CAHIER D`EXERCICES de BIOCHIMIE 4. Métabolisme

http://www.chusa.upmc.fr/disc/bio_cell
PAES
CAHIER D’EXERCICES
de B I O C H I M I E
2010-2011
EDITE PAR LE DEPARTEMENT DE BIOLOGIE
4. Métabolisme
Energétique

Cahier d'Exercices de Biochimie / PAES Métabolisme énergétique / 2
Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie
CAHIER D'EXERCICES POUR PAES
BIOCHIMIE
IV. METABOLISME ENERGETIQUE
SOMMAIRE
Page
1. Chaîne respiratoire mitochondriale ....... 3
2. Glycolyse .................................. 4
3. Cycle de Krebs ......….................... 6
4. Exercices de synthèse ..................... 7
5. QCM .….................................... 9
6. Extraits d’Annales du concours .…........ 11
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 de Biochimie / PAES Métabolisme énergétique / 3
Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie
1. CHAINE RESPIRATOIRE MITOCHONDRIALE
1.1 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.
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 à
partir d’ADP, 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 ?
On donne : T = température absolue = 273°K + valeur °C ; R = 8,31 Joules/mole ;
E°’ du couple NAD +/NADH+H+= - 0,32 volt ; E°’ du couple 1/2 O2 / H2O= + 0,81 volt
∆Go' = -nF ∆Eo' avec n = nombre d’électrons, F = constante de Faraday (96 KJ/volt/mole)
1.2 Une préparation mitochondriale est incubée en présence de NADH, d'oxygène, d'ADP et de
phosphate en concentrations non limitantes. On suit la consommation d'oxygène et la
formation d'ATP, dans différentes conditions expérimentales.
a. Ecrire la réaction globale d’oxydation du NADH, H+ par l’oxygène.
• Préciser s'il s'agit d'un processus endergonique ou exergonique
• Calculer la variation d'énergie libre mise en jeu (dans des conditions standards).
b. Citer les 3 complexes d’oxydo-réduction et les 2 transporteurs mobiles intervenant dans
cette réaction.
c. La chaîne des transporteurs d’électrons comprend un quatrième complexe qui n’intervient
pas dans la séquence envisagée ici. Quel est ce complexe et pourquoi n’intervient-il pas
?
d. Etablir le bilan en moles d'ATP synthétisé et en oxygène consommé résultant de
l'oxydation d'une mole de NADH.
On incube cette même préparation en absence soit de NADH, soit d'oxygène, soit d'ADP, les autres
constituants restant en concentrations non limitantes.
e. En absence de NADH, H+ ou d'oxygène, indiquer dans quel état (oxydé ou réduit) vont se
trouver les transporteurs d'électrons.
f. Que se passe-t-il en absence d'ADP ?
On répète cette incubation avec tous les substrats en concentrations non limitantes et en ajoutant
l'un ou l'autre des effecteurs suivants :
1- amytal ; 2- antimycine ; 3- cyanure 4- atractyloside
g. Préciser l'effet de ces effecteurs
h. Etablir, comme dans la question d, le bilan en ATP et en oxygène.
L'incubation est réalisée avec tous les substrats en concentrations non limitantes et en présence
d'oligomycine.
i. Quel est l'effet de l'oligomicyne et que devient alors le bilan en ATP et en oxygène.
j. Que se passe-t-il si, en présence d'oligomycine, on ajoute du dinitrophénol dans le
milieu d'incubation ?

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Ox. Réd.
succinate
fumarate
amytal
roténone
antimycine CO
CN-
oligomycine
ATP
synthase
V
NADH2
NAD+
IIII
CoQH2
H+ H+
H+
CoQ
FAD
II
Cyt c
Fe 2+
Cyt c
Fe 3+
1/2O2
ATP
H2OADP
+ Pi
2H+
H+
+ +
- -
ATP ADP
ATP ADP
atractyloside
Espace inter-
membranaire
Membrane
interne
Matrice
IV
ATP translo-case
k. Localiser sur le schéma ci-dessous de la chaîne respiratoire les différents éléments
mentionnés tout au long de cet exercice
2. GLYCOLYSE
2.1 Au cours de la glycolyse, le glucose (C6) est transformé en pyruvate (C3).
a. Quelle enzyme est responsable de la scission de la molécule à 6 carbones en molécules
à 3 carbones ?
b. Quelles sont les caractéristiques de ces molécules à 3 carbones ?
c. Cette préparation pour l'hydrolyse a nécessité quel(s) type(s) de modification du glucose
?
d. Une seule de ces molécules à 3C poursuit directement sa transformation dans la voie
métabolique pour être convertie en pyruvate.
• Laquelle ?
• Quel est le devenir de la deuxième ?
e. Quel est le bilan énergétique de cette première phase de la glycolyse, dite phase
préparatoire ?
2.2 a. Quelles sont les étapes irréversibles de la glycolyse ?
b. Quelles sont les transformations métaboliques possibles du pyruvate produit lors de la
glycolyse en conditions aérobie et anaérobie ?
Comment varie la consommation de glucose dans et l’autre cas ?
2.3 Soient les réactions suivantes :
b
X
a
P
C=O
CH2OH
CH2O
P
C=O
CH2OH
CH2O

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Sachant que les enzymes catalysant les réactions a et b ne sont pas identiques,
• Ecrire la formule de X
• Donner les noms des coenzymes intervenant dans les réactions a et b.
• Donnez le nom et la localisation cellulaire des enzymes catalysant les réactions a
et b. Que permettent ces réactions dans le métabolisme énergétique ?
2.4 Les globules rouges métabolisent le glucose à vitesse élevée en formant du lactate.
Pourquoi la production de lactate est-elle nécessaire pour que l’utilisation du glucose
puisse se poursuivre ?
Pourquoi pour mesurer le glucose sanguin (glycémie) ajoute t-on du fluorure de sodium
dans les tubes de prélèvement ?.
2.5 On considère la voie métabolique partielle suivante :
a. Donner le nom du composé (a).
b. Compléter la formule de l’intermédiaire (d) et donner son nom
c. Compléter les cadres (b), (c), (e) et (f)
d. Donner le nom des enzymes Enz1 et Enz2 et préciser si l’ensemble de cette voie partielle
est réversible ou non.
e. Où et comment le composé du cadre (c) peut-il fournir de l’énergie ?
f. Quel est l’effet de l’arséniate sur cette voie métabolique partielle ?
2.6 On se propose de synthétiser in vivo de l’ATP radioactif marqué en position γ par du 32[P],
isotope radioactif du phosphore.
A cette fin, on dispose de phosphate de sodium marqué par du 32[P] et d’ADP non radioactif.
a. Ecrire la formule simplifiée du produit radiomarqué.
b. Quelle(s) réaction(s) de la glycolyse peuvent être choisie(s) pour obtenir de l’ATP
radiomarqué ?
c. Pour chaque réaction choisie préciser les substrats et coenzymes nécessaires
2.7 Quelle va être la destinée finale des hydrogènes provenant de l’oxydation du
phosphoglycéraldéhyde par la phosphoglycéraldéhyde deshydrogénase:
a. dans des conditions d’anaérobiose.
b. dans des conditions d’aérobiose.
(b) (e)
(f)
(a) (d)
Enz1 Enz2
P
CHOH
CHO
CH2OP
CHOH
C
CH2OP
CHOH
COO-
CH2O
+ Pi
(c)