Biochimie - Biologie

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
Série
: Sciences et Technologies de Laboratoire
Spécialité
: Biochimie – Génie biologique
SESSION 2011
Épreuve de Biochimie - Biologie
Durée : 4 heures
Coefficient : 6
L’usage de la calculatrice n’est pas autorisé.
Ce sujet comporte 12 pages.
Les pages 9 et 10 sont à rendre avec la copie.
Les trois parties doivent être rédigées sur des copies séparées.
Répartition des points
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I - Biochimie
7 points
II - Biologie humaine
6 points
III - Microbiologie
7 points
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I. BIOCHIMIE (7 points)
Lactate déshydrogénase
La lactate déshydrogénase (LDH) est une enzyme tétramérique existant sous différentes
formes moléculaires. Elle est présente dans différents tissus comme le cœur ou les muscles
squelettiques.
I.1. Structure de la lactate déshydrogénase
I.1.1. Les enzymes sont des protéines.
I.1.1.1. Définir le terme « tétramérique ».
I.1.1.2. Nommer et présenter succinctement les différents niveaux d’organisation
structurale d’une protéine.
I.1.1.3. Indiquer le nom donné aux enzymes catalysant une même réaction mais
existant sous des formes différentes.
I.1.2. Les protéines sont des polymères d'acides aminés.
I.1.2.1. Nommer la liaison chimique reliant deux acides aminés consécutifs.
I.1.2.2. Donner la formule développée de cette liaison.
I.1.2.3. Écrire la formule de l’aspartate, acide aminé dont la chaîne latérale est :
R = -CH2-COOI .1.3. Les pK des fonctions ionisables de l’aspartate sont
pKα-COOH
= 2,0
pKα-NH2
= 9,9
pKR-CH2-COOH = 3,9
I.1.3.1. Positionner les différentes formes ionisées de cet acide aminé sur un axe
de pH.
I.1.3.2. Indiquer la forme ionique dont la charge globale est nulle.
I.1.3.3. Calculer le pHi de l’aspartate.
I.2. Devenir du pyruvate
I.2.1. En condition d’anaérobiose, la réaction catalysée par la lactate déshydrogénase est
la suivante :
Lactate
déshydrogénase
Pyruvate
Lactate
CH3 ⎯ CHOH ⎯ COONADH, H+
NAD+
I.2.1.1. Écrire la formule semi-développée du pyruvate.
I.2.1.2. Indiquer la signification du sigle NAD+.
I.2.1.3. Faire un schéma annoté de la structure du NAD+.
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I.2.2. En condition d’aérobiose, le pyruvate n’est pas transformé en lactate, il subit une
oxydation complète.
I.2.2.1. Le pyruvate subit d'abord une décarboxylation oxydative selon la réaction
suivante.
X
Acétyl-CoA
Pyruvate
CO2
CoA-SH
NAD+
NADH,H+
Donner le nom du complexe multi-enzymatique X qui catalyse la
transformation du pyruvate.
I.2.2.2. L’acétyl-CoA formé entre alors dans le cycle de Krebs.
Reporter sur la copie les numéros « 1 » à « 10 » du document 1 et
indiquer les noms correspondants.
I.2.2.3. Les coenzymes réduits au cours du cycle de Krebs sont réoxydés au
niveau de la membrane interne de la mitochondrie.
I.2.2.3.1. Donner le nom de cette voie de réoxydation des coenzymes
réduits.
I.2.2.3.2. Reporter sur la copie les numéros « 1 » à « 14 » du document 2
et donner leurs légendes.
I.2.2.3.3. Expliquer, à l’aide du document 2, comment cette voie est
couplée à la synthèse d’ATP.
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II. BIOLOGIE HUMAINE (6 points)
Milieu intérieur
II.1. Circulation sanguine
Le document 3 représente un schéma général de la circulation sanguine dans
l'organisme. Les parties entourées correspondent à des agrandissements effectués au
niveau pulmonaire et tissulaire.
II.1.1. Reporter sur la copie et légender les structures « 1 » à « 12 » du document 3.
II.1.2. Sur ce document 3 (à rendre avec la copie) :
- Compléter la rubrique « Légende » en indiquant les couleurs conventionnelles
- Compléter le document en utilisant le code couleurs
- Indiquer le sens de circulation du sang
II.1.3. Définir l’expression « sang hématosé ».
II.2. Étude des échanges pulmonaires
II.2.1. Le document 4 présente une coupe schématique de la paroi alvéolaire.
II.2.1.1. Reporter sur la copie
document 4.
et légender les numéros « 1 » à « 4 » du
II.2.1.2. Citer deux facteurs structuraux favorisant les échanges gazeux entre
l’alvéole et le capillaire.
II.2.2. La différence de pression partielle de chacun des gaz entre le sang des
capillaires sanguins et l'air alvéolaire conditionne le sens des échanges gazeux.
Le tableau du document 5 présente les différentes pressions partielles des gaz
respiratoires au niveau pulmonaire.
II.2.2.1. Représenter, sur le document 4 (à rendre avec la copie), les valeurs
des pressions partielles en O2 et CO2 indiquées dans le document 5.
II.2.2.2. Donner le nom du mécanisme régissant les échanges gazeux
respiratoires au niveau de la paroi alvéolaire.
II.2.2.3. En déduire le sens des échanges de dioxygène et de dioxyde de carbone
au niveau alvéolaire. Indiquer, par des flèches sur le document 4, le sens
de ces échanges.
II.3. Étude des échanges d'eau et de substances dissoutes au niveau tissulaire
II.3.1. Le document 6 permet d'étudier les échanges au niveau tissulaire. Ceux-ci
s'effectuent à travers la paroi des capillaires tissulaires.
La pression hydrostatique sanguine est la pression exercée par le sang sur la
paroi vasculaire.
II.3.1.1. Définir l’expression « pression oncotique ».
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II.3.1.2. Indiquer, en utilisant les valeurs des pressions hydrostatiques figurant sur
le document 6 (à rendre avec la copie), le pôle artériel et le pôle
veineux du capillaire.
En déduire, sur le document 6, le sens de l'écoulement du sang dans le
capillaire.
II.3.1.3. Calculer la différence entre les pressions hydrostatique et oncotique au
niveau du pôle artériel et au niveau du pôle veineux.
II.3.1.4. Indiquer, par des flèches sur le document 6, le sens des échanges d’eau
entre le plasma et la lymphe interstitielle au niveau de chaque pôle.
Donnée : la pression hydrostatique exercée par le milieu interstitiel est
considérée comme négligeable.
II.3.1.5. Positionner, sur le document 6, les phénomènes de filtration et de
réabsorption qui ont lieu entre le capillaire et la lymphe interstitielle.
Indiquer le sens correspondant.
II.3.1.6. Définir le milieu intérieur.
Citer le liquide du milieu intérieur non représenté sur le document 6.
II.3.2. Chez une personne atteinte d'insuffisance hépatique, le foie ne produit plus assez
de protéines plasmatiques.
II.3.2.1. Indiquer la conséquence du manque de protéines plasmatiques sur la
pression oncotique.
II.3.2.2. Préciser l'impact physiologique de cette variation de la pression
oncotique.
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III. MICROBIOLOGIE (7 points)
Infections nosocomiales à Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa ou bacille pyocyanique (bacille du "pus bleu") est une bactérie de
l’environnement qui occasionne de nombreuses infections chez les sujets fragilisés.
III.1. Caractères généraux de Pseudomonas aeruginosa
III.1.1. Pseudomonas aeruginosa est un bacille gram négatif, non sporulé et mobile.
III.1.1.1. Reporter sur la copie les numéros « 1 » à « 8 » et les lettres « A »,
« B » et « C » du document 7 représentant la membrane et la paroi
d’une bactérie Gram négatif.
Indiquer les légendes correspondantes.
III.1.1.2. Citer l’élément permettant la mobilité des bactéries. Préciser sa nature
biochimique.
III.1.2. Pseudomonas aeruginosa est une bactérie aérobie stricte. Elle peut cependant
cultiver en anaérobiose dans des milieux contenant du nitrate de potassium.
III.1.2.1. Schématiser l’aspect de la culture de Pseudomonas aeruginosa après
ensemencement et incubation :
- d’une gélose viande-foie
- d’une gélose viande-foie additionnée de nitrate de potassium.
III.1.2.2. Comparer et justifier la différence d’aspect obtenue sur les deux milieux
en s’appuyant sur le métabolisme respiratoire de la bactérie.
III.2. Pouvoir pathogène de Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste fréquemment responsable
d’infections nosocomiales sévères.
III.2.1.
Définir les expressions :
nosocomiale ».
« pathogène
opportuniste »
et
« infection
III.2.2. Pseudomonas aeruginosa produit de nombreuses substances dont la toxine A.
Afin d’étudier la production de la toxine A au cours de la croissance de
Pseudomonas aeruginosa, le protocole suivant est réalisé :
- culture de Pseudomonas aeruginosa en milieu ordinaire (milieu liquide en fiole
d’Erlenmeyer)
- prélèvement d’une fraction aliquote de culture à intervalle de temps régulier et
détermination de la population bactérienne
- filtration de l’échantillon et dosage de la toxine A dans le filtrat.
III.2.2.1. La courbe 1 du document 8 présente la croissance de Pseudomonas
aeruginosa en milieu ordinaire.
Reporter, sur la copie, le nom et la durée des cinq phases de cette
courbe de croissance bactérienne.
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III.2.2.2. La courbe 2 du document 8 présente le titrage de la toxine A
synthétisée au cours de la croissance bactérienne.
Décrire et analyser cette courbe.
III.2.2.3. En déduire la catégorie de toxine à laquelle appartient la toxine A et sa
nature biochimique.
III.2.2.4. Citer deux propriétés importantes de ce type de toxine.
III.3. Traitement des infections à Pseudomonas aeruginosa
Les infections nosocomiales sont souvent provoquées par des bactéries
multirésistantes aux antibiotiques. Cette multirésistance a généralement une origine
plasmidique.
III.3.1. Nommer le mécanisme de transfert plasmidique fréquemment rencontré chez
les bactéries.
III.3.2. Expliquer en quoi ce mécanisme peut permettre l’acquisition d’une
multirésistance aux antibiotiques.
III.3.3. Afin de lutter de manière plus efficace contre ces souches de Pseudomonas
aeruginosa, le laboratoire effectue des tests d’association d’antibiotiques.
Quatre antibiotiques sont testés à raison de deux antibiotiques par boîte.
La surface de deux géloses est ensemencée avec une suspension de
Pseudomonas aeruginosa.
Deux bandelettes imprégnées des antibiotiques testés sont déposées
perpendiculairement sur chacune des géloses.
Le document 9 présente les résultats obtenus après une incubation de 24 h
à 32°C.
III.3.3.1. Interpréter l’absence de culture à proximité de la bandelette (flèche A
du document 9).
III.3.3.2. En déduire la signification de la limite indiquée par la flèche B.
III.3.3.3. Décrire et interpréter les résultats obtenus pour chacune des deux
associations.
III.3.3.4. En déduire l’association qui pourrait être retenue pour un traitement.
III.4. Prévention des infections nosocomiales à Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa étant l'une des principales bactéries responsables
d'infections nosocomiales en France, une prévention indispensable s'impose. Elle
comprend des mesures d'hygiène dont le lavage des mains, la désinfection des locaux
et la stérilisation du matériel de soin.
III.4.1. Donner une définition du terme « désinfection ».
III.4.2. Proposer une technique de stérilisation du matériel de soin, en précisant les
modalités.
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DOCUMENT 1
Cycle de Krebs
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DOCUMENT 2 : Voie métabolique C
DOCUMENT 3 : À COMPLÉTER ET À RENDRE AVEC LA COPIE
Circulation sanguine générale
Légende :
Couleurs conventionnelles
……………………….
……………………….
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DOCUMENT 4 : À COMPLÉTER ET À RENDRE AVEC LA COPIE
Schéma de la paroi alvéolaire
1
Pneumocyte de type I
2
3
4
Pneumocyte de type II
DOCUMENT 5
Pressions partielles en O2 et en CO2 au niveau pulmonaire
Niveau
alvéole pulmonaire
Niveau
capillaire pulmonaire
Pression partielle en O2
14 kPa
4 kPa
Pression partielle en CO2
5,3 kPa
6,6 kPa
DOCUMENT 6 : À COMPLÉTER ET À RENDRE AVEC LA COPIE
Échanges d’eau et de solutés entre le plasma et la lymphe interstitielle
Capillaire sanguin
Pôle ...................
Pression hydrostatique
= 6 kPa
Pôle ...................
Plasma
Pression hydrostatique
= 1,5 kPa
Pression oncotique
Pression oncotique
= 3,5 kPa
= 3,5 kPa
Lymphe interstitielle
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DOCUMENT 7
Schéma de la paroi et de la membrane de Pseudomonas aeruginosa
Source : R.Moreda siteinternet sti-biotechnologies
1
2
4
A
3
5
B
6
C
7
8
DOCUMENT 8
Courbes de croissance de Pseudomonas aeruginosa et de titrage de la toxine A
Quantité de toxine A
dans le filtrat
(unité arbitraire)
Courbe 2
Courbe 1
Temps
(heures)
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DOCUMENT 9
Résultat de l’association d’antibiotiques
sur la culture d’une souche de Pseudomonas aeruginosa
Association ATB3/ATB4
B
ATB3
ATB2
Association ATB1/ ATB2
A
ATB1
ATB4
ATB
Bandelette imprégnée d’antibiotique
Culture bactérienne
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