SESSION 2013 ÉPREUVE À OPTION. (durée : 4 heures coefficient : 6 note éliminatoire 4 sur 20) CHIMIE

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1 CNCURS SUR ÉPREUVES UVERT AUX CANDIDATS TITULAIRES D UN DIPLÔME U TITRE CNFÉRANT LE GRADE DE MASTER U D'UN DIPLÔME U TITRE HMLGUÉ U ENREGISTRÉ AU RÉPERTIRE NATINAL DES CERTIFICATINS PRFESSINNELLES AU NIVEAU I CNCURS SUR ÉPREUVES UVERT AUX FNCTINNAIRES CIVILS DE L ÉTAT, DES CLLECTIVITÉS TERRITRIALES, D UN ÉTABLISSEMENT PUBLIC U D UN RGANISME INTERNATINAL CMPTANT AU MINS CINQ ANS DE SERVICE DANS UN CRPS DE CATÉGRIE A U ASSIMILÉ SESSIN 2013 ÉPREUVE À PTIN (durée : 4 heures coefficient : 6 note éliminatoire 4 sur 20) CHIMIE Pour cette épreuve, l'usage des calculatrices programmables, alphanumériques ou à écran graphique est autorisé à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage d'imprimante. La consultation des notices de fonctionnement reste interdite. 1/6

2 PREMIERE PARTIE : ETUDE CINÉTIQUE D UNE ENZYME : LA PHSPHATASE ALCALINE I - Aspects théoriques Les enzymes sont des protéines jouant le rôle de catalyseurs spécifiques dans les réactions chimiques survenant chez les êtres vivants. En outre, du fait de cette spécificité, elles sont également employées en synthèse organique. Les études de spécificité ont montré qu une enzyme ne catalyse qu un seul type de réaction et n agit que sur un substrat ou une classe de substrats ayant en commun une configuration bien définie. Ceci a conduit à admettre l hypothèse suivante : formation d une combinaison transitoire entre l enzyme et le substrat, expliquant l activité catalytique de l enzyme. Ce type de catalyse a été très étudié par MICHAELIS, HENRI et MENTEN. a) Quelles sont les deux hypothèses à la base de la théorie de la cinétique enzymatique de HENRI et MICHAELIS? b) n considère la réaction suivante : k +1 k +2 E + S ES E + P k -1 k -2 avec E : enzyme, S : substrat et P : produit. Quelle hypothèse peut-on faire sur k -2? c) A partir de cette hypothèse, comment définiriez-vous la vitesse globale de la réaction : V? d) Exprimez la relation existant entre les concentrations suivantes : [ES], [S] et [E] T : concentration totale en enzyme. e) Après avoir défini la notion de vitesse maximale (V max ) ainsi que la constante de MICHAELIS (K m ), exprimez la vitesse globale de réaction V à partir de la relation obtenue précédemment. f) Comment, expérimentalement, pourrait-on déterminer K m et V max? (Expliquez pour cela les paramètres que vous chercheriez à mesurer expérimentalement) 2/6

3 II - Étude de l'enzyme phosphatase alcaline La phosphatase alcaline est une enzyme qui catalyse l hydrolyse des phosphomonoesters en libérant de l'hydrogénophosphate : P A R + H 2 Enzyme P H + R H B Cette enzyme agit à ph élevé, de l ordre de 8 à 10. Sa spécificité envers le radical R est faible. Son activité nécessite la présence d'un cofacteur. Une des méthodes utilisées pour étudier cette enzyme pourrait consister à doser l'ion hydrogénophosphate ainsi libéré en fonction du temps. n peut également mesurer la concentration en alcool formé en fonction du temps. C'est cette dernière approche qui va être étudiée. Pour étudier cette enzyme, on utilise comme substrat le phosphomonoester A, incolore, qui, sous l'action de l'enzyme, va libérer l'alcool B, de couleur jaune. La vitesse de réaction peut donc être déterminée par spectrophotométrie. a) Rappelez la loi de BEER-LAMBERT en définissant chacun des termes. b) n dispose d une solution d enzyme phosphatase alcaline à 0,20 mg.ml -1 dans une solution tampon à ph 8,6 ; d une solution de cofacteur de concentration 5, mol.l -1 et d une solution tampon à ph 8,6. A l'aide d une solution mère de phosphomonoester A de concentration : 5, mol.l -1, on prépare les cinq solutions suivantes : Solution S1 S2 S3 S4 S5 Concentration en A (mol.l -1 ) 5, , , , , /6

4 À partir de chacune des solutions ainsi préparées, on opère de la façon suivante : Dans une cuve de spectrophotomètre, on introduit 0,50 ml de solution ainsi préparée ; 1,50 ml de solution tampon ph 8,6 et 0,50 ml de la solution de cofacteur. n effectue le zéro de l appareil à la longueur d onde de 405 nm en plaçant la cuve dans le spectrophotomètre. n ajoute ensuite 0,50 ml de la solution enzymatique. Après agitation rapide, la cuve est replacée dans l appareil. La variation de la densité optique est ensuite mesurée en fonction du temps ce qui permet de déterminer les vitesses initiales de réaction Vo. Les résultats obtenus dans chaque cas sont les suivants : Essai Essai 1 Essai 2 Essai 3 Essai 4 Essai 5 Vo (variation de densité optique par minute) 9, , , , , À partir de ces résultats, calculez K m et V max. c) n souhaite maintenant étudier l inhibition de cette enzyme par un inhibiteur. Expliquez brièvement quels types d inhibition peut-on rencontrer avec une enzyme. d) n suppose que l inhibition est compétitive, exprimez la relation existant entre les concentrations suivantes : [ES], [E] T (terme défini précédemment), [S] et [I] : concentration en inhibiteur (vous pourrez vous appuyer sur la définition de K I : constante de dissociation du complexe Enzyme Inhibiteur). e) Exprimez la vitesse globale de réaction V. f) Comment, expérimentalement, détermineriez vous K I : constante de dissociation du complexe enzyme inhibiteur? (Expliquez pour cela les paramètres que vous chercheriez à mesurer expérimentalement) g) Pour étudier expérimentalement cette inhibition, on renouvelle l expérience précédente en remplaçant, dans la cuve du spectrophotomètre, le tampon à ph 8,6 par une solution tampon de ph similaire et contenant un inhibiteur à la concentration de 1, mol.l -1. 4/6

5 À l'aide de la solution mère de phosphomonoester A à 5, mol.l -1, on prépare à nouveau les cinq solutions suivantes : Solution S1 S2 S3 S4 S5 Concentration en A (mol.l -1 ) 5, , , , , À partir de chacune des solutions ainsi préparées, on opère de la façon suivante : Dans une cuve de spectrophotomètre, on introduit 0,50 ml de solution ainsi préparée ; 1,50 ml de la solution tampon définie ci-dessus contenant l'inhibiteur ainsi que 0,50 ml de la solution de cofacteur. n effectue le zéro de l appareil à la longueur d onde de 405 nm en plaçant la cuve dans le spectrophotomètre. n ajoute ensuite 0,50 ml de la solution enzymatique. Après agitation rapide, la cuve est replacée dans l appareil. La variation de la densité optique est ensuite mesurée en fonction du temps ce qui permet de déterminer les vitesses initiales de réaction Vo. Les résultats obtenus dans chaque cas sont les suivants : Essai Essai 1 Essai 2 Essai 3 Essai 4 Essai 5 Vo (variation de densité optique par minute) 4, , , , , À partir de ces résultats, calculez KI. h) Comment, expérimentalement, peut on déduire que la compétition est compétitive? DEUXIEME PARTIE : SYNTHESE D'UN CMPSE NATUREL L α-terpinéol (noté 6) est un composant des huiles de cardamome et de marjorame. Sa synthèse, à l état racémique, peut être réalisée à partir du composé 1 : H 1 H 5/6

6 a) Synthèse du composé 1 Expliciter la synthèse (étapes et réactifs utilisés) de ce composé à partir du toluène (C6H5CH3) sachant qu elle comporte notamment une bromation et une nitration du cycle aromatique (seuls ces deux mécanismes seront décrits). La possibilité de pouvoir séparer les différents isomères obtenus est également admise. b) Synthèse de l α-terpinéol (6) Réduction H 1 H H 2 H Le composé 2 est obtenu à partir du composé 1 par réduction du noyau aromatique selon un procédé qui ne sera pas décrit. L α-terpinéol (6) est obtenu à partir du composé 2 selon le schéma réactionnel suivant : 2 HBr 1)C 2 H 5 - / chauffage 3 4 (majoritaire) + 4' (minoritaire) 2)H C 2 H 5 H catalyse acide 5 1)CH3MgI (2 équivalents) 2) hydrolyse 6 Pour confirmer la structure de 6, les étapes suivantes sont réalisées : 6 catalyse acide chauffage 7 (majoritaire) + 7' (minoritaire) 7 1) 3 / CH 2 Cl 2 / - 78 C 2) H H 8 9 Identifiez les composés 3, 4, 4, 5, 6, 7 et 7'. Expliquez les mécanismes permettant de passer de 3 à 4 et 4, de 5 à 6 ainsi que de 7 à 8 et 9. 6/6