TD2 Glycolyse et Krebs Les réponses peuvent être partialement ou

TD2
Glycolyse et Krebs
Les réponses peuvent être partialement ou totalement éliminées
1) Questions (très) simples
1. Quel est le rendement total en ATP pendant la conversion d’une molécule
de glucose en pyruvate?
2. En regardant le DG (différence d’énergie libre), indiquer les réactions qui
ne sont pas réversibles dans la glycolyse
2) Reconnaître les voies métaboliques impliquées dans les réactions suivantes, indiquer les enzymes clés qui manquent
et associer des processus biologiques ou agro-industrielles.
A
B
?
?
?
3) L’injection intraveineuse de fructose conduit à une augmentation de 2 à 5 fois du taux de lactate dans le sang,
augmentation beaucoup plus grande que celle observée à la suite de l’injection de la même quantité de glucose.
a) Pourquoi la glycolyse est-elle beaucoup plus rapide après l’injection de fructose ?
b) Le fructose a été utilisé à la place du glucose pour l’alimentation intraveineuse. Pourquoi cette utilisation du fructose
est-elle peu judicieuse ?
Foie
4) Expliquer: a) pourquoi certains organismes anaérobies possèdent des enzymes du Cycle de
Krebs et b) pourquoi ces organismes n’ont pas un cycle complet.
Acides Gras
Glucose
(Hem, Chlorophylle…)
5) Expliquer pourquoi dans le cycle de Krebs après les deux réactions de décarboxylation (réactions 3 et 4 catalysées par
la isocitrate déshydrogénase et a-cétoglutarate déshydrogénase), le succinyl-CoA recèle encore de l’énergie, même si le
deux décarboxylations semblent avoir oxydées complètement cette molécule.
Suggestions: voir l’état d'oxydoréduction des atomes de carbone dans les intermédiaires et d’ou les molécules de CO2
proviennent.
L’état d'oxydoréduction (redox) suive ces règles (qui dérivent des propriétés d’électronégativité des atomes):
1) Échelle d’électronégativité (à partir du plus électronégatif ou oxydant): O > N > S > C > H
2) La liaison entre atomes de même type ne change pas leur état d’oxydoréduction (valeur 0).
3) L’oxygène est presque toujours dans l’état d'oxydoréduction –2 (sauf cas particuliers, liaison avec atomes plus électronégatifs, oxygène
radical,, oxygène
yg
moléculaire…))
4) L’hydrogène est presque toujours dans l’état d'oxydoréduction +1 (sauf cas particuliers)
5) La liaison entre carbone et oxygène porte l’état d'oxydoréduction du carbone à +1 (donc le double liaisons à +2)
6) La liaison entre carbone et soufre porte l’état d'oxydoréduction du carbone à +1
+1
7) La
L liaison
li i
entre
t carbone
b
ett hydrogène
h d è porte
t l’état
l’ét t d'oxydoréduction
d' d éd ti du
d carbone
b
à –11
+1
Exemple:
-Dans le méthane (CH4) le carbone est dans l’état d'oxydoréduction –4 (donc il est le plus réduit possible)
-Dans l’anhydride carbonique (CO2) le carbone est dans l’état d'oxydoréduction +4 (donc il est le plus oxydé
possible)
-4
+1
+1
d- d+ d-
O C O
O=C=O
-2
+4
-2
+3
État d’oxydoréduction total: 0
?
-2
?
+1
+3
-2
?
+3
+3
+3
-2
0 +3
-2
-1
+3
+3
3
+6
+6
+6
+3
+3
?
-2
-2
-1 +3
+3
0
Pour voir si une réaction est
une oxydoréduction, il faut
comparer l’état d’oxydoréduction moyen
y des carbones
dans le réactif et les produits
+3
+4
+3
+3
-2
Molécule symétrique: les
carbones de l’acétyle sont
«distribués» sur toute la molécule
?
?
+3
+4
En violet les atomes de
carbone oxydés dans
les réactions 6 et 8
+6
+2
+3
+3
-2
-2
-2
2
-2
+3
+3
-2
+2
+4
+3
a-céto: +4
Tot produits: +8
+4
Succinyl-CoA: +2
Tot produits: +6
6) Questions simples sur le cycle de Krebs et autre…
1) Combien d’intermédiaire phosphorylé y a t’il dans le cycle de Krebs?
2) Comment l’ATP est généré par le cycle de Krebs?
3) Pourquoi le FAD, plutôt que le NAD+, est il ll’accepteur
accepteur d
d’électrons
électrons dans la réaction catalysée par la succinate
déshydrogénase?
4) Pourquoi les plantes (algues et certaines bactéries) peuvent synthétiser des sucres à partir de l’acétyl-CoA et les
animaux ne sont pas capable?
TD3
Pentoses, Gluconéogenèse, Glycogène
1) Questions simples sur la voie des pentoses phosphate
1) Combien d’ATP sont produits par oxydation d’une molécule de glucose dans la voie des pentoses phosphate?
2) Combien d’ATP sont utilisés dans la voie des pentoses phosphate?
3) Pourquoi la voie des pentoses phosphates est plus active chez les cellules qui sont en train de se diviser?
4) Est‐ce que la synthèse du Ribose 5‐phosphate à partir du glucose est possible sans formation
concomitante de NADPH?
2) L’avidine, protéine de 70 kDa du blanc d’œuf, a une très forte affinité pour la biotine. En fait
c’est un inhibiteur extrêmement spécifique des enzymes à biotine. Quelle(s) est, parmi les
conversions suivantes,
suivantes celles qui sont bloquées par ll’addition
addition d
d’avidine
avidine à un homogénat cellulaire:
a) Glucose Æ pyruvate
b) Pyruvate Æ oxaloacétate
c) Oxaloacétate Æ glucose
d) Glucose Æ ribose 5‐phosphate
e) Pyruvate Æ glucose
f) Acétyl‐CoA Æ acides gras
Chaîne latérale de Valerate
Résidu de Lysine
La ________ est nécessaire aussi pour la synthèse des acides gras (la
première réactions est une carboxylation)
3) Expliquer pourquoi le muscle, qui en total contient plus glycogène que le foie, n’est pas une
source de glucose hématique.
La ……………………… est un enzyme lié à la membrane du réticulum endoplasmique des cellules du foie et
reins (pas présent dans cerveau et muscles), donc la voie de la gluconéogenèse dans le muscle arrive
jusqu’au G6P, important intermédiaire de plusieurs voies
Glycogène
Synthèse du glycogène
Glucose
( )
Dégradation du glycogène
Voie des Pentoses Phosphates
Glucose-6-phosphate
Glycolyse
Gluconéogenèse
Pyruvate
Ribose 5-phosphate
4) La concentration de lactate dans le sang avant, durant et après un
sprint de 400 mètres est montrée dans le figure à droite. Expliquer:
a) pourquoi il y a une augmentation rapide de la concentration du
lactate
b) pourquoi la diminution est plus lente que l’augmentation et quels
mécanismes sont impliqués dans ce phénomène?
a)
b)
5) Suggérer le résultat d’une activité simultanée de la phosphofructokinase et de la fructose
1,6 bisphosphatase
Fructose 6P + ATP Æ Fructose 1,6 BP + ADP
Fructose 1,6 BP + H2OÆ Fructose 6P + Pi
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
…. + ….. Æ ….. + ….. ΔG°’ ~ ‐ 30 kJ/mol
PFK
FBPase
Chaleur
Ce type de réaction cyclique est appelée« Cycle du substrat »:
Un cycle du substrat est un cycle où un substrat est transformé en un produit puis retransformé de
nouveau en substrat de départ. La voie « aller » est cependant différente de la voie « retour ».
C cycles
Ces
l sont aussii appelés
lé « cycles
l futiles
f il », car le
l bilan
bil global
l b l est le
l gaspillage
ill
d’é
d’énergie
i comme
par exemple la transformation d’un ATP en ADP + Pi avec dégagement de chaleur (voir la réaction en
haut)
Le cycle du substrat de F6P/F16BP est parfois utile, comme par
exemple
p p
pour le bourdon: ce cycle
y en fait p
permet de maintenir une
température des muscles thoraciques suffisante pour le vol quand la
température de l’air est basse.
6) Un échantillon de glycogène d’une personne souffrant d’une maladie hépatique est incubé avec de
l’ortophosphate (Pi), de la phosphorylase, de l’enzyme débranchant. Le rapport glucose 1‐
phosphate/glucose formé dans ce mélange est de 100.
100 Quel est le déficit enzymatique le plus
probable chez ce patient?
Le déficit le plus probable est sur l
Le
déficit le plus probable est sur l’enzyme
enzyme …………
En fait, l’enzyme ………… catalyse la formation de branches tout les 10 résidus environ. Donc, le ratio entre les glucoses sur la ramification (liaison glycosidique α‐1,6) et les glucoses linéaires (liaison α‐1
glucoses linéaires (liaison α
1,4) est d
4) est d’environ
environ 1:10.
1:10
Liaison α-1,6
disponible pour
ll’hydrolyse
hydrolyse (glucose)
Liaison α-1,4
disponible pour la
phosphorolyse
(Glucose1P)
7) Prédire les principales conséquences de chacune des mutations suivantes:
a) Perte du site de liaison de l’AMP de la glycogène phosphorylase du muscle
b) Surexpression
S re pression de la phosphorylase
phosphor lase kinase
c) Perte du gène de la glycogénine
Phosphorylase du muscle
8) Question simple
8) Laquelle
Quel desdes
suivants
enzymes
enzymes
suivantes
n’est
n’est
paspas
nécessaire
nécessaire
pour
pourlalalibération
libérationd’une
d’unegrande
grande quantité
quantité de
glucose àa partir du glycogène hépatique?
a) Glucose 6‐phosphatase
G6P Æ Glucose (dernière étape)
b) Fructose 1,6 bisphosphatase
F1,6BP Æ F6P (gluconéogenèse)
c) α
α‐1,6
1,6 glucosidase (enzyme débranchant)
Hydrolyse de liaison α‐1,6 des glucoses qui commence la branche d) Phosphoglucomutase
G1P Æ G6P (déplacement phosphoryle)
e) Glycogène phosphorylase
Phosphorolyse de liaison α‐1,4 Æ glucose‐1P 9) Quelles parmi les suivantes affirmations sur la régulation hormonale de la synthèse et
dégradation du glycogène sont correctes?
a) L’insuline est sécrétée en réponse à bas niveaux de glucose dans le sang
b) L’insuline augmente la capacité des muscles de synthétiser le glycogène
c) Le glucagon stimule la dégradation du glycogène (surtout dans le foie)
d) Le glucagon et l’adrénaline ont des effets opposés sur le métabolisme du glycogène
e) Les effets des trois hormones (glucagon, adrénaline, insuline) sont amplifiés par le AMP cyclique
Glucagon Adrénaline
Récepteurr
Récepte
pour le glucagon
Insuline
Adrénaline
Insuline
Glucose
Récepteur
Transport β‐adrénergique
β α
cAMP
eur du glucose
Ca++
Récepteurr
Récepte
pour l’insuline
β
cAMP
Ca++
Dégradation Glycogène
Gluc
ose
Transport
eur du glucose
Synthèse Glycogène
Dégradation Glycogène
Synthèse Glycogène
Glycolyse
Cellule hépatique
p q
Cellule musculaire
Glucose
Transport
eur du glucose
10) Prédire l’effet de l’insuline sur les voies métaboliques suivantes:
11) Un chercheur a un échantillon de glycogène phosphorylase b de muscle purifiée inactive.
a) Suggérez deux systèmes in vitro qu’on pourrait utiliser pour obtenir de la phosphorylase active à
partir de la phosphorylase b inactive
b) Après l’activation, le chercheur incube l’enzyme avec du glycogène non‐ramifié. Il n’observe pas de
libération du glucose‐1P. Que manque t’il?
12) En supposant que une molécule de l’hormone Glucagon stimule la production de 100
molécules de cAMP, lesquelles activent chacune 250 Phosphorylase kinase. Puis supposons que
chaque Phosphorylase kinase activent 1000 Glycogène phosphorylase,
phosphorylase combien de fois le signal de
chaque hormone est amplifié?
Glucagon
Récepteur
x100
cAMP
AMP
Protéine kinase
A active
Réponse:
........................
Ça montre bien la fonction des
hormones, qui sont synthétisées en
petite quantité, mais qui ont des
effets très importants.
x250
Phosphorylase
ki
kinase active
ti
x1000
Glycogène
phosphorylase
active
TD4
Acides Gras, Acides Aminés
Les réponses peuvent être partialement ou totalement éliminées
1) Mettre en ordre selon la température de fusion les suivants acides gras (à partir de la
température la plus élevée):
1. Acide p
palmitique
q ((C16:0))
2. Acide palmitoléique (C16, Δ9)
3. Acide stéarique (C18:0)
4. Acide oléique (C18, Δ9)
5. Acide linoléique (C18, Δ9,12)
6. Acide linolénique (C18, Δ9,12,15)
………………………. +70°C
15
………………………. +63
+63°C
C
15
16
H3C
13
14
9
10
7
8
5
6
3
4
COOH
2
1
11
12
9
10
7
8
5
6
3
4
COOH
2
1
18
15
………………………. ‐0,5°C
13
14
H3C
11
12
9
10
7
8
5
6
3
4
COOH
2
1
16
15
17
………………………. ‐5,8°C
H3C
………………………. ‐11°C
H3C
(les températures indiquées sont pour les conformations cis)
11
12
16
17
………………………. +13°C
13
14
H3C
16
13
14
11
12
9
10
7
8
5
6
3
4
COOH
2
1
18
15
17
18
16
13
14
11
12
9
10
7
8
5
6
3
4
COOH
2
1
2) Calculer la production total en ATP pour l’oxydation complète du palmitate (C16:0) à travers la
β‐oxydation dans les mitochondries et la suivante oxydation des produits…
Réaction préliminaire d’activation avec
Palmitate + ATP + CoenzymeA Æ Palmitoyl-CoA + AMP + PPi consommation de 2 liaison à haute énergie
Glucose
2 NADH
3 ATP
2 ATP
2 Pyruvate
2 NADH
5 ATP
L’oxydation du NADH mitochondrial par la chaîne de transport
électronique permet la formation de 2.5 molécules d’ATP environ,
tandis que pour le FADH2 seulement 1.5 (il est moins
« énergétique »), donc:
7 NADH Æ 17.5 ATP
7 FADH2 Æ 10.5 ATP
2 Acétyl-CoA
Krebs
6 NADH
15 ATP
2 FADH2
3 ATP
2 GTP
2 ATP
Chaque Acétyl‐CoA oxydé par le cycle de Krebs donne 3 NADH, 1
FADH et 1 molécule de GTP (équivalent à ll’ATP)
ATP), qui au total
permettent la formation de 10 ATP
(cf. bilan par 2 acétyl qui proviennent d’une molécule de glucose:
8 Acétyl‐CoA Æ 80 ATP)
… et calculer la production totale en moles d’ATP par gramme de matière pour l’oxydation
complète du glucose et du palmitate. Qui libère plus d’énergie par gramme?
3) Indiquer l’état redox des carbones d’un acide gras et le changement des états redox des
carbones pendant la β‐oxydation.
‐3
?
‐2
?
+3
?
?
Hydratation
H2O
?
?
?
?
4) Questions simples
1) En conditions normales quelle est la source d’énergie pour le cerveau? Et en conditions de jeûne? et )
comment?
2) C bi d’ d ti d
2) Combien d’oxydation des carbones des acides gras y a‐t il pendant leurs synthèses?
b
d
id
t il
d tl
thè ?
3) Quel est le résultat de l’hydrogénation des doubles liaisons des acides gras insaturés des huiles végétals sur leurs propriétés physiques?
La température de fusion de la matière grasse _______ et donc les huiles deviennent _________.
4) La réaction d’activation de l’acétyl‐CoA en malonyl‐CoA, qui démarre la synthèse des acides gras, ressemble à quelle réaction chimique déjà vue?
L’activation du _________ en oxaloacétate p
par la __________ carboxylase
y
dans la
gluconéogenèse (cofacteur pour la carboxylation est la biotine).
5) Questions simples
1) Pourquoi l’activité des lysosome est particulièrement intense en condition de jeûne prolongé?
)
2) Quelle enzyme sera plus stable entre GAPDH et Phosphofructokinase?
3) Indiquer deux réactions d’assimilation de l’azote inorganique dans des composés organiques.
4) Quel système de dégradation catalysera l’hydrolyse d’une protéine du réticulum endoplasmique qui a été mal adressée dans le cytosol ?
6) Exercice sur les acides aminés: donnez le nom et la structure de l’α‐cétoacide (et de l’acide
aminé original) formé par transamination de chacun des acides aminés suivants:
COO‐
+
H3N‐C‐H
CH3
COO‐
+
H3N‐C‐H
_______
COO‐
O=C
CH3
________
COO‐
O=C
CH2
CH2
COO‐
COO‐
__________
COO‐
+
H3N‐C‐H
COO‐
O=C
CH2
CH2
CH2
CH2
COO‐
COO‐
Intermédiaires cycle de Krebs
7) Expliquer la différence la plus importante entre la désamination du glutamate par
transamination et la désamination du glutamate par désamination oxydative.
Transamination:
Aminotransférase
glutamate + α
+ α‐cétoacide
cétoacide ÅÆ
ÅÆ α
α‐cétoglutarate
cétoglutarate + AA
+ AA1
Désamination oxydative:
Glutamate
déshydrogénase
glutamate + NAD
+ NAD+ + H
+ H2O ÅÆ
O ÅÆ α
α‐cétoglutarate
cétoglutarate + NH
+ NH4+ + NADH + H
+ NADH + H+
8) Indiquer une façon pour éliminer l’azote de l’α‐amine d’un acide aminé sans qu'il subisse une
réaction de désamination oxydative.
Aspartate
COO‐
Par Par
désamination oxydative
+
H3N‐C‐H
Groupe amine
CH2
COO‐
α
TRANSAMINATION
Par transamination d’un acide aminé avec l’oxaloacétate et entrée de l’azote donné par
l’aspartate dans le cycle de l’urée.
Glycogène
Protéines
Dégr.
Glucose
Synthèse
Acides Aminés
NADPH
Glucose‐6P
Glycolyse
ATP
Pentoses Ribose‐5P
phosphate
Gluconéog
enèse
NADH
ATP
NADPH
Pyruvate
CO2
ATP Synthèse
Acides Gras
Acides Gras
β‐oxydation
Acétyl‐CoA
Transamination,
Désamination oxydative
NADH
FADH2
Cycle
C
l de
d
Krebs
NAD(P)H
NH4+
Urée
GTP
Nucléotides
Triacylglycérols
Transamination
NADH
Biosynthèses
2 CO2
NADH
FADH2
Chaîne O2
Respiratoire
ATP
H2O
Concepts généraux:
Anabolisme et catabolisme
Thermodynamique d’une réaction (ΔG et ΔG°’)
Réaction Redox
Potentiel chimique,
chimique électrique et électrochimique
ATP
NADH et NADPH
Réactions couplées
Le cofacteurs
Type
de
réaction
(oxydation‐réduction
(oxydation
réduction,
décarboxylation
décarboxylation,
isomérisation…)
Régulations d’une voie métabolique (allostérique, compétitive, par
modification, par control transcriptionnel)
Glycolyse:
Fonction
Réactions avec structure intermédiaires
Enzymes
Localisation
Régulation
Liaison avec des autres voies
Destins du pyruvate: Krebs, fermentation homolactique et alcoolique
Entrée des autres sucres (fructose, galactose)
Cycle de Krebs:
Fonction
Réactions avec structure intermédiaires
Enzymes
Acétyl‐CoA
Localisation
Régulation
Liaison avec des autres voies
Cycle du glyoxylate:
Fonction, enzymes spécifiques
Gluconéogenèse:
Fonction
Réactions avec structure intermédiaires
Enzymes
Localisation
Régulation
Glycogène:
Rôle
Structure
Localisation
S thè ett dégradation
Synthèse
dé d ti
Régulation synthèse/dégradation
Rôle des hormones insuline et glucagon
Voie des Pentoses phosphates:
Fonction
Réactions avec structure intermédiaires
Enzymes
Localisation
Régulation
Liaison avec autres voies
Acides Gras:
Fonction
Structure et nomenclature
Hydrolyses des triacylglycérols
Schéma générale de la dégradation (β‐oxydation) et synthèse (avec attention
sur la partie de la molécule qui réagit)
Réactions avec structure intermédiaires
Enzymes
Localisation
Régulation
Utilisation des différentes sources d
d’énergie
énergie selon le type d
d’effort
effort
Les corps cétoniques: fonction
Acides aminés:
Fonction
Structure générale
Dégradation protéines: lysosome,
lysosome ubiquitine et protéases
Dégradation des acides aminés: transamination et désamination oxydative
du glutamate
Cycle de l’urée: fonction
Biosynthèse des acides aminés: Glutamate déshydrogénase et glutamine
y
synthétase
Fixation de l’azote moléculaire: concepts généraux