ELÉMENTS DE BIOLOGIE
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ELÉMENTS DE BIOLOGIE
1) Comment la chaîne de transport des électrons coopère-t-elle avec l'ATP synthétase pour
assurer la phosphorylation oxydative de l'ADP en ATP? Expliquez l'hypothèse
chimiosmotique proposée par le biochimiste Peter Mitchell.
2) Comparez et expliquez les similitudes et les différences entre une mitochondrie et un
chloroplaste. Quelles sont les voies métaboliques qui se déroulent dans chacun de ces 2
organites. Décrivez-les.
3) Comparez une cellule végétale à une cellule animale (similitudes, différences) ; indiquez et
définissez brièvement les voies métaboliques qui se déroulent dans :
Matrice de la mitochondrie
Stroma
Membrane plasmique
Réticulum endoplasmique lisse.
4) Dans la plupart des cellules animales, les puits et vésicules recouvertes de clathrine constituent
une voie permettant l’endocytose de molécules spécifiques. Décrivez l’endocytose du
5) Dans le cadre du transport membranaire, décrivez le fonctionnement de la pompe Na+/K+.
a) Les protéines membranaires sont-elles capables de se déplacer le long de la membrane
plasmique dans une cellule ? Si oui, quel type d’expérience proposez-vous pour démontrer la
capacité de mouvement de ces protéines ?
b) Décrivez les étapes où il y a une déshydrogénation et un transport d’électrons dans le cycle
de Krebs.
Dans quel compartiment se déroule ce cycle ?
Combien d’ATP produit un tour de cycle ?
Qui est le dernier accepteur d’électrons dans la respiration cellulaire et dans quel
compartiment se déroule-t-elle ?
6) Décrivez à l’aide d’un schéma le cycle de l’énergie dans les cellules.
7) Décrivez et expliquez clairement les étapes de la synthèse des lipides et quelles sont leurs
principales fonctions dans une cellule.
8) Décrivez et expliquez le flux des électrons dans le schéma en Z lors de la photosynthèse.
9) Décrivez l’endocytose du cholestérol (LDL) par l’intermédiaire des récepteurs de la
membrane plasmique dans une cellule animale.
10) Décrivez la composition chimique de la membrane plasmique.
11) Décrivez le cycle de la libération de virus en donnant un exemple, par les cellules-hôtes
vivantes.
12) Décrivez le cycle lysogène d'un phage et donnez un exemple.
13) Décrivez le schéma général des principales voies de circulation protéique.
14) Décrivez les caractéristiques morphologiques et fonctionnelles des cellules procaryotes,
eucaryotes et les virus.
15) Décrivez les composantes d'une cellule animale et végétale. Dans quels organites s'effectuent
les voies métaboliques suivantes: glycolyse, respiration, photosynthèse.
16) Décrivez les différents types de transport qu’une cellule utilise pour faire entrer et sortir
différentes biomolécules à travers la membrane plasmique.
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17) Décrivez les étapes où il y a une déshydrogénation et un transport d’électrons dans le cycle de
Krebs.
Dans quel compartiment se déroule ce cycle ?
Combien d’ATP produit un tour de cycle ?
18) Décrivez les mouvements des molécules lipidiques individuelles
19) Décrivez une expérience pour démontrer le mouvement des protéines le long de la membrane
plasmique d’une cellule.
20) Différences entres les virus et les cellules.
21) Donner un schéma simplifié de la "carte routière" des principales voies de circulation des
protéines biosynthètiques.
22) Donnez un schéma (résumé) des principales voies de circulation des protéines après leur
synthèse dans les ribosomes.
23) Donnez un schéma des principales voies de circulation des protéines.
24) Expliquer comment le transport des électrons coopère pour permettre la production de l’ATP
lors de la phosphorylation oxydative.
25) Expliquez dans quelle mesure la molécule H2O est impliquée dans la photosynthèse.
26) Expliquez en détail les mécanismes moléculaires de la traduction des protéines une fois que
les ribosomes commencent la lecture de l’ARNm jusqu’à la translocation de la protéine.
27) Expliquez la glycosylation et donnez sa localisation dans la cellule.
28) Expliquez les différentes étapes de la synthèse des lipides et décrivez dans quel organite de la
cellule cette synthèse a lieu.
29) Expliquez les fonctions de la membrane plasmique dans une cellule.
30) Expliquez les fonctions principales de l’appareil de Golgi.
31) Expliquez les réactions photobiochimiques d'absorption de la lumière et le transport des
électrons.
32) Expliquez quelles relations il y a entre les voies du métabolisme : le catabolisme et
l’anabolisme.
33) Expliquez schématiquement les différentes voies de circulation protéique.
34) Il existe 2 principaux systèmes de transport protéiques. Citez-les et donnez leur définition et
des exemples.
35) Il existe deux grandes catégories de cellules: les Eucaryotes et les Procaryotes. Donnez les
différences entre ces deux types de cellules.
36) La majorité des couches lipidiques membranaires sont assemblées dans le RE. Donnez les
réactions de synthèse de la phosphatidycholine.
37) La plus grande partie du cholestérol est transporté dans le sang lié à une protéine sous forme
de complexes connus sous le nom de Lipoprotéines de faible densité ou LDL ("Low density
lipoproteins"). Expliquer l'endocytose du LDL par l'intermédiaire des récepteurs.
38) Les cellules eucaryotes ont des vésicules de transport acheminant continuellement de
nouveaux composants de l'appareil de Golgi vers la membrane plasmique (exocytose).
Décrivez les 2 voies d'exocytose.
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39) Les nombreuses réactions qui se produisent dans le chloroplaste peuvent être groupées en 2
grandes catégories. Décrivez les événements de la photosynthèse.
40) Les nombreuses réactions qui se produisent dans les chloroplastes peuvent être groupées en 2
grandes catégories. Décrivez-les.
41) Les protéines membranaires sont-elles capables de se déplacer le long de la membrane
plasmique dans une cellule ? Si oui, quel type d’expérience proposez-vous pour démontrer la
capacité de mouvement de ces protéines ?
42) Les virus sont de très petites particules composées principalement d'acides nucléiques et de
protéines, mais dépourvues de nombreuses caractéristiques des cellules vivantes. Donnez les
différences entre les virus et les cellules (procaryotes et eucaryotes).
43) Lorsqu’une cellule métabolise le glucose en présence d’oxygène, quelles sont les voies
métaboliques qui se mettent en place et dans quel organite ?
44) Quelle est la morphologie et la composition chimique des membranes de la mitochondrie ?
45) Quelle(s) fonction(s) joue (jouent) la molécule d’eau (H2O) lors de la photosynthèse ?
46) Quelles sont les principales fonctions des lipides dans une cellule.
47) Quelles sont les principales voies métaboliques qui se déroulent dans chacun de ces organites
et dans quelle(s) structure(s) ?
48) Quelques phages et beaucoup de virus animaux se reproduisent et son libérés sans interruption
par les cellules hôtes qui demeurent intactes. Expliquez ce cycle en donnant un exemple.
49) Quels sont les différents mécanismes de transport à travers la membrane plasmique
développés par la cellule. Donnez un exemple pour chaque type de transport.
50) Sur le schéma typique d'une cellule animale, décrivez:
a) les organites qui la composent
b) la compartimentation de certaines enzymes et les voies métaboliques.
51) Toutes les cellules vivantes exigent pour subsister, croître et se multiplier un apport
énergétique. Décrivez et comparez la dégradation des molécules organiques par la cellule en
présence ou absence d'oxygène.
52) Une molécule A qui est glycosylée doit être sécrétée à l’extérieur d’une cellule. Donnez le lieu
de sa synthèse et le parcours suivi par cette molécule jusqu’à sa sécrétion.
53) Une personne effectue un marathon (42 km). Quels mécanismes métaboliques mettent en
place les cellules musculaires afin d’obtenir l’énergie nécessaire tout au long de l’effort.
54) Une protéine glycosylée se trouve encastrée dans la membrane plasmique d’une cellule ; quel
cheminement a-t-elle suivi pour arriver à sa destination ?
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Questions de Biologie : Partie Barja : Question de 6 à 12 :
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GHVPROpFXOHVGHQXWULPHQWJOXFLGHVJUDLVVHSURWpLQH&HVPROpFXOHVGHQXWULPHQWIRXUQLVVHQWGHO¶pQHUJLHj
la cellule.
La dégradation deVPROpFXOHVSRXUSURGXLUHGHO¶pQHUJLHHVWDSSHOpHOHFDWDEROLVPH
Les molécules sont dégradées de la manière suivante : glycolyseÆ pyruvate Æ cycle de krebs Æ
phosphorylation oxydative ÆATP.
/¶$73HVWOHOLHQHQWUHOHVDFWLYLWpVFHOOXODLUHVIRXUQLVVDQWGHO¶pQHUJLHHWFHOOHVQpFHVVLWDQWGHO¶pQHUJLH
/¶$73SHUPHWHQVXLWHGHV\QWKpWLVHUGHQRXYHOOHVPDFURPROpFXOHVDQDEROLVPHWHOOHVTXHOHVSURWpLQHVOHV
glucides, les lipides et les acides nucléiques.
7) Décrivez et expliquez clairement les étapes de la synthèse des lipides et quelles sont leurs principales fonctions
dans une cellule.
Les lipides sont synthétisés dans le réticulum endoplasmique lisse/HVOLSLGHVQpFHVVDLUHVjO¶pODERUDWLRQGH
nouvelles membranes cellulaires, y compris les phospholipides et le cholestérol, sont synthétisés dans le RE.
Le principal phospholipide fabriqué est la phosphatidylcholine qui peut être formée à partir de deux acides
gras, glycérophosphate et choline.
Schéma :
Explication du schéma :
'DQV FH VFKpPD RQ D OD V\QWKqVH G¶XQ OLSLGH : la phosphatildycholine. La phosphtidylcholine est un lipide
IRUPpjSDUWLUG¶XQHFKROLQHHWG¶XQSKRVSKDWHTXLRQWXQS{OHK\GURSKLOHHWG¶XQJO\FpUROHWGHGHX[DFLGHV
gras qui sont les parties hydrophobes. Il y a trois étapes au total pour cette synthèse :
$X GpSDUW RQ D GHX[ DFLGHV JUDV DLQVL TX¶XQ JO\FpURSKRVSKDWH /RUV GH OD PLVH HQ FRPPXQ GH FHV WURLV
réactifs, il y a une libération de 2 CoA, puis les deux acides gras se lient avec le glycérophosphate.
Lors de la deuxième étape, une phosphatase se produit. Une phosphatase est une enzyme dont la fonction est
d'enlever un groupe phosphate d'une molécule VLPSOH SDU K\GURO\VH /¶K\GURO\VH VLJQLILH O¶DMRXW G¶XQH
PROpFXOH G¶HDX Pendant la deuxième éWDSH LO \ D GRQF XQH OLEpUDWLRQ G¶XQ SKRVSKDWH HW © ajout ª G¶XQ
groupement OH.
La troisième étape est une choline phosphotransférase. Cette enzyme va ajouter un phosphate et une choline à
notre dicylglycérol (produit formée lors de la deuxième étape). Finalement, on obtient une
phosphatidylcholine.
Les principales fonctions des lipides dans la cellule est la formation des membranes. En effet, les lipides
constituent la membrane plasmique grâce à leur double couche lipidique. Les lipides ont un pôle hydrophile et
un pôle hydrophobe. Il y a trois types de lipides principaux : les phospholipides, le cholestérol (fait partie de la
famille des stéroides), et les glycolipides. Les phospholipides sont importants pour la WUDQVGXFWLRQG¶XQVLJQDO
par exemple. Les lipides en général améliorent la fluidité de la membrane &¶HVW VXUWRXW OH FKROHVWpURO TXL
effectue cette fonction là. On ne connaît pas exactement la fonction des glycolipides.
/¶H[LVWHQFHGHVOLSLGHVDSXrWUHGpPRQWUpHSDU :
Æ la destruction des lipases
Æles substances liposolubles pénètrent plus vite que les substances hydrosolubles
ÆOHVDQDO\VHVFKLPLTXHVTXLLQGLTXHQWO¶H[LVWHQFHGH-50% de lipides
8) Décrivez et expliquez le flux des électrons dans le schéma en Z lors de la photosynthèse.
Les membranes des tylakoïdes contiennent des molécules de pigments photosynthétiques disposées en amas
appelés photosystème. Dans la membrane des tylakoïdes, on trouve le photosystème I et le photosystème II.
Le PSII fonctionne en premier. Les deux photosysWqPHV YRQW WUDYDLOOHU HQVHPEOH HQ XWLOLVDQW O¶pQHUJLH
OXPLQHXVHSRXUIDEULTXHUGHO¶$73HWGX1$'3+++.
La chlorophylle « a » située dans le centre réactionnel du photosystème II est appelé P680 (P pour pigment).
La chlorophylle « a ªVLWXpGDQVOD36,V¶DSSHOOH3
Le schéma en Z est aussi appelé transport non cyclique des électrons. Explication de ce schéma :
De la lumière va frapper la PSII. Un des électrons de la molécule de P680 va donc passer à un niveau
G¶pQHUJLHVXSpULHXU&HWpOHFWURQYDrWUHFDSWpSDUXQDFFHSWHXUG¶pOHFWURQSULPDLUH(QVXLWHXQHHQ]\PHYD
VpSDUHUODPROpFXOHG¶HDXHQpOHFWURQVSURWRQVHWXQDWRPHG¶R[\JqQH/HVpOHFWURQVYRQWDOOHUFRPEOHUOH
PDQTXHG¶pOHFWURQVGDQVOHV3/¶DWRPHG¶R[\JqQHYDVHFRPELQHUDYHFXQDXWUHDWRPHG¶R[\JqQHDILQGH
IRUPHUGHO¶22.
&KDTXHpOHFWURQH[FLWpYR\DJHGDQVO¶DFFHSWHXUG¶pOHFWURQSULPDLUHGX36,,DX36,SDUO¶LQWHUPpGLDLUHG¶XQH
FKDvQH GH WUDQVSRUW G¶pOHFWURQ /D FKDvQH GX WUDQVSRUW G¶pOHFWURQV HVW FRQVWLWXpH GX WUDQVSRUWHXU G¶pOHFWURQV
DSSHOpSODVWRTXLQRQH(QSDVVDQWGDQVFHWWHFKDvQHGHWUDQVSRUWG¶pOHFWURQVOHQLYHDXG¶pQHUJLHGHV électrons
GLPLQXHWRXWHQDXJPHQWDQWOHJUDGLHQWGHSURWRQjO¶LQWpULHXUGHO¶HVSDFHWK\ODNRwGH/¶pQHUJLHVWRFNpHVRXV
ODIRUPHGHFHWWHGLIIpUHQFHGHFRQFHQWUDWLRQHVWHQVXLWHHPSOR\pHSRXUV\QWKpWLVHUGHO¶$73
Entre temps, de la lumière a attaqué la PSI. Un des électrons de la P700 est excité et va être capté par
O¶DFFHSWHXUSULPDLUHG¶pOHFWURQVGHOD36,/HYLGHG¶pOHFWURQGHOD36,HVWFRPEOpSDUO¶pOHFWURQSURYHQDQWGH
OD36,,/¶DFFHSWHXUSULPDLUHGHOD36,FqGHDORUVOHVpOHFWURQVjXQHGHX[LqPH chaîne de transport, le NADP+.
2QDEHVRLQGHGHX[pOHFWURQVDILQG¶REWHQLUOH1$'3+++.
Ensuite les électrons peuvent continuer avec une voie cyclique : le cycle de Calvin. Ce cycle consomme de
O¶$73HWXWLOLVHGX1$'3+++. Avant de rentrer dans le cycle de Calvin, on a 3 molécules de CO2. Ce CO2
YD WRXW G¶DERUG rWUH FRQYHUWLH HQ -glycérophosphate, puis en 1,3- diphosphoglycérate et en
phosphoglycéraldéhyde. Après ces trois premières étapes, on sort du cycle et on obtient un glucide. Dans ce
cycle oQREWLHQWPROpFXOHVG¶$73HWPROpFXOHVGH1$'3+/HJOXFLGHREWHQXYDHQVXLWHrWUHXWLOLVpGDQV
le cytoplasme pour la glycolyse (et donc après pour le cycle de Krebs).
'pFULYH]O¶HQGRF\WRVH GXFKROHVWpURO/'/SDUO¶LQWHUPpGLDLUHGHVUpFHSWHXUVGHODPHPEUDQHSODVPLTXH
dans une cellule animale.
/¶HQGRF\WRVHSDUUpFHSWHXULQWHUSRVp permet à la cellule de faire entrer de grandes quantités de substances
spécifiques, même si la concentrDWLRQGHFHVVXEVWDQFHVGDQVOHOLTXLGHH[WUDFHOOXODLUHQ¶HVWSDVWUqVpOHYpH
Au sein de la membrane se trouvent des protéines qui ont des récepteurs spécifiques qui se trouvent face au
liquide extracellulaire. En général, ces protéines sont regroupées dans certaines régions de la membrane dont
le feuillet interne est recouvert de molécules de protéines particulières formant des complexes (clathrine).
Ces régions forment des poches appelées puits tapissés. Des substances extracellulaire appelées ligands se
lient aux sites récepteurs du feuillet externe, puis elles sont emportées dans la cellule par une vésicule
HQUREpHUpVXOWDQWGHO¶LQYDJLQDWLRQG¶XQSXLWVWDSLVVp
Le cholestérol se déplace dans le sang principalement sous forme de particules composées de milliers de
PROpFXOHV GH FKROHVWpURO HW G¶DXWUHV OLSLGHV OLpV j XQH SURWpLQH &HUWDLQHV GH FHV SDUWLFXOHV VRQW DSSHOpHV
lipoprotéines de basse densité ou LDL ou encore mauvais cholestérol. Les LDL sont associés au dépôt du
cholestérol dans les athéromes(ou plaque) qui se forme dans les artères.
Sur le schéma, on peut voir que les lipoprotéines LDL vont se lier au récepteur LDL grâce au ApoB-100. La
ApoB-HVWODSDUWLHGHVSURWpLQHVTXLYDOHXUSHUPHWWUHGHV¶DFFURFKHUDXUpFHSWHXU(QVXLWHOHV/'/sont
absorbés dans la cellule par les récepteurs. Puis, les récepteurs LDL retournent à la surface de la membrane.
Les LDL sont ensuite dégradés par des enzymes hydrauliques. Les LDL sont dégradés en cholestérol (et en
acides aminés). Ce sont les lysosomes qui effectuent la digestion intracellulaire. Dont ce sont eux qui vont
digérer les LDL et extraire finalement le cholestérol.
10) Décrivez la composition chimique de la membrane plasmique.
La membrane plasmique est composée de 40% de lipides et de 60% de protéines. Ces pourcentages sont
YDULDEOHV G¶XQ W\SH GH PHPEUDQH j O¶DXWUH /HV SULQFLSDX[ FRQVWLWXDQWV GH WRXWHV OHV PHPEUDQHV VRQW OHV
lipides, les protéines et les glucides.
/D PHPEUDQH SODVPLTXH HVW FRPSRVpH G¶XQH GRXEOH FRXFKH OLSLGLTXH. En effet, les lipides contiennent
XQH SDUWLH K\GURSKREH HWXQH SDUWLH K\GURSKLOH /HVSDUWLHV K\GURSKREHV YRQWVHWURXYHU jO¶LQWpULHXU GHOD
GRXEOHFRXFKHDORUVTXHOHVSDUWLHVK\GURSKLOHVYRQWVHWURXYHUjO¶H[WpULHXUGHODGRXEOHFRXFKHOLSLGLTXH/Hs
lipides font que la membrane plasmique est semi-SHUPpDEOH&HODVLJQLILHTX¶HOOHYDODLVVHUSDVVHUVHXOHPHQW
certains types de molécules. Elle contrôle le passage des substances.
La membrane plasmique va également contenir des protéines. Les protéines membranaires vont se placer
selon leur solubilité. Les protéines extrinsèques se situent au bord de la double couche et sont liées faiblement.
Les protéines intrinsèques sont elles immergées plus profondément.
/DIOXLGLWpG¶XQHPHPEUDQHGpSHQGGHVOLSLGHV &¶HVWOHFKROHVWpUROTXLHVWGpWHUPLQDQWSRXUODIOXLGLWpGHOD
membrane plasmique. Le cholestérol pointe le groupement hydroxyle (polaire) près des têtes hydrophiles.
11) Décrivez le cycle de la libération de virus en donnant un exemple, par les cellules-hôtes vivantes.
Voir question 48«
12) Décrivez le cycle lysogène d'un phage et donnez un exemple.
Il y a trois types principaux de cycles reproductifs chez les virus (slide 11 du chapitre des virus) :
A) cycle lytique
B) cycle lysogène
C) cycle à libération continue
On sait que le cycle lytique est le processus de réplication virale qui aboutit à la mort de la cellule hôte.
Le cycle lysogénique, lui, permet la réplication du génome YLUDOVDQVHQWUDvQHUODGHVWUXFWLRQGHO¶K{WH
Les phages (virus affectant les bactéries) ORUVGHFHF\FOHVRQWGHVSKDJHVȜTXLUHVVHPEOHQWDXSKDJH7PDLV
VDTXHXHQHFRPSRUWHTX¶XQHVHXOHILEUHFDXGDOHWDLOILEUHFRXUWH,PDJHG¶XQSKDJHQRUPDO :
Les phages lysogènes ou phage tempérés peuvent :
Æ 'pFOHQFKHUXQF\FOHO\WLTXHHWGpWUXLUHODFHOOXOHTX¶LOVHQYDKLVVHQW
Æ 'HYHQLU GRUPDQWV 'DQV FH FDV O¶$'1 GX SKDJH V¶LQWqJUH GDQV
celui de la cellule hôte et se réplique en même temps que lui durant de
nombreuses générations.
Description du cycle :
/¶$'1 GX SKDJH Ȝ V¶LQVqUH GDQV XQ VLWH VSpFLILTXH GX FKURPRVRPH
de la bactérie par recombinaison génique (enjambement). Quand il est
LQVpUpGDQVOHFKURPRVRPHEDFWpULHQGHFHWWHIDoRQO¶$'1YLUDOHVW
DSSHOp SURSKDJH /¶XQ GHV JqQHV GH FH GHUQLHU FRGH SRXU XQH SURWpLQH TXL UpSULPH OD WUDQVFULSWLRQ GH OD
plupart des autres gènes du prophage. Presque tout le génome du phage reste silencieux dans la bactérie.
&KDTXHIRLVTX¶HOOHVHSUpSDUHjVHGLYLVHUOD(FROLUpSOLTXHO¶$'1GXSKDJHHQPrPHWHPSVTXHOHVLHQHW
en transmet les copies à ses cellules filles. Très vite, une seule cellule infectée peut donner naissance à
beaucoup de bactéries portant le virus du prophage. Ce mécanisme permet donc à certains virus de se
multiplier sans détruire les cellules hôtes dont ils dépendent.
Par exemple, les bactéries qui provoquent chez les humains la diphtérie seraient inoffensives si certains gènes
GHSURSKDJHVQHOHVSRXVVDLHQWSDVjSURGXLUHGHVWR[LQHVTX¶HOOHVQHIDEULTXHUDLHQWSDVHQWHPSVQRUPDO
(Diphtérie :
La diphtérie est une maladie infectieuse qui se transmet d'une personne à l'autre par l'intermédiaire des
gouttelettes de salive qui sont émises de la gorge d'un malade lorsque celui-ci tousse ou éternue. La période
d'incubation est généralement de deux à cinq jours. La diphtérie est généralement localisée aux amygdales, au
pharynx, et au larynx, mais elle peut quelquefois avoir une localisation cutanée. )
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19) Décrivez une expérience pour démontrer le mouvement des protéines le long de la membrane
SODVPLTXHG¶XQHFHOOXOH
Pour cette expérience, on utilise une cellule humaine et une cellule animale, de souris par exemple. Il suffit de
PDUTXHUOHVSURWpLQHVSUpVHQWHVGDQVODPHPEUDQHSODVPLTXHGHFKDTXHFHOOXOHjO¶DLGHG¶DQWLFRUSVVSpFLILTXHVTXL
VHURQWjOHXUWRXUORFDOLVpVSDUG¶DXWUHVDQWLFRUSVSHUFHSWLEOHVSDUODFRXOHXULOIDXWSHQVHUQRWDPPHQWjOD
fluorescence). LeVFHOOXOHVVRQWSODFpHGDQVXQPLOLHXTXLIDYRULVHO¶K\EULGDWLRQGHVFHOOXOHVKXPDLQHVDQLPDOHVSi
OHVSURWpLQHVQHVHGpSODFHQWSDVDORUVRQGHYUDLWV¶DWWHQGUHjXQHFHOOXOHK\EULGHGDQVODTXHOOHGHX[]RQHV
distinctes de couleur différentes sont visibleV2UHQUpDOLWpF¶HVWXQPpODQJHGHFRXOHXUVTXLHVWYLVLEOHVXUOD
membrane de la cellule hybride. Cela se traduit par le fait que les protéines des deux cellules de départ se sont
déplacées dès que les celles-ci se sont hybridées.
20) Différences entres les virus et les cellules.
Les virus et les cellules se différencient sous 5 aspects généraux : la structure, les acides nucléiques, les enzymes, le
métabolisme et la reproduction.
Les virus ne possèdent aucun organite, donc pas de noyau. Les aciGHVQXFOpLTXHVVRQWHQIHUPpVGDQVFHTX¶RQ
DSSHOOHXQHFDSVLGHSURWpLTXHTXLHVWXQHVRUWHG¶HQYHORSSHj$'1$51/HSRLQWWUqVLPSRUWDQWGRQWLOIDXWVH
VRXYHQLUHVWTXHOHVDFLGHVQXFOpLTXHVG¶XQYLUXVVRQWVRLWGHO¶$'1VRLWGHO¶ARN mais PAS les deux. Les
enzymes utilisés par les virus peuvent être, selon le type de virus, une à quelques-unes. (ex : polymérase dans la
réplication du génome viral). Une autre caractéristique qui rend le virus différents des autres types de cellules, est le
IDLWTX¶LOQ¶Ds pas de métabolisme. En effet, il utilise les mécanismes (synthèse protéines, traduction, réplication,
HWF«GHODFHOOXOHK{WHTX¶LODLQIHFWp/DUHSURGXFWLRQGHVYLUXVHVWDVVH]IXQN\HQHIIHWOHVDFLGHVQXFOpLTXHVHW
la capside sont produits séparément et assemblés seulement après en une particule virale.
/HVFHOOXOHVSRVVqGHQWXQHJUDQGHYDULpWpG¶RUJDQLWHVQR\DXPLWRFKRQGULHVULERVRPHVHWF«HWDXVVLXQHJUDQGH
YDULHWpVG¶HQ]\PHV/HVDFLGHVQXFOpLTXHVVRQWO¶$'1HWO¶$51HWOHVFHOOXOHVIDEriquent leur propre matériel à
partir des ressources se trouvant dans le milieu extérieur des membranes. La reproduction se fait essentiellement par
division en deux cellules semblable ; ce processus est appelé mitose.
21) Donner un schéma simplifié de la "carte routière" des principales voies de circulation des protéines
biosynthétiques.
Idem que 22 et 23)
22) Donnez un schéma (résumé) des principales voies de circulation des protéines après leur synthèse dans
les ribosomes.
Après leur synthèse, les protéines passent par le réticulum endoplasmique
'pSODFHPHQWGHVSURWpLQHVIDLWGDQVGHVYpVLFXOHVG¶RO¶LQWpUrWGX5(HQGLUHFWLRQGHO¶DSSDUHLOGH*ROJL
7ULDJHHWH[SpGLWLRQGDQVO¶DSSDUHLOGH*ROJL&¶HVWLFLTXHOHFKHPLQGHVSURWpLQHVHVWGpFLGp/HXULWLQpUDLUHHVW
déterminé par les « signaux de tri ª6RLWODSURWpLQHUHVWHjO¶LQWpULHXUGHODFHOOXOHYHUVFKORURSODVWHRX
PLWRFKRQGULHRXF\WRVROHWF«VRLWHOOHHVWHQYR\pHYHUVODPHPEUDQH
Arrivées à la membrane, soit elles y restent (composent la structure membranaire) soit elles sont sécrétés.
A T T E N T I O N : Pour être glycosylée, une protéine doit obligatoirement passer par le RE. A partir du RE, elle ne
peut pas aller dans le noyau.
23) Donnez un schéma des principales voies de circulation des protéines.
&¶HVWXQFRSLHUFROOHUde la question 22) !
([SOLTXHUFRPPHQWOHWUDQVSRUWGHVpOHFWURQVFRRSqUHSRXUSHUPHWWUHODSURGXFWLRQGHO¶$73ORUVGHOD
phosphorylation oxydative.
/HV pOHFWURQV VRQW WUDQVSRUWpV SDU OH 1$'+ WUDQVSRUWHXU G¶pOHFWURQV HW UpGXLVHQW OD FRHQ]\PH 4 &HWWH
réaction permet 2 H+ GH SpQpWUHU GDQV O¶HVSDFH LQWHUPHPEUDLUH de la mitochondrie (ne me demandez pas
FRPPHQW«/DFRHQ]\PH4VHUpR[\GHHWOHVpOHFWURQVYRQWUpGXLUHOHF\WRFKURPHF&HWWHUpDFWLRQSHUPHW
encore à 2 H+ GHSpQpWUHUGDQVO¶HVSDFHLQWHUPHPEUDQDLUH3DUODVXLWHF¶HVWDXWRXUGH22 G¶rWUHUpGXLWSDUOHV
pOHFWURQVGXF\WRFKURPHFTXLV¶HVWHQWUHWHPSVUpGXLW&HWWHQRXYHOOHUpDFWLRQGHUpGXFWLRQSHUPHWj+ + de
SpQpWUHU GDQV O¶HVSDFH LQWHUPHPEUDQDLUH Tous ces H+ VXUQXPpUDLUHV TXL FH WURXYHQW GDQV O¶HVSDFH
LQWHUPHPEUDQDLUHGHODPLWRFKRQGULHFUpHQWXQJUDGLHQW3RXUGHVTXHVWLRQVG¶pTXLOLEUHOHV++ vont ressortir de
ODPHPEUDQHSDUO¶LQWHUPpGLDLUHGHO¶ATP-synthase et permettent la phosphorylation oxydative suivante :
ADP + P Æ ATP
Les réactions de UpGXFWLRQQHVRQWSDVGRQQpHVGDQVQRWUHFRXUVM¶HQDLSDUOpMXVWHSRXUTXHYRXVD\H]XQHLGpH
GHFHTXLVHSDVVH7RXWFHTX¶LOIDXWUHWHQLUF¶HVWTXHOHWUDQVSRUWG¶pOHFWURQVSHUPHWDX[LRQV+ + de pénétrer
GDQV O¶HVSDFH LQWHUPHPEUDQDLUH HW FHX[-ci ressoUWHQW SDU O¶$73-synthase où à lieu la phosphorylation. Il y a
donc une coopération indirecte des électrons dans la phosphorylation.
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Q uestions 31 à 36 par Nico youhou have fun
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Tout commence avec l'absorption d'un photon par un des pigments. L'énergie de ce photon est
transmise à des électrons. Chacun de ces pigments va transmettre cette énergie à la chlorophylle a du
photosystème 1 ou 2. Ayant accumulé tellement d'énergie, une paires d'électrons de la chlorophylle
atteint « sa vitesse de libération ». Elle quitte cette molécule et passe chez un accepteur d'électron de la
chaîne photosynthétique. En sortant du phtosystème 2, c'est la '604'6=3)5,!1 qui va le recueillir. Elle
passe ensuite à la '(1.34*+)545,<! Comme dans le cas de l'ubiquinone des mitochondries, la
plastoquinone est réduite par 2 transferts mono-électroniques successifs. Parallèlement, la
plastoquinone(PQ) attrape 2 Hydrogènes du stroma pour devenir successivement une semiquinone(PQH) et une plastoquinol(PQH2). Grâce à sa chaîne hydrophobe, la PQH2 peut se déplacer
dans la membrane en direction du complexe des cytochromes b6/f. Dans ce complexe, elle est oxydée
en PQ et les 2H sont libérés dans le lumen (le complexe est lui donc réduit). 1 des deux électrons sert
à reréduire PQ en PQH, le H venant du stroma, le deuxième est dirigé à travers le cytochrome f pour
aller réduire la plastocyanine. Une oxydation d'une 2eme PQH2 est nécessaire. Les 2H allant tjrs dans
le lumen, 1 des électrons réduissant PQH en PQH2, le H venant du stroma et le deuxième électron s'en
va réduire la plastocyanine. Le transfert des électrons au sein de la plastocyanine consiste en plusieurs
changements de valence de l'atome de cuivre fixé au site actif par 2 atomes d'azote et 2 atomes de
soufre de 4 acides aminés distincts. Pour finir, les électrons sont transférés chez la chlorophylle a du
photosystème 1.
L'énergie acquise par absorption de photons est transmise à la chlorophylle a du système 1.
Elle devient excitée et donne deux électrons à des transporteurs comme la phylloquinone. Les
électrons sont cédés à la ferrédoxine, protéine de 11 kDa faiblement liée à la membrane qui contient
un centre [Fe-S]. La ferrédoxine réduit à son tour le groupe FAD (en FADH2) de la ferrédoxine
NADP-oxydoréductase, une protéine de 44 à 49 kDa plus fortement liée à la membrane. Enfin,
FADH2 réduit le NADP+ en (les 2H venant du stroma).
Il manque maintenant 1 électrons à 2 molécule de chlorophylle a du phtosystème 2 . Le
complexe générateur d'oxygène (le complexe tyrosine Z) se situe sur le phtosystème 2 du côté du
lumen(la cavité du thylakoïde), il contient 4 ions manganèse qui perdent successivement 4 électrons
pour remplacer ceux que de la chlorophylle a perdu. Le complexe dissocie alors 2 molécule d'eau en
+. L'oxygène est dégagée, les électrons vont sur les ions manganèse, et les hydrogènes restent dans le
lumen. Ces hydrogènes et ceux libéré par PQH2 sont la force motrice de la synthèse d'ATP par l'ATP
synthase lorsqu'ils la traversent pour se retrouver dans le stroma.
Question 32: E xpliquez quelles relations il y a entre les voies du métabolisme : le
FDWDEROLVPHHWO¶DQDEROLVPH
Le catabolisme est l'ensemble des réactions de dégradations moléculaires de l'organisme
considéré. Il est le contraire de l'anabolisme, ensemble des réactions de synthèse. Le catabolisme et
l'anabolisme sont les deux composantes du métabolisme.
Catabolisme: Principalement Oxydations,
Glycolyse et autre réactions de dégradations.
Produit de l'énergie chimique(ATP, NADH, NADPH)
Utilise les nutriments, glucides, graisses, protéines
Déchets: , ,
Perte de masse musculaire
Anabolisme: Principalement Réductions,
Photosynthèse, synthèse des protéines et autres synthèse(glucide, lipide, acide nucléique)
Nécessite de l'énergie(ATP, NADH, NADPH)
Utilise amino acides, sucres, acides gras, bases azotées
Gain de masse musculaire
Notre métabolisme est un cycle de régulation constante de ces deux principes. Cette tendance de
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E ndocytose:
Processus par lequel les cellules ingèrent les macromolécules
Pinocytose: petites vésicules, se produit en permanence dans une cellule. La membrane se creuse et
forme comme un puits, et les deux bouts se rejoignent et fusionnent. Ensuite la vésicule s'ouvre et
lâche cette goutte prélevée à l'extérieur dans le cytoplasme.
Phagocytose: grandes vésicules aussi appelée phagosomes.
pinocytose avec récepteurs: Comme pour la pinocytose normale, il y a invagination, cependant, ici il
y a des récepteurs spécifique pour des macromolécules et l'intérieur de la membrane plasmique(qui va
devenir l'extérieur de la membrane de la vésicule) est recouvert d'un complexe protéique contenant
principalement la clatherine. Lorsqu'il y une molécule qui arrive sur les récepteurs, l'information est
transmise au complexe protéique qui commence l'invagination.
E xocytose: Processus par lequel la cellule sécrète des macromolécules.
Voie constitutive: Les protéines sont synthétisées en premier lieu par les ribosomes liés au RER.
Elles sont transportées par des vésicules jusqu'à l'appareil de Golgi. Là, elles sont encore modifiées,
triées puis réenfermées dans une vésicule qui se dirige dans le cytosol vers la membrane plasmique.
La elle fusionne avec et libère ainsi la protéine à l'extérieur.
Voie provoquée: Même cheminement sauf que pour fusionner avec la membrane, la cellule devra
recevoir une stimulation par un signal extracellulaire.
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Questions 43-48
Question 43
Lorsqu’une cellule métabolise le glucose en présence d’oxygène, quelles sont les voies
métaboliques qui se mettent en place et dans quel organite ?
1. La Glycolyse (+ 8 ATP)
Pour utiliser le glucose1 en présence d’oxygène, la cellule commence par effectuer la
glycolyse, un processus en 10 étapes se déroulant dans le cytoplasme. Les réactifs
nécessaires si l’on considère la transformation d’une molécule de glucose sont :
-
1 molécules de glucose (on aurait pu s’en douter)
4 ADP et 2 phosphates
2 ATP
2 NAD+2
Le cycle produit en retour :
-
2 Pyruvates (CH3COCOO-)
2 ADP
4 ATP
2 NADH
2 H 2O
Le bilan global est donc de :
1 Glc + 2 ADP + 2 ATP + 2 P ! 2 ATP + 2 NADH + 2 Pyruvates
Sachant que chaque NADH effectuant la respiration cellulaire produit 3 ATP, en terme
d’énergie, la glycolyse produit indirectement 8 molécules d’ATP.
2. Conversion des pyruvates en groupes acétyles (2 ! 3 = 6 ATP)
Après un transport dans la matrice mitochondriale, le pyruvate subit une suite de
réactions complexe, catalysée par le complexe pyruvate déshydrogénase, appelée
décarboxylation oxydative. Ce processus transforme le pyruvate en Acétyl-CoA et en CO2
tout en produisant au passage 1 NADH qui donnera 3 ATP.
Attention ce processus n’a lieu que dans des conditions aérobies, dans le cas contraire
(anaérobie), le pyruvate est transformé en éthanol ou en lactate.
3. Cycle de Kerbs (2 ! 12 = 24 ATP)
Dans la matrice mitochondriale, le résidu acétyl (CH3CO-) fixé sur le coenzyme A est
transféré sur le ion oxaloacétate. Commence alors un cycle en 7 étapes qui produit :
1
2 CO2
3 NADH
D’autres sucres suivent globalement la même voie métabolique avec cependant quelques légères
différences.
2
nicotinamide adéninedinucléotide
-
1 FADH
1 GTP
Un NADH produit 3 ATP, 1 FADH réduit l’ubiquinone qui en produit 2 et le GTP se
transforme en 1 ATP. On a donc au final 12 moles d’ATP par mole d’acétyl-CoA
4. Bilan (38 ATP)
La cellule produit, pour une molécule de glucose, 8 ATP lors de la glycolyse, 6 lors de la
conversion des pyruvates et 24 lors du cycle de Krebs. On a donc, en aérobie, 38 moles
d’ATP par mole de glucose.
Figure 1: 7.4.-4
Question 44
Quelle est la morphologie et la composition chimique des membranes de la
mitochondrie ?
Mesure 1-10!m de long et 0.5-1 !m de large.
Les mitochondries possèdent 2 membranes,
- Externe : perméable à presque toutes les substances, elle est extrêmement dense. Sa
composition (en masse je suppose) est presque identique à celle d’une membrane classique,
c’est à dire 40 % de lipides et 60 % de protéines.
- Interne : elle est rigide, crénelée, représente 5-10 fois la surface de la membrane
externe, imperméable à presque tout, ce qui est essentiel pour le bon fonctionnement de la
phosphorylation oxydative, cette dernière ayant impérativement besoin d’une différence de
concentration entre l’intérieur et l’extérieur des mitochondries. La majorité des échanges
entre l’extérieur et la matrice se fait donc par l’intermédiaire de protéines transmembranaires.
Du point de vue chimique, cette membrane est composée de 25 % de lipides et de 75 % de
protéine.
1.
2.
3.
4.
Membrane interne
Membrane externe
Espace inter-membranaire
Matrice
Quelle(s) fonction(s) joue (jouent) la molécule d’eau (H2O) lors de la photosynthèse ?
Lors de la photosynthèse, l’oxygène de l’eau est oxydé indirectement (passe de 2- à 0) par
le photosystème II selon la réaction :
2Q + 2H2O => O2 + 2QH2
Où Q est la plastroquinone. Les électrons de QH2 ont un potentiel redox plus élevé que
ceux de H2O. C’est quasiment la réaction inverse de celle qui se produit lors de la
phosphorylation oxydative. Elle se produit en fait en deux étapes (les deux hydrogènes sont
liés l’un après l’autre.) En fait l’oxydation de l’eau est un phénomène mettant en jeu des
molécules plutôt complexes comme le « centre manganèse » qui possède des oxygènes à trois
liaisons et d’autres plaisanteries. On peut néanmoins déduire de la réaction qu’il doit s’agir
d’un agent oxydant très puissant3. (Stryer p. 550). La suite est horriblement complexe et
sûrement inutile pour l’examen. Mais en conclusion on peut dire que :
L’eau est donc le fournisseur d’électrons de la photosynthèse.
Question 46
Quelles sont les principales fonctions des lipides dans une cellule ?
- Combustible : À masse équivalente, les acides gras produisent plus de deux fois
plus d’ATP que la dégradation du glucose). À noter que les acides gras sont stockés sous
forme de triglycéride dans la cellule et qu’ils sont monomérisés en fragments de 2 carbone en
vue de leur utilisation. Pour cette raison, les acides gras organiques ont (presque) toujours un
nombre pair d’atomes de carbone.
- Matériaux : les membranes sont en grande partie constituées de phospholipides, leur
caractère amphiphile leur permet de former des doubles couches qui sont l’élément essentiel
de la structure membranaire. Les cires, un autre type de lipide, contribuent au renforcement
de certaines structures.
- Isolant4 : Les lipides membranaires sont imperméables aux ions, ce qui permet la
conservation d’un gradient de concentration de part et d’autre de la membrane et donc
l’établissement d’un potentiel de membrane. Ce dernier jour un rôle fondamental dans le
processus de respiration cellulaire.
- Fluidité : le cholestérol contribue à la fluidité de la membrane en s’intercalant entre
les phospholipides
3
4
vous avez déjà essayé de brûler de l’eau ?
pas dans le cours, mais bon…
- Hormones : de nombreux stéroïdes (classés parmi les lipides à cause de leur
insolubilité dans l’eau) servent de messager entre différents organes ou tissus du corps.
- Récepteur : ce n’est pas encore certain mais il semblerait que certains glycolipides,
qui constituent environ 5 % des lipides de la couche externe de la cellule, jouent un rôle dans
la reconnaissance cellulaire.
Figure 2 : 7.1.-6
Question 47
Quelles sont les principales voies métaboliques qui se déroulent dans chacun de ces
organites et dans quelle(s) structure(s) ?
Cette question est une bonne blague parce que voilà un schéma des voies métaboliques5 :
Vous avez donc le choix entre apprendre le tableau ci-dessus en 2 semaines où lire la
grossière simplification ci-dessous :
5
http://www.iubmb-nicholson.org/chart.html
1. Métabolisme énergétique
Le produit de la chaîne respiratoire est la synthèse de l’ATP, qui est un mécanisme
important dans le métabolisme énergétique, a lieu à l’interface entre la matrice
mitochondriale et l’espace intermembranaire. C’est dans la différence de concentration des
ions hydroniums qu’est stockée l’énergie nécessaire à ce processus qui génère de l’ATP à
l’intérieur de la matrice mitochondriale.
Pour la transformation des sucres, voir la question n°43 dans ce même document (Elle a
lieu dans le cytoplasme et la matrice mitochondriale. Il en est de même pour la transformation
des acides gras en pyruvate)
Chez les organismes effectuant la photosynthèse et possédant des chloroplastes, la
production de NADPH a lieu à la surface des tylakoïdes, et la synthèses des sucres dans le
stroma (le liquide interne des chloroplastes).
2. Métabolisme des protéines
Après un début de traduction dans le cytoplasme, le polypeptide en cours de formation est
transféré dans le réticulum endoplasmique rugueux pour y subir un début de glycosylation6. Il
est ensuite envoyé dans l’appareil de Golgi où d’autres transformations sont effectuées.
Question 48
Quelques phages et beaucoup de virus animaux se reproduisent et son libérés sans
interruption par les cellules hôtes qui demeurent intactes. Expliquez ce cycle en donnant
un exemple.
Contrairement aux deux autres modes de réplication des virus, le cycle lytique et le cycle
lysogène7, le cycle à libération continue, ne détruit pas la cellule au moment de la libération
des virus. Il comporte globalement 7 étapes :
1. Le virus se fixe à la cellule hôte, par exemple, en liant ses sucres de surfaces à
ceux de la cellule. Le virus est alors absorbé par endocytose. Chez les phages,
seul le matériel génétique pénètre dans la cellule
2. Décapsidation, le matériel génétique est libéré de la capside dans le cytoplasme
ou dans le noyau.
3. Transcription inverse, de l’ADN est produit à partir de l’ARN viral si il s’agit
d’un rétrovirus. Il est cependant fait mention de virus dont le matériel génétique
reste sous forme d’ARN dans le noyau.
4. L’ADN est intégré au génome de la cellule hôte.
5. Traduction du génome viral.
6. Assemblage des différents éléments constitutifs du virus (matériel génétique,
capside, éventuels enzymes,…). Les protéines du virus transitent par l’appareil
de Golgi et sont exportées, dans des vacuoles, jusque sur la membrane.
7. Les virus bourgeonnent à la surface de la cellule, obtenant ainsi leur enveloppe.
Le virus de la grippe (influenza) est un virus à ARN monocaténaire effectuant le cycle
de libération continu. Il se fixe aux résidus sialiques de certains oligosaccharides grâce à
l’Hémagglutinine, une de ses protéines de surface. La Neuraminidase, une autre protéine du
virus, clive certaines liaisons ce qui permet au virus de pénétrer dans la cellule.
6
7
voir question n° 27
ça vient du grec
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