ANNALES SPECIALITE : Energie et cellules vivantes COUPLAGE CHIMIO-CHIMIQUE

2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.

Pondichery 2016

Fabrication d’un vin pétillant

La qualité d’un vin dépend du cépage, du climat mais également des processus de vinification, c’est-à-dire des étapes de la fabrication du vin. Un vin blanc peut être transformé en vin blanc pétillant ; cette transformation repose sur la maîtrise du métabolisme cellulaire des levures.

À partir de l’étude des documents proposés, mise en relation avec vos connaissances, expliquer les mécanismes permettant, à l’échelle cellulaire, la fabrication d’un vin blanc puis expliquer sa transformation en vin pétillant.

Document 1 : composition d’un moût (jus de raisin initial) et de deux vins

Moût Vin blanc Vin blanc pétillant

Eau 80% 80% 80%

Glucose 100 g.L-1

0,5 g.L-1

0,5 g.L-1

Fructose 100 g.L-1

0,5 g.L-1

0,5 g.L-1

Acide tartrique 5 g.L-1

5 g.L-1

5 g.L-1

Éthanol traces 80 g.L-1

95 g.L-1

CO2 0,2 g.L-1

0,2 g.L-1

2 à 4 g.L-1

Magnésium 100 mg.L-1

100 mg.L-1

100 mg.L-1

Levures* 1 g.L-1

0,2 g.L-1

0,5 g.L-1

* Remarque : les levures présentent une faible tolérance aux hautes teneurs en alcool.

D’après N. NEHMES, Ethesis, 2008 et http://www.larvf.com

Document 2 : étude expérimentale réalisée sur du jus de raisin Document 2.a : évolution de la concentration en dioxyde de carbone dans un jus de raisin en présence ou en absence de levures

Document 2.b : évolution de la concentration en éthanol dans un jus de raisin en présence ou en absence de levures

Document 3 : différentes voies métaboliques chez la levure

Document 4 : matières premières nécessaires à la fabrication d’un vin blanc pétillant

La liqueur de tirage ajoutée au vin blanc est un mélange contenant notamment des levures et du sucre. Ce sucre est essentiellement du saccharose. Les levures sont capables de métaboliser une molécule de saccharose en une molécule de glucose et une molécule de fructose.

Métropole 2015

L’inflorescence d’arum présente une particularité remarquable. Lorsque les fleurs mâles produisent du pollen, une brutale

élévation de température se produit dans l’inflorescence provoquant l’émission de substances volatiles qui attirent les insectes

pollinisateurs.

À partir des informations extraites des documents et de vos connaissances, identifier et décrire le mécanisme expliquant

la brutale production de chaleur chez l’arum.

Document 1 : Température mesurée au niveau de l’inflorescence d’arum lors du brutal épisode de production de chaleur.

*Le spadice correspond à l’inflorescence. D'après Seymour et Ito, 2010

Document 2 : Mesure de la température et de la production de CO2 dans l’inflorescence au cours de la journée

D'après Lance, Signol et Chauveau, 1976

Document 3 : Mesures de la quantité de dioxygène consommé et de la quantité de réserves d’amidon dans l’inflorescence

à différents stades

Stades de l’inflorescence

1 : plusieurs jours avant la production de chaleur

2 : juste avant la production de chaleur

3 : au moment de la production de chaleur

4 : après la production de chaleur

D’après Lance, Signol et Chauveau, 1976, modifié

Document 4 : Mesure de la quantité de l’organite photographié ci-dessous dans le spadice.

D’après Banque d’image SVT Dijon

Plusieurs jours avant la

production de chaleur

Juste avant la

production de chaleur

Au moment de la

production de chaleur

Après la production de

chaleur

Abondance relative de

l’organite photographié

ci-dessus + ++++ ++++ +

Nouvelle Calédonie -mars 2016

Acidose lactique et traitement anti-VIH

Les inhibiteurs de la transcriptase inverse (INTI) sont utilisés pour réduire la reproduction du virus de

l'immunodéficience humaine (VIH).

L'usage de ces anti-rétroviraux s'est révélé toxique à forte dose suite à une modification du pH sanguin.

Expliquer à l'aide des documents et de vos connaissances pourquoi l'utilisation de ces anti-rétroviraux peut

conduire à une anomalie du pH sanguin.

Document 1 : Le métabolisme du pyruvate

Document 1a : Évolution de la concentration de dioxygène dans une suspension de mitochondries en fonction du

substrat

On mesure grâce à une chaîne EXAO comportant une sonde oxymétrique la concentration en dioxygène dans une

suspension de mitochondries normales.

D'après Hardy J. www.pedagogie.ac-nantes.fr

Document 1b : Conséquences du traitement avec INTI sur le métabolisme du pyruvate

Au sein des mitochondries, le cycle de Krebs utilise le pyruvate et aboutit à la formation de composés réduits

R'H2.

Dans le cadre d'un traitement avec INTI, des examens biochimiques mettent en évidence l'impossibilité d'utilisation

du pyruvate par le cycle de Krebs.

D'après Médecine thérapeutique, Volume 8, 59-63, numéro spécial, Janvier 2002, Sida 2001

Document 2 : Quelques réactions du métabolisme

Document 2a : La glycolyse

Il s'agit d'une réaction de dégradation du glucose dans le hyaloplasme.

Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 R' 2 Acide pyruvique + 2 ATP + 2 R'H2

R' : accepteur d'électrons

On considèrera ici que l'acide pyruvique et le pyruvate sont équivalents.

Document 2b : La fermentation lactique

Au sein du hyaloplasme, certaines cellules peuvent, dans certaines conditions, régénérer les transporteurs R' grâce à

la réaction suivante :

Acide pyruvique + R'H2 Acide lactique + R'

Document 3 : Effet du traitement sur les mitochondries

Les mitochondries possèdent de l'ADN (ADNmt). Celui-ci gouverne la synthèse de plusieurs protéines

mitochondriales.

Les INTI peuvent à forte dose, diminuer l'expression de l'ADNmt.

Les schémas suivants représentent les mitochondries chez un individu non traité et chez un individu tracté avec un

inhibiteur de transcriptase inverse.

Protéines de la

chaîne respiratoire

synthétisées grâce à

l'ADNmt

(Les protéines de la

chaîne respiratoire sont

en réalité intégrées dans

la membrane interne de

la mitochondrie)

Sans traitement par les INTI Avec traitement par les INTI à forte

dose

D'après http://www.jle.com/e-docs/00/04/07/9A/article.phtml?fichier=images.htm

Document 4 : Comparaison de caractéristiques biologiques d'un sujet non traité et d'un sujet traité aux INTI

On mesure chez ces sujets au repos le taux sanguin d'acide lactique.

Produit par les cellules, cet acide passe librement dans le sang.

Sujet Taux sanguin d'acide lactique

au repos

pH du sang

Non traité avec INTI 1 mmole par litre pH = 7,41

(normal)

Traité avec INTI > 5 mmoles par litre pH < 7,38

(acidose)

Liban 2013

Métabolisme musculaire et entrainement des sportifs

Un entrainement de longue durée (course pendant 21 semaines à raison de 5 séances par semaine) peut être à

l'origine, chez les sportifs, d'une modification du métabolisme des cellules musculaires.

À partir de l'exploitation des documents et de l'utilisation des connaissances, montrer que le métabolisme

musculaire est modifié par l'entrainement puis, expliquer en quoi ces modifications permettent des contractions

musculaires plus intenses et de plus longue durée.

Document 1 : quantité de mitochondries dans les cellules musculaires

Les mitochondries sont des organites présents dans les cellules musculaires. Elles permettent la synthèse d'ATP par

oxydation des métabolites.

Un entraînement de 21 semaines à raison de 5 séances par semaine permet d'observer dans les cellules musculaires :

- une augmentation du nombre de mitochondries de 120% ;

- une augmentation de 14 à 40% de la taille des mitochondries.

D'après www.jap.physiology.org

Document 2 : entrainement et activité enzymatique

Des mesures de l'activité des enzymes du cycle de Krebs sont réalisées à partir d'extraits de muscles prélevés chez

différents sportifs avant et après entrainement.

D'après physiperf.fr

Document 3 : entrainement et réserves de métabolites

Le glycogène est une forme de stockage du glucose. Le tableau ci-dessous présente les réserves en glycogène

musculaire chez une personne non entrainée et chez une personne entrainée.

Réserves en glycogène musculaire

Personne non entrainée 13 à 15 g/kg de muscle

Personne entrainée 15.5 à 17,5 g/kg de muscle

D'après www.jap.physiology.org

Document 4 : entrainement et conditions de production d'acide lactique

D'autres processus permettent la synthèse d'ATP dans les fibres musculaires comme par exemple la fermentation

lactique. Cette fermentation génère la synthèse de lactates qui s'accumulent dans les fibres musculaires et le sang.

Ces lactates pourraient être à l'origine d'une fatigue musculaire.

Variation de la quantité de lactate en fonction de la vitesse de course chez un individu entrainé et chez un individu

non entrainé

D'après www.staps.uhp-nancy.fr