ par kg, mais il ne dure ~12 ans contre des siècles. Une fuite d'une tonne de méthane a un impact 28× supérieur à celui d'une tonne de CO₂ cette décennie, mais s'estompe alors que le CO₂ persiste — l'arithmétique du « potentiel de réchauffement vs charge cumulative ».

L'évolution est un changement de fréquence allélique. Elle nécessite une variation (mutation, méiose) et un filtre : la sélection directionnelle déplace la moyenne lorsque l'environnement change ; la sélection stabilisatrice réduit les extrêmes dans un environnement stable. La dérive génétique modifie les fréquences par hasard dans les petites populations ; le flux génique (migration) les mélange à nouveau.

La spéciation nécessite une isolation : allopatrique (une barrière physique — allopatric = terre différente) ou sympatrique (isolement reproductif au même endroit — comportemental, temporel ou génétique). Les populations isolées divergent jusqu'à ce qu'elles ne puissent plus se reproduire entre elles.

La technique aseptique protège vous et la culture : incinérer la boucle à rouge, incinérer le col des fioles, soulever brièvement les couvercles, sceller les boîtes de Petri avec du ruban adhésif, incuber à 25 °C (jamais à la température corporelle, afin que les pathogènes humains ne se multiplient pas). Mesurer la croissance par dénombrement direct de cellules (hématocytomètre), turbidité dans le milieu liquide, ou comptage viable par dilution sur gélose (colonies comptées × facteur de dilution).

La courbe de croissance : lag (synthèse d'enzymes), log (doublement exponentiel), stationnaire (morts = divisions), mort. La constante exponentielle :

Vérification corrigée. De $2\times10^4$ à $1.6\times10^7$ cellules en 5 heures : différence logarithmique $= 2.903$ ; $k = 2.903/(0.301\times5) = 1.93$ générations par heure — une période de doublement d'environ 31 minutes.

Bactéries : paroi cellulaire, plasmides, ribosomes, ADN circulaire, certaines avec capsule et flagelle. Virus : acide nucléique (ADN ou ARN) dans une capside, certains avec enveloppe — pas d'organites, pas de métabolisme propre ; ils détournent les cellules hôtes. Mycobacterium tuberculosis infecte les poumons, survivant à l'intérieur des macrophages ; VIH détruit les lymphocytes T auxiliaires, provoquant l'effondrement du système immunitaire et la réactivation de la tuberculose — la maladie définissant le sida.

Les barrières arrivent en premier : peau, muqueuses et cils, acide gastrique, lysozyme dans les larmes, et cascade de coagulation scellant les plaies.

Non spécifique : inflammation (vasodilatation et fuite de fluide apportant des phagocytes), phagocytose, interféron. Spécifique — déclenchée par des antigènes :

• Humorale : cellules B effectrices → plasmocytes → anticorps ; lymphocytes B mémoire persistent pour une réponse secondaire plus rapide et plus forte.
• Cellulaire : lymphocytes T auxiliaires coordonnent, lymphocytes T tueurs détruisent les cellules infectées, lymphocytes T mémoire persistent.

Un anticorps est constitué de quatre chaînes polypeptidiques (deux lourdes, deux légères) avec une région variable formant un site de liaison spécifique — la forme qui s'adapte à un antigène. L'immunité se divise en deux voies : active (vos propres anticorps — infection naturelle ou vaccination) contre passive (anticorps administrés — mère à enfant, antisérum) ; naturel contre artificiel dans chaque cas. La vaccination fonctionne également à l'échelle des populations (immunité collective) — mais les pathogènes évoluent en retour : la course évolutionnaire.

Vérification worked. Une seconde dose de vaccin produit des taux d'anticorps dix fois supérieurs à ceux de la première et ce, en quelques jours plutôt qu'en semaines : la sélection clonale identifie les lymphocytes B mémoires, qui se divisent rapidement en plasmocytes — la réponse secondaire que la réponse primaire a préparée.

Les antibiotiques bactériostatiques arrêtent la croissance bactérienne ; les bactéricides les tuent. La résistance survient par mutation et se propage par sélection dès lors que l'exposition élimine les sensibles et épargne les résistants — terminer un traitement et éviter une utilisation inutile ralentissent tous deux ce processus. Les infections nosocomiales prospèrent là où patients vulnérables, dispositifs invasifs et souches résistantes se rencontrent ; l'hygiène des mains, les procédures stériles et l'isolement des porteurs rompent la chaîne de transmission.

Les décomposeurs recyclent le carbone et l'azote — le système d'élimination des déchets de l'écosystème. La réaction en chaîne par polymérase alterne dénaturation (95 °C), appariement des amorces (50–60 °C) et extension (72 °C), doublant l'ADN cible à chaque cycle : $n$ cycles produisent $2^n$ copies. L'électrophorèse sur gel fait migrer les fragments d'ADN chargés négativement à travers le gel — les plus courts migrent le plus loin. Le profil des positions des bandes permet d'identifier les individus (assez de locus diffèrent entre personnes non apparentées) et de mesurer les liens de parenté (bandes partagées).

L'heure du décès est estimée grâce à quatre indicateurs : température corporelle (baisse ~1 °C par heure, modifiée par la taille, les vêtements, l'air), rigidité cadavérique (s'installe puis disparaît), degré de décomposition et succession insecte sur le corps — l'arrivée de chaque stade marque temporellement l'intervalle.

Vérification worked. Un corps trouvé à une température centrale de 22 °C dans une pièce à 15 °C : $(37-22)/(1\ ^\circ\text{C per hour}) \approx 15$ heures — mais énoncer les hypothèses (air immobile, morphologie moyenne) avant de faire confiance au résultat.

1. Nommer les produits des réactions dépendantes de la lumière utilisés par le cycle de Calvin.
2. Une culture fixe 60 000 kJ m⁻² yr⁻¹ et les respirateurs 20 000. Calculer la PMB et l'énergie atteignant un troisième niveau trophique à 10 % de transfert à chaque étape.
3. Expliquer pourquoi le spectre d'action constitue une preuve que la chlorophylle assure la photosynthèse.
4. Distinguer la sélection directionnelle et stabilisatrice en donnant un exemple pour chacune.
5. Donner deux raisons pour lesquelles une chaîne alimentaire dépasse rarement cinq niveaux trophiques.
6. Une culture croît de $5\times10^3$ à $4\times10^6$ en 6 heures. Calculer k et le temps de doublement.
7. Expliquer pourquoi une seconde dose de vaccin augmente le titre d'anticorps bien plus vite que la première.
8. Énoncer la différence entre bactériostatique et bactéricide, et expliquer pourquoi cette distinction est importante pour un patient dont le système immunitaire est affaibli.
9. Trois cycles de PCR à partir d'une seule matrice double brin : combien de copies ?
10. La température centrale d'un corps est de 30 °C. Estimer le temps écoulé depuis le décès selon les paramètres standards et nommer un facteur qui allongerait l'intervalle réel.

Réponses : 1 ATP et NADP réduit ; 2 PMB $= 40\,000$ ; niveau trois $= 400\,\text{kJ m}^{-2}\text{yr}^{-1}$ (10 % de 4 000) ; 3 les longueurs d'onde absorbées le mieux par la chlorophylle sont celles qui favorisent le mieux la photosynthèse ; 4 directionnelle — résistance aux antibiotiques décalant la moyenne ; stabilisatrice — poids de naissance humain ; 5 énergie perdue à chaque étape par respiration/chaleur/égestion, donc peu reste ; les producteurs perdent aussi par respiration avant le premier transfert ; 6 log différence 2.903, $k = 2.903/(0.301\times6) = 1.61$ h⁻¹, doublement ≈ 37 min ; 7 lymphocytes B mémoires persistent ; la deuxième exposition sélectionne des clones qui se divisent rapidement en plasmocytes — la réponse secondaire ; 8 bactériostatique arrête la croissance (le système immunitaire doit éliminer), bactéricide tue directement — un système immunitaire faible nécessite un soutien bactéricide ; 9 $2^3 = 8$ copies ; 10 $(37-30)/1 = 7$ heures ; vêtements épais ou pièce chaude ralentissent le refroidissement, donc le temps réel est plus long.

Sprint pour attraper un bus et votre corps exécute une symphonie : les muscles brûlent du glucose plus vite, le cœur double son débit, la ventilation s'intensifie, la transpiration commence et les reins réajustent leur récupération d'eau — le tout sans aucune pensée consciente. Cette unité suit ce mécanisme : la respiration à l'échelle moléculaire, les muscles et le cœur à l'échelle tissulaire, les nerfs et hormones comme contrôleurs, et la technologie génétique comme fenêtre moderne sur ces processus.

WBI15 Respiration, Environnement Interne, Coordination et Technologie Génétique est la deuxième unité IA2 : 1 heure 45 minutes, 90 points. Elle évalue le Sujet 7 (Respiration, Muscles et Environnement Interne) et le Sujet 8 (Coordination, Réponse et Technologie Génétique), et une question de 20 points est basée sur un article scientifique prépublié — vous l'aurez étudié à l'avance.

La respiration libère l'énergie par étapes, chacune catalysée par une enzyme spécifique. Résumé de la respiration aérobie :

En conditions anaérobies, la chaîne s'arrête — le NAD réduit ne peut être recyclé — alors le pyruvate accepte son hydrogène et devient lactate dans les muscles. Après l'exercice, le lactate est transporté vers le foie et reconverti en glucose (nécessitant de l'oxygène : la dette d'oxygène).

Indice respiratoire : $\mathrm{RQ} = \mathrm{CO_2}\ \text{produced} / \mathrm{O_2}\ \text{consumed}$. Glucide 1.0, protéine 0.9, lipidique ≈ 0.7 — l'RQ d'un organisme révèle ce qu'il consomme.

Exemple corrigé. Un respiromètre montre 60 cm³ de CO₂ produits et 60 cm³ de O₂ consommés dans le même intervalle : IR = 1.0 — glucide. Une graine germinant avec un IR 0.7 consomme ses réserves lipidiques.

Un tendon relie le muscle à l'os ; un ligament relie os à os à travers une articulation ; les muscles fonctionnent par paires antagonistes. Une fibre musculaire squelettique est une cellule fusionnée, multinucléée, remplie de myofibrilles d'actine et de myosine.

La contraction est le cycle du filament glissant : un potentiel d'action libère Ca²⁺ ; le calcium expose les sites de liaison de l'actine ; la tête de myosine activée (son ATP hydrolysé) s'attache, tire sur l'actine, puis se détache lorsque nouveau ATP se lie — milliers de têtes par seconde, chaque stroke couvrant quelques nanomètres.

Fibres à contraction rapide : épaisses, peu de mitochondries, rapides et puissantes, fatiguent vite (sprint). Fibres à contraction lente : nombreuses mitochondries, riche apport sanguin, myoglobine — endurance.

Le muscle cardiaque est myogénique : il bat sans entrée nerveuse. Le nœud sinusal fixe le rythme ; l'onde se propage sur les oreillettes vers le nœud auriculo-ventriculaire, puis le long des fibres de Purkinje vers les ventricules — les oreillettes se contractent d'abord, les ventricules une fraction de seconde plus tard.

Le centre de contrôle cardiovasculaire et le centre de ventilation dans la moelle allongée ajustent les deux systèmes selon la demande : les récepteurs chimiques détectent CO₂ et pH, les barorécepteurs la pression.

Vérification. Au repos : 70 cm³ × 72 min⁻¹ ≈ 5.0 dm³ min⁻¹. Pendant l'exercice : 120 cm³ × 150 min⁻¹ = 18 dm³ min⁻¹ — le tableau que les examens adorent. La ventilation augmente par paliers, lue sur les tracés du spiromètre (volume courant × fréquence respiratoire = débit ventilatoire).

L'homéostasie maintient l'environnement interne en équilibre dynamique — pas une immobilité, mais des variables oscillant dans de étroites limites. La rétroaction négative corrige les déviations dans n'importe quelle direction (le schéma du thermostat) ; la rétroaction positive les amplifie (une spirale, pas une boucle — comme lors d'un potentiel d'action ou d'une fièvre incontrôlée).

La thermorégulation passe par l'hypothalamus : perte de chaleur par vasodilatation et sueur ; conservation de la chaleur par vasoconstriction, frissons et piloception. L'adrénaline prépare la réponse combat-fuite — le rythme cardiaque, la glycémie et les voies aériennes répondent ensemble.

Le sang entre dans le glomérule du néphron sous haute pression — l'artériole afférente est plus large que l'efferente — et les petites molécules sont forcées à travers les podocytes et la membrane basale vers la capsule de Bowman (ultrafiltration : tout sauf les cellules et les grandes protéines). Le tubule contourné proximal réabsorbe tout glucose et acides aminés ainsi que la plupart des sels et de l'eau (transport actif puis osmose). La boucle de Henlé établit un gradient de potentiel hydrique vers la moelle rénale par multiplication en contre-courant. Le canal collecteur prend la décision finale : l'AHD de l'hypophyse insère des aquaporines pour réabsorber davantage d'eau — urine concentrée en cas de déshydratation, diluée sinon.

Les excès d'acides aminés subissent une désamination dans le foie ; l'ammoniac toxique devient de l'urée pour être excrété.

Vérification. AHD présent → parois du canal collecteur perméables → l'eau sort selon le gradient vers le sang médullaire → petit volume, urine concentrée. L'alcool supprime l'AHD — grand volume, urine diluée.

Un facteur de transcription se lie au promoteur d'un gène et active ou désactive sa transcription. Les hormones stéroïdiennes diffusent à travers la membrane et agissent elles-mêmes comme facteurs de transcription — un gène peut servir plusieurs tissus. L'épigénétique silencie les gènes sans modifier la séquence de bases : méthylation de l'ADN et modification des histones (acétylation) compactent l'ADN hors de portée de la machinerie de transcription. Les dysfonctionnements ont des conséquences : un gène suppresseur de tumeur méthylié ne peut plus contenir la division cellulaire ; des erreurs d'imprimentation expliquent le syndrome de Prader–Willi.

Le neurone au repos pompe Na⁺ hors et K⁺ dedans (la pompe sodium-potassium), maintenant un intérieur à environ −70 mV. Un stimulus dépassant le seuil (environ −55 mV) ouvre les canaux sodiques : un potentiel d'action tout-ou-rien grimpe à +30 mV, puis les canaux potassiques repolarisent ; la période réfractaire empêche la propagation inverse et fixe une fréquence maximale.

Chez les neurones myélinisés, l'impulsion saute de nœud en nœud (conduction saltatoire) — bien plus rapide. À la synapse, l'entrée de calcium déclenche la fusion des vésicules de neurotransmetteur avec la membrane présynaptique ; le transmetteur diffuse et se lie aux récepteurs postsynaptiques ; des enzymes nettoient ensuite la fente. Les médicaments agissent ici : les ISRS bloquent la recapture de la sérotonine, prolongeant le signal ; la lidocaïne bloque les canaux sodiques ; l'ecstasy (MDMA) inonde la fente de sérotonine avant de l'épuiser.

Le système nerveux se divise : SNC (cerveau, moelle épinière) et SNN — somatique (volontaire) et autonome (involontaire ; sympathique accélère, parasympathique apaise). Les récepteurs sont des transducteurs : bâtonnets (lumière faible, plusieurs par cellule bipolaire — sensibilité), cônes (couleur, un-à-un — acuité), plus thermorécepteurs, chémorécepteurs, barorécepteurs, nocicepteurs (douleur). L'arc réflexe spinal fait passer l'influx sensoriel → neurone relais → neurone moteur dans la matière grise de la moelle — rapide, involontaire, protecteur. L'habituation est une réponse décroissante face à un stimulus répété inoffensif.

Le phytochrome bascule entre Pr (absorbe rouge) et Pfr (absorbe lointain rouge) ; la prédominance du rouge solaire laisse Pfr dominant, contrôlant la germination et la floraison par la durée du jour. L'auxine allonge les cellules en acidifiant les parois ; les gibbérellines induisent des enzymes (amylase dans la couche d'aleurone) mobilisant l'amidon lors de la germination.

Repères et fonctions : hémisphères cérébraux (volontaire, pensée), cervellet (coordination, équilibre), hypothalamus et hypophyse en dessous (homéostasie, hormones), bulbe rachidien (cœur, respiration). L'IRM montre la structure ; l'IRMf montre l'activité via le flux sanguin oxygéné ; le scanner effectue des coupes structurales rapides ; la TEP visualise le métabolisme avec des traceurs radioactifs.

Chimie d'abord : la maladie de Parkinson est un déficit en dopamine — traitée par la L-Dopa, qui franchit la barrière hémato-encéphalique et est convertie en dopamine dans le cerveau. Un faible taux de sérotonine est lié à la dépression — cible des ISRS.

ADN recombinant : une enzyme de restriction coupe l'ADN à sa séquence de reconnaissance, laissant des extrémités cohésives ; le gène humain (fabriqué sans introns à partir d'ARNm) est inséré dans un plasmide avec une ligase d'ADN ; le plasmide transforme les bactéries hôtes ; les gènes marqueurs (résistance aux antibiotiques ou fluorescence) sélectionnent les cellules qui l'ont intégré. Mise à l'échelle dans un fermenteur et les bactéries sécrètent de l'insuline humaine — plus propre et plus sûre que l'extraction à partir de porcs. Les animaux transgéniques produisent des protéines humaines dans leur lait ; les risques et avantages des cultures génétiquement modifiées (résistance, rendements versus flux de gènes vers des parents sauvages) constituent l'évaluation standard.

Les puces à ADN identifient les gènes actifs : l'ARNm de l'échantillon s'hybride avec des sondes complémentaires sur la puce ; les points fluorescents marquent les gènes transcrits. La bioinformatique compare les séquences entre espèces et individus — la mesure actuelle de la parenté.

1. Nommez la étape de la respiration se déroulant dans la matrice mitochondriale ainsi qu'un de ses substrats.
2. Les muscles d'un coureur produisent du lactate. Expliquez pourquoi, et ce qui arrive au lactate ensuite.
3. Les têtes de myosine ne peuvent se détacher sans ATP. Expliquez ce que cela implique pour les muscles après la mort.
4. Calculez le débit cardiaque pour un volume d'éjection de 85 cm³ et une fréquence cardiaque de 140 min⁻¹.
5. Expliquez pourquoi l'artériole afférente est plus large que l'artériole efférente.
6. Énoncez deux différences entre la rétroaction négative et positive, avec un exemple pour chacune.
7. Pourquoi la myélinisation augmente-t-elle la vitesse de conduction ?
8. Le seuil d'un axone est de −55 mV. Un stimulus l'élève à −60 mV. Que se passe-t-il et pourquoi ?
9. La lumière rouge convertit la phytochrome en quelle forme ?
10. Expliquez pourquoi on administre de la L-Dopa plutôt que de la dopamine elle-même.
11. Une spot de puce à ADN fluoresce intensément. Que cela indique-t-il ?
12. Pourquoi le gène de l'insuline humaine doit-il être synthétisé à partir d'ARNm plutôt qu'à partir d'ADN génomique lors de son insertion dans des bactéries ?

Réponses : 1 la liaison (ou cycle de Krebs) — substrat pyruvate (ou acétyl) ; 2 manque d'oxygène, le NAD réduit est recyclé en réduisant le pyruvate en lactate ; ensuite le lactate va au foie et est reconverti en glucose, utilisant de l'oxygène ; 3 sans ATP, la myosine reste liée à l'actine — raideur cadavérique ; 4 $85 \times 140 = 11\,900\ \text{cm}^3\,\text{min}^{-1} = 11.9\ \text{dm}^3\,\text{min}^{-1}$ ; 5 la différence de pression entraîne l'ultrafiltration du plasma dans la capsule de Bowman ; 6 la négative ramène une variable vers sa valeur consigne (thermorégulation) ; la positive l'éloigne davantage (fièvre montante) ; 7 l'influx saute entre les nœuds de Ranvier au lieu de dépolariser toute la membrane — moins d'étapes mais plus amples ; 8 rien — le seuil n'est pas atteint, donc aucun potentiel d'action (tout-ou-rien) ; 9 Pfr ; 10 la dopamine ne peut franchir la barrière hémato-encéphalique mais la L-Dopa le peut, et est convertie en dopamine à l'intérieur du cerveau ; 11 ce gène était activement transcrit — son ARNm était présent et s'y était hybridé ; 12 les bactéries ne peuvent pas épicer les introns, donc le gène doit provenir d'un ARNm mature déjà dépourvu d'introns.