BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE Série : Sciences et Technologies de Laboratoire Spécialité : Biotechnologies PREMIERE SESSION 2012-2013 Épreuve de Biotechnologies-Chimie Biochimie Sciences du vivant Durée : 4 heures Coefficient : 8 Ce sujet comporte 15 pages dont la page 15 est à rendre avec la copie. Vous devez rendre une copie par matière (donc 2 copies) et numéroter les pages. Respectez le PLAN et lisez le sujet avant d y répondre L'usage de la calculatrice est autorisé

Parmi les carrières que peuvent envisager les élèves de STL Biotechnologies figure la carrière de technicien de laboratoire de la police scientifique. Pour cette raison nous allons nous intéresser à une enquête criminelle. L étude des prélèvements biologiques, l établissement de profils génétiques et l analyse de différentes substances issues d une scène de crime font appel à des notions et des techniques abordées dans les disciplines comme les biotechnologies et la CBSV. Voici l énoncé des faits Des clients sortent d un restaurant spécialisé en fruits de mer quand ils tombent sur le cadavre d une femme. Ils appellent immédiatement la police qui commence son enquête. La police scientifique se rend sur le parking du restaurant où le cadavre de la femme vient d être découvert. Les premières investigations montrent une rigidité cadavérique, la présence de traces de sang et de la terre auprès de la victime. La femme est enceinte et semble avoir été agressée sexuellement récemment. Bonne enquête à tous! 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 2 sur 15

SUJET DE CHIMIE-BIOCHIMIE-SCIENCES DU VIVANT I- RELEVES DES INDICES SUR LE TERRAIN La recherche de traces de sang, même invisibles à l œil, est réalisée sur les vêtements de la victime et sur le sol à proximité du corps. Lorsque la présence de sang est confirmée, une vérification de l origine humaine de ce sang est alors entreprise ainsi que le groupage sanguin. I-1) LA DETECTION DES TACHES DE SANG résiduelles par chimioluminescence utilise le luminol comme réactif principal. Le principe de cette réaction est donné en figure 1 du document 4. I-1-1) Nommer l enzyme sanguine (proche de la catalase) capable de catalyser cette réaction. I-1-2) Expliquer pourquoi cette technique permet la mise en évidence de traces infimes de sang. I-2) VERIFICATION DES ORIGINES DU SANG : La technique utilisée est de l immuno-chromatographie. Document 6. En fait dans cette technique, on met en évidence l hémoglobine humaine qui est un tétramère de globines plus une molécule d hème. I-2-1) I-2-2) Expliquer le principe de cette technique chromatographique. Interpréter le résultat et conclure. I-3) RECHERCHE DU GROUPE SANGUIN ET DU RHESUS : I-3-1) Nommer les différents groupes sanguins trouvés dans l espèce humaine. I-3-2) Donner le nom exact de ce que l on recherche à la surface des hématies. I-4) RECHERCHE D INDICES D UNE AGRESSION SEXUELLE : Les premiers éléments collectés sur la scène du crime laissent supposer qu il y a eu agression sexuelle. La présence de sperme est alors recherchée. Composition et origine du sperme, document 7 et 8. I-4-1) Effectuer un schéma légendé (minimum 5 légendes) de l ultrastructure des cellules présentes dans le sperme. I-4-2) Proposer un titre et légender la figure 1 du document 7 en reportant les numéros sur la copie. I-4-3) Donner le trajet du sperme lors de l éjaculation (en utilisant les numéros). I-4-4) Légender la figure 2 du document 7 en reportant les numéros sur la copie (2-spermatide, 3- spermatocyte). I-4-5) Expliquer l origine du liquide séminal. I-4-6) Indiquer le rôle des constituants du liquide séminal, notés avec une flèche dans le document 8. 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 3 sur 15

II- EXPLOITATION D INDICES D AGRESSION SEXUELLE II-1) ETUDE DU PRELEVEMENT VAGINAL (document 11) : II-1-1) Identifier les différents types de cellules observées sur le frottis. II-1-2) Conclure II-2) ETUDE DES EMPREINTES GENETIQUES : Quelque-soit l échantillon initial (sang, salive, cellules diverses...), l analyse débute par une extraction de l ADN, puis une amplification des séquences choisies et une analyse des fragments obtenus par électrophorèse. Les segments d ADN peuvent être amplifiés par une technique appelée PCR = «Polymerisation Chain Reaction». Les segments d ADN sont «recopiés» un grand nombre de fois par l ADN polymérase grâce à la répétition de n cycles des 3 étapes successives indiquées dans le document 12. II-2-1) Amplification de l ADN trouvé : II-2-1-1) II-2-1-2) Donner la signification du sigle ADN Indiquer les caractéristiques essentielles de cette molécule dans les cellules humaines. II-2-1-3) Proposer un titre à chacune des étapes de la figure 1 du document 12. II-2-1-4) Donner la composition qualitative du milieu réactionnel permettant l amplification d un fragment d ADN par PCR. II-2-1-5) A l aide des renseignements apportés par le tableau de la figure 2 du document 12, expliquer comment la variation de température dans le milieu réactionnel permet d obtenir la succession des 3 étapes de la PCR et préciser la température à laquelle se fait chaque étape. II-2-1-6) Calculer le nombre de copies de molécules d ADN obtenues après 10 cycles de PCR. II-2-2) Analyse des «profils ADN» : Les empreintes génétiques d un individu sont portées par son ADN. Elles sont uniques à cet individu, identiques dans toutes les cellules et transmissibles à sa descendance. Le profil génétique correspond aux allèles de certains segments d ADN ou «loci» (pluriel de locus) légalement bien définis (document 13). Chaque allèle d un locus est identifié par un numéro. II-2-2-1) II-2-2-2) II-2-2-3) Définir le terme allèle. Indiquer le nombre normal d allèles présents dans une cellule pour chaque locus. Expliquer l origine de chaque allèle. Expliquer pourquoi il est possible de séparer les allèles par une méthode électrophorétique. L autopsie de la jeune femme a révélé un début de grossesse. Or les statistiques montrent que dans la majorité des cas de violence sexuelle, l agresseur est un proche de la victime. Le père biologique est donc suspecté. La paternité peut être établie par comparaison des empreintes génétiques du suspect et de l embryon. II-2-2-4) Analyser le document 14 et conclure. 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 4 sur 15

II-2-3) Réalisation d un caryotype de l embryon : II-2-3-1) II-2-3-2) II-2-3-3) II-2-3-4) II-2-3-5) Définir le terme caryotype. Donner les différentes étapes de la division cellulaire en donnant les 2 ou 3 principaux phénomènes caractérisant chacune de ces étapes. Expliquer pourquoi les chromosomes apparaissent bi-chromatidiens sur le caryotype. Etudier le caryotype présenté dans le document 15, analyser et conclure. Les résultats obtenus par le locus D21S11 du document 14 confirment-ils les observations précédentes? SUJET DE BIOTECHNOLOGIES I). RELEVES DES INDICES SUR LE TERRAIN : I-1) RIGIDITE CADAVERIQUE ET CONTRACTION MUSCULAIRE : Une des premières constations faites sur la scène de crime est la présence d une rigidité cadavérique. Elle permet d évaluer le moment du décès. Cet état est directement lié au mécanisme de la contraction musculaire dont les étapes sont schématisées sur le document 1. I-1-1) L ATP intervient dans la contraction musculaire. Donner la signification de ce sigle et représenter sa structure schématique. I-1-2) L ATP est dit «composé à haut potentiel énergétique d hydrolyse». Définir cette expression. I-1-3) L ATP peut être produit dans le muscle à partir de la créatine-phosphate (document 22) et de l ADP. À l aide du document 22, écrire l équation de la réaction de synthèse de l ATP dans un muscle en activité, réaction catalysée par la créatine kinase(ck). I-1-4) Donner la définition d une enzyme. I-1-5) La CK est une enzyme dimérique. Expliquer cette expression. Il existe deux types de monomères dans la CK : M et B. En déduire les différentes CK existantes. Donner le nom de ces enzymes. Indiquer la technique permettant de séparer le différentes CK. I-1-6) Expliquer ce que représente l ATP pour la CK et donner les caractéristiques de cette catégorie de molécules. 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 5 sur 15

I-2) RECHERCHE D INDICES D UNE AGRESSION SEXUELLE : La mise en évidence de sperme sur un prélèvement s effectue en plusieurs étapes : - Une étape d orientation : recherche de phosphatase acide. - Une étape de confirmation : recherche de PSA (Prostatic Specific Antigen) et mise en évidence des cellules du sperme. La composition du sperme est donnée dans le document 8. I-2-1) Expliquer pourquoi la détection de la phosphatase acide oriente vers la présence de sperme. I-2-2) À l aide du document 9, expliquer le principe de la technique de détection de cette enzyme. Pour répondre à cette question, écrire dans un premier temps la réaction catalysée par la phosphatase acide. I-2-3) On approfondit le travail sur la phosphatase acide, en étudiant la cinétique de la réaction catalysée par cette enzyme. On mesure en continu la variation de l absorbance due à l apparition du composé bleu violacé (document 9). Les résultats sont représentés dans le document 23. I-2-3-1) Localiser, sur le document 23, la période initiale, puis définir la vitesse initiale d apparition du produit. I-2-3-2) Localiser, Déterminer graphiquement le rapport da/dt pendant cette période initiale. En déduire la valeur de la vitesse initiale en mol.l -1 de milieu réactionnel.min -1 et en µmol.l -1.s -1 I-2-3-3) Déduire du document 23 l évolution de la vitesse d apparition du produit. Donnée : coefficient d extinction molaire du composé bleu violacé : 12,9 mmol -1.L.cm -1 III). ENQUETE SUR LES 24 DERNIERES HEURES DE LA VICTIME : III-1) ANALYSE DU CONTENU GASTRIQUE : Lors de l autopsie le contenu gastrique révèle la présence de crustacés dont l analyse a mis en évidence la présence de coques Gram + catalase +. La présence de Staphylococcus aureus entérotoxique est alors suspectée. III-1-1) La coloration de Gram : Par la coloration de Gram les bactéries se colorent soit en violet soit en rose. La différence de coloration repose sur la structure de la paroi dont l épaisseur et la composition varient. Voir documents 20 et 21. III-1-1-1) Donner le nom des étapes de la coloration de Gram en précisant succinctement ce qui se passe à chaque étape lorsqu on colore un Staphylocoque doré. III-1-1-2) D après le nom du type de toxine, dites sur quelles cellules elle agit spécifiquement. 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 6 sur 15

III-1-2) Dénombrement des Staphylocoques : Les résultats obtenus pour la recherche et le dénombrement des Staphylococcus aureus (voir document 16) sont représentés dans le tableau suivant : Boîte 1 Boîte 2 Dénombrement sur milieu de 25 colonies suspectes 26 colonies suspectes Baird-Parker Recherche de la 4 colonies thermonucléase + 4 colonies thermonucléase + thermonucléase Recherche de la coagulase libre 4 colonies coagulase + 4 colonies coagulase + III-1-2-1) A l aide des documents 16 et 17,justifier que l aspect des colonies obtenues, en photo dans le document 16, sont suspectes. III-1-2-2) Indiquer les caractéristiques que présente le Staphylocoque doré sur ce milieu. III-1-2-3) Préciser l intérêt de la recherche de la coagulase libre et de la thermonucléase. III-1-2-4) Déterminer la concentration en Staphylocoque doré entérotoxique par gramme de crustacés. Détailler le calcul. III-2) ANALYSE DE LA TERRE RETROUVEE SOUS LES CHAUSSURES DE LA VICTIME : L analyse de la terre peut apporter des éléments clés pour identifier les derniers endroits fréquentés par la victime. La flore microbienne tellurique d un sol peut être caractéristique d une région ou d un lieu. III-2-1) Définir «flore totale mésophile aérobie». III-2-2) A l aide du document 18 et du tableau de résultats ci-dessous, déterminer la concentration en micro-organisme mésophiles totaux / gramme de terre : Dilution 10-5 10-6 10-7 Boîte 1 > 300 101 15 Boîte 2 > 300 95 9 III-2-3) A l aide du tableau donné dans le document 19, émettre une hypothèse sur la provenance géographique de l échantillon de terre. 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 7 sur 15

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Document 22 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 12 sur 15

Document 20 Document 21 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 14 sur 15

Document 23 Etude cinétique de la Phosphatase Acide A= f(t) 1 er Bac Blanc T.STL BTK 2012-2013 Page 15 sur 15