\devoirsynthese{Devoir de synthèse}{Devoir de synthèse}

\begin{exo}{Mobilisation des connaissances}{\null}{2}{100} 
Le cycle cellulaire est marqué par deux grandes étapes : la phase S de réplication de l'ADN suivie de la mitose, division cellulaire aboutissant à la formation de deux cellules-filles génétiquement identiques entre elles et à la cellule mère.

\Par

\textbf{Expliquez comment la mitose, précédée de la phase S, permet une reproduction conforme de la cellule.}

\Par

\textit{Vous rédigerez un texte argumenté accompagné de schémas. Votre argumentation s'appuiera sur des expériences et/ou des observations et/ou des exemples... éventuellement issus du document proposé.}

\subsubsectionnn{Document: évolution de la quantité d'ADN par cellule au cours du cycle cellulaire}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{345_dev-Exo-01}
\end{center}
\end{figure}

\end{exo}

\begin{corrige}

\begin{methode}
Un exercice réussi comporte les éléments suivants :
\begin{itemize}
\item une introduction qui permet de montrer que le sujet est compris et cadré. Elle permet de définir les termes du sujet, de formuler la problématique et d'annoncer le plan ;
\item un développement structuré avec des parties et éventuellement des sous-parties. Chaque partie expose une idée et peut comporter des schémas soignés et légendés. Des arguments doivent être intégrés pour justifier les connaissances annoncées (principes ou exemples d'expériences, observations, situations concrètes… éventuellement issus du ou des documents proposés). Ne pas hésiter à titrer chaque partie et sous-partie, des transitions sont présentes entre chaque partie ;
\item une conclusion qui reprend les notions principales pour répondre à la problématique et qui peut comporter un schéma bilan général. Une ouverture est réalisée en fin de conclusion.
Sur votre copie : aérez votre devoir, sauter des lignes entre chaque partie, n'utilisez pas la première personne et faites des phrases simples et courtes. Attention à la présentation.
\end{itemize}
\end{methode}

\subsubsectionnn{Introduction}

La fécondation est à l'origine d'une cellule-œuf qui, par mitoses successives, donne naissance à un organisme complet composé de milliards de cellules. L'information génétique contenue dans la cellule-œuf est transmise intégralement à toutes les cellules de l'organisme. Ainsi, les cellules-filles issues de la division cellulaire par mitose contiennent une information génétique complète et identique à celle de la cellule mère. 

Nous pouvons donc nous demander comment le cycle cellulaire, et notamment la complémentarité de la phase S de réplication de l'ADN et de la mitose permet cette conservation à l'identique de l'information génétique.

Pour cela, nous exposerons dans une première partie le mécanisme de réplication de l'ADN permettant la copie à l'identique de l'information génétique contenue dans la cellule mère. Puis, dans un second temps, nous décrirons le mécanisme de répartition conforme de cette information dans les cellules filles lors de la mitose.


\subsubsectionnn{I/ La réplication de l'ADN : copie à l'identique de l'information génétique}

La copie à l'identique de l'information génétique d'une cellule-mère se déroule pendant la phase S de l'interphase du cycle cellulaire. 

\newpage

Pendant cette phase, il y a synthèse d'une deuxième chromatide par chromosome de la cellule par réplication de l'ADN. On remarque en effet, qu'au cours de la phase S, la quantité d'ADN dans la cellule mère double. 

Le phénomène de réplication de l'ADN est assuré par un complexe enzymatique comprenant l'ADN polymérase. Au cours de ce processus, les 2 brins de la molécule d'ADN sont écartés au niveau d'une fourche de réplication. Les ADN polymérases, à partir de nucléotides libres, forment deux nouveaux brins d'ADN par complémentarité des bases des brins parentaux.  L'ADN ainsi répliqué entre deux fourches de réplication forme un œil de réplication. L'observation microscopique montre que plusieurs yeux de réplication se forment simultanément à différents endroits du chromosome. Les différents yeux de réplication finissent par se rejoindre, la molécule d'ADN est ainsi totalement répliquée à l'identique. Les deux molécules d'ADN (ou 2 chromatides) restent solidaires au niveau d'une zone qui formera le centromère du chromosome double.

L'expérience de Meselson et Stahl (1958) a permis d'élucider le mode semi-conservatif de la réplication de l'ADN, car les deux molécules d'ADN issues de la réplication sont constituées d'un brin parental et d'un brin néosynthétisé. 

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{351_dev-Exo-01-corrige}
\end{center}
\figcaption{Mécanisme de la réplication de l'ADN}
\end{figure}

\Par

À la fin de la phase S du cycle cellulaire, la quantité d'ADN a doublé par copie à l'identique de chaque molécule d'ADN. Les deux chromatides des chromosomes ainsi formées seront chacune transmise à une des deux cellules-filles au cours de la mitose. 

\subsubsectionnn{II/ La mitose : distribution équitable des chromatides dans les cellules-filles}

La mitose est une division cellulaire au cours de laquelle une cellule-mère forme deux cellules-filles. C'est un phénomène continu que l'on découpe arbitrairement en 4 phases : \textit{prophase}, \textit{métaphase}, \textit{anaphase}, \textit{télophase}.

{\vfil\hfil\textit{Voir tableau page suivante.}}

\newpage

%%%% tableau

\begin{tabular}{|m{0.4\linewidth}|>{\centering\arraybackslash}m{0.5\linewidth}|}
\hline
\tabulartitle
Description des étapes de la mitose
&
Schéma avec une cellule 2n=4
\\
\hline
La \textit{prophase} est marquée par la
condensation des chromosomes qui deviennent visibles au microscope, ainsi que par la disparition de l'enveloppe nucléaire et l'apparition d'un fuseau mitotique. 
&
\includegraphics{352_dev_prophase}
\\\hline
Au cours de la \textit{métaphase} les chromosomes se placent sur le plan équatorial de la cellule, liés par des fibres du fuseau au niveau du centromère, une chromatide de part et d'autre de l'équateur.
&
\includegraphics{352_dev_metaphase}
\\\hline
Au cours de l'\textit{anaphase} les chromosomes se rompent au niveau du centromère et les chromatides sœurs migrent aux pôles opposés de la cellule, par rétractation des fibres du fuseau.
&
\includegraphics{352_dev_anaphase}
\\\hline
Pendant la \textit{télophase}, le cytoplasme se divise en deux et les enveloppes nucléaires se mettent en place autour de chaque lot de chromosomes.
&
\includegraphics{352_dev_telophase}
\\\hline
\end{tabular}
%%% fin tableaux²

Ainsi, la mitose permet, pour chaque chromosome doubles de la cellule-mère, la séparation des deux chromatides sœurs identiques produites lors de la réplication et la distribution de façon équitable des chromatides sœurs aux cellules-filles.

Les deux-cellules filles ainsi créées portent donc le même nombre de chromosomes et la même information génétique que la cellule-mère initiale, bien que la quantité d'ADN de la cellule-mère ait été divisé par deux dans chaque cellules-filles au terme de la mitose. 

\vspace*{-0.5em}
\subsubsectionnn{Conclusion}
\vspace*{-0.5em}
\enlargethispage*{4em}

La succession de la réplication, qui copie à l'identique l'information génétique de la cellule-mère, et de la mitose, qui répartit équitablement les chromatides dupliquées dans les cellule-fille, permet une reproduction conforme des cellules. La quantité et la « qualité » de l'information génétique sont ainsi maintenues de générations en générations cellulaires.

Il arrive cependant que le mécanisme de réplication puisse commettre des erreurs de copies de l'ADN qui pourront être à l'origine de mutations.
\end{corrige}


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

{\vfil\hfil\textit{Exercice 2 page suivante.}}

\newpage

\begin{exo}{\fontsize{13}{12}\selectfont Pratique du raisonnement scientifique}{\null}{1}{90} 
Le volcanisme des zones de subduction est très surveillé car les éruptions font partie des plus dangereuses en raison de leur explosivité. 

\Par

\textbf{Expliquer l'origine du caractère explosif des éruptions dans les zones de subduction.}

\Par

\textit{Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.}


\subsubsectionnn{Document 1: diagramme pression-température et métamorphisme des roches de la croûte océanique}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{346_dev-Exo-02-doc1}
\end{center}
\end{figure}


La flèche rouge indique le trajet profondeur/température suivi par les gabbros de la croûte océanique au cours de l'expansion puis de la subduction.

Quelques réactions métamorphiques :


1. Pl + Py + eau  $\longrightarrow$  Amp\\
2. Pl + Amp + eau  $\longrightarrow$  Chl + Act\\
3. Pl + Act + Chl  $\longrightarrow$  Glau + eau\\
4. Pl + Glau $\longrightarrow$ Jad + Gr + eau

\begin{itemize}
\begin{multicols}{3}
\item Pl = plagioclase
\item Py = pyroxène
\item Amp = amphibole 
\item Chl = chlorite 
\item Act = actinote 
\item Glau = glaucophane 
\item Jad = jadéite 
\item Gr = grenat
\end{multicols}
\end{itemize}


\begin{flushright}
\textit{Source : adapté d'après Réseau Canopé 2015}
\end{flushright}

\subsubsectionnn{Document 2: diagramme de fusion des péridotites du manteau (en conditions expérimentales)}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{347_dev-Exo-02-doc2}
\end{center}
\end{figure}



La courbe en pointillés correspond au géotherme de subduction. Le géotherme est une évolution réelle de la température en fonction de la profondeur.

La courbe solidus indique les conditions minimales pour obtenir un début de fusion (ou fusion partielle) des péridotites. La courbe liquidus indique les conditions minimales pour obtenir une fusion totale des péridotites.

\begin{flushright}
\textit{Source : Belin Education/Humensis 2019 SVT 1ère spécialité}
\end{flushright}

\enlargethispage*{5em}

\subsubsectionnn{Document 3: teneur en eau des magmas de zones de subduction}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{347_dev-Exo-02-doc3}
\end{center}
\end{figure}

\newpage

Plusieurs mesures ont été réalisées sur quelques volcans de zone de subduction d'Amérique Centrale:
\begin{itemize}
\item Fuego = Fg;
\item Cerro Negro;
\item volcans du Guatemala = Guat;
\item ceinture volcanique trans-mexicaine = Mexico.
\end{itemize}

À titre de comparaison, les données pour les basaltes des dorsales océaniques (EMORB et N-MORB) et pour les volcans de points chauds (OIB) sont figurées.

\begin{flushright}
\textit{Source : adapté d'après Michel Pichavant. De l'eau dans les magmas.}

\textit{Géosciences, BRGM, 2011, 13, pp.24-29. insu-00615620}
\end{flushright}


\subsubsectionnn{Document 4: comparaison de la teneur en silice d'un magma sec ou hydraté lors de la fusion partielle d'une péridotite à haute pression.}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{348_dev-Exo-02-doc4}
\end{center}
\end{figure}




Ce diagramme représente l'évolution de la composition des magmas formés, en condition anhydre, sans eau (points rouges) ou en condition hydratée (points bleus). Les points 1 indiquent la composition des premières gouttes de magma qui se forment. Quand la fusion partielle se poursuit, la composition du magma évolue peu à peu vers la composition indiquée par les points 2 (flèches). Dans ce diagramme, plus un point est proche du sommet « silice pure » plus la teneur en silice du magma est élevée.

\begin{flushright}
\textit{Source : adapté d'après I. Kushiro (1969) The system forsterite-diopside-silica with and without water at high pressures. Am. J. Sci. 267A, 269-94.}
\end{flushright}


\subsubsectionnn{Document 5: variation de la viscosité des laves en fonction de la teneur en silice}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{349_dev-Exo-02-doc5}
\end{center}
\end{figure}


Les compositions andésitiques à rhyolitiques caractérisent les laves des zones de subduction.

\begin{flushright}
\textit{Source : Belin Education/Humensis, 2019 SVT.}
\end{flushright}


\subsubsectionnn{Document 6: comportement des gaz dans les magmas}

En profondeur, sous l'effet des pressions très élevées, les gaz que renferment les magmas sont dissous. Mais ils quittent cet état dissous et forment des bulles lors de la remontée du magma car la pression environnante diminue : on parle du phénomène d'exsolvation, de plus en plus prononcé au fur-et-à-mesure de la remontée.

Si le magma est visqueux, les bulles de gaz formées ne peuvent ni s'échapper, ni se dilater : elles conservent donc leur pression initiale et se retrouvent en surpression par rapport à l'extérieur. Lorsque cette surpression est critique, les bulles explosent et les gaz sont brutalement relâchés, provoquant en surface une éruption explosive caractéristique.

\begin{flushright}
\textit{Source : adapté d'après un article de Edouard Kaminski - Institut de Physique du Globe, Paris https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/dynamisme-eruptif2.xml}.
\end{flushright}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{methode}
Dans cet exercice, une question ouverte soulève un problème scientifique. 

\Par

Votre démarche de résolution devra à la fois reposer sur un ensemble de documents et sur vos connaissances.

\Par

Avant de commencer, bien lire le sujet et regarder tous les documents. Lors de cette première approche, des notions peuvent être notées au brouillon Les documents peuvent être traités dans n'importe quel ordre. Certains peuvent être traités simultanément.

\Par\Par

Organisation du devoir :
\begin{itemize}
\item une introduction concise pour présenter le problème posé ;
\item pour chacun des documents il faut, dans un premier temps, faire une présentation, puis une extraction documentaire (ce que l'on voit sur le document en donnant des valeurs, en décrivant les résultats obtenus etc.) suivie d'une interprétation (c'est à dire donner une explication de ce que l'on voit). C'est au cours de l'interprétation que vos connaissances doivent être introduites mais il faut absolument qu'elles restent en rapport avec le document (il ne s'agit pas ici de réciter son cours) ;
\item une conclusion pour répondre de façon synthétique au problème posé.
\end{itemize}
\end{methode}

\Par\Par

Pour vous permettre de mieux comprendre les enjeux de cet exercice, et comment articuler les éléments issus des documents et les connaissances à mobiliser, nous avons présenté page suivante le corrigé sous la forme d'une grille de correction afin de vous permettre de mieux repérer ces éléments.

{\vfil\hfil\textit{Voir tableau page suivante.}}

\newpage

\enlargethispage*{5em}

%%% tableau

\hspace*{-5mm}\begin{tabular}{|*2{p{0.5\linewidth}|}}
\hline
\tabulartitle
\centering\arraybackslash Éléments issus
&
\centering\arraybackslash Interprétations des éléments\\\tabulartitle
\centering\arraybackslash des documents &
\centering\arraybackslash faisant appel aux connaissances
\\\hline
\textit{Document 1:} au cours de l'expansion océanique les roches de la croûte océanique subissent un métamorphisme caractérisé par une hydratation.  A l'inverse, au cours de leur métamorphisme en zone de subduction, les roches de la croûte océanique libèrent de l'eau. 
\Par
\textit{Document 2:} d'après le géotherme de subduction, les conditions rencontrées par les péridotites hydratées du manteau leur permettent de passer le solidus et d'entrer en fusion partielle.
\Par
\textit{Document 3:} les magmas de zone de subduction ont une teneur en eau relativement forte, en comparaison aux magmas de dorsale et de point chaud.
\Par
\textit{Document 4:} Les magmas formés en condition hydratée ont une haute teneur en silice, contrairement aux magmas formés en condition anhydre.
\Par
\textit{Document 5:} plus une lave possède une teneur en silice élevée, plus elle est visqueuse. 
\Par
\textit{Document 6:} Au cours de la remontée d'un magma visqueux, les gaz ne peuvent pas s'échapper et se retrouvent en surpression. Ils finissent par être relâchés brutalement provoquant une éruption explosive en surface.
&
\vspace*{-1em}
\begin{itemize}
\item L'eau libérée par les roches de la croûte océanique au cours de leur métamorphisme de haute pression-basse température lors de leur enfouissement en zone de subduction s'infiltre dans les péridotites du manteau de la lithosphère chevauchante.

\item  Le solidus des péridotites hydratés étant abaissé, les conditions de pression et de température rencontrées en zone de subduction permettent à un coin au manteau lithosphérique de la plaque chevauchante d'entrer en fusion partielle pour former le magma à l'origine du volcanisme de subduction.

\item Les magmas de subduction sont riches en eau, ils contiennent donc une teneur en silice élevée.

\item Les laves de zone de subduction, étant de composition andésitiques à rhyolitique, sont riches en silice, ce qui explique leur viscosité importante.
\end{itemize}
\\\hline
\tabulartitle
\multicolumn{2}{|c|}{Mise en relation des données pour répondre au problème posé}\\
\hline
\multicolumn{2}{|p{\linewidth}|}{%
Les magmas de subduction sont formés par la fusion partielle des péridotites hydratées d'un coin du manteau lithosphérique chevauchant. Cette hydratation provient de l'eau libérée par le métamorphisme des roches de la croûte océanique en cours de subduction. Les magmas de subduction, ainsi formés en condition hydratées, sont riches en silice, ce qui explique leur forte viscosité. Au cours de la remontée de ces magmas visqueux, les gaz ne pouvant pas s'échapper se retrouvent en surpression et finissent par être relâchés brutalement provoquant une éruption explosive en surface. }\\
\hline
\end{tabular}
\end{corrige}



\thumb
\AfficheCorrige
