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  • http://www.chusa.upmc.fr/disc/bio_cell

    P C E M 1

    Cahier dExercices de BIOCHIMIE

    2008-2009

    EDITE PAR LE DEPARTEMENT DE BIOLOGIE

    4. Mtabolisme

    Energtique

  • Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Mtabolisme nergtique / 2

    Facult de Mdecine Pierre & Marie Curie

    CAHIER D'EXERCICES POUR PCEM1

    BIOCHIMIE

    I V . M E T A B O L I S M E E N E R G E T I Q U E

    S O M M A I R E

    Page

    1. Bionergtique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2. Chane respiratoire mitochondriale . . . . . . . 4 3. Glycolyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4. Cycle de Krebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    5. Mtabolisme nergtique . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6. QCM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 7. Annales du concours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

    Image de couverture: Schma fonctionnel de l'ATP synthase (Prix Nobel de chimie 1997: schma tir de http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1997/illpres )

  • Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Mtabolisme nergtique / 3

    Facult de Mdecine Pierre & Marie Curie

    1. BIOENERGETIQUE

    1.1 La variation d'nergie libre ( G ) dpend-elle : a. des caractristiques (nature, concentration) des ractifs ?

    b. des caractristiques (pH, temprature) du milieu biologique ?

    c. des transformations intermdiaires de la catalyse enzymatique ?

    1.2 Valeur probable de la variation d'nergie libre ( G ) pour une raction a. exergonique

    b. voluant rapidement

    c. lquilibre

    d. rversible dans les conditions physiologiques

    1.3 Indiquer en 3 lignes quelle(s) diffrence(s) il y a entre la variation de l'nergie libre (G) et lnergie d'activation d'une raction.

    1.4 Qu'appelle-t-on "couplage nergtique" entre 2 ractions biochimiques ? Donner 1 exemple de mcanisme de couplage.

    1.5 Soient les nergies libres standards d'hydrolyse Go' des molcules suivantes :

    ATP - 30,5 kJ/mole Glucose-6P - 13,8 kJ/mole

    a. Quelle est la variation d'nergie libre standard G' de la raction : ATP + Glucose ADP + Glucose-6P

    b. Dans quel sens va se produire cette raction si tous les composants sont prsents initialement la mme concentration ?

    c. De quelle manire voluerait le droulement de cette raction dans des conditions plus physiologiques caractrises par les concentrations suivantes : [ATP] 2,25 mM ; [ADP] 0,25 mM ; [Glucose] 3 mM ; [Glucose-6P] 1,5mM.

    On donne : T = temprature absolue = 273K + valeur C ; R = 8,31 Joules/mole ;

    Ln 5,55.10-2 = - 2,89 ; Ln 18 = + 2,89

    1.6 Soient les ractions :

    1. ATP + Glycrol Glycrol-3P + ADP 2. Phospho-nolpyruvate + ADP Pyruvate + ATP 3. Glucose-6P + ADP Glucose + ATP

    Soient les nergies libres d'hydrolyse G' des molcules suivantes :

    ATP - 30,5 kJ/mole Glycrol-P - 9,2 kJ/mole PEP - 61,9 kJ/mole Glucose-6P - 13,8 kJ/mole

    a. Calculer les G'. b. Dans quel sens vont se produire les ractions 25C si tous les composants sont

    prsents initialement la mme concentration ?

  • Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Mtabolisme nergtique / 4

    Facult de Mdecine Pierre & Marie Curie

    1.7 Pour la raction catalyse par la Triose-P-isomrase : PDHA PGD

    on a K'eq = [PGD]/[PDHA] = 0.0475 25C et pH 7

    a. Calculer la variation d'nergie libre standard ( G' ). La raction est-elle possible si [PDHA] = [PGD] ?

    b. Calculer la variation de l'nergie libre ( G ) lorsque

    [PDHA] = 2x10-4 M et [PGD] = 3x10-6 M

    (valeurs usuelles pour une cellule utilisant la glycolyse comme voie nergtique).

    La raction est-elle possible ?

    (PDHA : phosphodihydroxyactone ; PGA : phosphoglycraldhyde)

    1.8 Le transfert d'lectrons dans la chane respiratoire mitochondriale peut-tre reprsente par la raction nette :

    NADH, H+ + 1/2 O2 H2O + NAD+

    a. Entre les 2 couples conjugus d'oxydo-rduction, lequel la tendance la plus grande perdre ses lectrons ? Pourquoi ?

    b. Calculer la valeur de la variation du potentiel standard d'oxydo-rduction Eo' pour cette raction de transfert d'lectrons mitochondrial.

    c. Calculer la variation d'nergie libre standard Go' associe cette raction.

    d. Combien de molcules d'ATP pourraient en thorie tre formes par molcule de NADH oxyde au cours de cette raction, si l'on prend l'nergie libre standard de synthse d'ATP gale 30,5 kJ/mole ?

    e. Combien de molcules d'ATP sont synthtises dans les cellules en temps ordinaire ? Quel est donc le rendement de conservation d'nergie au cours de ces ractions ?

    On donne : T = temprature absolue = 273K + valeur C ; R = 8,31 Joules/mole ;

    E du couple NAD +/NADH+H+= - 0,32 volts ; E du couple 1/2 O2 / H2O= + 0,81 volts F : 96500 J/volt/mole.

    2. CHAINE RESPIRATOIRE MITOCHONDRIALE

    2.1 Chane respiratoire.

    a. Quelle est sa localisation et sa fonction ? b. D'o vient son nergie de fonctionnement ? c. Que produit-elle ? d. Quel est le rle de l oxygne dans la respiration mitochondriale ? e. Quel est son rendement de conservation d'nergie ? f. En prsence de dinitrophnol, la chane respiratoire n'est pas bloque mais elle perd

    sa fonction initiale.

    g. Pourquoi ?

    2.2 Dcrire les diffrents transporteurs de la chane respiratoire :

    a. Lesquels transportent 1 lectron, 2 lectrons ? b. Lesquels sont libres ? c. Lesquels sont associs dans des complexes membranaires ? d. Dans quel ordre interragissent-ils ? Pourquoi ?

    2.3 a. Citer les diffrents substrats de la chane respiratoire.

    b. A quel complexe de la chane est couple loxydation de ces substrats ? c. Quel sera leffet sur la consommation doxygne par les mitochondries de laddition

    de :

  • Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Mtabolisme nergtique / 5

    Facult de Mdecine Pierre & Marie Curie

    Antimycine A Oligomycine Dinitrophnol Oligomycine + dinitrophnol

    3. GLYCOLYSE

    3.1 Au cours de la glycolyse, le glucose (C6) est transform en pyruvate (C3).

    a. Quelle enzyme est responsable de la scission de la molcule 6 carbones en molcules 3 carbones ?

    b. Quelles sont les caractristiques de ces molcules 3 carbones ?

    c. Cette prparation pour l'hydrolyse a ncessit quel(s) type(s) de modification du glucose ?

    d. Une seule de ces molcules 3C poursuit directement sa transformation dans la voie mtabolique pour tre convertie en pyruvate.

    Laquelle ? Quel est le devenir de la deuxime ?

    e. Quel est le bilan nergtique de cette premire phase de la glycolyse, dite phase prparatoire ?

    3.2 a. Quelles sont les tapes irrversibles de la glycolyse ?

    b. Pourquoi sont-elles irrversibles ?

    c. Quelles sont les caractristiques dune enzyme clef intervenant dans la rgulation dune voie mtabolique ?

    d. Quelle est lenzyme clef de la rgulation de la glycolyse ?

    3.3 Quelles sont les transformations mtaboliques possibles du pyruvate produit lors de la glycolyse en conditions arobie et anarobie ?

    3.4 Soient les ractions suivantes :

    Sachant que les enzymes catalysant les ractions a et b ne sont pas identiques,

    Ecrire la formule de X Donner les noms des coenzymes intervenant dans les ractions a et b. Donnez le nom et la localisation cellulaire des enzymes catalysant les

    ractions a et b. Que permettent ces ractions dans le mtabolisme nergtique ?

    3.5 Les globules rouges mtabolisent le glucose vitesse leve en formant du lactate.

    Pourquoi la production de lactate est-elle ncessaire pour que lutilisation du glucose puisse se poursuivre ?

    Pourquoi pour mesurer le glucose sanguin (glycmie) ajoute t-on du fluorure de sodium dans les tubes de prlvement ?.

    b

    X

    a

    P

    C=O

    CH2OH

    CH2O P

    C=O

    CH2OH

    CH2O

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    Facult de Mdecine Pierre & Marie Curie

    3.6 La voie de dgradation de glucose en pyruvate ou glycolyse comporte deux tapes qui permettent de synthtiser directement une molcule dATP partir dADP selon les ractions :

    a. Quels sont les noms des substrats et des produits de ces deux ractions A, B, C et D, et des enzymes E1 et E2 ?

    b. Dans quel compartiment cellulaire sont localises les deux ractions ? c. Combien de liaisons riches en nergie contiennent les composs A, D et lADP ? d. Ces 2 ractions sont-elles rversibles dans une cellule fonctionnant normalement en

    arobiose ? Justifier votre rponse. e. La vitesse de ces ractions est-elle modifie en labsence doxygne ? Si oui, de quelle

    manire ?

    A BE1

    + ADP + ATP1:

    C DE2

    + ADP + ATP2:

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    4. CYCLE DE KREBS

    4.1 Le Cycle de Krebs comprend entre autres, diverses tapes d'hydratation, de dshydratation, de dcarboxylation et d'oxydation.

    a. Citer un exemple pour chaque type ractionnel, en prcisant l'enzyme, les coenzymes et les ractifs.

    b. Ecrire une raction nette quilibre pour le catabolisme de l'actyl-CoA en CO2 ?

    4.2 Le cycle de Krebs utilise 8 enzymes pour cataboliser l'actyl CoA.

    a. Citez, sans les dcrire, les 5 enzymes importantes pour la production d'nergie dans l'ordre de leur mise en jeu au cours de ce cycle.

    Citez aussi le substrat, le produit et le type de raction catalyse (dcarboxylation, oxydation, ...) par chacune de ces 5 enzymes.

    b. Une de