TD BAC2 2013 2014 part1 - Fmv

Biochimie des animaux
domestiques BMV2
Travaux dirigés
2013-2014
1
Consignes relatives aux TD 2013-2014
1.
Les TD se déroulent sur deux semaines :
–
Semaine 1
•
•
–
Semaine 2
•
–
–
2.
3.
4.
lundi 13H30 – 14H00 (prise de contact et consignes)
jeudi, vendredi, 13h30 – 16h30 (correction des exercices)
jeudi, vendredi, 13h30-16h30 (correction des exercices)
Lieu pour le premier quadrimestre : salle 9 (sous-sol B41)
Grilles de groupes et d’horaires :
http://www.fmv.ulg.ac.be/cms/c_268049/bmv-2
La présence est obligatoire
Les exercices doivent être préparés à domicile avant les séances
de correction des jeudi et vendredi
Chaque étudiant devra présenter au moins un exercice devant ses
condisciples
2
Stéréochimie
3
• Déterminez le ou les centre chiraux de la
molécule suivante
• Représentez les différents stéréoisomères
possibles
• Distinguez les énantiomères des
diastéréomères
4
L’isoproterenol – ou isoprénaline
– est un médicament à effet βsympathicomimétique,
notamment utilisé comme
bronchodilatateur dans le
traitement de l’asthme. A cette
fin, l’isomère D est 50 à 80 fois
plus actif que l’isomère L.
1. Identifiez le carbone chiral
de l’isoproterenol
2. De manière générale, quelle
pourrait être la cause de
cette différence d’efficacité?
5
• La dexedrine et la benzedrine sont deux
médicaments stimulants du système nerveux
central, utilisés par exemple pour traiter les
troubles de l’attention chez les enfants
hyperkinétiques ou encore comme
bronchodilatateurs. Bien que leur formule
chimique soit identique (voir ci-dessous), la dose
recommandée pour la benzedrine est de 10mg/j
alors que celle de la dexedrine n’est que de
5mg/j.
Expliquez ce paradoxe.
6
La citrulline (structure ci-dessous) est un acide
aminé présent dans la pastèque.
S’agit-il d’un acide aminé L ou D?
7
Eau
8
• Les solutés principaux contenus dans les
lysosomes sont KCl (0,1M) et NaCl (0,03M). On
veut isoler des lysosomes dans une solution
de glucose (PM : 180g/mol) qui prévienne leur
lyse osmotique. Quelle devrait être la
concentration de cette solution en g/l?
9
• Dans les mêmes circonstances que l’exercice
précédent, on veut utiliser une solution de
glycogène, polysaccharide constitué de 100
glucoses. Quelle devrait être sa concentration
en g/l?
• Pourquoi la cellule stocke-t’elle l’énergie sous
forme de polysaccharides plutôt que sous
forme de glucose?
10
Rappel théorique : mouvements liquidiens à
travers les capillaires
Artériole
Phyd
= 37
mmHg
Ponc
= 25
mmHg
Veinule
= protéine
Phyd
= 17
mmHg
Posm = 25 – 1 = 24 mmHg
37
25
25
31
25
25
17
24
Ponc
= 25
mmHg
Pint
=1
mmHg
37 - 24
31 - 24
24 - 24
17 - 24
Les rentrées et sorties d’eau s’équilibrent en conditions normales
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• Quelles modifications pourraient altérer les
mouvements liquidiens décrits
précédemment?
• Donnez un exemple concret associé à chacune
de ces modifications
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1. Quel est le pH d’un mélange contenant
0,042M de NaH2PO4 et 0,058M de Na2HPO4?
(pKa H2PO4- / HPO42- = 6,86)
2. Que deviendrait ce pH si on ajoutait à ce
mélange 1ml de NaOH 10M?
3. Qu’adviendrait-il du pH de 1 litre d’eau pure
(pH = 7) si on y ajoute 1 ml de NaOH 10M?
4. Que vous inspire la différence entre les
réponses aux questions 2 et 3?
13
• L’acetylcholine, un neurotransmetteur, peut être dosée en
mesurant la variation de pH engendrée par son hydrolyse par la
cholinesterase (voir équation ci-dessous).
• Un échantillon de 15ml contenant une quantité inconnue
d’acetylcholine a un pH de 7,65. Lorsque l’échantillon est incubé
avec de la cholinesterase, le pH passe à 6,87. Déterminez le
nombre de moles d’acetylcholine présentes dans l’échantillon de
départ.
14
L’alanine est un acide qui peut subir deux
réactions de dissociation dont les pKa sont
2,34 et 9,69.
1. Sachant que la structure ci-contre est
partiellement protonée, représentez
les formes déprotonée et totalement
protonée.
2. Laquelle des 3 formes possibles serait
sur-représentée dans une solution
dont le pH serait :
–
–
–
1
6,2
11,9
15
• Déterminez pour
chacune des molécules
ci-contre si elles sont
plus solubles dans du
NaOH 0,1M ou du HCl
0,1M
16
• Calculez, à l’aide de la
courbe de titration de
l’histidine donnée cicontre, la fraction
d’histidine dont la
fonction imidazole est
protonée à pH 7,3.
17
• L’aspirine est un acide faible dont la
structure et le pKa sont donnés cicontre.
• L’absorption par le tube digestif
requiert le passage de la membrane
cellulaire des entérocytes, plus aisé
pour les substances non polaires que
pour les polaires ou les chargées.
• Sachant que les pH de l’estomac et de
l’intestin grêle sont respectivement
de 1,5 et 6, pensez-vous que l’aspirine
soit majoritairement absorbée dans
l’estomac ou l’intestin grêle?
• Sous quelle forme se retrouvera-t-elle
dans le sang?
pKa = 3,5
18
Surfactants commutables
• Les surfactants sont des molécules amphipathiques comprenant
notamment les savons, les détergents et les émulsifiants.
• Un surfactant est d’autant plus efficace que sa tête est plus
hydrophile.
• En 2006, des auteurs ont décrit dans le magasine « Science » un
surfactant « commutable », càd pouvant passer à volonté de l’état
de surfactant à l’état de non surfactant sous l’effet d’un traitement
approprié.
19
Surfactants commutables
• Le principe de ce surfactant commutable (ssurf) est décrit par l’équation suivante :
20
Surfactants commutables
1. Selon vous, quelles sont les formes
« surfactant » et « non surfactant » de s-surf?
2. Sachant que les pKa de l’ion amidinium et de
l’acide carbonique sont respectivement de
12.4 et 3.77, dans quelle direction l’équilibre
précédent va-t-il s’établir? Souvenez-vous
que
21
Surfactants commutables
• Afin de modifier l’état de s-surf, les auteurs de
l’étude utilisent du CO2 ou de l’argon. Pour
prouver l’efficacité de la méthode, ils mesurent la
conductivité électrique de s-surf. Interprétez la
figure page suivante, en particulier :
– Quelle est la forme majoritaire au point A?
– Quelle est la forme majoritaire au point B?
• Un intérêt majeur de ces surfactants
commutables est le traitement des eaux souillées
par une marée noire. Expliquez comment ils
pourraient être utilisés dans ce cadre?
22
Surfactants commutables
23
Acides aminés, Peptides et Protéines
24
Pour calculer le nombre
approximatif d’acides
aminés dans une protéine,
on divise le poids
moléculaire de cette
protéine par 111.
Cependant, le poids
moléculaire moyen d’un
acide aminé est de 139.
En vous aidant du tableau ci
contre, pourriez-vous
expliquer cette différence?
25
• Une méthode de séparation des polypeptides repose
sur leur solubilité différentielle en milieu aqueux, ellemême influencée par la charge et/ou la polarité des
acides aminés. Parmi les couples ci-dessous, quel
polypeptide est le plus soluble au pH indiqué? (Utilisez
les structures des acides aminés ainsi que le tableau
des pKa donnés dans les 2 pages qui suivent)
26
27
28
29
Structure tridimensionnelle des
protéines
30
• Expliquez pourquoi une longue série
consécutive de Glu, ou de Lys ne formera pas
d’hélice α à pH 7.
• Par contre, la séquence suivante :
Glu-X-Y-Lys-X-Y-Glu-X-Y-Lys-X-Y-Glu-………
a tendance à former une hélice α à pH 7.
Pourquoi?
31
• On peut déterminer la
présence d’hélices α dans une
protéine en mesurant la
rotation spécifique de la
protéine en solution. Une
diminution de la rotation
spécifique indique une
transition de l’hélice α vers une
conformation non ordonnée.
• Le graphique ci-contre montre
que la rotation spécifique
d’une solution de Poly(Glu) ou
Poly(Lys) est nettement
influencée par le pH. Expliquez.
32
• 2 anomalies différentes du collagène sont
responsables du scorbut et du syndrome de
Ehlers-Danlos chez l’homme.
– Quelles sont ces anomalies?
– Expliquez les mécanismes sous-jacents…
33
Exploration des protéines
34
• Citez deux méthodes permettant le dosage
des protéines et expliquez-en brièvement le
principe général.
35
1. Expliquez le principe de l’électrophorèse des
protéines.
2. Quelles sont les différences entre
l’électrophorèse SDS-PAGE et
l’électrophorèse des protéines sériques telle
que effectuée dans les laboratoires de
biologie clinique?
36
• Schématisez grossièrement un
électrophorégramme des protéines sériques.
• Lors de l ’électrophorèse des protéines
sériques, des pics supplémentaires peuvent
apparaître si l’échantillon est hémolysé et/ou
si un anticoagulant a été utilisé. Quels sont ces
pics supplémentaires? Quelle est leur origine?
37
SDS
• Soit une protéine dont le poids
moléculaire est de 400kDa.
L’image ci-contre montre le
résultat de l’électrophorèse de
cette protéine en conditions
dénaturantes (piste « SDS ») ou
dénaturantes + réductrices (piste
« SDS+DTT»), le DTT
(dithiothreitol) étant utilisé
comme agent réducteur.
• En utilisant les données
d’électrophorèse, déterminez la
composition sous-unitaire de cette
protéine.
SDS
+DTT
-
180kDa
160kDa
90kDa
60kDa
38
+
• Quelles sont les différences entre anticorps
monoclonaux et polyclonaux?
• Comment sont-ils produits au laboratoire?
39
• Citez 3 méthodes de détection
immunologique des protéines
traditionnellement utilisées au laboratoire de
biologie clinique.
40
• Expliquez les principes des ELISA direct et
indirect. Aidez-vous d’un schéma. Donnez un
exemple d’application pour chacun.
41
• Expliquez le principe du western blot. Donnez
un exemple d’application.
42
• Expliquez le principe de l’immunofluorescence
indirecte. Donnez un exemple d’application.
43
Fonction des protéines
44
• Dessinez la courbe de liaison de l’hémoglobine
à l’oxygène. Commentez la forme de cette
courbe par rapport aux enjeux physiologiques.
• Outre l’O2, citez 3 autres ligands de
l’hémoglobine.
• Dans quel sens régulent-ils l’affinité de
l’hémoglobine pour l’oxygène?
45
• Puisque la pression partielle en O2 diminue
avec l’altitude, on pourrait s’attendre à ce que
l’organisme s’adapte en augmentant l’affinité
de l’hémoglobine pour l’ O2 . Pourtant, c’est le
contraire qui se produit, en réponse à
l’augmentation du BPG. Expliquez ce paradoxe
en montrant les effets de l’altitude sur la
courbe d’affinité de l’hémoglobine pour l’O2 .
46
• Chez les mammifères, les hémoglobines
maternelles et foetales sont structurellement
différentes : α2β2 chez la mère et α2γ2 chez le
fœtus. Cette différence structurelle affecte
l’affinité de l’hémoglobine pour l’ O2 . A votre
avis, dans quel sens varie cette affinité et pour
quelle raison physiologique?
• En l’absence de BPG, les affinités des deux types
d’hémoglobine deviennent semblables. Expliquez
ce phénomène.
47
Enzymes
48
• Dans le graphe cicontre, définissez ΔG’0
et ΔG‡.
• Expliquez l’effet des
enzymes sur ces
paramètres.
49
• Soit l’équilibre chimique suivant :
• Parmi les effets suivants, indiquez celui ou ceux qui seront induits si on
ajoute une enzyme à cette réaction :
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
K’eq augmente
K’eq diminue
k1 augmente
k1 diminue
k2 augmente
k2 diminue
ΔG augmente
ΔG diminue
ΔG‡ augmente
ΔG‡ diminue
50
• Ecrivez l’équation de Michaelis – Menten,
donnez-en une représentation graphique et
définissez les termes Km , V0 et Vmax .
51
• Ecrivez l ’équation de Michaelis – Menten en
mode « double inverse » et donnez-en une
représentation graphique. Quel est son
intérêt?
52
• Soit une enzyme avec un kcat = 30 s-1 et Km =
0,005M. Quelle serait la concentration en
substrat à laquelle cette enzyme
fonctionnerait à un quart de sa Vmax ?
53
Montrez l’effet d’un inhibiteur réversible
compétitif sur la courbe de cinétique
enzymatique (équation de Michaelis – Menten).
En particulier, que deviennent V max et Km par
rapport à la situation sans inhibiteur.
54
Montrez l’effet d’un inhibiteur réversible non
compétitif sur la courbe de cinétique
enzymatique (équation de Michaelis – Menten).
En particulier, que deviennent V max et Km par
rapport à la situation sans inhibiteur.
55
• Les prostaglandines sont une classe d’éicosanoïdes responsables entre
autres de la production de fièvre, d’inflammation et des douleurs qui s’y
rapportent. Elles sont dérivées de l’acide arachidonique suite à une
réaction catalysée par la prostaglandine endoperoxide synthase (PLA2).
L’ibuprofen est un inhibiteur de cette enzyme. Sur base des données
présentées dans le tableau, représentez graphiquement l’équation de
Michaelis – Menten en mode « double inverse », avec ou sans ibuprofen.
Qu’en tirez-vous comme conclusion quant au type d’inhibition exercée par
ce composé?
56
L’anhydrase carbonique (masse moléculaire = 30000
daltons) des érythrocytes a un nombre de turnover (kcat)
très élevé. Cette enzyme catalyse de manière réversible
l’hydratation du CO2 selon l’équation suivante :
H2O + CO2
H2CO3
Si 60 μg d’anhydrase carbonique pure catalyse
l’hydratation de 1,76 g de CO2 (masse moléculaire = 44
daltons) en une minute à 37°C à Vmax, quel est le kcat de
l’anhydrase carbonique?
(Pour rappel, nombre d’Avogadro = 6.1023)
57
• Le site actif du lysosyme
contient 2 acides aminés
essentiels pour son
activité : Glu35 et Asp52.
Les pKa de leurs résidus
carboxyliques sont
respectivement de 5,9 et
4,5.
• A l’aide de ces données,
interprétez la courbe
d’activité de l’enzyme
représentée ci-contre.
58
Certaines enzymes sont inhibées irréversiblement par des ions
de métaux lourds tels que Hg2+, Cu2+, ou Ag+. Ag+ réagit avec
les groupements sulfhydryl pour former des mercaptides :
Enz-SH + Ag+
Enz-S-Ag +H+
L’affinité de Ag+ est telle qu’il lie tous les groupes SH de son
enzyme cible.
Soit une solution de 10 ml contenant une enzyme à 1mg/ml.
Un expérimentateur ajoute la quantité juste nécessaire de
AgNO3 qui inhibe complètement l’enzyme. Cette quantité est
de 0,342 µmol.
Calculez le poids moléculaire minimal de l’enzyme.
Pourquoi cette méthode ne permet-elle de calculer que le
poids moléculaire minimal?
59
Quels sont les
anticoagulants utilisés en
biologie clinique (tubes de
prélèvement de sang)?
Expliquez brièvement leur
mode de fonctionnement
et citez pour chacun
d’entre eux leur utilisation
principale.
60
• Il arrive que des bovins meurent après avoir
ingéré du trèfle pourri.
– Quelle est la cause de la mort?
– Expliquez le mécanisme biochimique sous-jacent.
– Quel serait le traitement s’il n’est pas trop tard…?
61