Cahier d`Exercices de BIOCHIMIE 4. Métabolisme

Transcription

PCEM1
4. Métabolisme
Energétique
Cahier d’Exercices
de BIOCHIMIE
2008-2009
EDITE PAR LE DEPARTEMENT DE BIOLOGIE
http://www.chusa.upmc. fr/disc/bio_ce ll
Cahier d'Exercices en Biochimie / PCEM1
Métabolisme énergétique / 2
CAHIER D'EXERCICES POUR PCEM1
BIOCHIMIE
IV. METABOLISME ENERGETIQUE
SOMMAIRE
Pag e
1. Bioén ergétique
............................
3
2. Ch aîne respiratoire mito cho ndriale . . . . . . .
4
3. Glycolyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
4. Cycle de K rebs
7
......…....................
5. Métabolisme én ergétique
.................
8
6. QC M. … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
7. Ann ales du con cou rs . … . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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 )
Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie
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
Glucose-6P
- 30,5 kJ/mole
- 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 ?
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
représentée par la réaction nette :
chaîne
respiratoire mitochondriale peut-être
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 / H2 O= + 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 :
•
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 :
CH2OH
a
C=O
CH2O P
X
b
CH2OH
C=O
CH2O P
Sachant que les enzymes catalysant les réactions a et b ne sont pas identiques,
3.5
•
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 ?
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 ?.
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 :
1:
+ ADP
A
2:
E1
+ ATP
B
+ ADP
C
E2
+ ATP
D
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 ?
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
Enzyme 1
B
C
Enzyme 2
D
Enzyme 3
E
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.
5. M ETABOLISME 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 dif férentes 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 :
CHO
CHOH
C
(b)
+ Pi
CH2O P
(a)
(c)
Enz1
-
COO
(e)
CHOH
CHOH
CH2O P
CH2O P
(d)
(f)
Enz2
a.
b.
c.
d.
Donner le nom du composé (a).
Compléter la formule de l’intermédiaire (d) et donner son nom
Compléter les cadres (b), (c), (e) et (f)
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 f ournir 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.
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.
H+
CoQH2
III
FAD
H+
ATP ADP
CO
CN-
Cyt c
Fe 3+
++
I
Cyt c
Fe 2+
IV
ATP
synthase
V
CoQ
II
-NADH2
NAD+
succinate
Ox.
Réd.
fumarate
1/2O2
2H+
H2O
H+
ATP
ADP
+ Pi
ATP
oligomycine
ADP
Membrane
interne
antimycine
ATP translo-case
amytal
roténone
H+
Matrice
atractyloside
Espace intermembranaire
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
5.5 Des acides α cétoniques peuvent subir une décarboxylation oxydative catalysée par des
complexes multienzymatiques.
Donner le nom du complexe
O
(a)
multienzymatique correspondant
CH3 -C-COOH
CO2
à la voie métabolique représentée
OH
ci-contre.
CH3 -C-H
a. Donner
les
noms
des
E1 TPP
E1 TPP
composés (a) et (b)
b. Donner
les
noms
des
O
métabolites attendus dans les
S
case rectangulaires
CH3 -C ~ S
S
H-S
Préciser sur ce schéma :
E2
- les composés qui sont
E2
HSCoA
E3 FADH2
NAD+
consommés.
H-S
O
H-S
- le composées qui sont produits.
(b)
E3 FAD
CH3 - C ~S CoA
NADH2
- les composés qui sont régénérés.
E2
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.
A
glucose
B
a
NAD
+
PGA
NAD
+
+
+
NADH,H
NADH,H
Compartiment 1
1,3 bis P glycérate
Malate
oxaloacétate
e
Compartiment 2
d
Intermédiaire
CH2OH
CH2OH
CHOH
C=O
CH2O P
CH2O P
FAD
d
Compartiment 3
C
Malate
b
pyruvate
FADH2
Intermédiaire
oxaloacétate
c
pyruvate
lactate
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.
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’oxydoréduction, 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’oxydoréduction, 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:
COO
-
CO – PO3
COO
--
CH2
phosphoénol
pyruvate
-
CO
CH3
Pyruvate
 a. est localisée dans la matrice mitochondriale
 b. est couplée à la formation d'une molécule de
+
+
NADH,H à partir de NAD .
 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 succinodéshydrogénase.
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
succinodéshydrogénase.
 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.
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.
9 – Etape(s) utilisant comme coenzyme le FAD
A B. C D E F G H
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
CO - NH2
QCM 2006
Questions1 à 5.
Parmi ces molécules ci-dessous (A, B, C, D, E)
impliquées dans le métabolisme énergétique :
O
6. Annales du Concours 2005
O
- O – P – O - CH
2 O
N
CH3
N
O
N
CH2
H -C-OH
H -C-OH
H -C-OH
CH2
NH2
O
-O–P=O N
CH3
N+
NH2
O
N
N
N
- O – P – O - CH
2 O
O
O
N
A
Les étapes du cycle de Krebs sont représentées cidessous par les lettres A à H
Acétyl CoA
A
Oxaloacétate
O
B
Isocitrate
C
G
α cétoglutarate
D
F
Succinate
O
C
CH2 - CH2 - CH2 - CO
N
O
CH3
O
(CH2 – CH = C – CH2)10 - H
CH3 - O
CH3
E
O
H
Fumarate
O
N
S
N
CH3 - O
Citrate
Malate
O
O
O
N
O – P – O – P - O – P - O - CH2
N
S
NH2
N
-
N
- O – P – O - CH
2 O
O
B
2005
D
NH
Succinyl CoA
E
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
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
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
fumarase
citrate synthase
succinate déshydrogénase
lactate déshydrogénase
patient
0.12
125
33
1300
sujet
normal
70- 90
100- 150
20-60
9001600
1- Quelle activité enzymatique hépatique est déficiente
chez ce patient?
2Ces
résultats
permettentils
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 :
Fructose 6P
A
X1
B
2 trioses-P
C
X2
D
X3
E
X4
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
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
2

C
phospho glycérate

D
phospho énol pyruvate

E
pyruvate
Parmi ces étapes, indiquez :
1. Laquelle (lesquelles) est (sont) une
isomérisation
 A
 B
 C
 D
 E
déshydrogénation
 A
 B
 C
 D
 E
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
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

Cahier d`Exercices de BIOCHIMIE 4. Métabolisme

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