BIO241-ET2-2012

BIO241
Examen terminal 2nde session (18 juin 2012)
Documents et calculatrices non autorisés
5 pages
Notation sur 80
PARTIE A
Métabolisme bactérien : cours de Mr Y. Markowicz
(15 pts)
Un chercheur a décidé de cultiver la bactérie Escherichia coli sur milieu minimum, mais en faisant
varier la source de carbone : lactose pour la culture A, glucose pour la culture B. Une fois les deux
cultures lancées, il effectue un prélèvement toutes les 30 minutes, qui lui sert à suivre l’évolution de la
DO600 au cours du temps.
DO600 à t =
Culture
0
0h30
1h
1h30
2h
2h30
3h
3h30
4h
4h30
5h
A
0,008
0,007
0,012
0,027
0,058
0,123
0,241
0,492
0,976
1,453
1,635
B
0,008
0,009
0,026
0,079
0,187
0,532
1,498
2,139
2,354
2,541
2,468
1) En vous servant des données ci-dessus, tracez sur la feuille semi-log (jointe en annexe) les deux
courbes de croissance, et calculez les temps de génération pour les cultures A et B.
(2 points)
On sait que le glucose pénètre dans la bactérie via un transport de type PTS. Le lactose, lui, entre via
un symport à protons, puis est hydrolysé par la β-galactosidase pour donner du glucose et du
galactose.
2) Quelles différences va-t-il y avoir quant au catabolisme des molécules de glucose et de galactose
qui proviennent toutes deux de l’hydrolyse du lactose ?
(2 points)
3) Quelle explication pouvez-vous donner à la différence de temps de génération observée selon la
nature de la source de carbone ?
(2 points)
Une autre source de carbone possible pour Escherichia coli est le glycérol. Celui-ci entre dans la
cellule via un mécanisme de diffusion facilitée, puis est transformé en dihydroxyacétone-phosphate
via les réactions suivantes :
(1) glycérol + ATP
glycérol-phosphate + ADP
(2) glycérol-phosphate + FAD
dihydroxyacétone-phosphate + FADH2
4) Que va devenir le dihydroxyacétone-phosphate dans la cellule ?
(1 point)
5) Quelles seront les principales différences au niveau métabolique entre la consommation de
glucose et celle de glycérol ?
(2 points)
6) D’après vous, le temps de génération de la culture effectuée avec du glycérol comme unique
source de carbone sera-t-il plus long, plus court ou identique à celui de la culture effectuée avec
du glucose (justifiez votre réponse) ?
(1 point)
Un mutant d’Escherichia coli a été isolé qui ne pousse pas en présence de glucose, de lactose ou de
glycérol. Si on cultive ce même mutant dans les mêmes milieux de culture, mais cette fois en
anaérobie, le mutant pousse plutôt bien.
7) D’après vous, quelle peut être l’enzyme codée par le gène muté chez cette bactérie (justifiez votre
réponse) ?
(2 points)
La bactérie anaérobie aérotolérante Lactococcus lactis est elle aussi capable de cataboliser glucose
et lactose. A l’inverse d’Escherichia coli, elle importe le glucose via un transport actif et le lactose via
un système de type PTS.
8) En prenant en compte toutes les informations qui vous ont été données sur cette bactérie, pouvezvous dire (justifiez vos réponses) :
a. si, quand elle a pour source de carbone unique du lactose, elle croîtra plus rapidement, plus
lentement ou à la même vitesse que sur glucose ?
(1 point)
b. si, avec l’une ou l’autre source de carbone, elle est susceptible de croître plus rapidement sur
lactose qu’Escherichia sur glucose ?
(2 points)
PARTIE B
Bioénergétique - Enzymologie : cours de Mme F. Cornillon (40 pts)
Question 1
(10 points)
a) Ecrire la demi équation redox correspondante au couple redox ci-dessous en utilisant
les formules semi développées de chacun des constituants du couple :
pyruvate/lactate : E'° = - 0,2 V
Ce couple réagit, dans les cellules, avec le couple redox NAD+/ NADH,H+ (E'° = - 0,3 V).
b) Ecrire la réaction d'oxydoréduction dans le sens de l'oxydation du lactate.
c) Calculer ∆G'°. Préciser la signification de cette abréviation, ce que représente cette
donnée, les conditions dans lesquelles elle est mesurée et dans quel sens aura lieu la
réaction d'oxydoréduction écrite ci-dessus dans les conditions précitées.
Dans les hépatocytes (cellules du foie), la réaction a lieu dans le sens de l'oxydation du
lactate.
d) Comment pouvez-vous l'expliquer ?
Donnée : F = 96 500 C.
Question 2
(15 points)
La constante de Michaelis d’une enzyme est de 0,2 mM pour le substrat A et de 2 mM
pour le substrat B.
a- Lequel de ces deux substrats présente l’affinité la plus grande pour l’enzyme (justifier
votre réponse)
b- La valeur du kcat a été déterminée pour chaque substrat : elle est de 5x102 s-1 pour le
substrat A et de 5x103 s-1 pour le substrat B. Calculer l’efficacité catalytique de l’enzyme
pour les substrats A et B. Que pouvez-vous en déduire ?
La concentration en enzyme est la même dans chacune des expériences menées cidessous.
c- En utilisant la représentation de Lineweaver et Burk, dessiner l’allure des droites
correspondants aux deux substrats A et B (essayez d’être le plus précis possible dans le
tracé en vous aidant des indications données).
d- Le test cinétique est répété en présence du substrat A et d’un composé I supposé
inhiber l’enzyme. Le résultat obtenu montre une diminution de la valeur de Vm et un Km
inchangé. Déterminer quel est le type d’inhibition. Justifier
e- Sur le même graphe (question c), donner l’allure de la droite correspondant à la
cinétique réalisée avec le substrat A et le composé I.
f- Quelle relation permet de déterminer la constante d’inhibition KI ?
Question 3
(15 points)
Vous suivez la purification d’une enzyme à partir d’un extrait biologique (EB). Des
échantillons enzymatiques sont prélevés à chaque étape pour mesurer la concentration
en protéines. L’activité enzymatique est mesurée avec 100 µL 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
-1
(mL)
d’échantillon
[mg.mL ]
dilué au ½
(nmole.sec-1)
EB
100
20
5
Etape 1
10
1
20
Etape 2
1
0,5
100
a- Donner la définition de l'activité spécifique.
b- Donner la définition de l'activité totale.
AE totale
(nkat)
AS
(nkat.mg-1)
Rdt
(%)
Fp
c- Donner la définition du rendement. Que permet-il de déterminer ?
d- Donner la définition du facteur de purification. Que permet-il de déterminer ?
e- 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, de
l'AE totale, du rendement et du facteur de purification.
Partie C : C. Breton (25 points)
Question 1- Catabolisme du pyruvate (17 pts)
1a - Décrire brièvement (éventuellement à l’aide d’un schéma) les différentes étapes
mises en oeuvre pour récupérer l’énergie métabolique contenue dans la molécule de
pyruvate, en condition aérobie. Ne pas détailler les réactions chimiques, mais indiquer
la localisation cellulaire des réactions biochimiques.
1b - Donner le bilan net en ATP de l’oxydation d’une molécule de pyruvate (utiliser les
valeurs hautes de P/O) – Justifier votre réponse
1c - Quel est le devenir du pyruvate en condition anaérobie, chez l’homme ?
- Décrire précisément la ou les réactions en jeu (noms et formules semidéveloppées des réactants, nom de l’enzyme).
-
Quel est l’intérêt principal de cette réaction ?
-
Dans quel(s) type(s) cellulaire(s) ou tissu(s) cette réaction a-t-elle lieu ? -
Quel est le devenir du produit de la réaction ?
Question 2 - Structure et propriétés de l’hémoglobine (8 points)
2a- Décrire brièvement la structure de l’hémoglobine en précisant quel est le motif
structural le plus représenté au niveau de la structure secondaire. Donner sa localisation
cellulaire.
2b- Représenter à l’aide d’un graphe, l’allure de la courbe de saturation par l’O2 de
l’hémoglobine. Quelle valeur est utilisée pour rendre compte de l’affinité de la molécule
Hb pour l’O2. Placer cette valeur sur votre graphe.
2c – Sur le même graphe, indiquer quelle serait l’allure de la courbe en présence d’un
inhibiteur allostérique. Citer l’un des inhibiteurs allostériques de l’hémoglobine vu en
cours.
2d –La drépanocytose, ou anémie falciforme, est une maladie génétique caractérisée par
la formation d’une hémoglobine anormale (hémoglobine S, Hb S) qui détruit les globules
rouges. Cette destruction a pour cause la substitution, en position 6 de la chaîne , d’un
résidu d’acide glutamique par un résidu valine, ce qui mène à la formation de précipités.
- Donner les formules semi-développées à pH7 de ces deux acides aminés.
- Comment peut-on expliquer la formation de ces précipités ?
Annexe
N° anonymat :
Graphe à joindre à votre copie du sujet A