Biochimie (Réactions Cellulaires) 2014

Biochimie (Réactions Cellulaires)
2014-2015
Partiel de Novembre 2014
Calculette permis, Documents non-permis
Durée 1 heure.
A) Cette question concerne la cinétique d'une réaction d'isomérisation entre un aldéhyde et une
cétone, comme nous l'avons vu en cours.
1. Donnez un exemple de ce type de réaction, et l'enzyme qui la fait. (4)
Dans le tableau sont indiquées les concentrations de produit (aldéhyde) en fonction de temps pour
quatres échantillons. Les differents échantillons avaient des conditions initiales différentes en
concentration de substrat (cétone) et contennaient tous 0.5 μM d'enzyme.
Concentration de produit (M) en fonction de temps
Temps Echantillon 1 Echantillon 4 Echantillon 4 Echantillon 4
0.3 mM cétone 1 mM cétone 3 mM cétone 10 mM cétone
0 sec 0.04 -0.30 0.15 0.09
30 sec 19.5 51.0 71.0 123.0
60 sec 40.0 100.0 145.0 230.0
90 sec 58.0 149.5 210.0 340.0
2. Quelles sont les vitesses initiales des réactions dans les quatres cas. (6)
3. Estimer les valeurs de Km et Vmax observées pour l'enzyme. (4)
4. Connaissant la concentration d'enzyme, calculer la constante catalytique (kcat). (2)
5. La vitesse de la réaction depend du pH. A partir de vos connaissances de la catalyse par ce
type d'enzyme, quels groupements ionisables pourraient être impliqués. (4)
B) Les groupements phosphoryles (PO4) sont très importants dans le métabolisme et sa régulation.
1. Pourquoi les métabolites sont ils souvent phosphorylés? (2)
2. Donner un exemple d'une enzyme et la réaction qui phosphoryle un métabolite non-
phosphorylé (5)
3. Quelles sont les caractéristiques thermodynamiques (G et G°') constatées en général pour
les réactions de phosphorylation? Comment peut-on expliquer cela en quelques mots? (5)
4. La phosphorylation joue des rôles également dans la régulation (8). Donner des exemples de :
1. Une localisation dépendante de la phosphorylation ;
2. Une dimérisation dépendante de la phosphorylation ;
3. Une activité enzymatique dependant de la phophorylation ;
4. Un signal transmis dans la cellule grâce à la phosphorylation ;
5. Une stabilité dépendante de la phosphorylation

Biochimie (Réactions Cellulaires)
2012-2013
Partiel – 1 heure
Les calculettes sont permises (mais pas nécessaires)
Répondre à une seule des deux questions A ou B
A) Les réactions cellulaires sont fortement régulé à différents niveaux. Répondre a tous
les points suivants en utilisant des exemples concrets.
La vitesse d'une réaction enzymatique dans une cellule peut être modifié en changeant quels
paramètres de l'enzyme ?
Est-il possible de réguler le métabolisme au niveau de toutes les réactions, ou cértaines
réactions sont elles plus propices à la régulation que d'autres ?
L'activité enzymatique dans une cellule peut être modulée sur différentes échelles de temps :
expliquez les méthodes utilisées par les cellules pour une modulation rapide et pour une
modulation plus lente.
Dans la régulation nous avons vu de multiples protéines avec la même fonction, mais
également des protéines avec de multiples fonctions. Expliquez comment chacune de ces
organisations aide à la régulation.
B) Une levure dans un mileu qui contient du glucose est les bases nucleotidique, mais pas
d'oxygène, est en train de fabriquer des molécules d'ARN et d'ADN.
Quel est le bilan pour fabriquer l'ARN pppUpGpUpGpGpGpUpG à partir de glucose, ATP,
uracile, guanine et NADP+ ?
•La fabrication ADN utilise autant d'ATP que la fabrication d'ARN, les ribonucleotides
sont convertis en désoxy-ribonuclotides utilisant un équivalent de NADPH par
l'enzyme RNR.
Environ combien d'ATP sont nécessaire pour fabriquer l'ADN de la genome d'une bacterie
(~4Mbp en longeur) ?
Si la réplication de l'ADN prend 20 minutes combien de molécules d'ATP par second sont
utilisées ?
Si tout l'ATP, et également une partie des nucléotides, vienne de la fermentation du glucose
combien de molécules de glucose sont utilisés par seconde pour faire de l'ADN ?

Biochimie (Réactions Cellulaires)
2012-2013
Correction
D'abord, quelques points importants... Il faut répondre aux questions posées et non pas
aux questions que vous auriez voulu que je pose !!! Beaucoup entre vous ont perdu des
points à cause de cela. Si vous ne comprenez pas les mots dans les questions
demandez aux surveillants, c'est bête de répondre à côté car vous n'avez pas compris.
A) Les réactions cellulaires sont fortement régulées à différents niveaux. Répondre à tous
les points suivants en utilisant des exemples concrets.
La vitesse d'une réaction enzymatique dans une cellule peut être modifié en changeant quels
paramètres de l'enzyme ?
Les paramètres de l'enzyme qui peuvent être modifiées sont sa capacité catalytique
(kcat) et son affinité (Km), c'est a dire l'activité de l'enzyme présent (ce que nous
avons vu avec le phospho-fructo-kinase et les effets de ATP etc). Il est également
possible d'agir sur la quantité d'enzyme ou son accessibilité.
Est-il possible de réguler le métabolisme au niveau de toutes les réactions, ou certaines
réactions sont elles plus propices à la régulation que d'autres ?
Certains réactions sont plus propices a la régulation que d'autres. En effet pour une
régulation efficace il faut agir sur des réactions hors-équilibre (G << 0 ). Par exemple
le phospho-fructo-kinase (G = -21.2 kJ mol-1).
L'activité enzymatique dans une cellule peut être modulée sur différentes échelles de temps :
expliquez les méthodes utilisées par les cellules pour une modulation rapide et pour une
modulation plus lente.
Pour une régulation rapide les cellules changent l'activité des enzymes présents. Cela
se fait principalement par deux méthodes différentes : la liaison d'inhibiteurs (tel l'ATP
sur phosphofructokinase) ou alternativement la modification chimique de l'enzyme
(comme la phosphorylation de PFK2 par la Protéine Kinase A ou de Mth1 par Yck1).
Pour une régulation plus lente les cellules changent la quantité d'enzyme présent. Cela
se fait en modifiant la vitesse de synthèse (induction/répression de gènes) comme nous
l'avons vu pour les transporteurs de glucose Hxt1-4, ou alternativement en jouant sur
la dégradation des protéines avec l'ubiquitinylation.
Dans la régulation nous avons vu de multiples protéines avec la même fonction, mais
également des protéines avec de multiples fonctions. Expliquez comment chacune de ces
organisations aide à la régulation.
Une exemple de multiples protéines avec la même fonction sont des multiples
transporteurs de glucose (Hxt1-4 et au delà) qui sont tous des transporteurs passifs de
glucose. Cependant ils n'ont pas tous les mêmes caractéristiques cinétiques (Km et

kcat) et donc les protéines synthétises sont adaptés aux conditions environnementales
et ainsi aide a réguler l'entre de glucose dans la cellule.
On a vu deux exemples de protéines multi-fonction : hexokinase 2 (enzyme et
régulateur) et phosphofructokinase 2 (réactions de kinase et phosphatase). Dans les
deux cas le basculement entre les deux fonctions se fait grace à la phophorylation.
Cela aide aide la régulation car il faut simplement modifier l'activité d'une protéine. Si
les deux fonctions étaient portées par deux protéines différentes il faut réduire l'activité
de l'une et augmenter celle de l'autre.
B) Une levure dans un mileu qui contient du glucose et les bases nucléotidiques, mais pas
d'oxygène, est en train de fabriquer des molécules d'ARN et d'ADN.
Quel est le bilan pour fabriquer l'ARN pppUpGpUpGpGpGpUpG à partir de glucose, ATP,
uracile, guanine et NADP+ ?
Le bilan finale est 8 glucose, 5 G, 3 U, 40 ATP, 16 NADP+ → ARN + 40 ADP + 8
CO2 + 16 NADPH + 30 PO4. Ici c’était utile de montrer la voie métabolique car ça
permettait d'avoir pas mal de points même si le bilan final était faux.
•La fabrication d'ADN utilise autant d'ATP que la fabrication d'ARN, les
ribonucléotides sont convertis en désoxy-ribonucléotides en utilisant un équivalent de
NADPH par l'enzyme RNR.
Environ combien d'ATP sont nécessaire pour fabriquer l'ADN du génôme d'une bactérie
(~4Mbp en longeur) ?
Dans la précédente question on voit qu'ajouter un nucléotide dans une acide nucléique
coûte 5 (si vous aviez un autre chiffre il fallait l'utiliser) équivalents d'ATP. Une
génome bactérien de 4Mbp contient 8 106 nucléotides. De plus les C sont plus chers (6
ATP/base) et nous pouvons imaginer qu'environ 25 % des bases sont des C. Cela
donne environ 42 106 molécules d'ATP.
Si la réplication de l'ADN prend 20 minutes combien de molécules d'ATP par seconde sont
utilisées ?
42 106 molécules d'ATP divisé par 1200 secondes donne environ 35000 molécules par
seconde.
Si tout l'ATP, et également une partie des nucléotides, vient de la fermentation du glucose
combien de molécules de glucose sont utilisées par seconde pour faire de l'ADN ?
La fermentation alcoolique produit deux molécules d'ATP par glucose. Donc pour
l'ATP il faut fermenter 17500 molécules de glucose par seconde. De plus les désoxy-
ribose de l'ADN viennent également du glucose à une vitesse de 6700 sec-1 donc en
total 24200 glucose / sec. Cependant il faut noter que en vu de la production nette d'un
NADPH par nucléotide il faut une autre voie métabolique pour utiliser le pouvoir
réducteur généré.

Biochimie (Réactions Cellulaires) ENSBI3U1
2012-2013
Final – Partie James Sturgis – Durée conseillée 30 minutes
Les calculettes sont permises
Répondre à une seule des deux questions A ou B
à rendre sur une copie séparée
A) Les réactions cellulaires sont catalysées par des enzymes.
Conditions t=0 t=30 sec t=1 min t=5 min
3.998 ml tampon +
1 l substrat +
1 l enzyme.
0.00 0.14 0.29 1.35
3.989 ml tampon +
1 l substrat +
10l enzyme.
0.02 1.00 1.45 1.46
3.989 ml tampon +
10 l substrat +
1 l enzyme.
-0.05 0.61 1.21 3.00
3.949 ml tampon +
50 l substrat +
1 l enzyme.
0.03 0.87 1.75 2.99
Dans le tableau est indiqué comment l'absorption d'un échantillon change avec le temps après
l'addition d'une enzyme. L'absorption est due au produit de la réaction et est mesurée dans un
spectrophotomètre avec un chemin optique de 1 cm.
1. Quel est la vitesse initiale de changement d'absortion en ligne 1 du tableau ?
2. Pour quelles raisons l'absorption arête de changer après 1 min en ligne 2 ?
3. Si la coefficient d'extinction du produit est 15 mM-1cm-1 quelle est la vitesse de sa
synthèse en ligne 3 ?
4. Si la concentration de la solution stock de substrat est de 400 mM quelle est sa
concentration initiale en ligne 4 ?
5. Estimer le Km de l'enzyme.
B) Les enzymes assure que la cinétique des réactions cellulaires est assez rapide et
régulée.
1. Pour une réaction chimique qu'est-ce que l'état de transition ?
2. L'état de transition peut être modifier de quelle façon par une enzyme ?
3. Comment la triose phosphate isomerase modifie-t'elle l'environnement de son
substrat ?
4. Quelle est la différence entre l'état de transition et un intermédiaire ?