Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Asie 2024 (jour 1)

Expliquer les mécanismes impliqués dans la thermogénèse chez la souris.

Réponse : Introduction : Face au froid, la souris, animal homéotherme, maintient sa température interne grâce à la thermogénèse, c'est-à-dire la libération de chaleur par l'activité cellulaire. On cherche quels tissus, quels mécanismes cellulaires et quelle régulation sont impliqués. 1. Deux tissus adipeux aux structures différentes (Doc 1) : - Le tissu adipeux blanc (TAB) est formé d'adipocytes à une grande gouttelette lipidique unique, avec un cytoplasme pauvre en organites : c'est un tissu de stockage. - Le tissu adipeux brun (TABr) possède de nombreuses petites gouttelettes lipidiques et un cytoplasme abondant, riche en mitochondries : c'est un tissu à forte activité métabolique. 2. Le mécanisme mitochondrial (Doc 2) : - Dans les deux tissus, les métabolites issus des lipides fournissent des coenzymes réduits ($NADH,H^+$). Ceux-ci sont réoxydés par la chaîne respiratoire, avec $O_2$ comme accepteur final d'électrons, ce qui forme $H_2O$. - Cette chaîne pompe des protons $H^+$ de la matrice vers l'espace intermembranaire et crée un gradient de protons. - Dans le TAB (Doc 2a), les protons reviennent dans la matrice par l'ATP synthase : l'énergie du gradient sert à phosphoryler l'ADP en ATP, et peu de chaleur est produite. - Dans le TABr (Doc 2b), la protéine UCP1 (thermogénine) offre un passage de retour aux protons sans synthèse d'ATP. La respiration est découplée et l'énergie du gradient est dissipée sous forme de chaleur : la production de chaleur est forte. 3. Une régulation hormonale par le PAN (Doc 3, 4 et 5) : - Doc 3 : après 5 h à 4 °C, l'expression du gène PAN passe d'environ 1 à environ 3,3 UA. La concentration plasmatique de PAN passe d'environ 250 à environ 560 pg/mL. Le froid stimule donc la synthèse et la sécrétion de PAN par le cœur. - Doc 4 : après 5 h à 4 °C, la température interne baisse d'environ 3 °C chez les souris Nppa +/+. Elle baisse davantage chez les souris Nppa -/-, qui ne produisent pas de PAN : environ 3,8 °C, avec un écart significatif à chaque heure. Le PAN contribue donc à limiter l'hypothermie. - Doc 5 : à 21 °C, la production de chaleur du TABr (cou, épaules) est faible et semblable dans les deux lignées. À 4 °C, elle augmente fortement chez les souris Nppa +/+ mais peu chez les souris Nppa -/-. Le PAN est donc nécessaire à l'activation thermogénique du TABr par le froid. 4. Le « brunissement » du tissu adipeux blanc sous l'effet du PAN (Doc 6) : - Doc 6a : après 5 h à 4 °C, le tissu initialement blanc des souris Nppa +/+ montre de nombreuses petites gouttelettes lipidiques et davantage de cytoplasme. Il prend un aspect de tissu brun (« beige »). Le tissu des souris Nppa -/- reste blanc, avec de grosses gouttelettes uniques. - Doc 6b : l'expression du gène UCP1 passe de 1 à 7 UA chez les souris Nppa +/+. Elle passe seulement de 1 à 1,5 UA chez les souris Nppa -/-. - Le PAN induit donc la transformation du TAB en tissu thermogénique exprimant UCP1, ce qui augmente la surface de tissu capable de produire de la chaleur. Conclusion : Le froid stimule la sécrétion de PAN par le cœur. Cette hormone, transportée par le sang, agit à deux niveaux : - elle active le tissu adipeux brun ; - elle provoque le brunissement du tissu adipeux blanc, en stimulant l'expression d'UCP1. Dans les mitochondries de ces adipocytes, UCP1 découple la chaîne respiratoire de la synthèse d'ATP. L'énergie issue de l'oxydation des lipides est ainsi libérée sous forme de chaleur, ce qui limite la baisse de la température interne.