BCPST.1 – 851 et 852. Lundi 17/03/2008. DS n° 5 . Durée : 3h Ce

BCPST.1 – 851 et 852.
Lundi 17/03/2008.
DS n° 5 .
Durée : 3h
Ce devoir comprend plusieurs parties indépendantes et obligatoires. Il est conseillé de suivre les
indications pour répartir votre temps.
PARTIE 1 : BIOLOGIE.
A. Virus et cycles de multiplication.
A partir d'un exemple de votre choix, vous décrirez la structure et le cycle de multiplication
d'un virus .
Votre présentation aura comme support un schéma légendé ; tout texte annexe sera
sanctionné.
Durée conseillée : 25 min
B. Infection virale et traitements par les analogues de désoxyribonucléosides
antirétroviraux.
Durée conseillée : 1h
Le virus responsable du syndrome de l’immunodéficience chez l’homme (VIH) est un
rétrovirus qui affecte essentiellement les cellules de l’immunité. Les analogues de nucléosides
utilisés dans les thérapies antirétrovirales, comme l’AZT (Zidovudine), le d4T (Stavudine), le 3TC
(Lamivudine) ou les didésoxyribonucléotides comme le ddC (Zalcitabine) sont des
désoxyribonucléosides particuliers dont le sucre a été modifié chimiquement (Document B.1B).
Plusieurs analogues de nucléoside sont actuellement utilisés dans les protocoles thérapeutiques
seuls ou en association avec d’autres inhibiteurs viraux. Cependant, afin d’être
pharmacologiquement actif, l’analogue doit être phosphorylé jusqu’au stade triphosphate. Les
phosphorylations successives sont catalysées par les kinases de la voie de récupération des
nucléotides.
B-1. Des patients infectés par le VIH sont soumis à une thérapie basée sur l’utilisation d’analogues
de désoxyribonucléosides. Chez ces patients, on note l’évolution du nombre de copies d’ARN viral
dans le plasma ainsi que le nombre de lymphocytes T CD4+ dans le sang (Document B.2).
a . D’après vous, quelle est la cible moléculaire des analogues de désoxyribonucléosides
antirétroviraux et leur mécanisme d’action ? Le terme d’inhibiteur est-il adapté à cette classe de
molécules ? Si oui, à quel type d’inhibiteur se réfèrent les analogues de désoxyribonucléosides
antirétroviraux ?
b. Que vous suggèrent les données enregistrées chez ces patients quant à l’efficacité du
traitement antirétroviral ?
c. Quelle peut être la conséquence de l’utilisation prolongée d’un analogue de
désoxyribonucléoside sur la multiplication du VIH ?
B-2. L’élongation par polymérisation d’une amorce ADN de 21 nucléotides radiomarquée à son
extrémité 5’ hybridée sur une matrice ADN de 35 nucléotides a été initiée en présence des quatre
désoxyribonucléosides triphosphates (dNTP – 50 μM chacun), d’un analogue de
désoxyribonucléoside triphosphate (AZT-TP ou d4T-TP - 500 μM) et de la transcriptase inverse
sauvage ou mutante. Après 15 minutes d’incubation à 37°C, 1 mM de pyrophosphate (PPi) a été
ajouté. Plusieurs échantillons ont été prélevés au cours du temps, déposés sur gel dénaturant et
soumis à une électrophorèse (Document B.3).
a. Que représente la bande majeure indiquée sur le document B.4A par la lettre T ?
b. Quelle réaction chimique est mise en jeu après addition de pyrophosphate (Ppi) dans
cette expérience ?
c. Que représentent les bandes au dessus de la «bande T» ?
B-3. Des lymphocytes T CD4+ ont été cultivés en présence d’un analogue de désoxyribonucléoside
(AZT ou 3TC) radiomarqué. Le contenu intracellulaire en analogues de désoxyribonucléoside
phosphorylés a été déterminé au cours du temps après extraction des nucléotides et séparation par
Chromatographie Liquide Haute Performance (HPLC), sur une résine échangeuse d’anions, équipée
en ligne d’un détecteur de radioactivité et d’un spectrophotomètre (Document B.4). Les formes
phosphorylées (mono-, di- et triphosphate) de chaque analogue de désoxyribonucléotide ont été
identifiées à l’aide de marqueurs d’élution.
Interprétez ces résultats
B-4. Certains patients infectés par le virus VIH et soumis à une monothérapie AZT sont devenus de
moins en moins sensibles au traitement par l’AZT. Le gène pol codant la transcriptase inverse porte
la mutation K65R, mais cette mutation ne peut rendre compte à elle seule de l’inefficacité de la
monothérapie. Les lymphocytes T CD4+ de ces patients ont été extraits et mis en culture en
présence d’AZT. Les auteurs ont quantifié l’expression des gènes codant la thymidine kinase (TK),
la thymidylate kinase (dTMP kinase) et la nucléoside diphosphate kinase (NDP kinase) par RTPCR. Cette technique de biologie moléculaire permet de copier l’ARNm correspondant au gène
étudié en ADNc et d’amplifier cet ADNc en utilisant des amorces d’ADN spécifiques. Les produits
amplifiés ont été déposés sur gel d’agarose et quantifiés (Document B.5).
Interprétez ces résultats.
Document B3
Document B4
Document B5
Partie 2 géologie
Le noyau terrestre
Durée conseillée 1h
Question1
Vous exploiterez de façon méthodique l’ensemble des documents qui vous sont proposés puis à
l’aide de vos connaissances et des informations fournies vous préciserez pourquoi il est
raisonnable de proposer le fait que le noyau terrestre est constitué majoritairement de fer.
Document 1 : quelques données sur l’abondance des éléments dans une chondrite carbonée
( météorite indifférenciée) et dans la croûte continentale.
Les astronomes savent, d’après les caractéristiques orbitales de la planète Terre, calculer sa masse.
Celle- ci est de 5.96 1024 kg.
R, le rayon de la Terre, est également connu, il est de 6370 km (mesuré à l’équateur).
Des mesures astronomiques permettent de déterminer le moment d’inertie de la Terre IT , le moment
d’inertie d’un corps en rotation autour d’un axe reflète la distribution des masses à l’intérieur du
corps : le moment d’inertie est d’autant plus petit que les masses sont rapprochées de l’axe de rotation.
Si la Terre était une sphère homogène de densité uniforme, son moment d’inertie calculé serait de
0.4MR2, les mesures effectuées montrent qu’il est plutôt de l’ordre de 0.33MR2
Document 2 : quelques apports des données astronomiques sur la structure de notre planète
Document 3 : tableau recensant la
vitesse des ondes sismiques P et S
(Vp et Vs) , la pression P, les
modules élastiques
d’incompressibilité K et de
cisaillement μ et l’accélération de
la pesanteur g , pour quelques
valeurs de la profondeur z ou de
la distance au centre de la Terre r
Document 4 : Vitesse
des ondes sismiques P
en fonction de la masse
volumique selon Birch
(1963)
Document 5 : diagramme de fusion du fer
Question 2
1. En utilisant les données du document 3, déterminez la position de la discontinuité noyau/
manteau. Connaissant la masse et le moment d’inertie terrestres, ainsi que la profondeur de la limite
noyau/ manteau, calculez les densités moyennes du manteau et du noyau.
Pour cela :
- écrivez littéralement le moment d’inertie terrestre en fonction de la densité terrestreρ T.
- établissez un système de deux équations à deux inconnues en écrivant que la masse totale de la Terre est égale à la
somme des masses du manteau et du noyau, et que le moment d’inertie total est égal à la somme des moments d’inertie
du manteau et du noyau (pour cela, considérez que le manteau et le noyau sont des sphères)
- résolvez ce système d’équations
2. Dynamique du noyau terrestre
A . Quels arguments à votre avis suggèrent que le noyau externe est animé de mouvements?
B . Deux hypothèses peuvent être formulées afin d’expliquer ces mouvements : soit une convection
d’origine thermique, soit une convection d’origine physico-chimique.
B1 Hypothèse de la convection d’origine thermique
- Si la convection nucléaire est d’origine thermique, il doit exister une source de chaleur propre au
noyau. Il est couramment admis que cette source de chaleur est liée à la cristallisation du fluide du
noyau externe qui produit le grossissement de la graine. En supposant que la croissance de la graine
a pris naissance au moment de l’accrétion ( il y a 4.5 Ga) calculez la quantité de fer qui cristallise
chaque seconde.
- Sachant que la chaleur latente de cristallisation du fer est de 2 1010 J.m-3, calculez le dégagement
de chaleur (en W) produit par la cristallisation de fluide du noyau externe.
B2 Hypothèse de la convection d’origine physico-chimique
- Sachant que le noyau externe contient environ 10% d’éléments légers, estimez la quantité
approximative d’éléments légers libérés chaque seconde à la frontière noyau externe/graine
- On suppose que ces éléments légers sont soumis à la force d’Archimède, qui entraîne leur
ascension vers la limite noyau – manteau . Calculez la quantité d’énergie PL dégagée par cette
libération d’éléments légers en appliquant la formule suivante :
PL= VL x ∆m x g x ENL
Avec
VL volume d’élément léger libéré par seconde
∆m différence de masse volumique entre les éléments lourds ( Fe) et les éléments
légers = 17 700 kg. M-3
g accélération de la pesanteur = 5 m.s-2 à ces profondeurs
ENL épaisseur du noyau externe
Comparez le résultat obtenu avec la quantité d’énergie calculée auparavant , concluez.
Partie 3 géologie
Durée conseillée 30min
Isostasie glaciaire
Lors d’une glaciation, de l’eau est transférée du domaine océanique (70% de la surface de la Terre)
sur les calottes polaires. Le domaine continental englacé (2.8% de la surface de la Terre) s’enfonce
alors, ce qui entraîne un fluage du manteau et un relèvement des fonds océaniques. (v.figure
explicative ci-dessous)
Sachant que la densité de l’eau de mer est de 1.028, que celle de la glace est de 0.917, que celle de
la croûte continentale est de 2.7, que celle de la croûte océanique est de 2.9, que celle du manteau
est de 3.1 et que la surface de la Terre est de 510 106 km2, calculez la variation réelle du niveau de
la mer lorsqu’une épaisseur de 100 mètres d’eau océanique est transférée sur les calottes
glaciaires. On calculera tout d’abord :
- l’épaisseur moyenne x des calottes polaires
- l’enfoncement moyen y du domaine continental englacé
- le relèvement moyen des fonds océaniques
- la variation réelle R du niveau de la mer.