ET2-2017-corrige

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BIO401 Examen terminal 2nde session (27 juin 2017)
Documents et calculatrices non autorisés
Notation sur 80 points, 6 pages
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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,
Na2HPO4, Na2SiO3, Na2S,
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 extrait de levure CO N2 soufre (S0) croissance
1 + + - - +
2 + - - - -
3 - + - - -
4 + - + + +
5 + - - + -
N.B. : l’azote diatomique (N2) n’est pas métabolisé, mais sa présence permet de
chasser l’oxygène.

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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)

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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

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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

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- 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