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P C E M 1

Cahier d’Exercices de BIOCHIMIE

2008-2009

EDITE PAR LE DEPARTEMENT DE BIOLOGIE

4. Métabolisme

Energétique

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 2

Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie

CAHIER D'EXERCICES POUR PCEM1

BIOCHIMIE

I V . M E T A B O L I S M E E N E R G E T I Q U E

S O M M A I R E

Page

1. Bioénergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2. Chaîne respiratoire mitochondriale . . . . . . . 4 3. Glycolyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4. Cycle de Krebs . . . . . . … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5. Métabolisme énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6. QCM. … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 7. Annales du concours . … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

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 )

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1. BIOENERGETIQUE

1.1 La variation d'énergie libre ( ΔG ) dépend-elle :

a. des caractéristiques (nature, concentration) des réactifs ?

b. des caractéristiques (pH, température) du milieu biologique ?

c. des transformations intermédiaires de la catalyse enzymatique ?

1.2 Valeur probable de la variation d'énergie libre ( ΔG ) pour une réaction

a. exergonique

b. évoluant rapidement

c. à l’équilibre

d. réversible dans les conditions physiologiques

1.3 Indiquer en 3 lignes quelle(s) différence(s) il y a entre la variation de l'énergie libre (ΔG) et l’énergie d'activation d'une réaction.

1.4 Qu'appelle-t-on "couplage énergétique" entre 2 réactions biochimiques ?

Donner 1 exemple de mécanisme de couplage.

1.5 Soient les énergies libres standards d'hydrolyse ΔGo' des molécules suivantes :

ATP - 30,5 kJ/mole

Glucose-6P - 13,8 kJ/mole

a. Quelle est la variation d'énergie libre standard ∆G°' de la réaction : ATP + Glucose ADP + Glucose-6P

b. Dans quel sens va se produire cette réaction si tous les composants sont présents initialement à la même concentration ?

c. De quelle manière évoluerait le déroulement de cette réaction dans des conditions plus physiologiques caractérisées par les concentrations suivantes : [ATP] 2,25 mM ; [ADP] 0,25 mM ; [Glucose] 3 mM ; [Glucose-6P] 1,5mM.

On donne : T = température absolue = 273°K + valeur °C ; R = 8,31 Joules/mole ;

Ln 5,55.10-2 = - 2,89 ; Ln 18 = + 2,89

1.6 Soient les réactions :

1. ATP + Glycérol Glycérol-3P + ADP 2. Phospho-énolpyruvate + ADP Pyruvate + ATP 3. Glucose-6P + ADP Glucose + ATP

Soient les énergies libres d'hydrolyse ∆G°' des molécules suivantes :

ATP - 30,5 kJ/mole Glycérol-P - 9,2 kJ/mole PEP - 61,9 kJ/mole Glucose-6P - 13,8 kJ/mole

a. Calculer les ∆G°'.

b. Dans quel sens vont se produire les réactions à 25°C si tous les composants sont présents initialement à la même concentration ?

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1.7 Pour la réaction catalysée par la Triose-P-isomérase : PDHA PGD

on a K'eq = [PGD]/[PDHA] = 0.0475 à 25°C et pH 7

a. Calculer la variation d'énergie libre standard ( ∆G°' ). La réaction est-elle possible si [PDHA] = [PGD] ?

b. Calculer la variation de l'énergie libre ( ∆G ) lorsque

[PDHA] = 2x10-4 M et [PGD] = 3x10-6 M

(valeurs usuelles pour une cellule utilisant la glycolyse comme voie énergétique).

La réaction est-elle possible ?

(PDHA : phosphodihydroxyacétone ; PGA : phosphoglycéraldéhyde)

1.8 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 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 volts ; E°’ du couple 1/2 O2 / H2O= + 0,81 volts F : 96500 J/volt/mole.

2. CHAINE RESPIRATOIRE MITOCHONDRIALE

2.1 Chaîne respiratoire.

a. Quelle est sa localisation et sa fonction ?

b. D'où vient son énergie de fonctionnement ?

c. Que produit-elle ?

d. Quel est le rôle de l‘ oxygène dans la respiration mitochondriale ?

e. Quel est son rendement de conservation d'énergie ?

f. En présence de dinitrophénol, la chaîne respiratoire n'est pas bloquée mais elle perd sa fonction initiale.

g. Pourquoi ?

2.2 Décrire les différents transporteurs de la chaîne respiratoire :

a. Lesquels transportent 1 électron, 2 électrons ?

b. Lesquels sont libres ?

c. Lesquels sont associés dans des complexes membranaires ?

d. Dans quel ordre interragissent-ils ? Pourquoi ?

2.3 a. Citer les différents substrats de la chaîne respiratoire.

b. A quel complexe de la chaîne est couplée l’oxydation de ces substrats ? c. Quel sera l’effet sur la consommation d’oxygène par les mitochondries de l’addition

de :

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 5

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• Antimycine A

• Oligomycine

• Dinitrophénol

• Oligomycine + dinitrophénol

3. GLYCOLYSE

3.1 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 ?

3.2 a. Quelles sont les étapes irréversibles de la glycolyse ?

b. Pourquoi sont-elles irréversibles ?

c. Quelles sont les caractéristiques d’une enzyme clef intervenant dans la régulation d’une voie métabolique ?

d. Quelle est l’enzyme clef de la régulation de la glycolyse ?

3.3 Quelles sont les transformations métaboliques possibles du pyruvate produit lors de la glycolyse en conditions aérobie et anaérobie ?

3.4 Soient les réactions suivantes :

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 ?

3.5 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 ?.

b

X

a

P

C=O

CH2OH

CH2O P

C=O

CH2OH

CH2O

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3.6 La voie de dégradation de glucose en pyruvate ou glycolyse comporte deux étapes qui permettent de synthétiser directement une molécule d’ATP à partir d’ADP selon les réactions :

a. Quels sont les noms des substrats et des produits de ces deux réactions A, B, C et D, et des enzymes E1 et E2 ?

b. Dans quel compartiment cellulaire sont localisées les deux réactions ? c. Combien de liaisons riches en énergie contiennent les composés A, D et l’ADP ? d. Ces 2 réactions sont-elles réversibles dans une cellule fonctionnant normalement en

aérobiose ? Justifier votre réponse. e. La vitesse de ces réactions est-elle modifiée en l’absence d’oxygène ? Si oui, de quelle

manière ?

A BE1

+ ADP + ATP1:

C DE2

+ ADP + ATP2:

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4. CYCLE DE KREBS

4.1 Le Cycle de Krebs comprend entre autres, diverses étapes d'hydratation, de déshydratation, de décarboxylation et d'oxydation.

a. Citer un exemple pour chaque type réactionnel, en précisant l'enzyme, les coenzymes et les réactifs.

b. Ecrire une réaction nette équilibrée pour le catabolisme de l'acétyl-CoA en CO2 ?

4.2 Le cycle de Krebs utilise 8 enzymes pour cataboliser l'acétyl CoA.

a. Citez, sans les décrire, les 5 enzymes importantes pour la production d'énergie dans l'ordre de leur mise en jeu au cours de ce cycle.

Citez aussi le substrat, le produit et le type de réaction catalysée (décarboxylation, oxydation, ...) par chacune de ces 5 enzymes.

b. Une des cinq étapes enzymatiques impliquées dans le cycle catalyse une réaction de décarboxylation oxydative.

Quels en sont les caractéristiques structurales et les coenzymes impliqués

c. Citer une autre réaction de décarboxylation oxydative.

4.3 Au cours d'un tour de cycle, la mise en jeu de certaines enzymes permet la production de 12 molécules d'ATP.

Justifiez ce bilan en expliquant brièvement pour chacune des étapes le mécanisme de production d'ATP et la quantité de molécules d'ATP produite.

4.4 Le fonctionnement du Cycle de Krebs est dépendant d'un bon fonctionnement de la

chaîne respiratoire mitochondriale.

• Quelles sont les molécules solubles impliquées dans cette dépendance ?

• Quelles sont les réactions du Cycle qui produisent ces intermédiaires ?

• Si la chaîne respiratoire était inhibée, quelle serait la production de liaisons dites riches en énergie par le Cycle de Krebs ?

4.5 Si l’on considère la voie métabolique (partielle) suivante :

A B C D E Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3 Enzyme 4

Et sachant que : - A est un composé à trois carbones, dont la synthèse constitue l’étape finale d’une voie

catabolique. - B contient de l’acide pantothénique et comprend une fonction thioester. - C est un composé à six carbones formé au cours d’une réaction irréversible. - E est un composé à cinq carbones a. Donner le nom des composés A, B, C, D et E b. Donner le nom des enzymes 1, 2, 3 et 4. c. Le nom de chacun des coenzymes et substrat nécessaire à chacune de ces réactions d. Quelles enzymes catalysent une réaction d’oxydo-réduction ? e. Quelles enzymes catalysent une réaction de décarboxylation ? f. Que deviendra la formation de E en l’absence d’oxygène (inchangée, augmentée,

diminuée) ? g. La localisation cellulaire de chacune de ces réactions.

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5. METABOLISME ENERGETIQUE

5.1 Le glucose, apporté par l'alimentation ou par la dégradation du glycogène, est transformé en pyruvate au cours de la glycolyse qui comporte 10 étapes successives.

a. En dehors de son rôle de substrat pour certaines enzymes de phosphorylation, l'ATP a une action régulatrice allostérique sur certaines enzymes de la glycolyse.

1. Quelles sont ces enzymes de la glycolyse régulées allostériquement par l'ATP ?

2. De quelle nature (stimulation ou inhibition) est cette régulation pour chaque enzyme et quelle en est la conséquence physiologique logique ?

b. La glycolyse aboutit à la production de pyruvate. Celui-ci peut poursuivre sa dégradation selon 2 voies différentes qui dépendent de l'organisme vivant ou de l'organe pour certains organismes complexes comme les mammifères et enfin de la présence ou de l'absence d'oxygène disponible. Citez ces deux voies en indiquant pour chacune d'elles le produit final, un organisme ou un organe utilisant cette voie et enfin si la voie a besoin ou non d'oxygène pour fonctionner.

c. L'expérience suivante est réalisée pour mesurer l'intensité de la glycolyse dans le muscle cardiaque : on fait circuler du sang de façon artificielle à travers un cœur intact mais isolé. La concentration de glucose dans le sang est mesurée avant et après que le sang soit passé à travers le cœur. Si le sang est oxygéné on constate que le cœur consomme le glucose à une vitesse faible.

Si le sang n'est pas oxygéné on constate que le cœur consomme le glucose à une vitesse beaucoup plus rapide.

Pouvez-vous expliquer en quelques lignes les raisons de ces constatations ?

d. Quel est l'effet sur la glycolyse du dinitrophénol en présence d'O2 ?

5.2 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 ?

5.3 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

CH2O P

CHOH

C

CH2O P

CHOH

COO-

CH2O

+ Pi

(c)

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 9

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Ox. Réd.

succinate

fumarate

amytal

roténone

antimycineCO

CN-

oligomycine

ATPsynthase

V

NADH2

NAD+

I III

CoQH2

H+H+H+

CoQFAD

II

Cyt cFe 2+

Cyt cFe 3+

1/2O2

ATPH2O

ADP+ Pi

2H+

H+

+ +

- -

ATP ADP

ATP ADP

atractyloside

Es

pa

ce

in

ter-

me

mb

ran

air

e

Me

mb

ran

e

inte

rne

Ma

tric

e

IV

AT

P t

ran

slo

-case

5.4 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 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 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 et à quel niveau de la chaîne respiratoire ils agissent. h. En présence de chacun de ces effecteurs, indiquer dans quel état (oxydé ou réduit) vont

se trouver les transporteurs d'électrons. i. 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. j. Quel est l'effet de l'oligomicyne et que devient alors le bilan en ATP et en oxygène. k. Que se passe-t-il si, en présence d'oligomycine, on ajoute du dinitrophénol dans le

milieu d'incubation ? l. Localiser sur le schéma ci-dessous de la chaîne respiratoire les différents éléments

mentionnés tout au long de cet exercice

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 10

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5.5 Des acides α cétoniques peuvent subir une décarboxylation oxydative catalysée par des complexes multienzymatiques.

Donner le nom du complexe multienzymatique correspondant à la voie métabolique représentée ci-contre.

a. Donner les noms des composés (a) et (b)

b. Donner les noms des métabolites attendus dans les case rectangulaires

Préciser sur ce schéma : - les composés qui sont

consommés. - le composées qui sont produits. - les composés qui sont régénérés. Dans une autre voie métabolique, une réaction similaire de décarboxylation oxydative intervient sur un autre acide α cétonique

c. Indiquer dans quelle voie métabolique a lieu cette autre décarboxylation. d. Donner le nom de cet acide α cétonique, son précurseur et le produit immédiat de

cette décarboxylation

5.6 Au cours de la glycolyse intervient une étape d’oxydo réduction impliquant le NAD+/NADH,H+.

a. Quelle est l’enzyme qui catalyse cette réaction d’oxydo réduction ? b. Indiquer dans la case (a), du schéma ci-dessous, les substrats de cette réaction. Le NADH,H+ formé à cette étape peut être réoxydé selon 3 processus, qui dépendent des tissus concernés et des conditions physiologiques ; ils sont schématisés ci-dessous, sous les accolades A, B et C.

CH3 -C-COOH

O

HSCoA

NADH2

NAD+

CO2

O

CH3 - C ~S CoA

CH3 -C

O

~ S

E2

H-S

E2

H-S

H-S

FADE3

CH3 -C-H

OH

TPPE1

E2

S

S

FADH2

E3

TPPE1

(a)

(b)

CH3 -C-COOH

O

HSCoA

NADH2

NAD+

CO2

O

CH3 - C ~S CoA

CH3 -C

O

~ S

E2

H-S

E2

H-S

H-S

FADE3

CH3 -C-H

OH

TPPE1 TPPE1

E2

S

S

FADH2

E3

TPPE1

(a)

(b)

PGA

1,3 bis P glycérate

pyruvate

P

CHOH

CH2OH

CH2O P

C=O

CH2OH

CH2O

FADH2FAD

lactateMalate oxaloacétate

Malate oxaloacétate

NAD+

NADH,H+

NAD+

NADH,H+

Com

part

imen

t 1C

ompa

rtim

ent

3

glucose

pyruvate

a

b c

e

A B C

Com

part

imen

t 2

d

d

Intermédiaire

Intermédiaire

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 11

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c. Pourquoi la réoxydation du NADH,H+ est-elle indispensable ? d. Préciser les noms des compartiments cellulaires 1, 2 et 3. Répondre aux questions suivantes concernant chaque processus : e. Processus A

- Quels sont les tissus ou organes concernés ? - Comment appelle-t-on cette modalité de réoxydation du NADH,H+ ? - Indiquer les composés attendus dans les cases (b) et (c). - Une transformation enzymatique, non décrite ici, conduit à un intermédiaire dans

les cases (d) : préciser le nom de cet intermédiaire. f. Processus B

- Quels sont les tissus ou organes concernés ? - Comment appelle-t-on cette modalité de réoxydation du NADH,H+ ? - Donner le nom et la formule du composé case (e)

g. Processus C

- Indiquer dans quels tissus et dans quel contexte physiologique intervient cette voie.

- Donner le nom de l’enzyme qui catalyse cette réaction. h. Quel est le devenir de composé (c) et du FADH2 ? h. Comparer, sur le plan énergétique (en termes d’ATP formé) ces 3 processus de réoxydation.

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 12

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6. QCM 1. La molécule d’ATP a. est constituée d’une base purique, un ribose et

3 groupements phosphates. b. possède 3 liaisons anhydrides d’acides

phosphoriques c. contient une liaison N-osidique d. peut avoir un rôle de fournisseur de liaison

riche en énergie e. est substrat de réactions d’oxydo-réduction

2. Parmi les affirmations suivantes relatives à l'ATP,

lesquelles sont exactes? a. Il contient deux liaisons anhydride d’acide

phosphorique. b. Il est susceptible de transférer un groupement

phosphate. c. Sa vitesse de renouvelement intracellulaire est

très élevé. d. Il peut être régénéré dans le muscle. e. Son hydrolyse en ADP est une réaction

endergonique.

3. Parmi les affirmations suivantes relatives à

l'ATP, lesquelles sont exactes a. Il contient 2 liaisons dites "riches en énergie". b. Il contient deux liaisons anhydride

phosphoriques. c. La variation ΔG’o de sa réaction d'hydrolyse est

de –30,5kJ/Mole. d. Le ΔG’o de sa réaction d’hydrolyse supérieur à

celui du PEP. e. Sa réaction d'hydrolyse favorise par couplage,

le déroulement favorable de réactions endergoniques.

4. Le paramètre ΔG : a. est indépendant de la nature de la réaction

biochimique b. est indépendant de la température c. est dépendant de la température d. est dépendant de la concentration initiale des

substrats e. est additif lors du couplage de 2 réactions.

5. La variation d’énergie libre réellement observée

au cours d’une réaction enzymatique dans une cellule est différente de la variation d’énergie libre standard de la réaction chimique équivalente:

a. Parce que les concentrations en substrats ne sont pas égales à 1M dans la cellule.

b. Parce que la température est de 37°C. c. Parce que la vitesse de la réaction est

accélérée par l’enzyme. d. Parce que plusieurs réactions enzymatiques

sont couplées au cours d’une voie métabolique. e.Parce que les réactions enzymatiques

cellulaires utilisent de l’ATP comme source d’énergie.

6. Les réactions d’oxydo-réduction : a. Un réducteur est un composé qui fournit des

électrons b Un oxydant est un composé qui fournit des

électrons c. Lors d’une réaction entre 2 couples d’oxydo-

réduction, le transfert des électrons se fait vers celui qui a le potentiel rédox E’° le plus bas

d. Lors d’une réaction entre 2 couples d’oxydo-réduction, le transfert des électrons se fait vers celui qui a le potentiel rédox E’° le plus élevé

e. L’énergie libre libérée lors d’une réaction d’oxydo-réduction sera d’autant plus forte que la différence de potentiel entre les potentiels d’oxydo-réduction sera plus faible.

7. La transformation du fructose 6 phosphate en fructose 1,6 bis phosphate:

a. consomme une molécule d'ADP b. est une réaction réversible c. constitue l'étape limitante de la glycolyse d. est catalysée par une phosphofructo-kinase e. est une réaction d'oxydoréduction

8. Les cinq premières étapes de la glycolyse

transforment le glucose en glycéraldéhyde phosphate. Cette "phase de préparation" de la glycolyse :

a. comporte deux réactions de phosphorylation b. comporte deux réactions irréversibles c. aboutit à la formation de deux trioses

phosphates à partir d'une molécule de glucose d. comporte deux réactions d'oxydo-réduction e. consomme deux ATP par molécule de glucose

9. A propos de la réaction catalysée par la glycéraldéhyde-3P déshydrogénase, quelles sont les affirmations exactes :

a. c'est une réaction irréversible. b la réaction a lieu dans la matrice mitochondriale. c. la réaction nécessite une molécule de

phosphate. d. l'énergie nécessaire à la réaction est fournie par

l'hydrolyse d'un ATP. e. le réaction n’est possible qu’en condition

aérobie.

10. La réaction suivante: a. est localisée dans la matrice mitochondriale b. est couplée à la formation d'une molécule de

NADH,H+ à partir de NAD+.

COO - COO - CO – PO3

-- CO CH2 CH3 phosphoénol Pyruvate pyruvate

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 13

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c. est couplée à la formation d'une molécule d'ATP

d. ralentit en l'absence d'oxygène e. correspond à la dernière étape de la glycolyse.

11. La pyruvate déshydrogénase : a. est une enzyme d’hydrolyse b. est un complexe multienzymatique c. est composée de plusieurs coenzymes dont le

coenzyme A d. permet la formation de 2 moles de NADH par

mole de pyruvate transformée. e. catalyse la formation de lactate en condition

anaérobie. 12. Dans la liste des affirmations suivantes relatives

au NAD, lesquelles sont exactes ? a. C'est un coenzyme lié . b. Il intervient dans les réactions d'oxydoréduction. c. Sous la forme oxydée, son cycle nicotinamide

possède un atome d'hydrogène de moins par rapport à la forme réduite

d. Sous la forme réduite, le cycle nicotinamide a accepté un ion hydrure.

e. C'est le coenzyme utilisé par la succino-déshydrogénase.

13. Parmi les coenzymes suivants, quel est (quels sont) celui(ceux) qui est (sont) utilisé(s) par les réactions de la chaîne d'oxydoréduction mitochondriale

a. NAD+/NADH + H+ b. coenzyme A c. acide lipoïque d. FAD /FADH2 e. pyrophosphate de thiamine

14. Le FAD possède des propriétés paticulières,

lesquelles sont exactes ? a. Il contient de la riboflavine b. C'est le coenzyme de la succino-

déshydrogénase. c. Au cours de la réaction de réduction du

substrat, deux atomes d'hydrogène sont transférés vers le coenzyme.

d. C'est un dinucléotide. e C'est un transporteur d'ion hydrure

15. La succinate déshydrogénase : a. est une des enzymes du cycle de Krebs b. est associée au complexe III (cytochrome c

réductase) de la chaîne respiratoire mitochondriale.

c. contient un Coenzyme lié, le FAD (flavine adénine dinucléotide)

d. est inhibée de façon compétitive par le malonate

e. catalyse une étape irréversible du cycle de Krebs.

16. Le cycle de Krebs : a. conduit à l’oxydation complète du citrate b. libère 6 moles de CO2 par tour de cycle. c forme 3 NADH et 1 FADH2 lors des réactions

d’oxydo-réduction d’un tour de cycle. d est une suite de 8 réactions réversibles. e. est dépendant de la présence d’O2.

17. Parmi les propositions concernant l'ATP

synthase lesquelles sont vraies a. L'ATP synthase est localisée dans la

membrane interne des mitochondries b. Les sites catalytiques pour la synthèse d'ATP

sont situés dans le complexe F1. c .L'ATP synthase est un dispositif de couplage

transformant l'énergie d'un gradient de protons en énergie de liaison.

d. L'ATP synthase utilise l'énergie d'un gradient de phosphate pour synthétiser de l'ATP.

e. L'ATP synthase complexe de la chaîne respiratoire est un transporteur d’électrons.

18. La synthèse de l'ATP dans les mitochondries: quelles sont la ou les propositions exactes ?

a. L'ATP synthase est formée de deux parties : l'une, ancrée dans la membrane interne est appelée F0, l'autre, formant une tête sphérique tournée vers la matrice, est appelée F1.

b. Le mécanisme biochimique responsable de la synthèse de l'ATP au niveau de la membrane mitochondriale interne est un mécanisme d'oxydoréduction phosphorylante comme celui qui se déroule au cours de la glycolyse, dans le cytoplasme.

c. Le pH intermembranaire est plus basique que celui de la matrice, qui devient acide, au cours du fonctionnement de la chaîne respiratoire.

d. L'énergie chimique contenue dans les molécules de glucose ou de lipides est en fin de compte convertie dans les mitochondries en un gradient transmembranaire de protons.

e. Le rendement énergétique de l'oxydation complète d'une molécule de glucose atteint 100 %.

19. Parmi les propositions concernant la chaîne

respiratoire, lesquelles sont vraies : a. Dans la chaîne respiratoire, il existe des

transporteurs d'hydrogène, des transporteurs d'ion hydrure et des transporteurs d'électrons.

b. Les électrons vont des couples redox à potentiel d'oxydoréduction les plus positifs vers les couples redox à potentiel d'oxydoréduction les plus négatifs.

c. Des variations de potentiel d'oxydoréduction entre les intermédiaires de la chaîne respiratoire sont nécessaires à la production d’énergie.

�. La chaîne respiratoire est couplée à la formation d'ATP grâce à un transfert de protons d'un côté à l'autre de la membrane interne.

e. Le taux d'ADP est un facteur limitant des oxydo-réductionsde la chaîne respiratoire.

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 14

Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie

20. La vitesse à laquelle fonctionne la chaîne respiratoire mitochondriale augmente :

a. Lorsque la concentration en ADP augmente. b. Lorsque la concentration en oxygène

augmente. c . En présence d’atractyloside. d. En présence de dinitrophénol. e. Lorsque l’ATP synthase est inhibée.

21. Parmi les composés ci-dessous quel est celui qui agit directement sur l'ATP-synthase

a. Le cyanure b. La roténone c. L'antimycine A. d. L'oligomycine e. Le 2,4 dinitrophénol

6. Annales du Concours 2005 2005 Les étapes du cycle de Krebs sont représentées ci-dessous par les lettres A à H

Donner la (les) lettre(s) répondant aux questions suivantes : 1 – Etape(s) catalysée(s) par un / des enzyme(s) situé(s) dans la membrane mitochondriale

A B. C D E F G H 2 – Etape(s) conduisant à la synthèse de GTP

A B. C D E F G H 3 – Etape(s) qui met en jeu 5 coenzymes

A B. C D E F G H 4 – Etape(s) irréversible(s)

A B. C D E F G H 5 – Etape(s) produisant du NADH, H+

A B. C D E F G H 6 – Etape(s) produisant de l’ATP par couplage avec la chaîne respiratoire mitochondriale

A B. C D E F G H 7 – Etape(s) produisant du CO2

A B. C D E F G H 8 – Etape(s) régulée(s) par le NADH

A B. C D E F G H

9 – Etape(s) utilisant comme coenzyme le FAD A B. C D E F G H

QCM 2006 Questions1 à 5. Parmi ces molécules ci-dessous (A, B, C, D, E) impliquées dans le métabolisme énergétique :

1. Citer la ou lesquelles est (sont) des coenzymes

libres : A B C D E

2. Citer la ou lesquelles intervient(nent) dans la chaine respiratoire mitochondriale. A B C D E

3. La ou lesquelles participe(nt) à une réaction de décarboxylation oxydative A B C D E

4. Citer la ou lesquelles a (ont) une forte affinité pour les lipides membranaires. A B C D E

5. Citer la ou lesquelles est (sont) des coenzymes d'oxydoréduction A B C D E

Donner pour chaque question la (ou les) lettre(s) de la (ou des) molécule(s) correspondante(s).

6. Parmi les composés suivants, le ou lesquels

inhibe(nt) la synthèse d'ATP mais augmente(nt) la consommation d'oxygène par la mitochondrie a. la roténone b. le cyanure c. l'atractyloside d. le dinitrophénol e.. l’a l'acide lipoique

7. La glycolyse comporte une seule réaction

d'oxydoréduction. Cette réaction est catalysée par : a. la triose phosphate isomérase b. la phosphoglycéraldéhyde déshydrogénase. c. la phosphoglycérate kinase d. la phosphofructokinase e. l'hexokinase

B

A

E

F

G

H

C

D

Citrate

Isocitrate

α cétoglutarate

Succinyl CoA Succinate

Malate

Fumarate

Oxaloacétate

Acétyl CoA

S

S

CH2

- CH2

- CH2

- CO

O

O

CH3

CH3

- O

CH3

- O

(CH2

– CH = C – CH2)10

- H

CH3-

O – P – O – P - O – P - O - CH2

NH2

N

N

N

N

OOO

O -

O -

O -

O

A

CH3

CH3

N

N N

N H

O

O

CH2

H -C-OH

H -C-OH

H -C-OH

CH2 NH

2

-O – P = O

O

-O – P – O - CH

2

O

O

N

N

N

N

OB

C

E

D

O

-O – P – O - CH

2

O

N+

CO - NH2

O

-O – P – O - CH

2

ONH

2

N

N

N

N

O

S

S

CH2

- CH2

- CH2

- CO

O

O

CH3

CH3

- O

CH3

- O

(CH2

– CH = C – CH2)10

- H

CH3-

O – P – O – P - O – P - O - CH2

NH2

N

N

N

N

OOO

O -

O -

O -

O

A

CH3

CH3

N

N N

N H

O

O

CH2

H -C-OH

H -C-OH

H -C-OH

CH2 NH

2

-O – P = O

OO

-O – P – O - CH

2

O

O

N

N

N

N

OB

C

E

D

O

-O – P – O - CH

2

O

N+

CO - NH2

O

-O – P – O - CH

2

ONH

2

N

N

N

N

O

NH2

N

N

N

N

O

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 15

Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie

8. La transformation du malate en oxalo acétate est

très endergonique. Elle produit cependant de l'oxaloacétate dans des conditions physiologiques. Pourquoi? a. parce qu'elle est couplée à la citrate

synthase qui catalyse une réaction exergonique.

b. parce que la concentration en oxalo acétate est très élevée, ce qui diminue le caractère endergonique de la réaction

c. parce que la réaction est irréversible. d. parce que c'est la dernière réaction du cycle

de Krebs e. parce qu'elle est couplée à la formation de

FADH2 9. Une mutation de la phosphofructokinase qui

entraine une modification de sa séquence en acides aminés empêche la fixation du citrate.

Quel sera l’effet de cette mutation sur le métabolisme énergétique? a. un effet négligeable sur la glycolyse. b. une accélération de la glycolyse c. un ralentissement de la glycolyse d. un ralentissement de la chaine respiratoire e. un ralentissement de la production de

lactate 10. Parmi les composés suivants, lesquels

comportent au moins une liaison riche en énergie? a. L'adénosine triphosphate (ATP) b. L'adénosine diphosphate (ADP) c. - L'adénosine monophosphte (AMP) d. Le glucose 1 phosphate e. Le phosphoénol pyruvate

QROQ 2006 Chez un jeune enfant présentant des troubles neurologiques importants, on trouve une quantité abondante de fumarate dans les urines. Le dosage de certains enzymes du tissu hépatique donne les résultats suivants

activité enzymatique en nmol/min/mg de protéines

patient sujet normal

fumarase 0.12 70- 90 citrate synthase 125 100- 150 succinate déshydrogénase 33 20-60 lactate déshydrogénase 1300 900-

1600 1- Quelle activité enzymatique hépatique est déficiente

chez ce patient? 2- Ces résultats permettent- ils d'expliquer

l'augmentation de fumarate dans les urines? 3- Dans quelle voie métabolique est formé le fumarate? 4- Quel est le nom de l'enzyme qui synthétise le fumarate? 5- Quel(s) type (s) de réaction catalyse cet enzyme? (entourer la ou les bonne(s) réponse(s)

a- une décarboxylation b- une déshydrogénation c- une oxydoréduction d- une isomérisation e- une phosphorylation

6- Dans quel compartiment cellulaire se trouve cet enzyme?

7- Quel est le coenzyme nécessaire à cet enzyme? 8- On mesure une quantité importante de lactate dans

le sang de ce patient. On considère que cette augmentation de lactate est due à la déficience enzymatique constatée chez ce patient. Donner les conséquences de cette déficience sur le fonctionnement : ralentissement accélération inchangé - du cycle de Krebs

- de la chaine respiratoire

- de la glycolyse Quel enzyme est reponsable de la production de lactate ? Pourquoi le taux de lactate augmente- t-il chez ce patient ?

QCM 2007 Questions 1 à 7 Soient les étapes

successives de la glycolyse à partir du Fructose 6P. Donner la (les) lettre(s) répondant aux questions suivantes :

1 : Etape(s) conduisant à un composé riche en énergie

A B C D E 2 : Etape(s) irréversible(s)

A B C D E 3 : Etape(s) mettant en jeu une kinase

A B C D E 4 : Existe-t-il une ou des étapes inhibées par l'ion fluorure ?

A B C D E 5 : Etape(s) régulée(s) par l'ATP

A B C D E 6 : Etape(s) permettant la formation d'ATP par couplage avec la chaîne respiratoire mitochondriale

A B C D E 7 : Etape(s) correspondant à une oxydation phosphorylante

A B C D E

Fructose 6P A X1 B 2 trioses-P C X2 D X3 E X4

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 16

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Questions 8 à 10 Soient les enzymes suivants :

A. Alphacétoglutarate déshydrogénase B. Isocitrate déshydrogénase C. Pyruvate kinase D. Hexokinase C. Lactate-déshydrogénase

On demande de donner : 8. La (les) lettre(s) des enzymes qui peuvent avoir le

glucose soit comme substrat soit comme produit. A B C D E

9. La (les) lettre(s) des enzymes qui peuvent avoir l'acide pyruvique soit comme substrat soit comme produit. A B C D E

10. La (les) lettre(s) des enzymes qui peuvent avoir l'acide α-cétoglutarique soit comme substrat soit comme produit. A B C D E

11. Parmi les molécules suivantes donner celle(s)

riche(s) en énergie permettant la synthèse directe d'une molécule d'ATP ou de GTP :

a. Fructose 1,6 bis phosphate b. Succinylcoenzyme A c. 1,3-bis phosphoglycérate d. Phosphoénolpyruvate e. Malate

Questions 12 à 17 Soient les propositions suivantes :

A. Met en jeu le FAD B. Met en jeu le NAD C. Met en jeu 3 coenzymes libres D. La thiamine pyrophosphate est un coenzyme de

l'enzyme E. L'enzyme est mitochondrial

12- Quelle(s) proposition(s) s'applique(nt) à l'alphacétoglutarate déshydrogénase ? A B C D E

13- Quelle(s) proposition(s) s'applique(nt) à la succinate déshydrogénase ? A B C D E

14- Quelle(s) proposition(s) s'applique(nt) à la pyruvate déshydrogénase ? A B C D E

15- Quelle (s) proposition(s) s'applique(nt) à la lactate déshydrogénase ? A B C D E

16- Quelle(s) proposition(s) s'applique(nt) à l'isocitrate déshydrogénase ? A B C D E

17- Donner parmi les enzymes suivants celui / ceux

intervenant dans une / des réaction(s) irréversible(s) du cycle de Krebs :

A. α-cétoglutarate déshydrogénase B. Pyruvate kinase C. Pyruvate déshydrogénase D. Citrate synthase

E. Succinate déshydrogénase A B C D E

Questions18 à 20 Soit la dégradation totale du pyruvate en CO2 + H2O et les réactions suivantes :

A. Pyruvate Acétylcoenzyme A B. Isocitrate α cétoglutarate C. α Cétoglutarate SuccinylCoA D. Succinate Fumarate E. Malate Oxaloacétate

On demande : 18- Laquelle (lesquelles) nécessite(nt) du NAD

exclusivement comme coenzyme A B C D E

19- Laquelle (lesquelles) nécessite(nt) du FAD exclusivement comme coenzyme. A B C D E

20- Laquelle (lesquelles) nécessite(nt) à la fois du NAD et du FAD comme coenzymes A B C D E

QCM 2008 Questions1 à 6 Les cinq dernières étapes de la glycolyse (A, B, C, D, E) sont représentées ci-dessous :

glycéraldéhyde 3 phosphate A

1,3 bis phospho glycérate B

3 phospho glycérate C

2 phospho glycérate D

phospho énol pyruvate E

pyruvate

Parmi ces étapes, indiquez : 1. Laquelle (lesquelles) est (sont) une

isomérisation A B C D E

2. Laquelle (lesquelles) est (sont) une déshydrogénation

A B C D E 3. Laquelle (lesquelles) est (sont) une

déshydratation A B C D E

4. Laquelle (lesquelles) produit(sent) du NADH, H+

5. Laquelle (lesquelles) produit(sent) de l’ATP à

partir d’ADP A B C D E

6. Laquelle (lesquelles) est (sont) irréversibles A B C D E

Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1 Métabolisme énergétique / 17

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7. Parmi les affirmations suivantes concernant le devenir du pyruvate dans la cellule, laquelle (lesquelles) est (sont) vraie(s) : a. En aérobiose, il est transporté dans la

matrice mitochondriale b. En anaérobiose, il est transformé en acétyl

CoA c. En anaérobiose, il est transformé en lactate d. En aérobiose, il est transformé en acétyl

CoA e. En aérobiose, il est transformé en lactate

8. Parmi les molécules suivantes, quelle(s) est

(sont) celle(s) qui inhibe(ent) la consommation d’oxygène par une cellule au cours de la dégradation complète du glucose : a. L’antimycine b. Le cyanure c. Le dinitrophénol d. L’atractyloside e. - Le fluorure de sodium

9. Parmi ces mêmes molécules, quelle(s) est (sont)

celle(s) qui inhibe(ent) la formation d’ATP à partir d’ADP sans diminuer la consommation d’oxygène au cours de la dégradation du glucose : a. L’antimycine b. Le cyanure c. Le dinitrophénol d. L’atractyloside e. Le fluorure de sodium

Questions10 à 15.

On détecte chez un patient une diminution de l’activité de la pyruvate déshydrogénase. Cette diminution est la conséquence d’une carence partielle en précurseur d’un coenzyme. Ce coenzyme (appelé X dans la suite des questions) est lié à la sous unité E1 du complexe enzymatique et il est nécessaire à la première réaction enzymatique catalysée par ce complexe enzymatique.

10. Quelle est la nature de la réaction catalysée par la sous unité E1 de la pyruvate déshydrogénase : a. Une déshydratation b. Une déshydrogénation c. Une décarboxylation d. Une oxydoréduction e. Une isomérisation

11. Quel est le nom du coenzyme X à l’origine de la

diminution de l’activité pyruvate déshydrogénase: a. Le NAD+ b. L’acide lipoïque c. Le coenzyme Q d. Le pyrophosphate de thiamine ( ou TPP) e. Le FAD

12. Indiquez à quel(s) produit(s) aboutit l’ensemble de réactions catalysées par la pyruvate déshydrogénase : a. L’acétyl CoA b. Le Coenzyme A c. Le coenzyme QH2 d. Le NADH, H+ e. L’ATP

13. L’ensemble des 5 réactions catalysées par la

pyruvate déshydrogénase est : a. Irréversible b. -Endergonique c. Exergonique d. Permet de générer directement une

molécule d’ATP à partir d’ADP e. Accéléré en anaérobiose

14. Cette carence partielle en précurseur du

coenzyme X a pour conséquence une diminution de l’activité d’un deuxième complexe enzymatique impliqué dans le métabolisme. Cet enzyme se nomme : a. Succinate déshydrogénase b. Isocitrate déshydrogénase c. a cétoglutarate déshydrogénase d. Pyruvate kinase e. Succinyl thiokinase

15. Cette déficience en coenzyme X se traduit par une augmentation dans la matrice mitochondriale de : a. Succinate b. Pyruvate c. Citrate d. Fumarate e. α Cétoglutarate