Telechargé par somadu73

ET2-2017-corrige

publicité
BIO401
Examen terminal 2nde session
(27 juin 2017)
Documents et calculatrices non autorisés
Notation sur 80 points, 6 pages
_____________________________________________________
PARTIE A : Métabolisme bactérien
15 pts
Une bactérie hyperthermophile, dont le nom de code est pour l’instant AM4, a été
isolée dans l’un de ces vers qui peuplent les fonds des océans, au niveau des
fumeurs sous-marins (hydrothermal vents).
Cette bactérie peut être cultivée
dans un milieu contenant NaCl,
KCl, MgSO4, CaCl2, NH4Cl,
Na2SiO3,
Na2S,
Na2HPO4,
NaHCO3, un peu de cystéine et
d’extrait de levure (peptides et
acides aminés), ainsi que
quelques oligo-éléments et des
vitamines ; le pH est ajusté à 6,8
et la culture incubée à 80°C sous
une atmosphère constituée de
100% de monoxyde de carbone
(CO).
La figure ci-contre présente
l’évolution de la biomasse () et
de la concentration en CO () et
H2 () au cours du temps.
Par la suite, différents essais ont été réalisés en faisant varier certains paramètres du
milieu de culture, qui donnent les résultats suivants :
essai
1
2
3
4
5
extrait de levure
+
+
+
+
CO
+
+
-
N2
+
-
soufre (S0)
+
+
croissance
+
+
-
N.B. : l’azote diatomique (N2) n’est pas métabolisé, mais sa présence permet de
chasser l’oxygène.
1
Par ailleurs, les chercheurs ont identifié deux enzymes qui jouent un rôle essentiel
dans le métabolisme de cette bactérie (en dehors du métabolisme central) :
- une CO déshydrogénase, qui catalyse la réaction CO + H2O → CO2 + 2 e- + 2 H+ ;
- une hydrogénase, qui catalyse la réaction H2 ↔ 2 e- + 2 H+.
a) Pouvez-vous dire si la bactérie AM4 est (vos réponses devront être justifiées) :
- autotrophe ou hétérotrophe ?
(1 point)
- chimiotrophe ou phototrophe ?
(1 point)
- lithotrophe ou organotrophe ?
(1 point)
 on ne peut pas dire si la bactérie est autotrophe ou
hétérotrophe puisque rien n’est dit quant à sa capacité d’utiliser CO2
comme source de carbone
 vu qu’il s’agit d’une bactérie vivant dans les grands fonds marins, et
que la lumière ne parvient pas à ces profondeurs, il y a fort à penser
qu’il s’agit d’une bactérie chimiotrophe
 le monoxyde de carbone, qui n’est pas une molécule organique (pas
d’hydrogène !) pouvant servir de source d’électrons, la bactérie est
donc lithotrophe
b) Quel(s) rôle(s) l’extrait de levure joue-t-il dans le métabolisme d’AM4 ? (1 point)
 l’extrait de levure est essentiel pour la croissance bactérienne, mais
doit obligatoirement être couplé avec un donneur d’électrons (CO ou
S0), donc son rôle (unique ?) est de servir de source de carbone
c) Que pouvez-vous dire du comportement d’AM4 vis-à-vis de l’oxygène ?
(1 point)
 si l’on compare l’essai 5 à l’essai 4, on observe deux différences, à
savoir l’absence d’azote diatomique dans l’atmosphère (donc la
présence d’oxygène) et de croissance, donc on peut en déduire que la
bactérie ne pousse pas en présence d’oxygène, auquel cas elle
anaérobie stricte
d) Dans l’essai 4, quel rôle le soufre joue-t-il ? Quel pourrait être le produit de son
métabolisme ?
(3 points)
 si l’on compare l’essai 4 avec l’essai 1, on voit que le soufre remplace
le monoxyde de carbone, et que cela ne change rien à la croissance
bactérienne, donc on peut en déduire que le soufre sert de donneur
d’électrons
 si le soufre est oxydé, le produit d’oxydation pourrait être du sulfate
e) Quel rôle la production d’hydrogène mise en évidence dans la figure ci-dessus
joue-t-elle dans le métabolisme de la bactérie ? Quel pourrait-être l’intérêt d’une
telle production d’un point de vue énergétique ?
(2 points)
2
La production d’hydrogène permet d’utiliser les électrons produits par
l’oxydation du CO
Si, entre leur production par la CO déshydrogénase et leur utilisation par
l’hydrogénase, les électrons transitent par un système de transport
d’électrons membranaire, il en résultera la production d’un gradient de
protons, et donc, grâce au retour des protons dans la cellule via une
ATPase membranaire, la production d’ATP
f) Contrairement à AM4, les autres bactéries connues pour pouvoir utiliser le
monoxyde de carbone sont des méthanogènes (qui produisent du méthane).
Pourriez-vous dire :
- s’il s’agit là d’une oxydation ou d’une réduction (justifiez votre réponse quant
à l’origine et au devenir des électrons) ?
(2 points)
Le méthane (CH4) est la forme la plus réduite du carbone
monoatomique : il s’agit donc là d’une réduction
Les électrons injectés sur le carbone (pour donner le méthane)
peuvent provenir de l’oxydation du CO (cf. réaction de la CO
déshydrogénase)
- quelle(s) autre(s) molécule(s) est (sont) obligatoirement produite(s) dans un
tel métabolisme ?
(1 point)
Du coup, on se retrouve avec deux formes de molécules carbonées,
produites à partir du CO : CH4 et CO2
- quel pourrait être le comportement de telles bactéries vis-à-vis de
l’hydrogène ?
(2 points)
 sachant que, pour produire méthane et dioxyde de carbone, il faut
utiliser deux molécules de monoxyde de carbone ainsi que 4 atomes
d’hydrogène, ici, il n’y aura pas de production d’hydrogène mais, au
contraire, une consommation de deux molécules d’hydrogène (utilisé
comme donneur d’électrons) : 2 CO + 2 H2 → CH4 + CO2 !
PARTIE B : Bioénergétique-Enzymologie
(35 points)
Question 1 (10pts)
La demi équation redox correspondante au couple redox ci-dessous :
acétaldéhyde/éthanol : E'° = - 0,2 V
est la suivante : acétaldéhyde + 2 H+ + 2e-
éthanol
3
Ce couple réagit avec le couple redox NAD+/ NADH,H+ (E'° = - 0,3 V).
a) Ecrire la réaction d'oxydoréduction dans le sens de l'oxydation de l’éthanol.
éthanol
+ NAD+
acetaldehyde + NADH + H+
b) Calculer ΔG'°.
ΔG'° = - n F ΔE'° = - 2 x 96500 x(-0,3 - (-0,2)) = -193000 (-0,1) = 19300 J. mol-1
c) Préciser la signification de l’abréviation ΔG'°. Que représente cette donnée ? Quelles
sont les conditions dans lesquelles elle est mesurée et dans quel sens aura lieu la
réaction d'oxydoréduction écrite ci-dessus dans les conditions précitées ?
variation d'énergie libre dans les conditions standard apparentes
elle représente la quantité de travail maximale qu'une réaction spontanée est susceptible
de fournir au milieu extérieur.
Conditions standard (P = 1bar ; T= 298°C ; [chaque réactant] = 1M) apparente (pH = 7)
valeur positive donc non spontanée dans les conditions standard apparente
Dans le foie, dans le cadre de la détoxification de l’éthanol, la réaction a lieu dans le sens
de l'oxydation de l’éthanol.
d) Comment pouvez-vous l'expliquer ?
Dans les cellules les conditions ne sont pas standard il faut calculer le ΔG' pour connaître
le sens de la réaction :
ΔG' = ΔG'° + RT ln ([produits])/([réactifs])
et selon les conditions cellulaires le ln peut être différent et faire basculer le signe du ΔG'.
Donnée : F = 96 500 C.
Question 2 (14 points)
Dans le foie, l’oxydation de l’éthanol est catalysée par l’alcool déshydrogénase.
On mesure l'activité de l’alcool déshydrogénase dans les conditions suivantes :
- 2,6 mL d'une solution tampon pH 8
4
- 0,1 mL d'une solution de NAD à 6,15 mg.mL-1 (340nm = 6000 L.mol-1.cm-1) 
- 0,2 mL d'une solution à 1 M d'éthanol
- Pré-incubation 5 min. à 25°C
- Addition de 0,1 mL de solution d’alcool déshydrogénase contenant 2 mg.mL-1 de
protéines pour démarrer la réaction.
On mesure l'absorbance du milieu réactionnel (maintenu à 25°C) à 340 nm en fonction
du temps dans une cuve de trajet optique de 1 cm.
La tracé de la courbe A340nm = f(t) donne une pente à l’origine de 0,36 min-1.
a) Donner la valeur du volume réactionnel dans cette expérience.
Vreact = 2.6 +0.1+ 0.2 + 0.1 = 3 mL
b) Donner la vitesse initiale V0 de la réaction en M.s-1.
V0 = ∆P/∆t = ∆A/(340nm .l. ∆t = 0.36/ 6000.1.60 =10-6 M.s-1
c) Donner la définition de l'activité enzymatique en précisant ses unités et les
conditions expérimentales pour effectuer sa mesure.
L’AE mesurée à pH opt, T°opt, [S]0 saturante et ramenée à 1mL de solution enzymatique
correspond au nombre de moles de substrat transformées en produit par l’enzyme en
fonction du temps exprimé en secondes. L’AE est exprimée en mol.s-1 ou katals.
d) Calculer l'activité enzymatique de 1 mL de solution d’alcool déshydrogénase.
AE (0.1mL de ADH) = V0 x Vreact = (10-6 x 3.10-3) = 3 10-9 kat
AE (1mL de ADH) = AE (0.1mL de ADH) x 10 = 30 nkat.mL-1
e) Donner la définition de l'activité spécifique en précisant ses unités.
L’AS correspond à l’activité enzymatique ramenée en kat.mg-1 de prot présentes dans la
solution enzymatique.
f) Calculer l'activité spécifique de la solution d’alcool déshydrogénase.
AS = AE (1mL de ADH) / masse de prot par mL = 30 / 2 = 15 nkat.mg-1
5
Question 3 (11 points)
Vous suivez une étape de purification de l’alcool déshydrogénase à partir d’un extrait
biologique de foie (EB).
Des échantillons enzymatiques sont prélevés pour mesurer la concentration en protéines.
L’activité enzymatique est mesurée avec 0,1 mL d'échantillon enzymatique dilué au ½
dans un volume réactionnel de 3 mL. On obtient le tableau suivant :
Fraction Volume Conc. de AE mesurée sur
total
100 µL
protéines
(mL) [mg.mL-1]
d’échantillon
dilué au ½
(nmole.s-1)
AE totale
(nkat)
AS
-1
(nkat.mg )
EB
100
20
5
5x2x10x100 5x10x2/20
= 10000
=5
Etape 1
10
1
25
25x2x10x10 25x2x10/1
= 5000
= 500
a)
Rdt
(%)
50
Fp
100
Donner la définition de l'activité totale.
AT = AE (1mL) x vol total
b) Donner la définition du rendement. Que permet-il de déterminer ?
Rdt = AT extrait purifié/ AT extrait brut
détermine la quantité d'enzyme conservée
c) Donner la définition du facteur de purification. Que permet-il de déterminer ?
FP = AS extrait purifié/ AS extrait brut
détermine la quantité de protéines contaminantes éliminées
d) Calculer l’activité enzymatique totale, l’activité spécifique (AS), le Rendement
(Rdt) et le facteur de purification (Fp) de chaque étape. Détailler un exemple de
calcul de l'AS, l'AE totale, le rendement et le facteur de purification.
Voir tableau
6
PARTIE C : Métabolisme
Question 1
(30 points)
(8 pts)
Dans la cellule, la réaction de phosphorylation du glucose est catalysée par une
enzyme appelée hexokinase (HK). Dans le foie, cette réaction est catalysée par une
isoenzyme appelée glucokinase (GK). La comparaison des activités de ces deux
enzymes en fonction de la concentration du glucose sanguin est donnée sur la figure
ci-dessous.
a- Donner la réaction complète catalysée par ces enzymes
Glucose + ATP → Glucose-6P + ADP
b- Dans quelle voie métabolique trouve-t-on cette réaction ?
Première étape de la glycolyse
c- Commenter les allures des deux courbes
HK atteint sa valeur Vm pour des concentrations très faibles en glucose,
comparée à GK. HK présente donc une affinité pour le glucose bien supérieure
à celle de la GK (facteur 100 minimum à l’œil).
d- Expliquer ces différences de comportement dans un contexte physiologique
sachant que la concentration normale moyenne du glucose circulant est
d’environ 5 mM.
L’une des fonctions majeures du foie est d’assurer le maintien de la glycémie.
Quand le taux de glucose sanguin devient faible, l’activité glucokinase est très
faible alors que l’activité HK reste très forte dans les autres tissus. HK, de par
sa très grande affinité pour le glucose est bien adaptée au besoin des tissus
périphériques non hépatiques, à savoir capter le maximum de glucose
plasmatique pour s’en servir comme substrat énergétique via la glycolyse.
Ceci est particulièrement important pour le cerveau et les GR qui utilisent
exclusivement le glucose comme source d’énergie. Par contre quand le taux de
7
glucose sanguin augmente de façon importante, après un repas riche en
glucides, la glucokinase hépatique, dont le Km est très supérieur à la conc.
normale du glucose sanguin, devient active et capte l’excès de glucose pour
en faire des réserves de glycogène.
Question 2
(6 pts)
La maladie de von Gierke (encore appelée glycogénose de type 1) est causée par
une déficience dans l’activité de la Glucose-6-phosphatase.
a- Quelle est la réaction catalysée par cette enzyme ?
Glucose-6P + H2O →
Glucose + Pi
b- Dans quelle voie métabolique trouve-t-on cette réaction ?
La dernière étape de la néoglucogenèse
c- Quel est le principal organe touché par cette déficience enzymatique ?
Le foie qui est le site majeur de la néoglucogenèse
d- Quelles seront les conséquences (ou symptômes) les plus prévisibles pour le
patient ?
Hypoglycémie et augmentation de la concentration en glycogène hépatique
Question 3
(12 pts)
Parmi les affirmations suivantes, lesquelles sont exactes ? Répondre par vrai ou
faux. Pour chaque affirmation considérée fausse, vous justifierez votre réponse
(briévement) en donnant, selon les cas, la bonne définition ou des exemples vus en
cours.
a- Une voie métabolique est constituée d’une succession de réactions
irréversibles qui permettent d’obtenir un produit final à partir d’un substrat
initial
Faux
Ex la glycolyse qui comporte 10 étapes et seulement 3 sont irréversibles, les
autres fonctionnent proches de l’équilibre
b- Dans une voie métabolique, chaque réaction chimique est catalysée par une
enzyme particulière
Vrai
8
c- Les voies métaboliques de synthèse et de dégradation, qui ont les mêmes
produits de départ et d’arrivée, fonctionnent en sens inverse et utilisent les
mêmes enzymes
Faux
Ex : la glycolyse et la néoglucogenèse diffèrent au moins par trois étapes De
plus ce ne serait pas possible d’un point de vue thermodynamique
d- La néoglucogenèse correspond à la synthèse de glycogène à partir de
glucose
Faux
Non il s’agit de la synthèse du glucose à partir du pyruvate
e- La phosphorylation oxydative correspond à la phosphorylation du glucose en
condition oxydative
Faux
La phosphorylation oxydative correspond à la synthèse d’ATP couplée au
transport d’électrons au niveau de la chaîne respiratoire
f- A l’exception des produits initiaux et finaux, la glycolyse n’utilise comme
intermédiaires que des composés phosphorylés
VRAI
g- Toutes les réactions irréversibles de la glycolyse sont soumises à une
régulation stricte
VRAI
h- Le cycle de Krebs ne peut fonctionner qu’en présence d’oxygène
VRAI
Question 4
(4 pts)
Le cycle de Krebs a pour fonction de cataboliser l’acétyl-CoA. Quel sera le bilan en
ATP de l’oxydation d’une molécule d’acétyl-CoA (utiliser les valeurs hautes P/O).
1 Acetyl‐CoA donne 2 CO2 + 3 NADH,H+ + 1 FADH2 + 1 GTP +
Valeurs hautes : NADH = 3 ATP et FADH2 = 2 ATP
Total 12 ATP
9
Téléchargement
Random flashcards
amour

4 Cartes mariam kasouh

Commune de paris

0 Cartes Edune

aaaaaaaaaaaaaaaa

4 Cartes Beniani Ilyes

découpe grammaticale

0 Cartes Beniani Ilyes

Créer des cartes mémoire