Cours 9 - Bioénergétique Flashcards
Qu’est-ce que la bioénergétique ?
L’étude des variations d’énergie associées aux réactions biochimiques
Quelles sont les deux composantes de l’énergie libre ?
L’enthalpie et l’entropie
Quelle est l’unité de l’énergie libre (ou énergie libre de Gibbs, G) ?
Joules/mole
Qu’est-ce que l’enthalpie (H) ? Son unité ?
Est considérée comme équivalente à la chaleur
contenue dans le système en joules/mole
Qu’est-ce que l’entropie (S) ? Son unité ?
C’est une mesure de la façon dont l’énergie est
dispersée dans le système. Mesure de l’état aléatoire ou de désordre du système. En joule/(K*mol)
Quelle est l’équation de l’énergie libre ?
ΔG = ΔH - ΔTS , ou T est la température en degrés Kelvin
Qu’est-ce qui détermine si une réaction est
spontanée ?
• Si ΔG < 0 alors la réaction est spontanée, elle est exergonique (production d’énergie)
• Si ΔG > 0 alors la réaction est non spontanée, elle est
endergonique
• Si ΔG = 0 alors la réaction est à l’équilibre
Que provoque une augmentation de température sur l’énergie libre ?
Elle augmentera aussi
Vrai ou faux : Toutes les réactions in vivo s’effectuent avec une augmentation nette d’énergie libre ?
Faux, une diminution.
Est-ce que l’énergie libre tient compte des concentrations des réactants ?
Oui, car l’équation de Gibbs est :
ΔG = ΔG° + RT ln([C][D]÷[A][B])
C^c, D^d…
De quoi dépend la spontanéité d’une réaction ?
La concentration des réactifs
Vrai ou faux : une réaction avec ΔG positive peut se produire in vivo en fonction des concentrations des réactifs ?
Vrai
Est-ce qu’une réaction spontanée est nécessairement rapide ?
Non
Lorsqu’un réaction est défavorable (ΔG > 0), que faisons-nous ?
Les réactions défavorables sont couplées avec
des réaction favorables. Comme l’hydrolyse de l’ATP
Pourquoi est-ce que réaction est défavorable (ΔG > 0) devient favorable une fois couplée à une réaction favorable (ex : hydrolyse de l’ATP)
Car l’énergie libre s’additionne :
Réaction défavorable ΔG = 13 kj/mol
+ Réaction favorable ΔG = -30 kj/mol
= Réaction total ΔG = -17 kj/mol –> favorable
Quelles sont les deux liaisons « riches en énergie » de l’ATP ?
Les 2 liaisons phosphoanhydrides (entre deux P)
Vrai ou faux : l’ATP est plus stable que l’ADP ?
Faux, les produits de l’hydrolyse de l’ATP présentent une plus grande stabilité par résonnance.
Question importante pour l’examen : que produit l’oxydation des combustibles métaboliques (glucose, acides gras, acides aminés) ?
Des cofacteurs réduits: NADH, FADH2. Utilisable lors de la phosphorylation oxydative
Question importante pour l’examen : Le transfert d’e- du NADH/FADH2 sur l’O2 est une réaction exergonique, comment l’énergie libre libérée est récoltée pour synthétiser de l’ATP ?
L’énergie du transport d’e- est utilisée pour le pompage des protons hors de la mitochondrie pour former un gradient transmembranaire de protons qui est ensuite utilisé pour promouvoir la synthèse d’ATP
Comment se nomme un gain d’électron ? un perte ?
- Gain : réduction
* Perte : oxydation
Qu’est-ce que le potentiel rédox (E) ?
Tendance qu’a une substance à être réduite (donc à accepter des électrons). Plus le potentiel redox est élevé, plus la substance a la tendance à être réduite.
Quelles sont les « conditions standards » ?
Pression 1 atm, 25°C, pH 7,0 et [1M]
Comment calculer le potentiel rédox d’une réaction
Soustraire les potentiels rédox des 2 demi équations pour savoir où vont aller spontanément les électrons
Que signifie un ΔE° positif ?
Que la réaction est exergonique.
Aussi, lorsque ΔE est grand, ΔG grand
Décrire la perméabilité des membranes mitochondriales
• Mb externe : perméable aux petites molécules et aux ions
• Mb interne : imperméable aux ions et molécules non chagées (contient des transporteurs d’ADP, AG longue chaînes)
Les porines permettent la diffusion de substances allant jusqu’à 10 kDa
Par quoi sont généré la plupart du NADH et FADH2 dans la mitochondrie ?
Par le cycle de krebs et la β-oxydation
Décrire l’action de la navette glycérol phosphate.
- Le DHAP est d’abord réduit en glycérol-P par le NADH dans le cytosol afin de pouvoir traverser la membrane externe de la mitochondrie.
- Dans l’espace inter-membranaire, le glycérol-P réduit est oxydé par le FAD contenu dans la membrane interne.
- Il est ensuite retourné dans le cytosol sous forme de DHAP.
- Le FADH2 donnera ses électron à l’ubiquinol (Q) pour former le QH2 (ubiquinone), un intermédaire de la chaîne respiratoire mitochondirale
Décrire le cycle de la navette malate/aspartate.
- Dans l’espace inter-membranaire, l’oxaloacétate est déduis par le NADH en malate.
- Le malade passe la membrane interne grâce a un transporteur de malade.
- Le malate est oxydé est oxaloacétate par le NAD+
- L’oxaloacétate est transformé en aspartate pour passer la membrane interne par un transporteur aspartate.
- L’aspartate est retransformé en oxaloacétate pour réintégrer le cycle.
Quel est le rôle du cycle de la navette malate/aspartate et de la navette glycérol phosphate ?
Faire entrer des électrons dans la mitochondrie pour la chaîne respiratoire.
Décrire comment fonctionne le complexe 1 de la chaîne respiratoire.
• Le NADH donne 2 électrons au complexe
• La flavine mononucléique
(FMN) est réduite –> semiquinone intermédiaire –> FMNH
• Les électrons sont ensuite donné au N-2, puis à l’ubiquinone.
• L’ubiquinone (Q) –> intermédiaire semiquinone (QH) –> ubiquinol (QH2). Le QH2 fait la navette jusqu’au complexe 3 pour donner les électrons.
Comment se forme la forme réduite de la flavine monoculéique ?
Ajout d’atomes d’hydrogène sur deux azotes
Décrire le centre fer-soufre
Un complexe protéique riche en résidus cystéine. Les atomes de soufres de la cystéine se lie au fer. Cela permet le transport des électrons.
Les complexe transfèrent combien d’atomes d’hydrogène du côté inter-membranaire ?
1 ) 4
2) 0
3) 4
4) 2
Quel est le donneur d’électrons de chaque complexes ?
1) NADH
2) Succinate (FADH2)
De quoi sont composés les hèmes des cytochromes ?
- 4 groupements pyrrols
- 1 fer
- Une chaîne latérale différente pour chaque type
Qu’est-ce qui différencie l’hème de type cytochrome a ?
Une longue chaîne carbonée (isoprénique) hydrophobe qui permet l’ancrage dans la membrane
Qu’est-ce qui différencie l’hème de type cytochrome b ?
- Petite chaîne latérale
* Il tient dans une protéine
Qu’est-ce qui différencie l’hème de type cytochrome c ?
- Liaison covalente avec sa protéine
* 2 résidus cystéine
Qu’est-ce qui apporte les électrons au comple 4 ?
Le cytochrome C apporte 1 électron. 4 sont requis pour la synthèse de deux molécules d’eau (car molécule d’O2)
L’oxygène inspirée se dirige jusque dans les complexes de la chaîne mitochondriale. Vrai ou faux : plus on avance plus la pression en O2 augmente ?
Faux, elle diminue.
De quel type est le gradient de proton ?
Électrochimique
En quoi est transformée l’énergie chimique des réactions rédox ?
En force protomotrice au niveau de l’ATPsynthase, puis en mouvement mécanique d’un moteur rotatif pour finir à nouveau en énergie chimique sous la forme d’ATP.
Quel est le rendement énergétique du couplage du NADH avec la chaîne respiratoire ?
ΔG oxydation d’1 mole de NADH= 220 kJ
1 NADH = 2 électrons = 10 protons = 204 kJ
Rendement : 90%
Quel est le rapport P/O (nombre de phosphorylations d’ADP/ atomes d’oxygène réduits) du NADH et du FADH2 ?
- NADH : 3
* FADH2 : 1,8
Combien faut-il de protons par ATP ?
3 moles/ATP
Quels sont les deux mécanismes pour produire l’ATP ?
- Phosphorylation au niveau du substrat : des enzymes
* Phosphorylation oxydative
Par quoi est régulée la phosphorylation oxydative ?
- La vitesse de retour des H+
- La disponibilités de cofacteurs réduits (NADH et QH2) produits par d’autres processus métaboliques
- La vitesse de consommation d’O2
- Disponibilité de substrats (ADP et Pi)
Que se passe-t-il lorsqu’il y a découplage du complexe 5 ?
Les protons reviennent dans la matrice sans passer par l’ATP synthase. Cela cause donc une forte production de chaleur
Nommer un agent découplant naturel et artificiel.
- Naturel : UCP dans les tissus adipeux bruns
- Naturel chez plante : aposère fétide
- Artificiel : dinitrophénol (poison)
Quels sont les inhibiteurs de la phosphorylation oxydative ? (pour chaque complexe)
- Complexe 1 : Roténone
- Complexe 2 : Malonate
- Complexe 3 : Antimicine A
- Complexe 4 : Cyanure
- ATPsynthase : oligomycine
Décrire les chloroplastes
- Présents en grand nombre dans les cellules végétales
- Organites distincts qui descendent des cyanobactéries
- Lieu de la photosynthèse • Structure semblable à celle de la mitochondrie
- Contiennent leur propre ADN, qui code pour 100 à 200 protéines des chloroplastes
- Contiennent des pigments ou photorécepteurs
Quelle est la structure d’un chloroplaste ?
- Possède 2 membranes
- Contient de l’ADN et des globules lipidiques
- Le « cytosol » se nomme stroma
- Contient des granum : empillement de thylakoïdes
Quel est le principal photorécepteur ? dans quel spectre absorbe-t-il ?
La chlorophylle
Dans le rouge et le bleu, mais pas le vert (d’où sa couleur)
La chlorophylle absorbe l’énergie lumineuse et le transfère en quoi?
- Chaleur
- Lumière (fluorescence)
- Transfert d’excitation à un composé X
- Photooxydation d’un composé X
Où ont lieux les réactions primaires de la photosynthèse ?
Au niveau des molécules de chlorophylle spécifiques appelées centres réactionnels.
Comment se nomment les autres molécules de chlorophylle et pigments supplémentaires localisées dans des protéines membranaires?
Complexes collecteurs de lumière
Quelles sont les deux phases de la photosynthèse ?
- Réaction claires (ou lumineuse)
* Réaction sombres
Que se passe-t-il lors de la phase de réaction claire de la photosynthèse ?
• Absorption de la lumière : l’énergie des pigments des complexes collecteurs de lumière est transférée vers 2 centres réactionnels photosynthétiques.
• L’excitation des centres réactionnels dirige une série de réactions d’oxydoréduction dont le résultat net est :
-Photolyse (indirecte) de l’eau : H2O → 2 H+ + ½ O2 + 2e-
- Réduction du NADP+
- Chaîne de transport d’électrons
- Génération d’un gradient de protons qui permet la synthèse d’ATP (similaire à la chaîne respiratoire)
Où se déroule les réactions sombres de la photosynthèse (cycle de Calvin( ?
Dans le stroma
Quelles sont les 3 étapes du cycle de Calvin ?
- Fixation du carbone
- Réduction
- Régénération du RuBP
Expliquer le cycle de Calvin
- 6 molécules de CO2 sont fixer avec le RuBP en 12 molécules à 3C (3-phosphoglycérate, PGA)
- Hydrolyse de 12 molécules d’ATP, liaison des 12 phosphate sur les molécules –> 12x 1,3-glycérophosphate (3C)
- Oxydation de 12 NADPH et perte de 12 phosphate –> glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P, 3C)
- 2 molécules de G3P sortent du cycle pour former glucose et autres sucres
- Perte de 4 phosphate inorganique et les 10 autres G3P se transforment en 6 molécules de RuBP grâce à l’hydrolyse de 6 ATP. Le RuBP est une molécule à 5C et 2P. Elle réintègre le cycle.
Comment l’intensité lumineuse influence-t-elle la photosynthèse ?
- Faible : pas assez de photolyse de l’eau pour remplacer les électrons perdus par la chlorophylle
- Forte : Maximum à un certain point (autres facteurs sont limitants)
Comment la température influence-t-elle la photosynthèse ?
- Faible : manque de mouvement moléculaire
* Forte : Dénaturation des enzymes, manque d’eau (évaporation élevée)
Comment la concentration en CO2 influence-t-elle la photosynthèse ?
- Faible : cycle de Calvin lent
* Forte : Maximum à un certain point (autres facteurs sont limitant)
