Cahier d`exercices pour pcem1 biochimie iii. metabolisme

FACULTE DE MEDECINE
FACULTE DE MEDECINE
PIERRE & MARIE CURIE
PIERRE & MARIE CURIE
P C E M 1
CAHIER D'EXERCICES
de BIOCHIMIE
2005-2006
EDITE PAR LES ENSEIGNANTS DE BIOCHIMIE
3. Métabolisme
Energétique

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 2
Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie
CAHIER D'EXERCICES POUR PCEM1
BIOCHIMIE
III. 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. Bioénergétique ............................ 3
2. Chaîne respiratoire mitochondriale ....... 4
3. Glycolyse ........ ......................... 6
4. Cycle de Krebs ........................... 9
5. QCM .... ......... ........................ 11
6. Annales du concours 2005 ............... 12
Image de couverture:
Schéma fonctionnel de l'ATP synthase (Prix Nobel de chimie 1997: schéma tiré de
http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1997/illpres )

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 3
Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie
1. BIOENERGETIQUE
1.1 Décrire la molécule d'ATP : constituants, type de liaison.
• A quelle classe de molécules biologiques ce composé appartient-il ?
• Quels sont les rôles de l'ATP dans la cellule ? Donner pour l'un d'entre eux un exemple.
1.2 La variation d'énergie libre ( ΔG ) dépent-elle :
a. des caractéristiques (nature, concentration) des réactifs!?
b. des caractéristiques (pH, température) du milieu biologique!?
c. des transformations intermédiaires de la catalyse enzymatique!?
1.3 Valeur probable de la variation d'énergie libre ( ΔG ) pour une réaction
a. exergonique
b. évoluant rapidement
c. à l’équilibre
d. réversible dans les conditions physiologiques
1.4 Indiquer en 3 lignes quelle(s) différence(s) il y a entre la variation de l'énergie libre (ΔG)
et l’énergie d'activation d'une réaction.
1.5 Qu'appelle-t-on "couplage énergétique" entre 2 réactions biochimiques ?
Donner 1 exemple de mécanisme de couplage.
1.6 Soient les énergies libres standards d'hydrolyse ΔGo' des molécules suivantes :
ATP - 30,5 kJ/mole
Glucose-6P - 13,8 kJ/mole
a. Quelle est la variation d'énergie libre standard ΔG°' de la réaction :
ATP + Glucose ADP + Glucose-6P
b. Dans quel sens va se produire cette réaction si tous les composants sont présents
initialement à la même concentration ?
c. De quelle manière évoluerait le déroulement de cette réaction dans des conditions
plus physiologiques caractérisées par les concentrations suivantes!: [ATP] 2,25 mM!;
[ADP] 0,25 mM!; [Glucose] 3 mM!; [Glucose-6P] 1,5mM.
NB : T = température absolue = 273°K + valeur °C!; R = 8,31 Joules/mole!;
Ln 5,55.10-2 = - 2,89!; Ln 18 = + 2,89
1.7 Le transfert d'électrons dans la chaîne respiratoire mitochondriale peut-être représentée
par la réaction nette :
NADH + H+ + 1/2 O2 H2O + NAD+
a. Entre les 2 couples conjugués d'oxydo-réduction, lequel à la tendance la plus grande à
perdre ses électrons ? Pourquoi!?
b. Calculer la valeur de la variation du potentiel standard d'oxydo-réduction ∆Eo' pour
cette réaction de transfert d'électrons mitochondrial.
c. Calculer la variation d'énergie libre standard ∆Go' associée à cette réaction.

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d. Combien de molécules d'ATP pourraient en théorie être formées par molécule de NADH
oxydée au cours de cette réaction, si l'on prend l'énergie libre standard de synthèse
d'ATP égale à 30,5 kJ/mole!?
e. Combien de molécules d'ATP sont synthétisées dans les cellules en temps ordinaire
Quel est donc le rendement de conservation d'énergie au cours de ces réactions ?
NB : T = température absolue = 273°K + 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.
1.8 Soient les réactions :
a. ATP + Créatine Créatine-P + ADP
b. ATP + Glycérol Glycérol-3P + ADP
c. Phospho-énolpyruvate + ADP Pyruvate + ATP
d. Glucose-6P + ADP Glucose + ATP
Soient les énergies libres d'hydrolyse ∆G°' des molécules suivantes!:
ATP - 30,5 kJ/mole
Créatine-P - 43,0 kJ/mole
Glycérol-P - 9,2 kJ/mole
PEP - 61,9 kJ/mole
Glucose-6P - 13,8 kJ/mole
Calculer les ∆G°'.
Dans quel sens vont se produire les réactions à 25°C si tous les composants sont
présents initialement à la même concentration ?
1.9 Pour la réaction catalysée par la Triose-P-isomérase : PDHA PGD
on a K'eq = [PGD]/[PDHA] = 0.0475 à 25°C et pH 7
a. Calculer la variation d'énergie libre standard ( ΔG°' ). La réaction est-elle possible si
[PDHA] = [PGD] ?
b. Calculer la variation de l'énergie libre ( ΔG ) lorsque
[PDHA] = 2x10-4 M et [PGD] = 3x10-6 M
(valeurs usuelles pour une cellule utilisant la glycolyse comme voie énergétique).
La réaction est-elle possible!?
2. CHAINE RESPIRATOIRE MITOCHONDRIALE
2.1 Chaîne respiratoire.
a. Quelle est sa localisation et sa fonction!?
b. D'où vient son énergie de fonctionnement!?
c. Que produit-elle!?
d Quel est le rôle de l‘ oxygène dans la respiration mitochondriale!?
e. Quel est son rendement de conservation d'énergie!?
f. En présence de dinitrophénol, la chaîne respiratoire n'est pas bloquée mais elle perd sa
fonction initiale.
Pourquoi!?

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2.2 Décrire les différents transporteurs de la chaîne respiratoire!:
• Lesquels transportent 1 électron, 2 électrons!?
• Lesquels sont libres!?
• Lesquels sont associés dans des complexes membranaires!?
• Dans quel ordre interragissent-ils!? Pourquoi!?
2.3 Comment est stockée l'énergie des réactions d'oxydo-réduction au niveau de la chaîne
respiratoire!?
• Quelle protéine enzymatique intervient!?
• quels sont ses inhibiteurs directs et indirects?
2.4 La roténone, un produit toxique naturel issu des végétaux, inhibe de façon importante la
NADH déshydrogénase des mitochondries. L'antimycine A est un antibiotique toxique qui
inhibe fortement l'oxydation de l'ubiquinol.
a. Expliquer pourquoi la roténone et l’antimycine sont des poisons mortels.
b. Comparer leur mode d’action.
2.5 Quel sera l’effet sur la consommation d’oxygène par les mitochondries de l’addition de :
1. Dinitrophénol
2. Antimycine A
2.6 Citer les quatre différents substrats de la chaine respiratoire. A quel complexe de la chaine
est couplée l’oxydation de ces substrats!?.
2.7 Des mitochondries viables sont mises en suspension dans un milieu dégazé et
contenant de l’acide succinique. Au temps zéro on fait passer dans la préparation une
quantité connue d’O2 et on mesure le pH du milieu extérieur aux mitochondries. On
obtient le graphique ci-dessous!:
p H
a
b
c
O2
temps
Que se passe-t-il entre les points :
1. a et b ?
2. b et c ?
Justifier les réponses en rappelant par un schéma le mécanisme de fonctionnement de
la chaîne respiratoire mitochondriale.