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CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET MÉTIERS

Centre de préparation au diplôme d’État d’audioprothésiste

Examen d'entrée des audioprothésistes Epreuve de BIOLOGIE

Durée : 2 heures

02 JUIN 2015

(La calculatrice n’est pas autorisée)

Le sujet est composé de 8 pages et de 5 exercices indépendants.

Les pages 7 et 8 sont à rendre avec la copie.

EXERCICE 1 – Questions à choix multiples (QCM) (4.5 points)

Consigne : Pour chaque question, répondre au QCM : ANNEXE, pages 7 et 8, à rendre avec la copie.

Cochez la ou les réponses exactes.

QUESTION 1 : À partir des documents 1 à 3, répondre aux questions 1.a à 1.e (page 7) :

Document 1 : les syncytines

L’embryon humain, juste avant sa nidation dans la paroi utérine, est constitué par un massif cellulaire, à partir

duquel se formera l’organisme et d’une couche cellulaire externe, le trophoblaste. L’embryon s’implante dans la paroi

grâce à son trophoblaste qui prolifère. Surtout, les membranes des cellules du trophoblaste fusionnent, ce qui en fait

une couche avec des cellules géantes contenant plusieurs noyaux, le syncytiotrophoblaste, à l’origine du placenta par

la suite. Dans ce trophoblaste, les chercheurs ont identifié deux protéines, les syncytines 1 et 2 dont ils pensent

qu’elles sont impliquées dans la fusion cellulaire conduisant au syncytiotrophoblaste.

La production de syncytines n’est pas propre aux primates. On a mis en évidence l’expression de deux

syncytines dites A et B dans le placenta de rongeurs (souris, rats) et des expériences d’invalidation du gène de la

syncytine A ont montré, qu’en son absence, les embryons meurent à mi-gestation. L’architecture placentaire de ces

embryons est perturbée, entraînant une diminution des échanges fœto-maternels, un retard de croissance et finalement

la mort de l’embryon. Ces syncytines A et B de souris s’avèrent donc indispensables à la reproduction de l’espèce. Les

gènes des syncytines A et B de la souris montrent peu de similitudes avec les gènes des syncytines 1 et 2 de l’Homme.

D’après : http://acces.ens-lyon.fr/

Document 2 : L’origine du gène de la syncytine

Schémas présentant le mode d’action d’un rétrovirus (le MPMV)

Pénétration du matériel génétique

viral puis intégration au génome de la

cellule hôte.

Le virus MPMV possède, dans

son génome, un gène (nommé

Env) codant la protéine de

l’enveloppe virale.

C’est un virus qui infecte

préférentiellement les primates.

D’après SVT, TermS, Belin, 2012

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Schémas présentant les fonctions de la protéine d'enveloppe d'un virus à gauche et des syncytines 1 et 2 à droite.

La comparaison avec Anagène de la séquence en acide aminé de la syncytine 1 avec celle de la protéine d’enveloppe

(codée par le gène Env) du virus MPMV révèle une similitude de 87%.

Document 3 : Arbre phylogénétique des primates

On a recherché des gènes homologues des syncytines 1 et 2 chez divers primates. On a placé sur l’arbre

phylogénétique des primates les innovations évolutives « gène de la syncytine 1 » et « gène de la syncytine 2 »

D'après Médecine/science 2011, N° 27, A. Dupressoir et T. Heidmann.

QUESTION 2. À partir des documents 4 et 5, répondre aux questions 2.a à 2.d (page 8) :

Syncitine

Syncytiotrophoblaste

Protéine d’enveloppe

Virus

Infection virale

Document 5 : les principaux mécanismes de défense des plantes

Étape 1- Reconnaissance des éliciteurs ;

Étape 2- Production de molécules

circulantes (oligosaccharides, acide

jasmonique, éthylène, acide salicylique) ;

Étape 3- Réaction de défense (Les

phytoalexines sont des antibiotiques végétaux,

les protéines PR (PathogenesisRelated) sont

des protéines de défense ayant la propriété de

résister à l’activité de protéases issues de la

plante ou du pathogène et qui peuvent attaquer

l’agresseur).

Document 4 : les éliciteurs

Les végétaux sont confrontés à des micro-organismes pathogènes tels que des virus, des bactéries ou encore des

champignons. Pourtant, les plantes résistent efficacement à leurs agresseurs et développent assez rarement des

symptômes sévères de maladies.

Il existe des molécules, appelées éliciteurs, qui induisent une résistance active des plantes face à leurs

agresseurs. Ces substances, servant de signal, sont actives à faibles doses. Ces molécules sont capables de

sensibiliser le système défensif des plantes puis d'engendrer une résistance.

D'après Médecine/science 2011, N° 27,

A. Dupressoir et T. Heidmann, modifié.

D’après « Baccalauréat 2014, Amérique du Nord ».

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EXERCICE 2 – La parenté des êtres vivants (4 points)

Question 1 : À partir des documents et de vos connaissances, compléter et polariser la matrice des caractères :

ANNEXE, page 8, à rendre avec la copie.

Question 2 : Représenter l’arbre phylogénétique le plus parcimonieux, avec les innovations évolutives et les

ancêtres communs hypothétiques.

Document 1 : Membres antérieurs de l’Homme (A), de la chauve-souris (B), d’un oiseau (C) et de la carpe (D)

Document 2 : Composition du crâne et de la mâchoire de l’Homme (A), de la chauve-souris (B), du perroquet (C) et

du brochet* (D)

* La mâchoire du brochet est comparable à celle de la carpe.

D’après www.rochefeuille.net www.ssaft.com www.wikipedia.com www.hominides.com

Document 3 : Composition des réserves vitellines de l’Homme, de la chauve-souris, d’un oiseau et de la carpe

Le vitellus constitue les réserves énergétiques utilisées par les embryons durant le développement embryonnaire. La

carpe et l’oiseau ont des œufs très riches en vitellus tandis que ceux de la chauve-souris et l’homme sont pratiquement

dépourvus de vitellus.

A

Mandibule

(Os dentaire)

B

Mandibule

(plusieurs os)

Mandibule

(plusieurs os)

D

C D

D’après « Sujet CRPE – Académie de Montpellier, session 2000 » et « Manuel scolaire Sciences de la Vie et de la Terre, 2nd, Belin »

1, 2, 3, 4 et 5: métacarpes

A B

C

Mandibule

(Os dentaire)

Pièces basales

nombreuses

Ceinture pectorale

Rayons osseux

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EXERCICE 3 – La défense des plantes (4.5 points)

Document 1 : Étude sur la plante entière des symptômes de Medicago truncatula (des lignées Jemalong et F83005.5)

suite à une inoculation avec l’agent pathogène mycélien Colletotrichum trifolii

Document 2 :

a. Étude sur des feuilles isolées des symptômes de Medicago truncatula (des lignées Jemalong et F83005.5)

suite à une inoculation avec l’agent pathogène mycélien Colletotrichum trifolii

b. Schéma représentant la réaction d’hypersensibilité de la plante face à une attaque par un agent pathogène afin

de limiter l’infection par le pathogène

1. Adhésion de l’agent pathogène 2. Développement de l’agent 3. Arrêt précoce de l’infection

sur la plante hôte pathogène et croissance dans l’hôte par une réaction d’hypersensibilité

A et D : plantes contrôles

B et E : plantes entières infectées

C : phénotypes des feuilles détachées au bout de 14 jours après inoculation

(le point d’inoculation est indiqué par la flèche).

F : phénotypes des feuilles détachées au bout de 9 jours après inoculation (le

point d’inoculation est indiqué par la flèche).

D’après Torregrosa et coll ., Cytological, genetic and molecular analysis to characterize compatible

and incompatible interactions between Medicago truncatula et Colletotrichum trifolii, Mol Plant

Microbe Interact, 17, 909-920, 2004 Zhao et coll., Elicitor signal transduction leading to production of

plant secondary metabolites, Biotehnology Advances, 23, 283-333, 2005.

D’après Torregrosa et coll ., Cytological, genetic and molecular analysis to characterize compatible and

incompatible interactions between Medicago truncatula et Colletotrichum trifolii, Mol Plant Microbe Interact, 17,

909-920, 2004 Zhao et coll., Elicitor signal transduction leading to production of plant secondary metabolites,

Biotehnology Advances, 23, 283-333, 2005.

D’après “Le botanique, biologie et physiologie végétales”, S. Meyer, C. Reeb et R. Bosdeveix.

agent pathogène

épiderme de la

plante Déclenchement

de la mort des

cellules

infectées par le

pathogène

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Document 3 : Manifestations métabolique et phytohormonale affectant l’appareil végétatif de Medicago truncatula

suite à une infection par un agent pathogène mycélien

*Les phytohormones sont des substances chimiques intervenant dans la croissance du végétal mais également dans sa défense et permettent une

communication entre végétaux.

** Les flavonoïdes sont souvent toxiques pour les champignons.

Document 4 : Analyse par Northern Blotting de 8 gènes des lignées Jemalong et F83005.5 suite à une inoculation par

Colletotrichum trifolii

Question 1 : À partir de l’exploitation des documents, déterminer les modalités mises en place par la plante

pour se protéger, au niveau du génotype et des différentes échelles du phénotype.

Question 2 : À partir de l’exploitation des documents, déterminer et expliquer quelle lignée de Medicago

truncatula (Jemalong ou F83005.5) est la plus résistante à une attaque du champignon Colletotrichum trifolii.

Les 8 gènes (g1-g8) étudiés sont impliqués dans la défense de

la plante.

Le Northern Blotting permet d'apprécier la distribution des

ARN dans les tissus et d'étudier leur abondance relative. On

peut alors déduire de ces observations l'expression plus ou

moins importante de certains gènes.

L’ARN total des feuilles est extrait à 16, 24, 48 et 72 heures

après inoculation par Colletotrichum trifolii. Un témoin non

inoculé est également réalisé (Ni).

L’axe des ordonnées est sans

unité et traduit le niveau

d’intensité des phénomènes

métaboliques enregistrés.

Temps

Niveau de la

réponse Production de

phytohormones*

Production de molécules du

métabolisme secondaire : les

flavonoïdes**

Ethylène

Acide Jasmonique

D’après « Capes concours externe, section Sciences de la Vie et de la Terre, Première composition, 2014 », modifié.

D’après « Capes concours externe, section Sciences de la Vie et de la Terre, Première composition, 2014 ».

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EXERCICE 4 – Propriété des cellules de l’immunité adaptative (2.5 points)

Des expériences d’injection de virus chez différents lots de souris ont été réalisées.

On infecte notamment un lot de souris A par un virus pathogène mais non mortel, le virus de la chorioméningite LCM,

qui attaque certaines cellules dont les fibroblastes (cellules du tissu conjonctif).

Les expériences réalisées ainsi que leurs résultats sont présentées dans les schémas ci-dessous.

À partir de l’exploitation rigoureuse du document et de vos connaissances, montrer les deux propriétés de

certaines cellules de l’immunité adaptative, mises en évidence dans ces expériences.

EXERCICE 5 – Gènes liés ou gènes indépendants ? (4.5 points)

Gregor Mendel (1822-1884) a consacré 8 ans de sa vie à l’étude de croisements entre des petits pois.

Il a notamment étudié les croisements entre plantes de lignées pures qui diffèrent par 2 caractères : des plants à pois

jaunes et lisses croisés avec des plants à pois verts et ridés.

En F1, on obtient des plants à pois jaunes et lisses.

On croise ensuite les plants F1 avec des plants à pois verts et ridés.

On obtient alors en F’2 :

- 132 plants à pois jaunes et lisses

- 121 plants à pois verts et ridés

- 127 plants à pois jaunes et ridés

- 120 plants à pois verts et lisses

On cherche à savoir si les deux gènes étudiés sont liés ou indépendants. Vous répondrez à cet objectif en

pratiquant une démarche scientifique rigoureuse et justifiée.

L’écriture conventionnelle des génotypes et phénotypes sera prise en compte dans la notation.

D’après « Baccalauréat 2006, Asie ».

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ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE

EXERCICE 1 – Questions à choix multiples (QCM)

Question 1 :

1a. Le gène codant la syncitine 1 :

Est présent chez les primates actuels grâce au parasitisme des cellules germinales d’un primate ancestral par un

virus possédant le gène Env.

Est présent chez les primates actuels grâce au parasitisme des cellules germinales et somatiques d’un primate

ancestral par un virus possédant le gène Env.

Provient d’un transfert vertical du gène Env entre un virus et un primate.

Provient d’un transfert vertical du gène Env entre un virus et un mammifère.

Provient d’un transfert horizontal du gène Env entre un virus et un primate.

Provient d’un transfert horizontal du gène Env entre un virus et un singe de l’ancien monde.

1b. Le gène codant la syncitine 1 et le gène codant la syncitine A :

Proviennent d’un gène ancestral commun puis ont accumulé des différences par brassage génétique lors de la

méiose.

Proviennent d’un gène ancestral commun puis ont accumulé des différences par mutations.

Ont une origine indépendante, il s’est produit deux fois au cours de l’évolution un transfert du gène Env.

Proviennent d’un même gène ancestral que possédaient les rongeurs et qui a été transmis par transfert horizontal

des rongeurs, aux primates.

1c. Concernant la protéine de l’enveloppe virale et la syncitine 1, on peut dire :

Qu’elles ont des fonctions différentes mais des séquences nucléotidiques très proches.

Qu’elles ont des fonctions similaires et des séquences nucléotidiques très proches.

Que le pourcentage de différence entre les deux protéines indique qu’elles sont issues d’un gène ancestral

commun.

Que le pourcentage de similitude entre les deux protéines est dû à un gène ancestral commun ayant accumulé des

mutations depuis 20 millions d’années (Ma) seulement.

1d.: Les primates possédant la syncitine 1 :

Ont, chacun, subit des transferts du gène viral Env.

Ont des ancêtres qui ont acquis le gène viral plusieurs fois au cours de l’évolution puis il a, ensuite, été transmis

aux descendants et aux espèces qui en dérivent par transfert horizontal.

Ont un ancêtre qui a acquis le gène viral une fois au cours de l’évolution puis il a ensuite été transmis aux

descendants et aux espèces qui en dérivent par transfert horizontal.

Ont un ancêtre qui a acquis le gène viral une fois au cours de l’évolution puis il a, ensuite, été transmis aux

descendants et aux espèces qui en dérivent par transfert vertical.

Ont des ancêtres qui ont acquis le gène viral plusieurs fois au cours de l’évolution puis il a, ensuite, été transmis

aux descendants et aux espèces qui en dérivent par transfert vertical.

1e.: D’après l’arbre phylogénétique des primates :

Les prosimiens possèdent la syncitine 2 uniquement.

Les singes de l’ancien monde possèdent la syncityne 1 et 2.

La syncitine 1 est apparue après la syncitine 2.

La syncitine 1 est apparue entre 20 et 30 millions d’années.

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Question 2 :

2a. Un éliciteur est :

Une molécule produite par les végétaux agressés uniquement pour communiquer entre eux.

Une molécule produite par le végétal agressé.

Une molécule produite par l'agent agresseur.

Une molécule produite par les agents agresseurs uniquement pour communiquer entre eux.

2b. Les mécanismes de défense des végétaux face aux agents pathogènes :

Sont passifs et/ou actifs selon les espèces.

Font intervenir une cascade de signaux moléculaires.

Font intervenir des éliciteurs.

Se déclenchent uniquement après intervention des éliciteurs libérés par la plante.

2c. L'acide jasmonique est :

Une cellule de l'immunité végétale.

Un médiateur chimique végétal.

Un antibiotique végétal.

Une molécule végétale neutralisant l'agresseur.

2d. La réaction de défense du végétal peut se manifester :

Par un épaississement de la paroi des cellules.

Par la libération de molécules toxiques pour le pathogène.

Par la production de molécules répulsives pour le pathogène.

Par des réactions de protections mécaniques et chimiques.

EXERCICE 2 – La parenté des êtres vivants

Matrice des caractères

Êtres vivants étudiés

Caractères

Homme Chauve-

souris

Oiseau Carpe

(extragroupe)

Présence d’une mâchoire

Présence d’un appendice paire de type membre chiridien

Présence de dents

Présence d’un appendice paire antérieur de type aile

Présence de réserves vitellines importantes

Présence de plusieurs os dans la mandibule

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C.P.D.A.

CENTRE DE PRÉPARATION AU DIPLÔME D’ÉTAT D’AUDIOPROTHÉSISTE

Examen d’admission - mardi 3 juin 2015

(L’usage de la calculatrice n'est pas autorisé)

Durée : 2 heures A la fin de chaque exercice, une aide au calcul vous est proposée. Lors de vos calculs, vous montrerez bien quels éléments de ces aides vous utilisez. EXERCICE I : CARACTERE ONDULATOIRE DE LA LUMIERE Augustin Fresnel (1788-1827) est un physicien français qui étudia et exploita le phénomène de diffraction de la lumière. Ses expériences personnelles furent réalisées avec un appareillage de fortune : il utilisait une plaque de cuivre percée d’un petit trou. Grâce à une lentille constituée par une goutte de miel déposée sur le trou, il concentrait les rayons solaires sur un fil de fer. PARTIE A DIFFRACTION DE LA LUMIERE – EXPERIENCE DE FRESNEL

1) Fresnel a utilisé les rayons solaires pour réaliser son expérience. En justifiant, dites quelle va être l’allure de la figure de diffraction obtenue ?

2) Il exploite le phénomène de la diffraction de la lumière par un fil de fer. Le diamètre de ce fil a-t-il une importance pour observer le phénomène ? Si oui, quel doit-être l’ordre de grandeur de ce diamètre ?

PARTIE B MESURE D’UNE LONGUEUR D’ONDE PAR DIFFRACTION

On réalise une expérience de diffraction à l’aide d’un laser émettant une lumière monochromatique de longueur

d’onde λ. A quelques centimètres du laser, on place successivement des fils verticaux dont on connaît précisément les

diamètres qui seront désignés par a. On observe sur un écran situé à une distance D = 1,60 m du fil une figure de diffraction. On peut alors mesurer la largeur L de la tache centrale et calculer la demi-ouverture angulaire θ du faisceau diffracté (figure 1).

Figure 1 : montage expérimental Figure 2 : Courbe θ = f(1/a)

3) Donner la relation entre L et D qui permet de calculer θ pour chacun des fils. 4) Donner la relation liant θ, λ et a ainsi que leurs unités. 5) On trace la courbe θ = f(1/a) (figure 2). Montrer que la courbe obtenue est en accord avec la relation que vous avez donnée à la question 4

6) Déterminer graphiquement la longueur d’onde λ de la lumière laser utilisée. 7) Quelles seraient les modifications obtenues si on avait remplacé les fils de diamètre a par des fentes

d’épaisseur a ? PARTIE C MESURE D’UNE LONGUEUR D’ONDE PAR INTERFERENCES On remplace maintenant le fil par un écran percé de deux fentes distantes de a = 0,40 mm (figure 3) et on observe des franges sur l’écran maintenant placé à D = 3 m des fentes (figure 4).

Figure 3 : nouveau montage expérimental Figure 4 : franges obtenues sur l'écran

8) Pourquoi la lumière peut-elle arriver en différents points de l’écran ? Pourquoi les franges ne sont-elles pas présentes en tout point de l’écran ?

9) A quelle condition obtient-on une frange brillante ? A quelle condition obtient-on une frange sombre ? Comment appelle-t-on ces phénomènes ? Expliquer pourquoi l’intensité de la lumière sur l’écran dépend de la position y sur l’écran ?

Qu’observe-t-on au centre de l’écran, pour y = 0 ?

10) La largeur sur l’écran d’un ensemble de six franges consécutives est de 25 mm. L’interfrange (distance entre les centres de deux franges consécutives) a une valeur constante i = λD/a.

Quelle est la longueur d’onde du laser maintenant utilisé ? Pourquoi mesure-t-on six franges plutôt qu’une seule ?

Aide au calcul :

2,5/4,5 = 5/9 = 0,56 4,5/2,5 = 9/5 = 1,8 25/6 = 4,2 0,4x4,2 = 1,68 4,2/0,4 = 10,5

1,68/3 = 0,56 10,5/3 = 3,5

EXERCICE II : DETERMINATION D’UNE VITESSE

Lors d’une collision survenue sur une autoroute horizontale et rectiligne, les gendarmes s’interrogent sur la vitesse d’un des véhicules accidentés. La masse du véhicule incriminé est m = 1100 kg. Le rapport de l’enquête précise deux points :

- la distance de freinage D mesurée à partir des traces des pneumatiques sur la chaussée est D = 100 m.

- La force de frottement exercée par la chaussée sur les pneus est constante pendant le freinage. Elle a la même direction que le déplacement, mais est de sens contraire. Elle a pour valeur f = 6100 N sur une route sèche (pour l’ensemble des quatre pneus).

1) Sur un schéma, représenter les forces (sans souci d’échelle) qui s’exercent sur le véhicule pendant le freinage (on négligera les frottements de l’air).

2) En appliquant la loi de la mécanique qui vous semblera la plus appropriée mais que vous énoncerez, déterminer

l’expression de la vitesse v au début du freinage en fonction de m, f et D. 3) Calculer la vitesse v du véhicule au début du freinage. Le chauffeur respectait-il la vitesse autorisée de 130 km/h ? 4) Par temps de pluie, la vitesse autorisée de 110 km/h aurait-elle été respectée ?

Aide au calcul :

61/11 = 5,55 11/61 = 0,18 2 x 5,55 = 11,1 2 x 0,18 = 0,36 4,2/0,4 = 10,5

1,68/3 = 0,56 10,5/3 = 3,5 122/11 = 11,1 3,33 2 = 11,1 11/122 = 0,09

3,33 x 3,6 = 12 3,33/3,6 = 0,93

EXERCICE III : STATION SPATIALE EN ORBITE Par rapport au référentiel géocentrique, la Station Spatiale Internationale (ISS) effectue seize révolutions par jour sur une orbite circulaire, inclinée de 51,6° par rapport à l'équateur et située à une altitude z (environ 400 km). La Terre a une répartition de masse à symétrie sphérique et la station a des dimensions faibles par rapport à la distance qui la sépare de la Terre. On notera MT et RT la masse et le rayon de la Terre MS la masse de la station G la constante de la gravitation universelle z l'altitude de la station

1) Donner l'expression vectorielle de la force gravitationnelle que la Terre exerce sur la station en fonction des données. Faire un schéma où seront représentées la Terre, la station et la force.

2) En supposant que seule la force gravitationnelle s'exerce sur la station, montrer que le mouvement de la station est uniforme et établir l'expression de sa vitesse en fonction des données.

3) La masse MS de la station a augmenté au fur et à mesure de sa construction : elle valait 195 tonnes en

septembre 2006 et 435 tonnes en 2010, date de la fin de sa construction. La vitesse de la station sur son orbite a-t-elle été modifiée ?

4) Quelle est la loi de Képler qui prévoit que le mouvement circulaire d'un satellite est uniforme ? L'énoncer. 5) Définir, puis établir l'expression de la période de révolution de la station en fonction des données. 6) Enoncer la troisième loi de Képler et montrée qu'elle est ici vérifiée. 7) Définir un satellite géostationnaire. 8) La station est-elle géostationnaire ? Justifier la réponse.

Aide au calcul :

195/435 = 13/29 = 0,45 435/195 = 29/13 = 2,23 EXERCICE IV : DETERMINATION D'UNE DISTANCE EN MER Des scientifiques étudiant les cétacés captent le chant d'une baleine en pleine mer. Le son est détecté par deux capteurs, un dans l'air, l'autre dans l'eau. On supposera que la baleine nage juste à la surface, et que son chant se propage dans les deux milieux. Le capteur situé dans l'air reçoit le son avec un retard ∆∆∆∆t = 6,71 s par rapport à celui reçu par le capteur sous l'eau. A quelle distance d des capteurs se situe la baleine ? Une démonstration rigoureuse est attendue.

Données : vitesses de propagation du son lors de l'expérience réalisée : dans l'eau : vE = 1480 m/s dans l'air : vA = 340 m/s

Aide au calcul :

3,40 x 6,71 / 11,4 = 2,00 1,48 x 6,71 / 1,14 = 8,71 1480 / 340 = 4,35 340 / 1480 = 0,230

340 / 0,77 = 442 6,71 x 1140 = 7,65 x 10 3 4,42 x 6,7 = 29,6