Sujet Antilles-Guyane Juin 2001

L'équilibre hydrominéral est un aspect de l'homéostasie, le rein de part ses fonctions contribue au maintien de cet équilibre indispensable à l'activité cellulaire.

1. ANATOMIE DU REIN ( 2.5 points )

    1.1 Le document 1 représente une coupe longitudinale de rein; légender ce document ( à rendre avec la copie )

    1.2 Chez l'homme, chaque rein est constitué d'un million d'unités structurales et fonctionnelles richement vascularisées. L'une de ces unités est représentée sur le document 2.

        1.2.1 Titrer et légender le document 2.

        1.2.2 A l'aide des couleurs conventionnelles utilisées pour les        sangs hématosé et non hématosé, flécher le sens de circulation du sang sur le document 2 ( à rendre avec la copie ).

2. INTERVENTION DES REINS DANS L'HOMÉOSTASIE ( 4 points )

L'urine est formée au niveau de l'unité structurale et fonctionnelle du rein présentée sur le document 2. L'analyse de la composition, par micro prélèvements effectués dans différentes parties de cette unité structurale, permet de comprendre les étapes de sa formation.
Le document 3 présente le tableau comparatif des compositions du plasma, de l'urine primitive et de l'urine définitive.

    2.1 Comparer les compositions du plasma sanguin et de l'urine primitive. Expliquer comment cette urine est formée.

    2.2 Préciser à quel endroit de l'unité fonctionnelle du rein se forme l'urine primitive.

    2.3Comparer les compositions entre l'urine primitive et l'urine définitive pour le sodium, le glucose, l'ammonium, l'urée et l'acide hippurique. En déduire les fonctions rénales pouvant expliquer ces différences de composition.

    2.4 Expliquer l'origine des différences de volume entre l'urine primitive et l'urine définitive observées dans le tableau du document 3.

    2.5 L'équilibre hydrominéral du plasma est en permanence réajusté grâce à des mécanismes de régulation agissant au niveau des fonctions rénales. Les expériences suivantes présentent un aspect de la régulation d'une des fonctions rénales pouvant modifier le débit urinaire.

    Expérience a: un animal privé de boisson pendant plusieurs heures émet une urine peu abondante et des analyses sanguines indiquent une concentration du sang importante en ADH.

    Expérience b: un animal auquel on fait boire un volume important d'eau, émet dans les heures qui suivent, une urine abondante et présente une très faible concentration du sang en ADH.

    Expérience c: un animal auquel on a enlevé le lobe postérieur de l'hypophyse présente une polyurie.

    Expérience d: une injection faite à cet animal d'un extrait obtenu à partir du lobe postérieur de l'hypophyse, rétablit la diurèse à une valeur moyenne normale de 1.8 L/jour.

        2.5.1 Définir le sigle ADH.

        2.5.2 Analyser les expériences a et b, en déduire les conditions de sécrétion et le mode d'action de l'ADH.

        2.5.3 Analyser les expériences c et d, en déduire l'origine de l'ADH.

        2.5.4 Préciser dans quelle catégorie de molécules on peut ranger l'ADH et préciser sa nature biochimique.

3. EXPRESSION GÉNÉTIQUE DE L'ADH. ( 3.5 points )

La synthèse de l'ADH ou vasopressine est dirigée par un gène. Le document 4 indique la séquence des bases azotées du gène codant pour l'ADH, seul le brin transcrit a été représenté.

    3.1 Donner une définition du gène.

    3.2 Le document 5 présente le code génétique.

        3.2.1 Définir la transcription et la localiser au niveau cellulaire.

        3.2.2 A partir du document 4a, écrire le produit de la transcription du gène de l'ADH.

    3.3 A l'aide du document 5, traduire le produit de transcription du gène de l'ADH obtenu au 3.2.2 en séquence peptidique.

    3.4 Le diabète insipide est une pathologie dont les symptômes se manifestent par une polyurie et une polydipsie due à l'absence de sécrétion d'ADH ou à la sécrétion d'une molécule d'ADH anormale. L'étude génétique d'un diabète insipide chez un rat montre que la maladie est due à une mutation.

        3.4.1 Préciser la nature de la mutation en comparant les 2 séquences de bases azotées du document 4a 4b.

        3.4.2 Indiquer la conséquence sur la molécule d'ADH et sur l'organisme. 

DOCUMENT 1: coupe longitudinale du rein

DOCUMENT 2 : unité structurale et fonctionnelle du rein

DOCUMENT 3: tableau comparatif des compositions du plasma, de l'urine primitive et de l'urine définitive.

DOCUMENT 4a: Séquence des bases azotées du brin codant du gène de l'ADH

A C G A T G A A G G T C T T G A C G G G T T C T C C T  

DOCUMENT 4b: Séquence des bases azotées du brin codant du gène de l'ADH anormal retrouvé dans le diabète insipide

A C G A T G A A G G T C T T G A C G G G T C T C C T 

DOCUMENT 5 : tableau du code génétique

Phé= Phénylalanine; Leu= Leucine; Ile= Isoleucine; Met= Méthionine; Val= Valine; Ser= Serine; Pro= Proline; Thr= Thréonine; Ala= Alanine; Tyr= Tyrosine; His= Histidine, Gln= Glutamine; Asn= Asparagine;   Lys= Lysine; Asp= Acide aspartique; Glu= Acide glutamique;         Cys= Cystéine; Trp= Tryptophane; Arg= Arginine;Gly= Glycine

ÉLÉMENTS DE CORRECTION

1. Anatomie du rein   ( 20 points )

    1.1 ( 7.5 points )
        Légendes de la coupe longitudinale de rein document 1

            capsule rénale ou séreuse
            cortex rénal
            papille rénale
            artère rénale
            veine rénale
            uretère
            médulla ( pyramide de Malpighi )
            bassinet
            calice
    1.2 ( 12.5 points )
        Titre et légende du document 2:
        Titre: le néphron et sa vascularisation
        Légendes:
            artériole efférente
            tubule contourné distal
            artériole afférente
            veinule
            anse de Henlé
            tube collecteur de Bellini
            glomérule
            capsule de Bowman
            tube contourné proximal
            capillaires péritubulaires

        Circulation sanguine: sens + couleurs conventionnelles

2. Intervention des reins dans l'homéostasie  (32 points )

    2.1 ( 5 points )
        Plasma et urine primitive: même composition quantitative et qualitative, sauf pas de protéines ni de lipides dans l'urine primitive. L'urine primitive provient d'une filtration sélective du plasma au niveau du néphron qui ne laisse passer que les petites molécules.

    2.2 ( 3 points )
        La filtration s'exerce au niveau du corpuscule de Malpighi ( paroi glomérulaire + paroi de la capsule de Bowman ).

    2.3 ( 8 points )
        Pour les ions sodium, le glucose et l'urée, la quantité/24 h diminue entre l'urine primitive et l'urine définitive. Donc mise en évidence de la réabsorption.
        Les ions ammonium et l'acide hippurique apparaissent dans l'urine définitive alors qu'ils étaient absents dans l'urine primitive. Donc mise en évidence d'une fonction de sécrétion.

    2.4 ( 5 points )
        On constate que lors de sa progression dans le néphron, le volume d'urine diminue ( de 180L/24h à 1.5L/24h ); ceci s'explique par une réabsorption d'eau.

    2.5 ( 11 points )

        2.5.1 ADH: hormone antidiurétique ( 1 point )

        2.5.2 ( 4 points )

                - analyse des expériences a et b: si on prive un animal de boisson, on constate une oligurie et la présence d'ADH dans le sang. Par contre si on fait ingérer un volume d'eau important à un animal, on constate une polyurie et absence d'ADH.
                - donc la sécrétion d'ADH est sous le contrôle de la volémie et de la pression osmotique du plasma ( elle est sécrétée lors d'une baisse de la volémie et augmentation de la pression osmotique du plasma ).
                - l'ADH agit au niveau de la diurèse en augmentant la réabsorption tubulaire d'eau; elle augmente la perméabilité à l'eau des cellules de la paroi du tube contourné distal et du tube collecteur.

        2.5.3 ( 3 points )
                Analyse des expériences c et d: on constate que chez un animal une post-hypophysectomie entraîne une polyurie qui peut être supprimée par injection d'extraits post-hypophysaires. Donc origine post-hypophysaire.

        2.5.4 ( 3 points )
                Action de la post-hypophyse par voie sanguine: l'ADH est une hormone. Nature polypeptidique.

3. Expression génétique de l'ADH   ( 28 points )

    3.1 ( 4 points )
        Gène: séquence d'ADN qui porte l'information codant pour la synthèse d'une protéine ou d'un polypeptide donné.

    3.2 ( 10 points )

        3.2.1 ( 5 points )
                La transcription est un mécanisme qui permet de copier l'information portée par le brin transcrit d'ADN en molécule complémentaire, l'ARN messager. La transcription a lieu dans le noyau cellulaire.

        3.2.2 ( 5 points )
                Transcription du gène de l'ADH:

brin transcrit ADH    ACGATGAAGGTCTTGACGGGTTCTCCT

ARN messager        UGCUACUUCCAGAACUGCCCAAGAGGA

    3.2 5 (4 points )
                Traduction de l'ARN messager:

ARN messager    UGC UAC UUC CAG AAC UGC CCA AGA GGA

séquence ADH    cys - tyr - phé -gln - asn- cys- pro-arg- gly

    3.4 ( 10 points )

        3.4.1 ( 2 points ) mutation par délétion de la thymine en position 21 ou 22 du brin codant

        3.4.2 ( 8 points )

Mutation brin codant ACG ATG AAG GTC TTG ACG GGT CTC CT

ARN messager muté  UGC UAC UUC CAG AAC UGC CCA GAG GA

séquence                  cys -tyr -phé -gln -asn -cys -pro -glu

Conséquence de la mutation: la mutation décale le cadre de lecture à partir du 8ième codon ce qui modifie les 2 derniers acides aminés de la séquence peptidique de l'ADH; la séquence de l'ADH est tronquée du 8ième acide aminé.

l'ensemble cause une anomalie de fonction responsable du diabète insipide