Cours 8 : Bioénergétique Flashcards
Vrai/Faux : les macromolécules ont plus d’énergie libre que les molécules libres
Faux, elles sont plus énergétiques, mais l’énergie n’est pas libre, elle est dans les liaisons
Qu’est-ce qui permet à une réaction énergétiquement défavorable de se produire?
Son couplage à une réaction énergétiquement favorable comme l’hydrolyse de l’ATP
Que peut-on retenir de l’équation de Gibbs?
delta G = delta G° + RTln (c[C]d[D] / a[A]b[B])
Vrai/Faux : une réaction avec un delta G positif est spontanée
Faux, une réaction spontanée indique une perte d’énergie, donc un G produits plus petit que G réactifs, donc un delta G (Gp - Gr) négatif
Une réaction anabolique aura un delta G…
Delta G positif, parce qu’on forme des liens, ce qui coûte de l’énergie. De plus, macromolécule a plus d’énergie libre que molécules libres, même si plus stable, l’énergie est emmagasinée dans liaisons.
TRÈS IMPORTANT
Dans cette réaction d’oxydoréduction :
pyruvate + NADH + H+ lactate (pyruvate + un H) + NAD+
Définir oxydation/réduction, et identifier et définir agent oxydant/réducteur et espèce oxydée/réduite
Réduction : gain d’électrons
Oxydation : perte d’électrons
Agent réducteur : qui donne des électrons pour réduire une autre espèce, ici : NADH + H+
” oxydant : qui accepte des électrons pour oxyder une autre espèce, ici : pyruvate
Espèce réduite : qui a été réduit, donc a gagné des électrons, ici : lactate
” oxydée : qui a été oxydé, donc a perdu des électrons, ici : NAD+
Comment sont transféré les é- dans une oxydoréduction?
Par le biais d’atomes H (1 proton, 1 é-) ou d’ions H-, hydrures (1 proton, 2 é-), du E° le plus faible au plus fort.
Qu’est-ce que le potentiel rédox standard (E°’)? comment l’interprète-t-on?
Tendance d’une substance à accepter des électrons, donc à être réduite.
Plus E°’ est positif, plus l’espèce est un oxydant fort, pcq accepte des électrons plus facilement
Plus E°’ est négatif, plus l’espèce est un réducteur fort, pcq accepte des électrons plus difficilement, donc aura tendance à en donner à la place.
Quel est le problème avec cette écriture :
lactate pyruvate + 2H+ + 2é-
Elle est écrite dans le sens de l’oxydation, or on écrit toujours les réactions simples dans le sens de réduction pour conserver le signe de E°’.
Calculer delta G réaction suivante :
pyruvate + NADH + H+ lactate + NAD+
sachant que : E° NAD+ = - 0,32 V
E° pyruvate = - 0,19 V
On a : delta E°’rxn = +*E°’NAD+ + E°’pyruvate
= 0,32 V + (- 0,19 V)
= 0,13 V
*La réduction de NAD+ est dans le sens inverse, donc on doit inverser signe de E°.
delta G = - nF delta E°’ , ou n : nb d’é- transférés
F : 23,062kcal/Vmol
ici, = - 223,062*0,13
= - 6 kcal/mol
Qu’est-ce qui détermine le sens de chaque réaction simple dans un réaction d’oxydoréduction?
Le E° : la réaction avec le E° le plus négatif sera inversée, parce que son espèce oxydée est l’agent réducteur le plus fort.
Calculer delta G réaction suivante :
1/2 O2 + H+ + NADH H2O + NAD+
Sachant que : E° NAD+ = - 0,32 V
E° 1/2O2 = 0,82 V
delta E°’rxn = +*E°’NAD+ + E°’1/2O2
= 0,32 V + 0,82 V
= 1,14 V
*La réduction de NAD+ est dans le sens inverse, donc on doit inverser signe de E°.
delta G = - nF delta E°’
= - 223,0621,14
= - 52,6 kcal/mol
Vrai/Faux : un E°’ négatif indique une réaction spontanée
Faux, pcq delta G = - nF delta E°’, donc un E°’ négatif annulerait le signe négatif devant le n et engendrerait un delta G positif.
Pourquoi le transfert d’é- doit-il se faire en étapes par les complexes respiratoires?
Parce que la libération de toute l’énergie d’un coup serait beaucoup trop énergétiquement et thermiquement intense, conséquemment incontrôlable.
Schématiser la mitochondrie et expliquer brièvement le rôle des différentes structures
Correction diapo 23 PDF assemblé 8
D’ou provient la majorité du NADH et FADH2 utilisé par la mitochondrie?
De la B-oxydation et du cycle de Krebs, donc de l’intérieur de la mitochondrie
Schématiser la navette glycérol phosphate ; doit contenir substrats, NADH et FADH2
Correction diapo 25 PDF assemblé 8
Schématiser la navette malate aspartate
Correction diapo 26 PDF assemblé 8
Schématiser généralement la chaîne respiratoire ; doit contenir nombre et nom des complexes, substrats et nombre de protons transportés
Correction diapo 27 PDF assemblé 8
Décrire le passage des é- dans le complexe I et le transfère de proton résultant
NADH est oxydé et transfère deux é- à FMN qui ce réduit en FMNH,
FMNH transfère alors ces deux é- à deux complexes Fer-Souffre (Fe-S), qui peuvent recevoir un seul é- chacun,
Ces Fe-S transfèrent finalement les é- à un coenzyme Q qui se réduit en QH2, laquelle peut se déplacer dans la membrane.
4H+ passent de la matrice à l’espace intermembranaire grâce à l’énergie mécanique des é-.
Que décrit ubiquinone et ubiquinol?
Ubiquinone : forme oxydée des molécules de transport d’é- dans la membrane. Ex : Q, FMN
Ubiquinol : forme réduite “. Ex : QH2, FMNH
D’ou provient le stock de QH2?
L’oxydation de plusieurs substrats (succinate, acétyl-CoA, glycérol-3P, et autres) par des déshydrogénases du même nom, et par certains complexes respiratoires.
Décrire le transfère des é- de deux QH2 dans le complexe III et le transfère de proton résultant
1) QH2 donne un é- à un Fe-S, qui le relais au cytochrome c, et un é- au cytochrome b, et ses deux H+ sont relâchés dans l’espace intermembranaire, la Q oxydée diffuse vers un autre site de liaison ou elle récupère l’é- du cytochrome b.
2) Deuxième QH2 fait exactement le même procédé que 1), mais l’é- du cytochrome b est ajouté à une Q ayant déjà un é-, donc on a formation, avec l’ajout de deux H+ de la matrice, d’une QH2.
2 fois 2H+, donc 4H+ passent de la matrice à l’espace intermembranaire.
Qu’est-ce qui permet aux cytochromes de transporter des é-? et en quoi sont différent cyt c et b?
Leur groupement hème (avec Fe)
Cyt b : Hème fait doubles liens avec protéine
Cyt c : Hème fait liens simples avec protéine
Décrire le fonctionnement du complexe IV et le transfère de proton résultant
Reçoit 4é- (donc nécessite oxydation de 2 NADH) depuis par 4 cyt c, qui sont consommés pour réduire O2 en H2O dans le centre rédox du complexe, lequel est composé de groupements hèmes et d’ions de cuivre.
4H+ passent de la matrice à l’espace intermembranaire.
Pourquoi complexe IV doit recevoir 4 é-?
Pcq la réaction de réduction d’un 02 l’oblige, on ne peut réduire qu’1/2O2 avec 2é-, ce qui n’est pas faisable.
Qu’est-ce que la théorie chimiosmotique?
L’idée de 1961 selon laquelle un gradient de proton peut fournir de l’énergie à un système biologique.
NB : équivalent à la théorie de la relativité en physique pour la biologie
Pourquoi peut-on dire que le gradient de proton est un gradient électrochimique? quelle est la variation d’énergie nécessaire pour maintenir ce gradient?
Pcq le proton est une entité chimique chargée, donc son accumulation ou son manque entraîne un potentiel électrique.
delta G = 20,4 kJ/mol de protons
Décrire généralement le fonctionnement du complexe V (ou ATP synthase, ou F1ATPase) et le coût en H+
F0 enchâssé dans la membrane tourne par l’énergie de diffusion des protons de l’espace intermembranaire. Cette rotation fait aussi tourner F1, ce qui fait passer ses sites catalytiques par 3 conformations qui permettent la synthèse de l’ATP.
Nécessite 4H+/ATP
Combien de H+ seront expulsé dans l’espace intermembranaire pour un NADH oxydé?
Complexe I : 4H+
Complexe III : 4H+
Complexe IV : 2H+ (théoriquement)
Total : 10H+
Décrire l’énergétique de couplage du NADH
delta G oxydation NADH = 220 kJ/mol
delta G par proton = 20,4 kJ/mol, or un NADH vaut 10H+, donc delta G = 204 kJ/mol
204/220 = 90% de l’énergie du NADH est transféré en énergie électrochimique
Qu’est-ce que le rapport P/O, et combien vaut-il pour NADH et FADH2?
Rapport entre le nombre de phosphorilation d’ADP (donc d’ATP produits) par atome d’oxygène réduit. Il faut 4H+ pour synthétiser un ATP, donc
Pour NADH = 2,5 (pcq produit 10H+)
Pour FADH2 = 1,5 (pcq produit 6H+)
Quels sont les deux mécanismes de production d’ATP? Comparer
1) Phosphorilation au niveau du substrat :
Utilise énergie chimique dans réaction couplée;
Phosphate déjà sur un métabolite énergétique transféré directement à ADP/GDP;
Anaérobie
Pas besoin de NADH ou FADH2
Représente 10% énergie oxydation glucose aérobie
2) Chimiosmose (gradient de H+) :
Utilise énergie mécanique (rotation F0) issue d’un gradient ionique;
Phosphate inorganique couplé à ADP grâce gradient ionique;
Aérobie
Besoin de NADH et FADH2
Représente 90% énergie oxydation glucose aérobie
Expliquer le rôle de l’ADP dans le mécanisme de contrôle de la respiration
Responsable de la dissipation du gradient de proton : si plus d’ADP, ATP synthase a plus de substrat pour dissiper gradient H+, donc stimule transport des é- pour le maintenir, et inversement.
Permet de synthétiser plus d’ATP lorsqu’on en consomme, donc lorsque ADP s’accumule.
Expliquer le rôle de l’ATP dans le mécanisme de contrôle de la respiration
ATP régulateur allostérique négatif de phosphofructokinase (PFK) et de la déshydrogénase du pyruvate, de l’isocitrate et de l’a-cétoglutarate.
Donc un excès d’ATP inhibe glycolyse, oxydation pyruvate et cycle de Krebs, et donc la production de NADH et FADH2.
Permet d’avoir plus de NADH et FADH2 disponibles pour respiration lorsqu’on consomme de l’ATP, donc qu’il y en a moins.
Expliquer le rôle de l’oxygène dans le mécanisme de contrôle de la respiration
En hypoxie, complexes I et III accumulent é- qui devaient être transférés à l’oxygène et peuvent créer des espèces réactives de l’oxygène (O2, H2O2), qui sont dangereux.
Nommer les inhibiteurs de la respiration et le complexe qu’ils régulent
Complexe I : Rhoténone Complexe II : Malonate Complexe III : Antimycine A Complexe IV : Cyanure Complexe V (ATP synthase) : Oligomycine
Qu’est-ce que le découplage, et qu’est-ce qui en résulte? Nommer aussi 2 agents découplants
Le retour des H+ vers la matrice sans passer par l’ATP synthase, donc sans produire d’ATP. Il en résulte une forte production de chaleur.
UCP et FCCP
Nommer les deux étapes lumineuses de la photosynthèse (PAS EXAMEN)
1) Réactions claires (photodépendantes)
2) Réactions sombres (photoindépendantes)
La chlorophylle capte quelle lumière? (PAS EXAMEN)
Rouge (680 nm)
Comment fonctionne le transfert d’é- des pigments aux centre réactionnel? (PAS EXAMEN)
Par transfert d’excitons : un pigment chlorophylle capte la lumière, cela induit un changement d’orbitale énergétique de l’un de ses é-. Celui-ci transfère son énergie à un électron d’une chlorophylle voisine par résonance, jusqu’à atteindre le centre réactionnel.
Décrire le rôle du photosystème II (PSII) (PAS EXAMEN)
Mn4CaO5 du PSII catalyse le clivage de 2 molécules d’eau. Les 4H+ résultants restent dans l’espace thylakoidien. Les 4é- résultants sont transférés par le biais d’une tyrosine radicale vers le pigment 680 (p680) de la chlorophylle qui les énergise grâce à la lumière. Ces 4é- sont finalement répartis sur deux PQ (plastoquinone) qui sont réduites et forment deux PQH2 grâce à 4H+ du stroma.
Décrire rôle du cytochrome b6f (PAS EXAMEN)
Reçoit les 4é- des deux PQH2, qui sont oxydées et libèrent leurs 4H+ dans la lumière thylakoidienne. Les 4é- sont transférés au PSI via 4 protéines solubles plastocyanines.
Décrire le rôle du photosystème I (PSI) (PAS EXAMEN)
Reçoit é- des 4 plastocyanines et les transfère au pigment 700 (p700) de la chlorophylle, qui les active encore et les utilise pour réduire 4 ferrédoxines (comme O2 en H20 dans chaîne respiratoire).
Comment fonctionne l’ATP synthase dans la photosynthèse? (PAS EXAMEN)
Exactement comme celle de la respiration, mais les H+ sont pompés depuis l’espace thylakoidien vers le stroma.
Schématiser et expliquer les 3 phases du cycle de Calvin ; doit contenir les substrats (PAS EXAMEN)
Correction diapo 73 PDF assemblé 8
