Sujet – Biologie Cellulaire «Type Concours»








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date de publication17.05.2017
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Sujet – Biologie Cellulaire « Type Concours »

Escherichia Coli est une bactérie dont l’étude et l’utilisation dans le cadre de la recherche biomédicale ont permis l’accès à des découvertes capitales dont l’application aujourd’hui permet de grandes avancées dans le domaine scientifique. Toutefois, cette bactérie n’est pas sans danger.
En effet, en 2011, une souche agressive d’E. Coli (La souche O104:H4) a fait parler d’elle en contaminant des concombres originaires d’Espagne et infectant plus de 3000 individus et provoquant la mort de 43 personnes. La souche d’E. Coli aurait une résistance particulière à l’acidité gastrique et permettrait la formation de shiga-toxine (STEC) particulièrement offensives et insensibles aux antibiotiques. Après des recherches approfondies sur la bactérie E. Coli (notamment par une autre pandémie due à la souche O157:H7, en 1982), nous avons découvert la présence, caractéristique
d’E. Coli, de systèmes de résistance aux acides (ARs) dont le mode d’action diverge d’un type à un autre. Le point commun entre ces trois ARs réside en l’éjection dans le compartiment extracellulaire d’un proton H+, permettant l’augmentation du pH intracellulaire, ce qui permet une résistance au pH Acide de l’Estomac.
Nous sommes en Septembre 2011, la « Pandémie du Concombre » s’est achevée, et vous êtes un chercheur expérimenté dans l’étude d’E. Coli qui revient de vacances en Espagne. Le directeur de votre institut de recherche vous soumet l’étude de la souche O104:H4 et vous demande d’étudier plus précisément le fonctionnement des systèmes de résistance aux acides.

Question 1 - D’après l’énoncé ci-dessus et vos connaissances, vous pouvez affirmer que :
A – E. Coli est un être unicellulaire procaryote.
B – C’est l’accumulation de Proton H+ au sein de la bactérie qui permet la résistance gastrique.
C – La Shiga-toxine est une sorte d’ARs
D – Seule la souche O157:H7
présente 3 types d’ARs.
E – La Résistance aux antibiotiques n’est pas l’objet de notre étude.

Après le taulé médiatique des « concombres contaminés », des laboratoires concurrents n’ont pas attendu que vous rentriez de vacances pour se mettre au travail. Vos efforts vont donc se concentrer sur un seul des 2 ARs : AR2. Vous cherchez dans la littérature, et vous apprenez que La Glutamine et l’Arginine jouent un rôle
certain et vérifiable dans la résistance à l’acidité gastrique. Afin d’avoir une vision plus globale de cette étude, vous commencer par effectuer une culture en suspension d’une lignée non mutée d’E. Coli diluée 100 fois dans un milieu idéal au développement des bactéries mais qui inhibe l’action d’AR1 et AR3. Après une nuit d’incubation, vous formez des échantillons de culture que vous supplémentez avec un acide aminé déterminé, puis vous disposez l’échantillon dans un milieu acide (pH = 2,5.)
Après réalisation de cette expérience, vous évaluez le pourcentage de survie des bactéries après 2H d’incubation en milieu acide. Les résultats sont ceux obtenus à la Figure 1.B

Question 2 – Vous pouvez, d’après toutes les données précédemment fournies, dire que :
A – Le Glutamate est un acide aminé qui participe à la survie d’E. Coli en milieu acide.
B – Une information perçue dans la littérature est fausse.
C – On peut déduire que seulement 2 acides aminés participent à la survie en milieu acide d’E. Coli.
D – L’absence de survie des cellules en présence d’Arginine peut être due à un phénomène de compétition entre les acides aminés.
E – AR2 fonctionne grâce à 2 acides aminés.

Nos informations se précisant, nous allons chercher à comprendre le mode de fonctionnement du Glutamate et de la Glutamine. Pour se faire, vous avez découvert dans la littérature qu’il existe deux mécanismes métaboliques pouvant participer à la résistance acide : La Décarboxylation et la Déamination (Changement d’un groupement amine en un groupement hydroxyle.) Malheureusement, ces mécanismes n’ont pas été vérifiés par des expériences et vous êtes chargé de vous en occuper.


Expérience 1 – Etude sur la Décarboxylation.
E. Coli présente au sein de son cytoplasme 2 décarboxylases (GadA et GadB) qui permettent la formation de GABA au sein de la bactérie. Vous allez donc tester l’impact de ces 2 enzymes grâce à un spectromètre de masse dont les résultats sont visibles sur la Figure 2.
Pour les manipulations A à F, nous avons mis, in vitro, un échantillon de Glutamate isolé (pic 129 .14) et un échantillon de Glutamate en présence de GadA ou GadB (pics 130 .14) Les données des cases A, B et C ont été obtenues avec l’enzyme GadB et celles des cases D, E et F ont été obtenues avec l’enzyme GadA.
Les Manipulations G et H sont identiques aux précédentes, sauf que le Glutamate a été remplacée par de la Glutamine. Les Valeurs du taux de Glutamine représentées dans la case G ont été obtenues avec l’enzyme GadB et celles obtenus dans la case H l’ont été avec l’enzyme GadA.



Question 3 – D’après la Figure 2 et vos connaissances, vous pouvez certifier que :
A – Le Pic 333.23 correspond au pic 130.14
B – Les Cases A et D valident l’absence de biais de valeurs.
C – Les Cases B et E expriment le taux de GABA obtenu après incubation. 
D – On constate que GadA et GadB présentent une activité similaire quant à la formation de GABA au sein de la Bactérie.
E – On peut, d’après les résultats de la figure 2, affirmer que GadA et GadB forment du GABA à partir de la Glutamine.




Expérience 2 – Etude sur la Déamination.
E. Coli est pourvue de 2 enzymes (Glutaminases ybaS et yneH) permettant cette réaction chimique. Vous allez donc étudier l’impact de ces 2 enzymes sur la résistance aux acides et vous obtenez les résultats de la Figure 3. La Figure 3.B a été réalisée par obtention de 3 cultures de de Bactérie E. Coli et par supplémentation en Glutamine ou Glutamate.




Question 4 – D’après les données de la Figure 3.A vous pouvez infirmez que :
A – Une des 2 enzymes peut être directement déclarée comme inactif dans la résistance aux acides.
B – L’action de la Glutamine n’a pas d’effet sur l’activité des 2 enzymes.
C – Les enzymes ne peuvent agir de manière quasi-identique à pH égal.
D – A la concentration de Gln = 10mM et à pH 5, les 2 enzymes présentent un Km identique.
E – Si on augmentait encore la concentration de Glutamine, on obtiendrait une augmentation de l’activité enzymatique.

Question 5 – D’après les données de la Figure 3.B, vous pouvez affirmer que :
A – Les deux enzymes jouent un rôle dans la résistance aux acides.
B – Seules les cellules possédant yneH sont capables de survivre.
C – La Glutamine et le Glutamate permettent de faciliter la survie d’E.Coli en milieu acide.
D – Seule la Glutamine permet une résistance aux acides.
E – La Déamination qui s’opère dans les ARs d’E. Coli fait intervenir deux acides aminés.

Vous avez donc mis en évidence deux phénomènes métaboliques qui se complètent et qui participent à la résistance d’E. Coli au milieu acide. Seulement, vous n’avez pas encore réussi à expliquer le devenir du proton H
+. Heureusement, un de vos collaborateurs vient de découvrir la présence d’un Antiport nommé GadC qui échange 3 éléments : La Glutamine, le GABA et le Glutamate. De plus, vous apprenez par un confrère que la réaction de déamination conduit en la production d’ammoniac NH3 qui peut former l’ion ammonium NH4+. Vous décidez donc de vérifier la présence d’ion ammonium dans le milieu intracellulaire. Les Résultats après plusieurs manipulations sont répertoriés à la Figure 4.

Question 6 – D’après les données de la Figure 4 et vos connaissances, vous pouvez déclarer que :
A – La Glutaminase yneH ne produit pas d’ammoniac.
B – L’Ajout de Glutamine ne permet pas la production d’ion ammonium.
C – La concentration en ammoniac est proportionnelle à l’activité de déamination qui transforme Glu en Gln.
D – Il n’y a pas de relation entre la production d’ammoniac et l’enzyme GadA
E – Toutes les réponses sont justes.

Question 7 – D’après toutes les données jusqu’ici, vous pouvez dire que :
A – L’Antiport va faire rentrer la Glutamine et faire sortir le GABA ainsi que le Glutamate.
B – Un Antiport est une protéine ( )
C – Tous les éléments Gad sont de la même famille de protéine.
D – La Déamination précède la Décarboxylation.
E – L’action de Gad C est indépendante de l’action d’ybaS.



Vous avez donc compris le fonctionnement d’AR2, mais il vous manque une information… Cette information, si tu la veux, il faudra résoudre cette énigme (désolé je craque ^^) :
« 
Le Jeu d’adresse est pourrie, mais pour finir ton épreuve c’est un bel outil. »

Question 8 – D’après vos capacités extraordinaire de réflexion vous pouvez dire que :
A – Il existe trois procédés de neutralisation du Proton H+ par AR2.
B – Le Proton H
+ est neutralisé par GadC
C – GadA et GadB n’agissent pas dans la neutralisation du Proton.
D – H
+ est neutralisé uniquement par AR2
E – SUPER C’EST LA FIN !


Figure 1

Figure 2

Figure 3


Antiport
 : Protéine membranaire qui va échanger dans des sens différents plusieurs éléments entre le milieu intra et extracellulaire)

Figure 4

Figure 5
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