Cours 8: Bioénergétique

Question 1

Donne le delta G de la rx de l’hydrolyse de l’ATP en ADP+pi et explique de ou vient l’énergie produite

Answer 1

La molécule d’ATP est riche en énergie grâce au liaisons phosphoanhydride entre les groupes phosphate et la ribose. Les groupes phosphates chargés négativement sont nommés alpha beta et gamma. L’hydrolyse du phosphate gamma, le plus éloigné du sucre, libère 30kj/mol. Ça veut dire que le DGo de la réaction d’hydrolyse de l’ATP en ADP + Pi est de -30kJ/mol (c’est une rx exonergique).

Question 2

POurquoi on compare l’ATP à de l’argent?

Answer 2

L’énergie potentielle chimique de composés combustibles est convertie en ATP au lieu d’être utilisée directement pour supporter des réactions endergoniques. (L’ATP c’est pour plusieurs rx comme l’argent est pour plusieurs transactions)

Question 3

Dans la cellule, la concentration d’ATP est à cmb environ? et pourquoi?

Answer 3

Les concentration d’ATP dans la cellule sont très élevées (10 mM), maintenues stables et 10 fois supérieure à l’équilibre par plusieurs mécanismes.

La concentration c’est important parce que la variation de DG dépend de la concentration. Si la concentration d’ATP diminue, la valeur réelle de DG diminue aussi et quelques réactions ne pourront pas utiliser l’hydrolyse de l’ATP pour obtenir l’énergie.

Question 4

La véritable variation d’énergie libre d’une réaction :
dépend
a) des concentrations initiales des réactants et produits.
b) est indépendante de la concentration des réactants et produits.

Answer 4

a
Rappel toi du graphique avec l’énegie d’activation, les plateaux produits/subst, etc ;)

Question 5

L’énergie libre pour qu’une réaction avec DG positif arrive provient:

a) d’une autre réaction avec variation DG négatif.
b) de l’enzyme qui catalyse la réaction.

Answer 5

a
En biologie, une réaction avec DG nég (qui produit de l’É donc exonergique) est utilisée de façon générale pour aider toutes les réactions avec DG pos (qui nécessitent de l’É donc endonergique) : l’hydrolyse de l’ATP.

Question 6

En général, les réactions anaboliques ont un DG:

a) +
b) -
c) = 0

Answer 6

a
Une rx anabolique nécessite de l’énergie pour associer les petites sous-U!

Question 7

Explique la deuxième loi de la thermodynamique

Answer 7

Les lois de la thermodynamique sont importantes pour comprendre le métabolisme. La 2eme loi déclare que lorsque l’énergie est transférée, il y aura mois d’énergie disponible à la fin du processus de transfert qu’au début.

Question 8

C’est quoi la phrase pour se rappeler de si c’est une rx d’oxydation ou de reduction

Answer 8

LEO the lion says GER
Loss of
Electron
Oxydation
Gain of
Electron
Reduction

Il faut aussi savoir identifier l’oxydant et le réducteur dans une réaction redox : l’oxydant accepte les électrons et le réducteur donne les électrons.
Réduction (gain d’électrons): Oxydant + n(e-)  Réducteur
Oxydation (perte d’électrons): Réducteur  Oxydant + n(e-)

Question 9

Explique les grandes lignes de la biosynthèse (les principes en résumé)

Answer 9

L’oxydation de combustibles métaboliques (glucose, acides gras, aa) produit des cofacteurs réduits: NADH, FADH2

Le transfert d’e- du NADH/FADH2 sur l’O2 est une réaction exergonique et l’énergie libre libérée est récoltée pour synthétiser de l’ATP

L’énergie libre est convertie sous la forme d’un gradient transmembranaire de protons qui est ensuite utilisé pour promouvoir la synthèse d’ATP

Question 10

Qu’est ce que le potentiel REDOX et les électrons se déplacent de quelle facon selon le potentiel redox?

Answer 10

Plus grand est la valeur du Eo, plus grande est sa capacité pour accepter des électrons.

Alors, à retenir, les électrons vont spontanément de la substance au potentiel REDOX le plus faible vers la substance au potentiel REDOX le plus fort. Quand le potentiel REDOX est faible, les électrons ont plus d’énergie. Le transfert des électrons est favorable dans la direction où ils perdent de l’énergie (2eme loi de la thermodynamique).

Question 11

montrer comment nous pouvons prédire le sens d’une réaction REDOX et calculer le DG à partir de valeurs connues de E

Le Eo de la paire REDOX pyruvate/lactate : -0,19V
Le Eo de la paire REDOX NAD+/NADH: -0,32V

Answer 11

La réaction de formation de lactate à partir du pyruvate catalysée par l’enzyme LDH. Le Eo de la paire REDOX pyruvate/lactate est plus fort que celui du
NAD/NADH, alors le NADH est le réducteur (donne des électrons) et le pyruvate est l’oxydant (gagne des électrons). Pour calculer la variation de E, on joint les 2 réactions : b – c, DE a une valeur positive.

Question 12

Plus la différence entre les valeurs de Eo est grande, plus la tendance d’e- à passer d’une substance à l’autre, et plus la variation d’énergie libre est …

Answer 12

grande

Question 13

Dit la relation entre le delta G et le delta Eo
Lorsqu’une rx a un DEo positif, le DG de la rx spontanée sera…

Answer 13

La relation entre DG et DEo vient de l’équation :
DG0=-nF DE0. Si nous substituons les valeurs obtenues par la réaction de conversion du pyruvate en lactate, nous arrivons à un DG négatif. Alors, nous concluons qu’une réaction avec une DEo positif correspond à une réaction spontanée avec DG NÉGATIF.

Question 14

OU a lieu le transfert d’électron du NADH vers l’O2

Answer 14

eucaryote: mitochondrie
procaryote: membrane plasmique

Question 15

Comment on enmmagasine l’excès d’énergie des é du NADH quand on les transfert sur le O2 par rx d’oxydation du NADH?

Answer 15

L’évolution a trouvé une solution pour éviter le gaspillage et la génération d’un excès dangereux d’énergie. Les électrons du NADH ne vont pas directement vers l’oxygène, ils passent par des complexes respiratoires qui se trouvent dans les mitochondries ou la membrane des bactéries. Le transfert se fait en étapes et à chaque étape, une partie de l’énergie des électrons est mise en réserve.

Question 16

Vrai ou faux?
Si une molécule ou un atome est oxydé, un autre doit être réduit.

Answer 16

vrai

Question 17

D’après l’équation DG0=-nF DE0

a) Une variation du potentiel redox négatif indique une réaction spontanée
b) Une variation du potentiel redox positif indique une réaction spontanée

Answer 17

b
(on oublie pas que la rx spontanée c’est quand le delta G est négatif

Question 18

Quel énoncé est le plus approprié pour décrire la fonction du NAD +?

a) NAD + est un agent oxydant qui accepte des électrons de molécules organiques pour être réduit en NADH
b) NAD + est un agent réducteur qui donne des électrons et des protons aux molécules organiques
c) NAD+ est un agent oxydant qui accepte des électrons de molécules organiques pour être réduit en NADH2
d) NAD + est un agent réducteur qui donne des électrons et des protons aux molécules inorganiques

Answer 18

a
Les oxydants acceptent les électrons dans la rx de réduction

Question 19

La condition la plus importante pour comprendre comment l’énergie des électrons est entreposée dans la membrane mitochondriale

Answer 19

c’est l’existence d’une membrane imperméable aux ions et aux molécules non chargées (chaine d’acide gras longue, transporteur d’ADP). La membrane interne de la mitochondrie et la membrane plasmique de bactéries ont cette propriété.

Question 20

Qu’est ce que la phosphorylation oxydative?

Answer 20

Oxidative phosphorylation is the process of ATP formation, when electrons are transferred by electron carriers from NADH or FADH2 to oxygen

Question 21

Pourquoi on dit que la composition ionique de l’espace intermembranaire est équivalente à celle du cytosol

Answer 21

Les mitochondries ont aussi une membrane externe avec des gros pores qui permettent la diffusion de toute molécule jusqu’à 10kDa fait de PORINE

Question 22

Quelles rx se passent dans la matrice mitochondriale

Answer 22

cycle de krebs, oxydation des acides gras

Question 23

Qu’est ce que la chimiosmose

Answer 23

Chemiosmosis is the movement of ions across a semipermeable membrane bound structure, down their electrochemical gradient. An example of this would be the formation of adenosine triphosphate (ATP) by the movement of hydrogen ions (H+) across a membrane during cellular respiration or photosynthesis.

Hydrogen ions, or protons, will diffuse from an area of high proton concentration to an area of lower proton concentration, and an electrochemical concentration gradient of protons across a membrane can be harnessed to make ATP. This process is related to osmosis, the diffusion of water across a membrane, which is why it is called “chemiosmosis”.

Question 24

d’ou provient le NADH et le FADH2 dans la mitochondrie?

Answer 24

Dans les mitochondries, le cycle de Krebs et la beta-oxydation, donnent la plupart de NADH et FADH2 pour la chaine de transport d’électron. Par contre, pendant la glycolyse, il y a aussi la génération du NADH cytosolique. Comment ce NADH est-il oxydé? Il n’y as pas de transport direct du NADH du cytosol vers les mitochondries

Question 25

À quoi servent le NADH et le FADH2 ?

Answer 25

Les coenzymes réduits NADH et FADH2 constituent les sources des électrons pour la chaîne de transport des électrons (CTE).

Question 26

Comment le NADH cytosolique généré pendant la glycolyse est oxydé par la navette glycérol-phosphate et combien d’AtP ca génère?

Answer 26

1.5 ATP

Question 27

Est ce que le NADH cytosolique peut entrer dans la mitochondrie?

Answer 27

NON
pas de transport direct du NADH du cytosol vers la mitochondrie

Question 28

c’est quoi le bilan de la navette glycérol-phosphate

Answer 28

Question 29

Explique comment le NAdH cytosolique généré pendant la glycolyse est oxydé par la navette malate/asparate

Answer 29

Dans le cytosol, l’enzyme MDH1c (malate déshydrogénase 1 cytosolique) oxyde le NADH en même temps qu’elle va convertir l’oxaloacétate (OAA) en malate. Le malate rentre dans la mitochondrie (celui qui porte les e-). Et la MDH2m va catalyser la réaction inverse et reconvertir le malate en OAA comme vous avez déjà vu dans le cycle de Krebs. Dans cette réaction, les électrons passent au NAD+ pour former le NADH.

Question 30

Combien d’ATP est relaché quand la malate déshyrogénase mitochondriale 2 réduit le NAD+ en NADH pour changer le malate en oxaloacétate

Answer 30

2.5 ATP

Question 31

Quel transporteur transporte le malate à l’intérieur de la matrice mitochondriale

Answer 31

malate alpha-glutarate

Question 32

Explique lce que fait le complexe 1 et donne le nom de l’enzyme qui permet la rx

Answer 32

Complexe 1 :Ubiquinone réductase

Le NADH est oxydé au complexe I. Le transport de 2 e- (hydrure on se rappelle avec 2 é par H) à travers ce complexe génère l’énergie nécessaire pour pomper 4 protons. Les e- vont finalement être transférés à la Coenzyme Q.

Question 33

Explique ce que fait le complexe 2 et donne l’enzyme qui permet la rx

Answer 33

COmplexe 2: ubiquinone réductase

Le complexe II a un enzyme ubiquinone réductase qui acceptent des électrons du succinate via leur coenzyme FAD qui devient du FADH2.

Question 34

Par quoi est réduite la coenzyme Q dans la chaine de transport d’électron

Answer 34

la CoQ est réduite par des électrons du complexes I ou le FADH2 de plusieurs enzymes comme le complexe II.

La CoQ, soluble et libre dans la membrane interne transporte les e- vers le complexe III

Question 35

Quel est l’autre nom de la coenzyme Q

Answer 35

ubiquinone

Question 36

Explique le rôle du complexe 3 et l’enzyme qui le compose

Answer 36

Enzyme: Cytochrome c réductase

L’énergie des électrons du coenzyme Q (ubiquinone) est utilisée dans ce complexe sous forme d’ubiquinol**** pour pomper 4 protons.

Les électrons du complexe III sont transférés à un autre transporteur soluble, le cytochrome c par la cytochrome c réductase

Question 37

Combien d’électrons transporte le cytochrome C et quel est son rôle

Answer 37

1 électron

autre transporteur soluble, le cytochrome c, amène l’électron au complexe IV.

Question 38

Explique le role du complexe 4 et l’enzyme qui l’aide

Answer 38

Complexe 4: cytochrome c oxydase

Au complexe IV, l’énergie de 2 e- provenant de l’oxydation du cytochrome C par l’enzyme cytochrome c oxydase permet le pompage de 2 protons.

Question 39

Quel est l’accepteur final d’électron dans la chaine respiratoire?

Answer 39

L’oxygène qui se transforme donc en eau

Question 40

Rôle du complexe 5 et enzyme qui l’aide

Answer 40

Finalement, le gradient de protons à l’extérieur de la matrice créé par le transport des électrons est la source d’énergie pour faire de l’ATP au complexe V avec l’ATP ase et l’ATP synthase qui rétablissent le gradient par chimiosmose!

Question 41

POur chaque complexe dans la chaine respiratoire, écrit le nombre de H+ libéré à l’ext de la mito dans l’espace intermembranaire, l’enzyme qui aide et l’agent oxydé

Answer 41

Complexe I : NADH-ubiquinone réductase (4H+)

Complexe II: succinate-ubiquinone réductase

Q: Coenzyme Q = Ubiquinone

Complexe III = Ubiquinol – cytochrome c réductase (4H+)

Complexe IV: Cytochrome c oxydase (2H+)

Cytochrome

Complexe V : ATPase /ATP synthase (fait entrer un H+)

Question 42

Lors du transfert des électrons de NADH à l’ubiquinone, le Complexe 1 transfère … protons de la matrice mitochondriale vers …

Answer 42

4

L’espace intermembranaire

Question 43

Dans le complexe 1, quels cofacteurs recoivent les 2 é du NADH oxydé?

Answer 43

Le NADH donne 2 e- et le centres F-S peuvent seulement accepter un électron à la fois. Le FMN et l’ubiquinone possèdent une structure capable de former un stade intermédiaire ou semiquinone avec un seul électron. Le NADH donne ses 2e- au FMN qui en transmet un au centre F-S, attend que celui-ci le transmette au prochain centre F-S et ensuite donne son deuxième e-. De la même façon, la ubiquinone accepte un e- du dernier centre F-S pour former une semiquionoe et attend pour un deuxième e-.

Question 44

Combien de porte à proton dans le complexe 1 et combien d’électron on transporte à la fois

Answer 44

Les électrons arrivent et sortent en paire mais ils sont transporté individuellement.

L’énergie chimique des électrons est d’abord transformée en énergie mécanique pour changer la conformation de « portes » à protons dans la partie membranaire du complexe I. 4 protons sont pompés à travers la membrane parce qu’il y a quatre portes à protons dans le complexe I.

Question 45

Que signifie FMN

Answer 45

Flavine mononucléotide

Question 46

Explique les différentes formes que peut prendre les quinones

Answer 46

Ubiquinone (Q) = forme oxydée (notre coenzyme Q)

Intermédiaire semiquinone (·QH)

Ubiquinol (QH2) = forme réduite

Question 47

Comment on peut expliquer que l’ubiquinone (coenzyme Q) est soluble dans l’eau et se promène librement dans la membrane?

Answer 47

À la différence du FMN et des centres F-S fixés aux protéines du complexe I, l’ubiquinone est un transporteur soluble qui se promène librement dans la membrane interne grâce à sa queue hydrophobe.

Question 48

Explique la structure des quinones selon

1. Ubiquinone
2. semiquinone
3. ubiquinol

Answer 48

Les quinones constituent une série de diènes plutôt que des composés aromatiques comportant un noyau de benzène sur lequel deux atomes d’hydrogène sont remplacés par deux atomes d’oxygène formant deux liaisons carbonyles

1. double liaisons o x2
2. une liaison double o et une liaison oh
3. 2 liaisons oh (on a des électrons)

Question 49

L’énergie de 1 molécule du NADH permet que le complexe I transporte

a) 2 H+
b) 3 H+
c) 4 H+

Answer 49

c

Question 50

Vrai ou faux?

• Les électrons du NADH vont toujours rentrer par le complexe I.
• Les centres Fer-Soufre transportent 2 e-.
• Le complexe 1 oxyde le NADH
• le potentiel redox pour le NADH est plus petit que pour le FMN

Answer 50

vrai

faux (1 seul électron)

Vrai (on lui enlève des H et donc des électrons)

Vrai (les électrons vont toujours du potentiel redox le plus petit au plus gros)

Question 51

Dans le complexe 3, donne la balance de la rx

Answer 51

l’oxydation d’une molécule de ubiquinol, la réduction de 2 molécules de cytochrome c et le transport de 4 protons dans l’IM. Ce mécanisme est connu comme le cycle Q.

Question 52

L’ubiquinone reçoit des électrons pas seulement du complexe I mais aussi des autres enzymes ancrées dans la membrane mitochondrial interne: les trois plus importantes sont:

Answer 52

Complexe II qui inclut la SDH du cycle de Krebs

Acyl coA déshydrogénase de la beta oxydation

GPD de la navette glycerol phophate

Question 53

Rôle du complexe 4 et son deuxieme nom

Answer 53

Le complexe IV reçoit les électrons du cytochrome c, il s’appelle aussi cytochrome c oxydase.

Question 54

Rôle du cytochrome C

Answer 54

transporter les électrons du complexe 3 au complexe 4

Question 55

À noter que le complexe IV comporte de centres redox avec groupement …

Answer 55

hème ou cuivre

Question 56

. Dans le complexe IV nous allons rencontrer l’accepteur final de la chaîne de transport des e-:

Answer 56

l’oxygène

Question 57

Quelle rx a lieu dans le complexe 4****

Answer 57

4e- apportés par 4 cyt c sont consommés pour la réduction d’O2

O2 + 4e- + 4H+ ——> 2H2O

2 protons pour 2e-

À noter qu’on a besoin de 4 e- pour réduire une molécule de O2 (les atomes d’oxygène ne sont pas stables). Le passage de 4 e- dans le complexe IV permet le transport de 4H+. Par contre on commence la CTE avec 2 e- du NADH ou FADH2. Alors, la balance par molécule de NADH ou FADH2 c’est 2H+. À noter que le complexe IV comporte de centres redox avec groupement hème ou cuivre.

Question 58

À noter que le complexe IV comporte de centres redox avec groupement…

Answer 58

hème ou cuivre

Question 59

1. Pendant le transport des électrons, il y a un transfert de protons à partir de complexes respiratoires à l’exception de quel complexe?
   a) Complexe I,
   b) Complexe II,
   c) Complexe III,
   d) Complexe IV

Answer 59

b

Question 60

Explique la théorie chimiosmotique et dit de qui vient l’idée

Answer 60

un gradient des protons comme source d’énergie pour synthétiser l’ATP était une révolution conceptuelle en biologie

Source d’énergie pour faire l’atp n’est donc pas chimique

Peter Michell

Question 61

Qu’est ce qui se passe dans la chaine de transport d’électrons si on arrête la synthèse d’AtP au complexe 5

Answer 61

Si on arrête la synthèse d’ATP, les protons s’accumulent, le pompage s’arrête et l’oxydation du NADH et FADH2 arrête aussi.

Question 62

2. Trouver l’énoncé qui est faux. Le coenzyme Q transfère ses e-…
   a) Entre le complexe I et III
   b) Entre le complexe II et III
   c) Entre le complexe III et IV

Answer 62

c)

c’est plutot le cytochrome C entre le complexe III et IV

Question 63

Ecrit la formule et décrit la composante chimique et électrique de la variation d’énergie qui génère le gradient de proton

Answer 63

DG: variation d’énergie pour générer les gradients de protons

1) RTlnHo/Hi: gradient de concentration chimique
2) ZFDy : effet électrique, Z= charge des ions, Dy potentiel de membrane dû au déséquilibre de charges positives

Question 64

DG du gradient de protons 20 kj/mol environ … kcal/mol

Answer 64

5,2

Question 65

Explique la formation d’ATP avec les différentes formes d’énergie (chimique, mécanique….)

Answer 65

l’énergie chimique des réactions redox est d’abord transformée en gradient de protons, ensuite l’énergie du gradient est transformée en énergie mécanique de F0 de l’Atp synthase qui l’utilise pour faire un complexe riche en énergie chimique l’ATP.

Question 66

Explique les caractéristiques de l’ATP synthase

Answer 66

L’énergie du gradient de protons est utilisée par une turbine moléculaire: l’ATP synthase ou complexe V.

L’enzyme a 2 parties : F0 enchâssée dans la membrane et F1 qui a l’activité catalytique. Les protons rentrent dans la partie F0 et forcent la protéine à tourner. Ce mouvement de rotation permet la synthèse d’ATP.

Elle se trouve dans la mitochondrie

Question 67

Rapport P/O (nombre d’AtP produit par nombre de molécule d’o2 réduit) pour NADH et FADH2 et explique selon leur nombre de protons

Answer 67

F1ATPase a besoin de 4H+ pour synthétiser 1 ATP

Ainsi, sachant que 1 NADH equivaut à 2,5 ATP (ou 2,5 phosphorylation d’ADP/ atome d’hydrogène réduit), on sait qu’il a 10 protons

Sachant que FADH2 equivaut à 1,5 ATP (ou 1,5 phosphorylation d’ADP/ atome d’hydrogène réduit), on sait qu’il a 6 protons

Question 68

Que représente le rapport P/O

Answer 68

relation entre la respiration et la synthèse d’ATP:

nombre de phosphorylations d’ADP/ atomes d’oxygène réduits

Question 69

Rempli les trous :

le bilan de la glycolyse

D’abord, au cytosol, la glycolyse produit : ???,???,???. Les 2 pyruvate dans la réaction PDH produisent … et … , qui à leur tour produisent ………….. Alors nous avons ……. Nous savons que chaque NADH donne 2.5 ATP et chaque FADH2 1.5. ça nous donne … ATP.

Answer 69

2ATP, 2NADH et 2 pyruvate

2NADH et 2 Acétyl-CoA

6NADH, 2FADH2 et 2GTP

10 NADH et 2 FADH2

32

Question 70

Compare l’efficacité de la glycolyse aerobie et anaerobie

Answer 70

L’efficacité est de 33% pour la glycolyse aérobie comparé à 2% pour la glycolyse anaérobie.

Question 71

1. Décrivez le potentiel de membrane mitochondriale Dy
   a) Négatif à l’intérieur et positif à l’extérieur
   b) Positif à l’intérieur et négatif à l’extérieur

Answer 71

a

L’accumulation de protons H+ pompés dans l’espace intermembranaire donne une charge positive à l’extérieure de la membrane interne comparé à l’intérieur, soit la matrice

Question 72

2.Vrai ou Faux?

Toute l’énergie potentielle du glucose est transformée en ATP

Answer 72

Faux

Une partie est perdue sous forme de chaleur

Question 73

3. Les électrons du FADH2 produisent:
   a) 4 ATP b) 3 ATP c) 1.5 ATP d) 32 ATP

Answer 73

c)