TD4-s4-mai2013 - Faculté des Sciences

UNIVERSITE MOHAMMED I
Faculté des sciences
Département de biologie
Année universitaire 2012/2013
Biochimie métabolique
Pr. SAALAOUI Ennouamane
BIOCHIMIE METABOLIQUE : TD N° 4
Exercice N°1 :
1/Ecrire l'équation d'oxydation complète d'une molécule d'acide gras saturé à nombre paire
(2n) d'atomes de carbone in vitro.
2/ Ecrire cette équation in vivo
3/Calculer le nombre de molécules d'ATP formées par atome de carbone lors de l'oxydation
complète in vivo de l'acide gras considéré.
4/Ecrire l'équation complète de l'acide palmitique et combien de moles d'ATP sont
synthétisées ?
Exercice N°2 :
1/ Calculer l'énergie en Kcal, emmagasinée sous forme d'ATP quand un gramme de
tripalmitylglycérol est complètement oxydé à 37°C
2/ Combien. de molécules d'ATP sont formées par atome de carbone lors de
l'oxydation complète d'une molécule de tripalmitylglycérol.
Exercice N°3 :
Une bactérie utilise pour sa respiration PO43- comme accepteur et NADH comme donneur
d’électrons sachant que les potentiels d’oxydo-réduction standards E°’ sont respectivement -0.32V pour
le couple NAD+/NADH et de + 0.48V pour le couple PO43-/ HPO42- et que ∆E°’ pour un volt est
équivalent de ∆G°’= 192 KJ/mole pour une réaction de transfert de 2 électrons
a) Combien d’ATP sont-ils produits par cette bactérie à partir de HPO42- et d’ADP par
paire d’électrons ? (La liaison chimique à haut potentiel d’hydrolyse dans la molécule
d’ATP est de 30.5 KJ/mole et le rendement de la réaction est de 60%)
b)Si la bactérie utilisait l’oxygène comme accepteur d’électrons avec le même rendement de
couplage, le nombre d’ATP produit par paire d’électrons à partir d’ADP et HPO42- serait il meilleur ?
Donner sa valeur sachant que E°’ est égal à +0.82V pour le couple ½ O2 / O2-
Solution
Exercice N°1
1/Une molécule d'acide gras saturé à nombre paire (2n) d'atomes de carbone a une
formule générale CH3-(CH2)n-COOH .
L'équation d'oxydation complète de tels acides gras in vitro est la suivante :
CH3-(CH2)n-COOH + (3n/2 + 2) O2
(n+2) CO2 + (n+2) H2O
Sinon, on peut écrire la formule générale sous cette forme:
CH3-(CH2)2n-2 -COOH + (3n-1) O2
2n CO2 + 2n H2O
2/ L’équation in vivo ; Elle se fait en deux étapes, la conversion de l’acide gras en
acétyl CoA par la bétaoxydation et après l’oxydation de l’acétyl CoA par le cycle de Krebs.
a/La conversion d’un acide gras en acétyl CoA.
CH3-(CH2)2n-2 -COOH + (3n-1) O2 + n COA-SH + (n-1) (H2O) + ATP + (n-1) FAD + (n-1) NAD+
n CH3-CO-SCOA + AMP + PPi + (n-1) (NADH+ H+) + (n-1) FADH2
b/Oxydation de l’acétyl-CoA par le cycle de Krebs
n CH3-CO-SCOA + 2n H2O + n GDP + nPi + 3 n NAD+ + n FAD
2n CO2 + N CoA-SH + nGTP + 3n (NADH+ H+) + n FADH2
3/La somme de 1+2
CH3-(CH2)2n-2 -COOH + (3n-1) H2O + + ATP + nGDP + nPi + (4n-1) FAD + (2n-1) NAD+
2n CO2 + AMP + PPi + nGTP + (4n-1) (NADH+ H+) + (2n-1) FADH2
Le bilan:
Activation................................................................................- 1 (ATP)
nGTP……………………………………………....................+ n (ATP)
(4n-1) (NADH+ H+)………………………………………..... + 12n - 3 (ATP)
(2n-1) FADH2...........................................................................+ 4n - 2 (ATP)
Total......................................................................................... +17n – 6 (ATP)
Si l’acide gras contient 2n carbones ; donc c’est 17 n/2n – 6/2n = 8,5 – 3/n molécules d’ATP par
carbone.
Si le n est grand et pour simplifier, on peut l’estimer à 8,5 ATP par carbone.
4/ Pour l’acide palmitique qui contient 16 carbones : CH3-(CH2)14 –COOH donc 14 = (2*8) - 2
Donc le n est égal à 8 :
AN 17*8 – 6 = 130 ATP
Exercice N°2 :1/
Le tripalmitylglycérol
CH2-O-CO-(CH2)14-CH3
CH-O-CO-(CH2)14-CH3
CH2-O-CO-(CH2)14-CH3
TPG (C51H98O6 :806g/mole)
Lipase spécifique
CH2OH
CHOH + 3 CH3-(CH2)14-COOH
CH2OH
glycérol
Ac. Palmitique
Donc, il faut faire le bilan énergétique du glycérol plus celui des trios molécules d’acides palmitiques
a)Bilan du glycérol :
Activation
Glycérol
Kinase
ATP
ADP
Pi
glycérol P
DHase
. DHAP -------------
NAD+ NADH + H+
Isomérase
G3P ----------------------- 1-3DPG
NAD+ NADH + H+
1-3DPG ------------3PG----------- 2PG-------- PEP ----------- Pyruvate ------------------------AcétylCoA ---------CK
ADP ATP
ADP ATP
NAD+ NADH + H+
Le cycle de Krebs : 3 NADH + 1 FAD + GTP (ATP) Donc 12 ATP
Le bilan : 12 – 1 +9 +2 = 22 ATP
Pour l’acide palmitique c’est 130 molécules d’ATP par molécule et puisqu’on a 3 molécules, il
suffit de multiplier par 3 Donc 390
Le bilan total s’il ne manque rien est 22 + 390 = 412 molécules d’ATP
Donc, pour calculer l’énergie en Kcal qui est emmagasinée sous forme d’ATP :
Les 412 moles d’ATP à partir d’un mole de tripalmitylglycérol (TPG)qui pèse 806 g ;
Donc, 1 g d’acide de TPG donne 0.5 mole d’ATP quand il est complètement oxydé càd le
cycle de Krebs (CK) et la chaine respiratoire mitochondriale (CRM) qui fonctionnent.
ATP
ADP +Pi -7.3 Kcal/mole d’ATP
Le résultat 0.5 mole càd -7.3 / 2 = -3.65 kcal/g de TPG
2/ Pour calculer par atome de carbone, on a 3.65 kcal/g de TPG or la formule de TPG est
C51H98O6 (806 g/mole) dont le carbone (51*12 = 612 g/mole) qui représente 75%
Ainsi, on a 3.65Kcal/ 0.75 g de carbone donc -58.32 Kcal/12g de carbones
Ce qui veut dire -58.32 Kcal/mole de carbones
Je sais qu’une mole d’ATP correspond à -7.3 Kcal/mole d’ATP donc il suffit de
diviser -58.32/-7.3 et j’obtiens 7.989 mole d’ATP /mole de carbone
Donc, on a 8 molécules d’ATP /Atome de carbone
NB : Méthode simple, on a 412 molécules d’ATP par 51 carbones du TPG ; donc, je
divise par 51 et je trouve 8.078 molécule d’ATP/atome de carbone
Exercice N°3 :
a) ∆G = 192 x ∆E°’ = 192 (0.48 – (-0.32)) = 153.6 kJ/mole
Puisque l’énergie nécessaire pour la synthèse d’ATP et du rendement, cette bactérie
pourra synthétiser :
153.6 * 60 = 3 moles d’ATP
30.5 * 100
b) avec l’oxygène comme accepteur d’électrons, on aura un nouveau ∆G qui est égal à
192 *(0.82 – (-0.32)) = 218.9 kJ/mole
Donc, on a 218.9 * 60 = 4
30.4 *100