Exercice 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Polynésie 2026 (jour 2)

Expliquer comment les végétaux produisent de l'ATP et comment ils se multiplient par clonage.

Réponse : Introduction La forêt de Pando est un organisme clonal : environ 47 000 tiges de peupliers faux-tremblants, génétiquement identiques, sont reliées par un même réseau racinaire. Des analyses d'ADN (marqueurs microsatellites) montrent que toutes ces tiges ont le même génotype. Comment les végétaux chlorophylliens produisent-ils de l'ATP à partir du glucose issu de la photosynthèse, et comment cette énergie permet-elle leur multiplication par clonage, à l'échelle de la cellule puis de l'organisme ? I. La production d'ATP par la respiration cellulaire (échelle cellulaire) *Mise en évidence expérimentale* : - On place une suspension de cellules chlorophylliennes (chlorelles, par exemple) dans un bioréacteur relié à une sonde à O2 (ExAO). À l'obscurité, la concentration en O2 diminue et celle en CO2 augmente : la cellule respire. - On isole des mitochondries par centrifugation. Si l'on ajoute du glucose, elles ne consomment pas d'O2. Si l'on ajoute du pyruvate, elles en consomment. Le glucose est donc d'abord transformé hors de la mitochondrie. 1. *Glycolyse (hyaloplasme)* : - Le glucose est oxydé en 2 pyruvates. - 2 NAD+ sont réduits en 2 NADH,H+. - Il se forme 2 ATP nets. 2. *Cycle de Krebs (matrice mitochondriale)* : - Le pyruvate est totalement oxydé en CO2 (décarboxylations). - Il se forme des coenzymes réduits (NADH,H+ et FADH2) et un peu d'ATP. 3. *Chaîne respiratoire et phosphorylation oxydative (membrane interne mitochondriale)* : - Les coenzymes réduits sont réoxydés par la chaîne respiratoire. - Les électrons sont transférés jusqu'à l'accepteur final, O2, qui est réduit en H2O. - Ce transfert s'accompagne d'un pompage de protons vers l'espace intermembranaire. - Le retour des protons vers la matrice à travers l'ATP synthase permet la phosphorylation de l'ADP en ATP. - Expérience appuyant ce mécanisme : des vésicules de membrane interne privées de leurs sphères pédonculées (ATP synthase) transportent encore les électrons mais ne produisent plus d'ATP (expérience de Racker). - Bilan : environ 30 à 32 ATP par glucose, contre seulement 2 ATP par fermentation en l'absence d'O2. II. L'ATP, source d'énergie de la multiplication cellulaire - L'hydrolyse de l'ATP en ADP + Pi fournit l'énergie de nombreux processus : - la réplication de l'ADN en phase S de l'interphase ; - les synthèses de protéines et de paroi ; - le fonctionnement du fuseau mitotique (déplacement des chromosomes en anaphase par des moteurs moléculaires). - Observation : au microscope, une coupe d'extrémité de racine (pointe de racine d'ail, d'oignon) montre de nombreuses cellules en mitose, et ces cellules sont riches en mitochondries. - La mitose, précédée de la réplication semi-conservative, produit des cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère : c'est la base du clonage. III. La multiplication par clonage à l'échelle de l'organisme (reproduction asexuée) 1. *Des cellules végétales aux propriétés particulières* : - Les méristèmes (apicaux, axillaires) sont des zones de cellules indifférenciées qui se divisent activement toute la vie de la plante. - De nombreuses cellules différenciées restent totipotentes : elles peuvent se dédifférencier puis se redifférencier. - Exemple : l'expérience de Steward. Une cellule isolée de racine de carotte, cultivée in vitro avec des hormones (rapport auxine/cytokinine), redonne une plante entière. - Applications : bouturage et culture in vitro (microbouturage). 2. *Le clonage naturel chez Pando : le drageonnement* : - Les racines traçantes du peuplier forment des bourgeons adventifs, d'origine méristématique. - Chaque bourgeon se développe en une nouvelle tige aérienne, appelée drageon. - Toutes ces tiges sont issues de mitoses et possèdent donc le même patrimoine génétique que l'individu initial. - Elles restent reliées entre elles par le réseau racinaire, qui partage l'eau et les réserves. - Ainsi, un seul individu a colonisé 43 ha pendant des milliers d'années. - Autres exemples de reproduction asexuée : les stolons du fraisier, les tubercules de la pomme de terre. Conclusion À l'échelle cellulaire, les végétaux produisent de l'ATP par respiration : glycolyse, cycle de Krebs, puis chaîne respiratoire et ATP synthase dans la mitochondrie. Cette énergie alimente la réplication de l'ADN et la mitose, qui produisent des cellules identiques. À l'échelle de l'organisme, grâce aux méristèmes et à la totipotence, les végétaux forment de nouveaux individus génétiquement identiques, des clones, comme les drageons de Pando. Cette stratégie permet une colonisation rapide du milieu, mais elle donne une faible diversité génétique qui rend le clone vulnérable aux maladies et aux changements du milieu.