glycÉmie et diabÈte · document 1 : quelques caractéristiques des deux sujets : noémie souffre...

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

GLYCÉMIE ET DIABÈTE

Thomas est un lycéen de 17 ans souffrant de diabète de type I. Après son repas à la cantine il s’est injecté une dose d’insuline ; cependant, après son cours d’EPS en début d’après-midi, il est sujet à un malaise et perd connaissance. Amené à l’infirmerie, le médecin scolaire lui fait une injection de glucagen®, produit contenant du glucagon.

À partir de l’exploitation rigoureuse de l’ensemble des documents et de l’utilisation des connaissances, expliquer l’origine du malaise de Thomas et justifier le choix du médecin quant à l’injection réalisée.

Document 1 : Conseils donnés aux diabétiques - Une hypoglycémie doit être suspectée chez un diabétique, présentant les signes suivants : sueurs, tremblements, troubles de la vue, fatigue soudaine, fringales, vertiges, difficultés de concentration, troubles du comportement (comparables notamment à l'ébriété), pâleur, convulsions, perte de connaissance. Si le diabétique est conscient, faites-lui absorber 3 à 6 morceaux de sucre ou une boisson sucrée. Si le diabétique est inconscient, injectez un flacon de glucagon par voie sous-cutanée ou intramusculaire. Dès que le diabétique a repris conscience, il doit prendre un repas. - Une hyperglycémie doit être suspectée chez un diabétique présentant les signes suivants : fatigue, soif importante, envie d'uriner plus que d'habitude. Il faut alors mesurer la glycémie capillaire et faire une recherche d'acétone dans les urines. Il faut ensuite faire une injection d’insuline rapide et consommer des glucides juste après cette injection.

Modifié d’après http://www.eurekasante.fr/medicaments/vidal-famille et http://www.hegp.fr/diabeto/desequilibrehypertype2.html

Document 2 : Variation de la glycémie chez une personne non diabétique pendant 24 h

D'après manuel Bordas SVT 1ère S – édition 2007

Document 3 : Effet de l’insuline sur la glycémie et l’utilisation de glucose

Modifié d’après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=283

Document 4 : Effet du glucagon sur la glycémie (A) et sur la concentration du glycogène hépatique (B) quand on perfuse un animal avec du glucagon.

Modifié d’après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=282



Leonard Hofstadter, personnage de la série "The Big Bang Theory" est entre autres connu pour son intolérance au lactose… C'est l’incapacité, plus ou moins prononcée, à digérer le lactose. L'intolérance au lactose concerne la majorité de la population humaine (plus de 65%) et se manifeste tôt dans l’enfance.

En utilisant les informations des documents et vos connaissances : - expliquer l'origine des symptômes de cette fréquente intolérance ; - puis, proposer quelques recommandations alimentaires succinctes à destination des personnes intolérantes au lactose.

Document 1 : Digestion du lactose Comme le saccharose, le lactose n'est pas directement assimilable, c'est-à-dire qu'il ne franchit pas la muqueuse intestinale. Il doit pour cela être au préalable hydrolysé en deux hexoses, le glucose et le galactose. Des expériences de digestion in vitro ont été réalisées : trois tubes sont préparés conformément aux indications du tableau ci-dessous avant d'être placés au bain-marie. Au bout de 15 minutes des tests de présence de glucose par bandelettes colorées sont réalisés dans les trois tubes.

Tube n°1 Tube n°2 Tube n°3

Solution de lactose à 1 g.l

-1

10 mL 0 mL 8 mL

Solution de β- galactosidase

0 mL 10 mL 2 mL

Test de présence de glucose

- (négatif)

- (négatif)

+ (positif)

Ces expériences ont été réalisées à 37°C. Lorsque les réactifs sont préalablement portés et maintenus à des températures de 2°C ou de 70°C, les résultats sont tous négatifs.

Document 2 : Lactose et fermentations Le lactose peut être utilisé comme substrat métabolique fermentaire par de très nombreuses bactéries. Ces réactions conduisent à la production de gaz (H2, CH4, CO2) et d'acides organiques divers, connus comme pouvant être irritants : lactate, acétate, butyrate...

Document 3 : Données anatomiques et physiologiques Les symptômes de l'intolérance au lactose sont des ballonnements, des diarrhées, des douleurs abdominales (parfois des céphalées et des vomissements), qui surviennent une à quelques heures après l'ingestion de lactose.

Tableau comparatif de quelques

résultats d'investigation chez des

personnes intolérantes ou non intolérantes au lactose :

Individus tolérants (digérant le lactose)

Individus intolérants (ne le digérant pas ou mal)

Production de β-galactosidase par l'intestin grêle

+ + + - ou (+)

Présence de bactéries fermentaires dans le colon

+ + (+) + + +

Note : Les signes et leurs nombres traduisent l'importance des résultats. DOCUMENT DE RÉFÉRENCE : Anatomie de l’appareil digestif

D'après banque d’images SVT, Académie de Dijon

Document 4 : Teneur en lactose de certains aliments On rappelle que les produits laitiers ont une importance nutritionnelle forte.

D'après http://www.swiss-paediatrics.org



L'acarbose, un médicament antidiabétique

Un médecin prescrit à l'un de ses patients atteint de diabète de type 2, un médicament dont le principe actif est l'acarbose. Par son mode d'action original, celui-ci permet de corriger les troubles liés à cette maladie.

À partir de l'exploitation des documents et de la mise en relation avec vos connaissances, expliquer à ce patient le mode d'action de l'acarbose et son intérêt pour lui, individu diabétique.

Document 1 : La réaction d'hydrolyse de l'amidon par les enzymes digestives. Au cours de la digestion, l'amidon ingéré est hydrolysé grâce à l'action d’enzymes digestives, comme les amylases (salivaire et pancréatique) et la maltase. L'hydrolyse de l'amidon fournit du glucose qui traverse la paroi intestinale pour se retrouver dans le sang. Les équations chimiques relatives à cette hydrolyse sont présentées ci-dessous.

Document 2 : Variations de la vitesse d'hydrolyse de l'amylase pancréatique (enzyme agissant dans l’intestin), en absence ou en présence d'acarbose.

D'après K.S. LAM et al. Diabetes care, 21-7,1154-1158, 1998

Document 3 : Glycémie mesurée en période post-prandiale (= après le repas) après traitement avec de l'acarbose ou sans traitement chez des rats diabétiques et non diabétiques.

D'après M.A. MOGALE et al. African Journal of Biotechnology, 10-66,15033-15039, 2011

Document 4 : Modèles moléculaires de l'amylase pancréatique en présence d'amidon (fragment) ou en présence d'acarbose.

D'après le logiciel RASTOP



Diabète et perspective d'amélioration du traitement Noémie et Pascal doivent subir des injections d'insuline afin de soigner leur diabète (diagnostiqué depuis cinq ans). La publication d'un article scientifique sur la bétatrophine une molécule susceptible de diminuer la fréquence de ces injections, leur fait espérer un traitement moins contraignant.

À partir de l'exploitation des documents fournis et de vos connaissances, justifier le traitement par insuline des deux personnes et discuter de l'intérêt de la bétatrophine dans leurs cas respectifs.

Document 1 : Quelques caractéristiques des deux sujets : Noémie souffre de diabète de type 1 et Pascal souffre de diabète de type 2.

Sujet Noémie Pascal

Âge 13 ans 50 ans

Masse 38 kg 98 kg

Taille 1m55 1m70

Glycémie à jeun à deux reprises

> 1.26 g.L-1

> 1.26 g.L-1

Mode de vie Actif Sédentaire

Symptômes Fatigue, perte de poids, nausées

Aucun

Document 2 : Images au microscope optique d'îlots de Langerhans d'individus diabétiques

Cas de diabète de type 1 : les lésions sont très précoces et précèdent les premiers signes cliniques.

Cas de diabète de type 2 : les dépôts de substance amyloïde sont très progressifs.

D'après http://library.med.utah.edu et www.meducation.net/encyclopedia/28677

Document 3 : Évolution dans le temps des deux types de diabète

D'après Holman. Diabetes Res Clin Prad 1998;40 (suppl. l):S21-S25

et http://www.jle.com/e-docs/00/04/13/5F/article.phtmf?fichier=images.htm

Document 4 : Étude de l'action de la bétatrophine L'équipe du professeur Melton de l'université de Harvard a publié en avril 2013 une étude portant sur une protéine produite par le foie, la bétatrophine. Les chercheurs ont injecté le gène codant pour cette molécule dans le foie de souris. Ils ont mesuré au bout de 8 jours les effets de cette expérimentation sur le pancréas des animaux.

L'équipe du professeur Melton indique que la bétatrophine pourrait permettre d'espacer les injections d'insuline.

D'après Cell 153, 747-758, May 2013, Melton D.A and coll 2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.


Les mauvaises habitudes alimentaires sont un des facteurs intervenant dans le développement de l’obésité et du diabète de type 2. Il est donc conseillé d’éviter d’habituer les enfants à consommer des aliments trop sucrés. Conscient de ces recommandations, un industriel voudrait commercialiser un jus de banane spécialement conçu pour les jeunes enfants.

En utilisant les informations des documents et les connaissances, expliquer à cet industriel quel procédé devra être mis en œuvre pour obtenir un jus de banane conçu pour les jeunes enfants.

Document 1 : compositions des jus de banane et objectifs de l’industriel Le premier jus obtenu ne peut pas être commercialisé pour les enfants : sa saveur sucrée est trop prononcée et son opacité est trop importante. L’industriel souhaite donc obtenir un jus plus clair ayant une saveur moins sucrée.

Composition du jus de banane initial

Composition du jus de banane que l’industriel souhaite obtenir

Eau 92 % 92 %

Protéines < 1 % < 1 %

Glucides dont : amidon maltose glucose

7 % 2 %

Traces 5 %

7 % Traces

7 % Traces

Lipides < 1 % < 1 %

Ions minéraux (sodium, magnésium, potassium, calcium…)

< 1 % < 1 %

Document 2 : caractéristiques de quelques glucides

Schématisation de la structure moléculaire

Contribution à la saveur sucrée

Contribution à l’opacité

d’un jus de fruits

Amidon

- +++

Maltose

+ +

Glucose

+++ +

+ : contribue ; - : ne contribue pas Document 3 : caractéristiques de quelques enzymes Différentes enzymes sont couramment utilisées dans l’industrie agro-alimentaire pour modifier les caractéristiques des aliments. Parmi celles-ci, l’industriel dispose de l’amylase, de la maltase et de la maltose-synthase. Document 3a : étude expérimentale de l’amylase On souhaite déterminer le rôle de l’amylase ainsi que les conditions dans lesquelles elle agit. On réalise 4 tubes à partir desquels on effectue différents tests.

Résultats obtenus

Tube 1

Amidon + amylase à 2°C

Tube 2 Amidon +

amylase à 37°C

Tube 3 Amidon +

amylase à 85°C

Tube 4 Amidon +eau

distillée à 37°C

Tests à T = 0 min Eau iodée : bleu-violacé ; Liqueur de Fehling : - ; Glucotest : -

Test à l’eau iodée à T = 8 min

bleu-violacé jaune bleu-violacé bleu-violacé

Test à la liqueur de Fehling à T = 8 min

- + - -

Glucotest à T = 8 min

- - - -

Signification des résultats obtenus lors des tests : Glucotest + : présence de glucose Glucotest - : absence de glucose Test à l’eau iodée présentant une couleur bleu-violacée : présence d’amidon Test à l’eau iodée présentant une couleur jaune : absence d’amidon Test + à la liqueur de Fehling : présence de glucose ou de maltose (dans le cas de cette expérience)

Document 3b : activité de la maltase

L’activité de la maltase a été testée à plusieurs températures : son activité maximale est observée pour une température de 37°C. Document 3c : activité de la maltose-synthase

L’activité de l’enzyme « maltose synthase » a été testée à plusieurs températures : son activité maximale est observée pour une température de 37°C.



Le diabète de type 1 est une maladie chronique dont le seul traitement actuellement disponible est l'insulinothérapie, c'est-à-dire l'injection d'insuline. Les injections manuelles classiques sont depuis les années 80 de plus en plus remplacées par l'utilisation d'une pompe à insuline.

Justifiez le traitement par insulinothérapie et l'utilisation préférentielle de la pompe à insuline dans le traitement du diabète.

Document 1 : Suivi de la glycémie chez un patient atteint de diabète de type 1 traité par injections d'insuline

Suivi de la glycémie pendant 11 jours chez un patient atteint du diabète de type 1 traité par 2 injections d'insuline par jour. La glycémie a été mesurée 8 fois par jour.

D'après Lauritzen et coll., Oiabetologia 1979, 17:291-295

dans http://www.endotext.org/diabetes/diabetes17/diabetesframe17.htm Document 2 : Evolution de la glycémie chez un patient diabétique traité avec une pompe à insuline

Evolution de la glycémie chez un patient diabétique traité avec une pompe à insuline continue pendant une journée.

D'après Couper et Prins, 2003, Recent advances in therapy of diabetes. MJA, vol. 179

Document 3 : Effets d'une injection d'insuline sous-cutanée sur l'évolution du taux plasmatique d'insuline et de la glycémie chez des patients atteints d'un diabète de type 1.

D'après Baden et coll., Diabetes, 2003, 52:133-137

Document 4 : Evolution de la glycémie et du taux plasmatique d'insuline (insulinémie) chez une personne saine et un patient diabétique suite à l'ingestion de glucose.

- L'injection de glucose est réalisée à t = 0 mn - Une glycémie de 100 mg/100 ml correspond 1 g/L.

D'après G. Hennen, DeBoeck Université



Le traitement actuel pour les patients atteints du diabète de type-1 est l’insulinothérapie. Cependant, cette thérapie contraignante n’empêche pas les complications de la maladie. Une alternative judicieuse consiste à greffer des îlots de Langerhans en remplaçant la seule partie atteinte du pancréas. Cependant cette approche est encore limitée par les difficultés d’isolement de ces îlots et, par la nécessité d’un traitement immunosuppresseur*. La découverte d’une nouvelle catégorie de lymphocytes : les lymphocytes T régulateurs jouant un rôle majeur dans la prévention des maladies auto-immunes, a ouvert un nouveau champ de perspectives de traitement (voir document de référence). * : qui supprime les défenses immunitaires

Après avoir identifié une des causes du diabète de type 1, justifiez l’intérêt d’utiliser les lymphocytes T régulateurs en traitement chez un individu pré-diabétique.

Document 1 : 1a) Schéma d’une portion de pancréas en coupe et 1b) moyennes de mesures de la masse du pancréas et de certaines de ses cellules, pratiquées lors d’autopsies chez des individus sains et des individus diabétiques de type 1 1a

1b

Phénotype Mesures

Individu sain

Individu diabétique de type 1

Masse totale du pancréas (g)

82 40

Masse des îlots de Langerhans (mg)

1400 415

Masse des cellules alpha-pancréatiques (mg)

220 150

Masse des cellules bêta-pancréatiques (mg)

850 0

Document 2 : Survenue du diabète chez des souris NOD ayant reçuà l’âge de 4 semaines une injection de :

Les souris NOD (Non-ObeseDiabetic) représentent un modèle d’étude du diabète de type 1. Elles développent une insulite (inflammation des îlots pancréatiques) à l’âge de trois semaines mais le diabète n’apparaît chez elles que 10 semaines après. Il a été montré que les Lymphocytes T CD8 cytotoxiques sont responsables de la destruction des cellules du pancréas

D’après Immunity, 1 April 2000, Pages 431–440

Document 3 : Marquage dans le pancréas des lymphocytes TCD8 cytotoxiques chez des souris NOD ayant reçu ou non une injection de lymphocytes T régulateurs à l’âge de 4 semaines

D'après Immunity, 1 October 1999, Pages 463–472 Document de référence : Perspective de thérapie cellulaire du diabète de type 1 par transfert de lymphocytes T régulateurs (Ly Treg)

D’après M/S Volume 18, numéro 11, novembre 2002, p. 1066-1068



Victor, élève en classe de Terminale S, est atteint d’un diabète de type 1. Un PAI (Projet d’Accueil Individualisé) a été mis en place pour lui dans son lycée, afin d’améliorer son intégration et de pallier d’éventuelles difficultés.

À l’aide des documents proposés et de vos connaissances, vous expliquerez l’origine du diabète de type I et vous justifierez les conseils donnés sur l’extrait du PAI de Victor (document de référence).

Document 1 : Extrait du PAI de Victor

Conseils et recommandations du médecin

Analyse et injections Trouver un lieu adapté et qui lui convienne pour faire les analyses de glycémie et/ou une éventuelle injection d'insuline.

Malaise hypoglycémique

Symptômes : faim, pâleur, tremblements, sueurs, vertiges, vision trouble, fatigue, troubles de la parole ou du comportement. Dans ce cas : donner une collation un sucre ou un gâteau sec. Si perte de connaissances : Injecter du Glucagen* en sous-cutané ou intramusculaire (1 mg = 1 ampoule).

Activité sportive Le professeur de sport doit être averti et dispose d'une réserve de sucre et de collations en cas d'oubli. L'adolescent doit pouvoir réaliser des mesures de glycémies, avant, pendant et après son cours d’EPS.

* Glucagen : médicament dont le principe actif est le glucagon, utilisé dans le traitement des hypoglycémies sévères qui peuvent survenir chez les diabétiques insulino-traités. Document 2 : Evolution de la glycémie au cours d’une journée chez une personne non diabétique (La glycémie est exprimée en mg/dl soit 100 mg/dl = 1g/l)

D’après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/

Document 3 : Glycémie et insulinémie chez Victor et chez un patient non diabétique après ingestion de glucose.

Source : banque de schémas SVT

Document 4 : Données histologiques sur le pancréas 4a - Comparaison de la masse du pancréas et des cellules endocrines lors de l’autopsie d’individus non diabétiques ou atteints d’un diabète

Pancréas phénotype

Masse totale du pancréas

Masse du pancréas endocrine

Cellules β

Cellules α

Non diabétique 82 g 1395 mg 850 mg 225 mg

Diabète de type 1 40 g 413 mg traces 150 mg

D’après http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/svt/program/fichacti/fich1s/diabete/diabete.htm

4b - Coupe histologique d’îlots de Langerhans d’un individu non diabétique (gauche) et d’un individu diabétique (droite) dont les cellules β sont marquées par immunofluorescence.

Source : http://www.bristol.ac.uk/clinical-sciences/research/diabetes/



Originaires du Mexique, les Indiens Pimas des États-Unis se sont installés dans le désert de Sonoran (Arizona), il y a environ trente mille ans. Restés génétiquement isolés des populations voisines pendant des millénaires et pratiquant une agriculture de subsistance, ils ont été happés par la société d'abondance (sédentarité, surconsommation, ... ). Ils détiennent un record mondial, celui de la prévalence (pourcentage d'individus atteints, tous cas confondus) au diabète non insulino-dépendant (DNID) ou diabète de type 2. Depuis trente ans, le DNID augmente régulièrement dans le monde entier, mais nulle part ailleurs, l'épidémie n'est aussi dévastatrice que chez les Pimas. On se propose d'exploiter les résultats de différentes études épidémiologiques pour identifier les facteurs intervenant dans le développement du DNID.

À partir d'une exploitation minutieuse des données épidémiologiques fournies, proposez une explication rendant compte de la prévalence du diabète non insulino-dépendant chez les Indiens Pimas des États-Unis. Rendez compte de votre explication sous la forme d'un schéma de causalité.

Document 1 : Prévalence du diabète de type 2 et indice de masse corporelle (IMC) dans la population adulte d'Indiens Pimas Les individus adultes sont considérés comme obèses quand leur IMC est supérieur à 25. L'indice de masse corporelle (IMC) est calculé en divisant la masse de l'individu (en kg) par sa taille (en m) élevée au carré.

Document 2 : Prévalence du diabète de type 2 et activité physique dans une population présentant la même fourchette d'IMC d'Indiens Pimas adultes

Document 3 : Prévalence du diabète de type 2 dans trois populations (non Pimas du Mexique, Indiens Pimas du Mexique, Indiens Pimas des États-Unis)

Document 4 : Prévalence du diabète de type 2 dans trois populations adultes (Indiens Pimas non métissés, Indiens Pimas métis de première génération et population nord-américaine voisine) présentant la même fourchette d'IMC

Document 5 : Prévalence du diabète de type 2 et âge chez des individus possédant ou non des antécédents génétiques à la génération précédente

D'après des travaux de Schulz, Bennett, Ravussin, ... , Diabete care, 2006



Un médecin diagnostique un diabète à M. X. Les résultats des investigations médicales vous sont présentés ici.

En utilisant les informations des documents et les connaissances, déterminer le type de diabète dont souffre M. X et expliquer son origine possible.

Document 1 : Résultats du test d’hyperglycémie provoquée de M. X.

D’après Hannele Yki-Jirvinen et al., The Journal of Clinical Investigation, 1987

Chez une personne saine, la valeur maximale d’insulinémie atteinte lors de l’ingestion de 75 g de glucose est de 45 mU.L

-1.

Document 2 : Activité de la glycogène-synthase en fonction de la concentration en insuline.

D’après Hannele Yki-Jirvinen et al., The Journal of Clinical Investigation, 1987

Document 3 : Action de l’enzyme de restriction XbaI sur les allèles de la glycogène-synthase Le gène de la glycogène-synthase (GYS) est situé sur le chromosome 19, chez l’être humain. La mise en évidence des allèles de GYS est réalisée grâce aux enzymes de restriction. L’enzyme de restriction Xbal reconnaît une séquence de nucléotides donnée sur l’un des brins d’ADN. À ce niveau, elle coupe les deux brins, c’est le site de restriction. Ainsi des fragments d’ADN sont produits et leur taille dépend de la position de sections réalisées. Les fragments sont ensuite séparés par électrophorèse, ils migrent différemment en fonction de leur taille. On connaît deux allèles du gène de la glycogène synthase : A1 et A2. Le génome de M. X est testé avec XbaI et analysé par électrophorèse.

D’après planet-vie.ens.fr

Document 4 : Fréquence des allèles A1 et A2 dans la population

Génotype Fréquence chez les

individus non diabétiques

Fréquence chez les individus diabétiques de

type II

A1//A1 92 % 70 %

A1//A2 ou A2//A2 8 % 30 %

D’après planet-vie.ens.fr 2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.


L’activation quotidienne et répétée de la voie de régulation classique de la glycémie impliquant l’insuline se traduit à terme par le stockage du glucose en excès dans le tissu adipeux, conduisant à une prise de poids.

À partir de l’exploitation des documents et les connaissances, expliquer comment l’ostéocalcine décarboxylée produite par les ostéoblastes a un rôle hypoglycémiant sans prise de poids associée

Document 1 : Une nouvelle voie de régulation de la glycémie. On étudie une nouvelle boucle de régulation de la glycémie impliquant l’insuline mais aussi des cellules osseuses, les ostéoblastes. Ces derniers possèdent des récepteurs à insuline et agissent par l’intermédiaire de la production d’une hormone, l’ostéocalcine décarboxylée. Document 2 : Observation macroscopique et métabolique de différentes lignées de souris Dans une lignée de souris dont les ostéoblastes sont dépourvues de récepteurs à insuline, on constate qu’avec l’âge se développe chez ces souris par rapport aux souris témoins :

une hyperglycémie, associée à une intolérance au glucose ;

une augmentation de leur masse graisseuse ;

une diminution de leur dépense énergétique. D’après Planet-vie.ens.fr Article publié le 28/03/2013

Document 3 : Niveau de production d’insuline dans certaines conditions de cultures expérimentales.

Cultures réalisées Production d’insuline par les différentes cultures

Culture d’îlots de Langerhans sans aucun traitement 100%

Coculture d’ostéoblastes et de cellules des ilots de Langerhans 140%

Culture de cellules des ilots de Langerhans traitées par de l’ostéocalcine décarboxylée.

140%

Document 4 : Niveau de production d’adiponectine dans certaines conditions de cultures expérimentales. Les adipocytes sont des cellules du tissu adipeux capables de produire une protéine, l’adiponectine qui favorise la sensibilité des tissus cibles à l’insuline et augmente leurs dépenses énergétiques.

1 : Culture d’adipocytes sans aucun traitement. 2 : Coculture d’ostéoblastes et d’adipocytes. 3 : Culture d’adipocytes traités par l’ostéocalcine décarboxylée.

D’après thèse CB Confavreux Université Lyon I, 2012



À partir des informations extraites des documents et de vos connaissances, expliquer comment la molécule de sitagliptine peut améliorer l’état de santé de certains diabétiques.

Document 1 : Évolution du nombre de cellules bêta fonctionnelles chez des patients développant une certaine forme de diabète

Les mesures sont effectuées à partir de l’année 0, date à laquelle ce diabète est diagnostiqué

D’après UKPDS 16. Diabètes, 1995 Document 2 : Action de la sitagliptine Après un repas, le tube digestif sécrète dans le sang, une hormone, la GLP1 (glucagon-like peptide-1). Cette hormone est dégradée au bout de 2 minutes par une enzyme, la DPP4 (dipeptidyl peptidase-4).

La sitagliptine est un inhibiteur de la DPP4. Lorsqu’elle est administrée, elle bloque l’action de la DPP4.

D’après Reflet S., Club des jeunes néphrologues, 2011

Document 3 : Perfusion de GLP1 ou de placébo chez des sujets diabétiques On sépare des diabétiques en 2 lots. Un reçoit une perfusion de GLP1, l’autre lot reçoit une perfusion de placébo. Le placébo est un médicament contenant des substances neutres qui n’ont aucune action.


Document 4 : Effet de la GLP1 sur les cellules bêta du pancréas des rats Zucker diabétiques Les rats Zucker sont des rats obèses développant un diabète. Des rats Zucker sont traités avec de la GLP1 et comparés à des rats Zucker témoins ne recevant pas de GLP1.




Une jeune femme, Mme X, a développé un diabète rare et atypique à l’âge de 27 ans. En utilisant les informations extraites des documents et vos connaissances, proposer une explication à l’origine du diabète de Mme X.

Document 1 : Cas clinique de Mme X

Mme X

Diabète de type 1 classique

Diabète de type 2 classique

Âge de découverte du diabète

27 ans Entre 2 et 25 Après 45 ans

Glycémie au moment de la découverte (en g. L

-1)

1,9 ≤2 1,4

IMC(1)

(indice de masse corporelle) au moment de la découverte

23 Généralement inférieur à 25

25 et plus

Traitement proposé Injections d’insuline

Injections d’insuline Régime et traitement

anti-diabète

(1) l’IMC est considéré normal pour des valeurs comprises entre 18 et 25. Pour des valeurs au-dessus de 25 on parle de surpoids. Document 2 : Concentration d’insuline (en pM.kg

-1.min

-1), en réponse à une ingestion d’une forte dose de

glucose à T0 chez une personne non atteinte de diabète (●) et chez Mme X ( )

Document 3 : Généalogie de la famille de Mme X pour le gène HFN-1

Des études moléculaires montrent que Mme X et sa sœur malade sont toutes les deux porteuses d’une mutation concernant le gène HFN-1 du chromosome 12. L’allèle normal est noté N et l’allèle muté noté M.

Document 4 : Rôle du gène HNF-1 Le gène HFN-1 est un gène qui contrôle l’expression d’autres gènes. En particulier, dans les cellules β des îlots de Langerhans, il permet l’expression de protéines qui contrôlent la sécrétion d‘insuline.



Certains individus obèses développent un diabète de type 2.

À partir des documents et de l’utilisation des connaissances, expliquer l’origine d’un diabète de type 2 chez les patients obèses.

Document 1 : Réponse à un test d’hyperglycémie chez des sujets sains et des sujets atteints du diabète de type 2 (DT2)

Document 1a : Glycémie d’un individu témoin et d’un individu atteint de type DT2 étudié, après la même prise orale massive de glucose

Document 1b : Insulinémie (taux d’insuline dans le sang) d’un individu témoin et d’un individu atteint de type de DT2 étudié, après la même prise orale massive de glucose.

D’après De Fronzo (Cahier Nutrition Diététique, 36, hors-série 1, 2001)

Document 2 : Etude des effets de l’insuline sur la capture du glucose On connaît des souris mutantes qui présentent les caractéristiques suivantes : obésité, hyperglycémie chronique. Ces « souris obèses » constituent un modèle pour l’étude de ce diabète de type 2. Chez les souris normales et les souris obèses modèles, on mesure la quantité de glucose entrant dans les cellules musculaires (glucose fixé sur les protéines musculaires qui le transportent dans les cellules) pour des concentrations croissantes d’insuline.

D’après Le Marchand-Brustel Y, 1987, Medecine et sciences Vol 3

Document 3 : Effet de l’insuline sur l’activité de l’enzyme, la glycogène synthétase Chez les souris normales et les souris obèses modèles, on mesure l’activité de la glycogène synthétase des cellules musculaires en présence de concentrations croissantes d’insuline. Cette enzyme participe à la synthèse de glycogène à partir de glucose.


Document 4 : Etude des récepteurs à insuline des souris Les récepteurs à insuline sont extraits à partir de cellules musculaires squelettiques de souris normales ou obèses modèles. On mesure la capacité des récepteurs à se lier à l’insuline et leur activité suite à la fixation de cette hormone.




À partir de l’étude des documents et des connaissances, expliquer les modes d’action de la Metformine, molécule utilisée chez les diabétiques pour réguler leur glycémie.

Document 1 : Origine du glucose sanguin après ingestion On peut suivre l’évolution de la concentration du glucose sanguin d’origine alimentaire (doc 1.a). Par différence à la glycémie totale, on peut alors en déduire l’évolution de la concentration du glucose sanguin d’origine hépatique (doc 1.b).

D’après 1ère S SVT – 2001

Document 2 : Effet de la Metformine sur la libération de glucose dans le sang par les cellules du foie chez le rat On mesure l’évolution de la production de glucose par les cellules hépatiques chez 3 lots de rats : – lot 1 : témoin : pas d’injection de Metformine – lot 2 : injection de 2 mM de Metformine; – lot 3 : injection de 5 mM de Metformine.

D’après Biochem. J. (2000) 348, 607–614

Document 3 : Action spécifique de la Metformine sur la cellule hépatique En absence de Metformine, l’activité de la mitochondrie est de 100 %.

D’après Biochem. J. (2000) 348, 607–614

Document de référence :

Document 4 : Action spécifique de la Metformine sur les cellules musculaires Des cultures de cellules musculaires de souris sont réalisées dans 4 conditions différentes et on mesure la quantité de glucose sanguin prélevée par les cellules.

D’après Biochem. J. (2000) 348, 607–614


GLYCÉMIE ET DIABETE

Obésité et diabète de type 2 Les épidémies mondiales de diabète de type 2 et d’obésité semblent suivre la même progression. Si tous les obèses ne deviennent pas diabétiques, 80 % des individus qui développent cette maladie souffrent au préalable d’obésité. Ce constat suggère que l’obésité augmente le risque de contracter un diabète de type 2. À un stade avancé de la maladie, les personnes diabétiques de type 2, obèses ou non, devront être soignées, par des injections d’insuline.

À partir de l’exploitation des documents mise en relation avec vos connaissances, expliquer les mécanismes conduisant un individu obèse à développer un diabète de type 2 et justifier la thérapie par des injections d’insuline à un stade avancé de la maladie.

La conclusion pourra prendre la forme d’un schéma bilan. Document de référence : rôle de l’insuline dans le métabolisme cellulaire Ayant des récepteurs à l’insuline, le foie, les muscles et le tissu adipeux sont des organes cibles.

Document 1 : obésité et diabète de type 2 L’obésité qui se caractérise par un excès de tissu adipeux réparti en différents endroits de l’organisme, se définit par deux marqueurs : · l’indice de masse corporelle (IMC), dont la valeur est obtenue par le rapport du poids de la personne (en Kg) sur le carré de sa taille (en m²), · le périmètre abdominal qui correspond à la mesure de la circonférence de l’abdomen (en cm). Une personne est obèse si son IMC est supérieur à 30 Kg/m² et on parle plus spécifiquement d’obésité abdominale quand son périmètre abdominal est supérieur à 94 cm (pour un homme). Graphique présentant le risque de déclenchement d’un diabète de type 2 selon le périmètre abdominal et l’IMC (étude menée pendant 13 ans sur 27700 hommes)

D’après Y. Wang et al., The American Journal of Clinical Nutrition, 2005

Document 2 : sensibilité du tissu adipeux à l’action de l’insuline Le protocole consiste à mesurer, in vitro, l’absorption de glucose par des cellules du tissu adipeux (les adipocytes) en fonction de la concentration d’insuline perfusée. Ces résultats obtenus in vitro sont équivalents à ce qui se passe en réalité dans le tissu adipeux et permettent d’évaluer sa sensibilité à l’action de l’insuline.

D’après J. M. Olefsky et al., The American Journal of Medicine, 1985

Document 3 : évolution du pourcentage de macrophages du tissu adipeux viscéral en fonction de l’IMC Le tissu adipeux viscéral, situé au niveau de l’abdomen, est constitué d’adipocytes remplis de lipides et d’un ensemble de cellules comprenant notamment des macrophages.

Ces macrophages sécrètent des médiateurs chimiques de l’inflammation parmi lesquels le TNFα et l’Interleukine 6

qui favorisent l’insulino-résistance, définie comme une baisse de la sensibilité à l’insuline des tissus cibles. D’après Curat C et al, Diabetologia, 2006

Document 4 : les effets des acides gras circulants Document 4.a : variations au cours d’une journée de la concentration sanguine en acides gras

D’après J. Girard, Médecine Sciences, 2003

Document 4.b : effets des acides gras sur la cellule β des îlots de Langerhans du pancréas

D’après J. Girard, Médecine Sciences, 2003 Les molécules cytotoxiques peuvent provoquer la mort d’une cellule. 2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.


Le diabète de type 1 est une maladie liée à une insuffisance de production d’insuline provoquée par la destruction des cellules β des îlots de Langerhans du pancréas. Dans l’optique de mettre au point un nouveau traitement, des chercheurs de l’Université de Nice ont étudié les

effets de l’acide -amino-butyrique (GABA) sur la glycémie de la souris.

À l’aide de l’exploitation des documents ci-dessous et de connaissances, expliquer à Antoine comment le GABA pourrait, à l’avenir, soigner ce type de diabète.

Document 1 : Effet du GABA sur les îlots de Langerhans du pancréas de souris Le pourcentage de cellules β dans le pancréas de souris est évalué dans les conditions suivantes : La souris témoin A a subi pendant 5 jours un traitement avec une solution saline. Les souris B, C, D et E ont subi une destruction chimique des cellules β du pancréas puis : – un traitement de 5 jours avec une solution saline pour la souris B ; – un traitement avec du GABA pendant 10 jours (souris C), 25 jours (souris D) et 85 jours (souris E). Remarque : une fois détruites, les cellules β ne peuvent pas se régénérer seules au sein des îlots de Langerhans.

D’après Collombat et Combemorel sur le site planet-vie.ens.fr, consulté en octobre 2017

Document 2 : Effets de l’insuline sur la glycémie chez l’Homme Dans le pancréas, les îlots de Langerhans sont formés de cellules capables de produire des hormones ayant un effet sur la glycémie. Les cellules α produisent une hormone appelée glucagon. L’hormone produite par les cellules β est l’insuline. Pour déterminer le rôle de cette hormone, des mesures de glycémie ont été réalisées chez un sujet sain suite à une injection d’insuline. Les résultats sont présentés dans le graphique ci-dessous. Remarque : l’insuline est une hormone également produite chez la souris. Elle a le même effet sur la glycémie des souris que sur celle de l’Homme. Graphique de l’évolution de la glycémie d’un sujet sain à la suite d’une injection d’insuline (5,56 mmol.L

-1 équivaut

à 1 g.L-1

)

D’après le sujet de bac SMS Biologie, 2004

Document 3 : Effet d’un traitement au GABA sur la glycémie chez la souris Des souris, dont les cellules β des îlots de Langerhans ont été détruites à T = 0 jour, sont traitées par une injection hebdomadaire de 250 μg.kg

-1 de GABA dans la cavité abdominale à partir de T = 8 jours.

Le graphique ci-dessous montre l’évolution de la glycémie de ces souris pendant toute la durée du traitement au GABA (80 jours).

Un autre lot de souris, dont les cellules β des îlots de Langerhans ont été détruites, est traité seulement avec une solution saline (témoin). Ces souris décèdent d’hyperglycémie (560 mg.dL

-1) environ 16 jours après le début de

l’expérience. D’après Collombat et Combemorel sur le site planet-vie.ens.fr, consulté en octobre 2017

Document 4 : Effet du GABA sur l’expression du gène ARX chez la souris Le gène ARX joue un rôle clé dans la différenciation des cellules α et β du pancréas. Chez une souris adulte, on peut inhiber expérimentalement l’expression du gène ARX dans une cellule α. Elle se transforme alors en cellule β. Des chercheurs ont observé que dans des cellules α traitées avec des concentrations croissantes de GABA, l’expression du gène ARX est inhibée.

D’après Collombat et Combemorel sur le site planet-vie.ens.fr, consulté en octobre 2017



À partir de l’étude des documents et des connaissances, justifier que le GABA constitue un espoir de traitement pour les diabétiques de type 1 et expliquer son mode d’action.

Document 1 : Conséquences de l’injection quotidienne de GABA sur des souris diabétiques. 1a : Concentration en glucose mesurée dans le sang de souris diabétiques ayant reçu des injections quotidiennes de GABA ou de solution saline (témoin).

Soltani et al. 2011 PNAS

1b : Coupes de pancréas de souris observées au microscope après marquage des cellules β des îlots de Langerhans (en noir) et identification de lymphocytes infiltrant le tissu (flèches noires).

A – Pancréas d’une souris non diabétique. B – Pancréas d’une souris diabétique. C – Pancréas d’une souris diabétique ayant reçu des injections quotidiennes de GABA.

Soltani et al. 2011 PNAS 1c : Concentrations d’insuline et de glucagon mesurées dans le sang de souris diabétiques ayant reçu des injections quotidiennes de solution saline ou de GABA

Soltani et al. 2011 PNAS

Document 2 : Pourcentage des cellules productrices de glucagon (cellules α) ou d’insuline (cellules β) dans les îlots de Langerhans de souris ayant reçu, ou non (CTRL), des injections de GABA à différentes concentrations

D’après Ben-Othman et al., 2017, Cell 168 2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.


Antoine, atteint d’un diabète de type 1, se trouve dans la salle d’attente de son médecin généraliste. La couverture d’un magazine scientifique l’interpelle : « Le GABA, une molécule prometteuse pour soigner le diabète de type 1 ». Le diabète de type 1 est dû à une destruction auto-immune des certaines cellules pancréatiques : les cellules β des îlots de Langerhans.

À l’aide de l’exploitation des documents ci-dessous et de connaissances, expliquer à Antoine comment le GABA pourrait, à l’avenir, soigner ce type de diabète.

Document 1 : Photographie d’un îlot de Langerhans d’un individu sain observé au microscope optique.

Les cellules β sécrètent de l’insuline, hormone hypoglycémiante. Les cellules α sécrètent du glucagon, hormone hyperglycémiante.

D’après CNRS photothèque (modifié) Document 2 – Traitements réalisés chez des souris.

Des souris de deux mois sont traitées avec des doses élevées de streptozotocine pour détruire leurs cellules β. 10 jours plus tard deux lots de souris sont traitées par injection : un lot 1 avec une solution saline (témoin) et un lot 2 au GABA.

D’après un article de P.Collombat, P. Combemorel, Planet-Vie, Lundi 12 juin 2017 Document 3 – Les β cellules productrices d’insuline apparaissent en clair au sein d’îlots de Langerhans (structures délimitées par des pointillés) chez 3 lots de souris.

http://presse.inserm.fr/une-molecule-pour-regenerer-les-cellules-produisant-de-linsuline-chez-les-diabetiques/25908/

Document 4 – Pourcentage de cellules productrices de glucagon et de cellules productrices d’insuline dans des îlots de Langerhans humains 14 jours après l’injection d’une solution saline ou de GABA chez des individus sains.

D’après 2016 Elsevier Inc., December 1, 2016 ©

Document 5 – Données génétiques et mode d’action du GABA. 5-a – Lors de l’embryogénèse, l’expression du gène Arx induit la différenciation des cellules α et l’expression du gène Pax4 la différenciation de cellules β. 5-b – Schéma simplifié du mode d’action du GABA au niveau cellulaire.

D’après la revue « médecine et sciences » vo.33 juin-juillet 2017, équipe de P. Collombat


GLYCÉMIE ET DIABETE

La metformine, un médicament pour traiter le diabète de type 2

La metformine est actuellement le médicament le plus prescrit pour traiter le diabète de type 2.

À partir des informations extraites des documents mises en relation avec des connaissances, proposer un mode d’action de la metformine, puis justifier l’intérêt de ce traitement chez le diabétique de type 2.

Document 1 : Le métabolisme du glucose dans une cellule de foie (hépatocyte) On rappelle que dans l’hépatocyte, le stockage du glucose sous forme de glycogène (glycogénogenèse), comme la libération de glucose par dégradation de glycogène (glycogénolyse) sont contrôlés par des hormones pancréatiques (l’insuline et le glucagon). Le glucagon contrôle également la gluconéogenèse, c’est-à-dire, la synthèse de glucose à partir de molécules non glucidiques (acides aminés, lactate, acides gras…).

Document 2 – Étude des effets de la metformine sur un groupe de sujets volontaires Une étude est conduite sur trois groupes d’individus volontaires de 50 ans pour déterminer les effets d’un traitement par metformine. Document 2a – Caractéristiques des sujets suivis selon leur profil au terme de l’étude

* La mesure du pourcentage d’hémoglobine glyquée (Ghb) est un indicateur de la glycémie moyenne sur une période de deux à trois mois. Elle permet d’évaluer l’équilibre glycémique sur de plus longues périodes que la mesure instantanée de la glycémie. Document 2b – Estimation de la gluconéogenèse hépatique chez les sujets suivis

D’après Mechanism by Which Metformin Reduces Glucose Production in Type 2 Diabetes, Ripudaman S. Hundal, 2000

Document 3 – L’action de la metformine sur l’activité des mitochondries des hépatocytes

Les études montrent que la metformine a un effet sur les mitochondries des hépatocytes. En inhibant l’activité de la chaîne respiratoire, la molécule réduit la production d’adénosine tri-phosphate (ATP) dans la cellule. Document 4 – Influence du rapport AMP/ATP sur le fonctionnement des cellules hépatiques L’ATP (adénosine tri-phosphate) est un intermédiaire énergétique essentiel au fonctionnement des cellules. Dans la cellule, l’adénosine peut se trouver sous deux autres formes : · l’adénosine di-phosphate (ADP) · l’adénosine mono-phosphate (AMP). Des recherches récentes montrent que la variation de la concentration en ATP dans la cellule hépatique, et donc la modification du ratio ATP/AMP ont un impact sur le fonctionnement de la cellule hépatique. Deux conséquences d’une telle variation sur le fonctionnement des cellules hépatique ont été mises en évidence :

D’après Patrignani, 2015 2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.


Du « monstre de Gila » à un médicament contre le diabète La salive du lézard, Heloderma suspectum, contient une molécule (l’exendine-4) qui lui permet de faciliter sa digestion. Cette molécule est devenue le principe actif de l’exénatide, un médicament anti-diabétique.

À l’aide de l’étude des documents et de l’utilisation des connaissances, expliquer pourquoi l’exénatide possède des propriétés anti-diabétiques.

Document 1 : Importance de l’hormone intestinale GLP-1 (glucagon-like peptide-1) dans la régulation de la glycémie Après l’ingestion d’aliments, le tube digestif sécrète dans le sang du GLP-1. Cette hormone agit essentiellement sur le pancréas en stimulant la sécrétion d’insuline. Les molécules de GLP-1 qui n’ont pas agi sur le pancréas, sont rapidement dégradées en molécules inactives par l’enzyme dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4).

Document 2 : Comparaison des séquences en acides aminés de l’exénatide et du GLP-1 humain L’exénatide présente 53 % de similitudes avec la séquence du GLP-1 humain. Le document suivant représente les séquences peptidiques du GLP-1 et de l’exénatide. Chaque acide aminé est représenté par une lettre et sa position est indiquée par un chiffre au-dessus de la séquence. La présence de l’acide aminé Alanine en position 2 est indispensable à la fixation de l’enzyme DPP-4.

Noms des acides aminés : A : alanine / D : acide aspartique / E : acide glutamique / F : phénylalanine / G : glycine / H : histidine / K : lysine / L : leucine / M : méthionine / N : asparagine / Q : glutamine / P : proline / S : sérine / T : thréonine / V : valine / W : tryptophane. Document 3 : Évolution de la glycémie en fonction du temps après l’injection d’exénatide ou d’un placebo Chez des patients diabétiques, on effectue, avant un repas, une injection soit d’exénatide, soit d’un placebo*. * Placebo : médicament contenant des substances neutres, sans effet biologique.

D’après Kolterman et coll., 2003. J Clin Endocrinol Metab, 88(7):3082-3089

Document 4 : Comparaison de la fixation du GLP-1 et de l’exénatide sur le récepteur du GLP-1 Des cellules bêta du pancréas exprimant le récepteur du GLP-1 sont placées en présence d’une concentration constante de GLP-1 radioactif, pendant un temps suffisant pour saturer tous les récepteurs. On ajoute ensuite une concentration croissante de molécules non radioactives :

– soit du GLP-1 (courbe )

– soit de l’exénatide (courbe ) La radioactivité mesurée traduit le pourcentage de récepteurs occupés par le GLP-1 radioactif. Toute diminution de la radioactivité indique donc la fixation de la molécule non radioactive (GLP-1 ou exénatide) sur ce récepteur à la place du GLP-1 radioactif.

On rappelle que 1E-12 mol.L

-1 = 10

-12 mol.L

-1.

D’après la thèse de Sarrauste de Merthière, Université de Montpellier 2003

glycÉmie et diabÈte · document 1 : quelques caractéristiques des deux sujets : noémie souffre...

Documents