Examen Juin 2015, questions et réponses PDF

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Respiration cellulaire Représenter par un schéma le cheminement des électrons et des protons dans la chaîne respiratoire.

Expliquer les différences de rendements énergétiques obtenus lors de l’oxydation du NADH/H+ et de FADH2. Combien de moles d’ATP sont produites à partir d’une mole de NADH ? Expliquer.

Expliquer le r*le des différents complexes impliqués et préciser le r*le des transporteurs mobiles. Expliquer pourquoi la réoxydation du NADH permet de générer plus d’ATP que la re+oxydation du FADH2. – Complexe I : NADH – coenzyme Q réductase (NADH déshydrogénase) Recupère les 2e- du NADH et transport de 4H+ de La Matrice mitochondriale vers l'espace intermembranaire.

– Complexe II : Succinate – coenzyme Q réductase (Succinate déshydrogénase) Récupère les 2e- du FADH2 (ici pas de transport de H+ car potentiel énergétique trop faible)

– Complexe III : coenzyme Q – cytochrome C réductase Récupère les 2e- du CI ou CII + transport de 4H+ de la matrice mitochondriale vers l'espace intermembranaire

– Complexe IV : cytochrome c oxydase Récupère les 2e- du CIII et les amène à l'accepteur final qui est l'O2. + transport de 2H+ de la matrice mitochondriale vers l'espace intermembranaire.

Transporteurs mobiles de la chaîne respiratoire : Coenzyme Q (Ubiquinone) → permet le transfert des électrons entre le complexe I (ou II) vers le complexe III. Cytochrome C → permet le transfert des électrons entre le complexe III et IV L'énergie produite dans les voies métaboliques se retrouve contenue dans le NADH et le FADH2, cette énergie sera convertie en ATP dans la mitochondrie. Cette production d'énergie et permise grâce à la formation d'un gradient de protons dans l'espace intermembranaire de la mitochondrie, lui même formé par les e- provenant du NADH et du FADH2. Le NADH et le FADH2 cèdent 2e- à un système de transporteurs qui par une cascade d'oxydoréduction amène les e- jusqu'à l'accepteur final qui est l'O2.

Néoglucogénèse La glycolyse produit (à partir de glucose) 2 pyruvates, 2 NADH/H+ et 2 ATP ; expliquer pourquoi la néoglucogénèse ne présente pas exactement le bilan inverse. Bilan glycolyse :

Bilan Néoglucogenèse :

Car la néoglucogenèse va utiliser 4 ATP + 2 GTP (soit 6 ATP) et produire 4 ADP + 2 GDP (soit 6 ADP) Alors que la glycolyse , va utiliser 2 ADP et produire 2 ATP

Expliquer pourquoi la néoglucogenèse n’est pas exactement une « glycolyse-inverse ». Il ne s'agit pas d'une glycolyse inverse (3réactions irréversibles catalysées par l'hexokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase) mais intervention de beaucoup d'enzymes de la glycolyse (réactions réversibles) – 7 étapes correspondent à des réactions inverses de la glycolyse (mêmes enzymes, réactions réversibles) – Mais 3 réactions irréversibles de la glycolyse sont coutournées et catalysées par des enzymes spécifiques de la néoglucogenèse. (pyruvate carboxylase, PEP carboxylase, fructose 1,6 biphosphatase, glucose 6 phosphatase)

Expliquer par un schéma les r*les exercés par la pyruvate déshydrogénase (PDH) et la pyruvate carboxylase (PC).

Ces enzymes sont régulées par un excès d’acétyl-CoA. Quels sont le principe et l’intérêt d’une telle régulation ? Le couple pyruvate déshydrogénase / pyruvate kinase Ce sont des enzymes mitochondriales. Il y a une régulation allostérique par l'acétyl-CoA PC → La pyruvate carboxylase intervient dans la néoglucogenèse et est activée par l'Acetyl-CoA Excès d'ATP: accumulation d'acétyl CoA L'activation de la PC permet de convertir le pyruvate en oxaloacétate. PDH → La pyruvate déshydrogénase est inhibée par l'Acétyl-CoA L'acétyl-CoA s’accumule ( qui entre dans le cycle de KREBS ) ça veut dire que le cycle de KREBS est ralentie, ceci est du a un excès d'ATP, donc cela entraine l'accumulation de l'Acetyl-CoA . Ceci entraine l’inhibition de PDH cette inhibition est une régulation allostérique dans la réaction de carboxylation oxydatif. Le pyruvate déshydrogénase est inhibée et cela va ralentir la production de l'Acétyl-CoA. Le pyruvate va être transformé en oxaloacétate par la PC, qui de parallèle, favorise la voie de la néglucogénése .

Quel est le précurseur de la néoglucogenèse ? La néoglucogenèse est la formation de glucose à partir de précurseurs non sucrés tels que le pyruvate, le lactate, le glycérol et la plupart des acides aminés.

Expliquez les r*les de la pyruvate déshydrogénase (PDH) et de la pyruvate carboxylase (PC). Expliquez pourquoi ces enzymes sont respectivement inhibée (PDH) et activée (PC) par un excès d’acétyl-CoA. La pyruvate déshydrogénase et la pyruvate carboxylase constituent le deuxième couple d'enzymes réciproquement régulées affectant la glycolyse et la néoglucogenèse. Ces deux enzymes sont mitochondriales. En cas de besoin en ATP, le fructose-1,6-bisphosphate stimule la pyruvate kinase pour produire du pyruvate indispensable à la formation de l’acétyl-CoA. Une activité de la pyruvate Déshydrogénase favorise la glycolyse. En cas d'excès d'ATP, signal de ralentissement en aval du cycle de Krebs et de la phosphorylation oxydative, le citrate et l’acétyl-CoA s’accumulent. L’acétyl-CoA en excès devient un effecteur négatif de la pyruvate déshydrogénase mais un activateur de la pyruvate carboxylase qui, en temps normal, est peu active. Le pyruvate est alors transformé en oxaloacétate, ce qui engage ses carbones dans la néoglucogenèse plutôt que dans le processus de production de l’ATP.

Pentoses phosphates Quels sont les principaux produits issus de la voie des pentoses phosphates ? Quel est leur r*le métabolique ? - Génère du NADPH, indispensable aux réactions réductrices de biosynthèse (en particulier, lors de la synthèse des acides gras et des stéroïdes). - Production de ribose 5-phosphate précurseur de la synthèse des nucléotides et de coenzymes. - Production d’érythrose-4-phosphate, précurseur d’acides aminés aromatiques : phénylalanine, tyrosine, tryptophane et de l’histidine. La voie des pentoses phosphates se divise en 2 parties : – un segment oxydatif irréversible – un segment non oxydatif réversible Pour le segment oxydatif, le glucose 6P est transformé en ribulose 5P avec production de 2NAPDH et d'un CO2 Pour le segment non oxydatif (réversible), le bilan du segment non oxydatif revient à l'interconversion de 3 pentoses phosphates en 2 fructoses 6P et un glycéraldéyde 3P. Ceux ci peuvent rejoindre la glycolyse ou la néoglucogenèse en fonction des besoins cellulaires. Le choix entre ces 2 voies dépend des exigences cellulaire ponctuelles en ATP et en précurseurs (NADPH et ribose 5 phosphate) Si la cellule a besoin à la fois du NADPH et du ribose 5P alors elle prend la voie du segment oxydatif irréversible. Si la cellule a besoin de + de ribose 5 P que de NADPH alors le segment oxydatif est court-cricuité et la cellle prend la voie du segment non oxydatif réversible.

Photosynthèse Quel est le r*le du ribulose-1,5-diphosphate dans le cycle de Calvin ? (ou autre question : Les réactions de la phase obscure de la photosynthèse (cycle de Calvin) sont initiées par une réaction exergonique capitale pour la biosphère, quelle est cette réaction ? ) Les réactions de la phase obscure de la photosynthèse (cycle de Calvin) sont engagées par une réaction exergonique capitale pour la biosphère : Il s’agit de la réaction de fixation du CO2 catalysée par la Rubisco (Ribulose bisphosphate carboxylase/oxydase) Réaction : ribulose 1,5 diphosphate + CO2 + H2O → 2 glycérate-3-phosphate (question posé différemment mais même réponse je pense)

En quoi la photosynthèse des plantes de type C4 et CAM est-elle adaptée à leur environnement ? Quel est le surcoût énergétique de cette synthèse par rapport à celle des plantes de type C3 ? Les plantes en C4 ont donc une capacité relativement élevée de fixation du CO2 et ceci grâce à la PEP carboxylase (Phospho-énol-pyruvate-carboxylase) qui est une enzyme rapide. Ces plantes (C4 et CAM) vont cependant nécessiter 12 ATP en plus pour régénérer le PEP (12 liaisons phosphates assimilables à 12 ATP)

Ecrire le bilan de la synthèse du glucose (à partir de CO2) pour les plantes de type C3, C4 et CAM. Chez ces plantes, d’où provient la différence d’ATP nécessaire à la synthèse du glucose ?

Chez les espèces de type C3 la capture du CO2 se fait directement dans le mésophylle par la fixation de CO2 sur le ribulose 1,5-diphosphate et formation de glycérate 3P sans consommation d’énergie. Pour les espèces de type C3 le bilan énergique pour la formation d’une molécule de glucose se trouve être celui du cycle de Calvin La synthèse d’une molécule de glucose nécessite 18 liaisons phosphates riches en énergie (18 ATP) et 12 NADPH,H+ . Chez les espèces de type C4 la capture du CO2 se fait dans le mésophylle sous l’action de la Phosphoénolpyruvate carboxylase avec le phosphoénolpyruvate comme accepteur. La régénération de cet accepteur, sous l’action de la pyruvate orthophosphate dikinase, consomme deux liaisons phosphates par molécule de CO2 fixé, soit 12 liaisons phosphates pour les 6 CO2 nécessaires à la synthèse du glucose. Cette énergie s’ajoute à celle consommée dans le cycle de Calvin. La synthèse d’une molécule de glucose nécessite 30 liaisons phosphates riches en énergie (30 ATP) et 12 NADPH,H+ . Les conditions particulières de fonctionnement des plantes de type CAM les obligent à n’ouvrir leurs stomates que la nuit. De grandes quantités de malate sont accumulées la nuit grâce à la Phosphoénolpyruvate carboxylase qui fixe le CO2 pour former de l’oxaloacétate, réduit ensuite en malate. Comme chez les espèces de type C4 ce processus requiert la régénération du phosphoénolpyruvate, assurée par la pyruvate orthophosphate dikinase. Elle consomme deux liaisons phosphates riches en énergie par molécule de CO2 fixé. Le coût énergétique de la formation d’une molécule de glucose chez les plantes de type CAM se trouve être le même que celui rencontré chez des plantes de type C4. La synthèse d’une molécule de glucose nécessite 30 liaisons phosphates riches en énergie (30 ATP) et 12 NADPH,H+ .

Expliquez pourquoi le bilan de la synthèse du glucose est identique chez les plantes de type C4 et de type CAM. Quelle est donc la différence entre ces plantes ? En quoi le métabolisme de ces plantes diffère-t-il de celui des plantes de type C3 ? Espèce de type C4 Premier métabolite : oxaloacetate 2 types de cellules : mésophyliennes et périvasculaires Accepteur : phosphoenolypyruvate (PEP) (mésophylle) Enzyme de carboxylation : phosphoenolpyruvate carboxylase Les espèces de type C4 : le premier produit est un métabolite à 4 carbones, qui est l'oxaloacétate, le malate ou l'aspartate, ces deux derniers étant les produits de réduction ou de transamination de l’oxaloacétate.. Le type C4 est caractéristique de certaines plantes de région tropicale. · Le premier produit formé est encore un métabolite à 4 carbones, l’oxaloacétate accumulé sous forme de malate. Espèce de type CAM Structure anatomique des plantes de type C3 mais fonctionnement analoque de celui des plantes de type C4 Premier métabolite : oxaloacetate Accepteur : phosphoenolpyruvate (PEP) (mésophylle) Enzyme de carboxylation : phosphoenolpyruvate carboxylase Pas de compartiment mais séparation temporelle ( la fixation du CO2 n'est pas séparée dans l'espace mais dans le temps : nuit/jour. Ce métabolisme est proche de celui des plantes en C4 puisqu'il présente une première incorporation du CO2dans un composé organique à 4 carbones. → la nuit, les stomates demeurent ouverts et le CO2 est incorporé dans le malate Celui-ci est mis en réserve dans la vacuole des cellules. → le jour, alors que les stomates sont fermés, le malate sort de la vacuole puis est décarboxylé. Le CO2 libéré est alors incorporé par la Rubisco (cycle de Calvin). Les CAM ont une séparation temporelle (fixation du CO2 la nuit et photosynthèse la journée), les C4 ont une séparation géographique (au sain du tissus). Un type de tissus sert à capter le CO2, l'autre à photo synthétiser. Pour ces 2 espèces, CAM est C4, 12 ATP en + sont nécessaires pour régénérer le PEP (12 liaisons phosphates assimilables à 12 ATP) Espèces de type C3 Les plantes de type C3 se caractérisent par un seul type de cellules mésophylliennes, possédant une enzyme de carboxylation qui est la ribulose 1,5- bisphosphate carboxylase/oxygénase (Rubisco). Elle catalyse la fixation du CO2 sur le 3 ribulose 1,5-bisphosphate comme accepteur. Espèces de type C3 Premier métabolite : 3 phosphoglycérate (PGA) Enzyme de carboxylation : ribulose 1,5 diphosphate carboxylase (rubisco) (cellules mésophyliennes) Accepteur : ribulose 1,5 diphosphate Les espèces de type C3 : le premier produit formé après fixation de CO2 est un métabolite à 3 carbones qui est le 3-phosphoglycérate (PGA)

+ METTRE LES DIFFERENCES DE L'EQUATION BILAN DE LA SYNTHESE 1 GLUCOSE A PARTIR DU CO2 (voir question avant)...