Bac Spécialité SVT 7 juin 2021 Métropole
Exercice 2, première proposition : (8 points) Produire le mouvement: contraction musculaire et apport d'énergie - vitesse de raccourcissement des cellules musculaires
Selon l'activité motrice effectuée, les mouvements mis en jeu s'appuient sur la réalisation de contractions plus ou moins rapides. On cherche à comprendre ce qui détermine la vitesse de raccourcissement des cellules musculaires.
A partir de l'exploitation de l'ensemble des documents et de l'apport des connaissances nécessaires, proposez une hypothèse expliquant les vitesses de raccourcissement différentes des cellules musculaires.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances utiles.
document 1 : électrophorèse1 des chaines lourdes de la myosine de différentes cellules musculaires
Diverses cellules musculaires sont isolées à partir de muscles de rats ; les chaines lourdes de myosine (MHC pour "Myosin Heavy Chain") en sont extraites et subissent une électrophorèse suivie d'une coloration les faisant apparaitre en noir. Chacune des pistes a, b, d, e et f correspondant aux MHC extraites d'une seule cellules cellule venant d'un muscle donné. La piste c révèle les MHC extraites d'un mélange de cellules issues de divers muscles de rats.
d'après Weiss et al.. 2001. J. Biol. Chem. 276 49502-45908.
(1) électrophorèse: technique permettant de faire migrer dans un champ électrique des molécules chargées électriquement. Plus les molécules sont légères et plus loin elles migrent en partant de la zone de dépôt en haut de l'image.
document 2 : intervention de la myosine dans le raccourcissement de la cellule musculaire
Lors du raccourcissement d'une cellule musculaire, il y a plusieurs cycles tels que celui décrit ci-dessous qui se succèdent. Plus ces cycles sont nombreux sur une période donnée, et plus le raccourcissement est important.
document 3 : vitesses de raccourcissement des cellules musculaires
On a établi à quelle vitesse maximale (en unité de longueur par seconde) se raccourcissent les cellules musculaires en fonction de la chaine lourde de myosine présente (résultats obtenus chez le chien, l'analyse montre que toutes les différences de vitesse entre les fibres sont statistiquement significatives, à l'exception de la différence entre MHC-IIX et MHC-IIB).
d'après journals.physiology.org
document 4 : hydrolyse de l'ATP et vitesse de raccourcissement
On a évalué la vitesse du raccourcissement (V
0) de cellules musculaires en fonction de la vitesse d'hydrolyse de l'ATP de la myosine qu'elles contiennent. Les résultats ont été obtenus à partir de muscles appartenant à plusieurs espèces de mammifères et contenant différentes sortes de myosine pour la chaîne lourde MHC.
d'après Richard K. Brizendine & al.. Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Nevada School of Medicine, Reno, NV 99557.
document 5 : structure de la chaine lourde de la myosine
document 5a : représentation tridimensionnelle d'une partie de la "tête" de la chaine lourde de la myosine
Grâce à la combinaison de divers résultats d'analyses, des ordinateurs permettent d'élaborer des modèles de la structure spatiale des molécules; sur la visualisation, la chaine de myosine est affichée en "rubans" sauf deux zones correspondant aux acides aminés de la boucle 1, située au niveau du site de fixation de l'ATP et aux acides aminés de la boucle 2, située au niveau du site de fixation sur l'actine.
image obtenue avec le logiciel Rastop
document 5b : rôle des boucles
Les acides aminés de la boucle 1 interviennent directement dans la fixation de l'ATP et son hydrolyse; les études ont montré peu de différences de fonctionnement entre les boucles 1 des différentes chaines lourdes de myosine.
Par contre des techniques de biologie moléculaire ont permis de remplacer la boucle 2 d'une chaine lourde de myosine donnée par une boucle 2 d'une autre forme de myosine: on a alors observé que la vitesse d'hydrolyse de l'ATP est modifiée. Les chercheurs ont proposé que la boucle 2 interviendrait sur la durée pendant laquelle l'actine est attachée à la myosine et donc, indirectement, sur la durée totale d'un épisode de raccourcissement.
Le document présente des extraits de séquences peptidiques alignées pour le boucle 2 de différentes formes de chaines lourdes de la myosine porcine (chaque lettre correspond à un acide aminé différent; les tirets correspondent à des acides aminés non présents); des acides aminés de chaque forme de chaine lourde se retrouvent à l'identique dans les mêmes formes de chaines lourdes d'autres espèces de Mammifères.
d'après 1998. médecine/sciences 14: 1077-82 et www.sciencedirect.com