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Metabolism fondement > Intra 2 - Fermentation > Flashcards

Intra 2 - Fermentation Flashcards

1
Q

Comment fait-on l’étude des mécanismes des enzymes ? Donnez un exemple.

A
  • principes des essais enzymatique
  • application d’inhibiteur
  • application d’isotopes

ex : GAPDH

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2
Q

Comment fait-on l’étude d’enzyme avec essai couplé de Gycéraldéhyde 3-phosphate désyhydrogénase (GADPH)?

A
  • mesurer la production de NADH avec spectrophotométrie à 340 nm
  • calculer la concentration avec la loi de Beer-Lambert.
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3
Q

Exemples questions répondues par étude du mécanismes enzymatique de la GAPDH. Comment obtient-on les réponses?

A
  • Q1: Quel est le site actif de l’enzyme?
  • Q2: Quel hydrogène est transféré à NAD+?
  • Q3: Est-ce qu’il y a un intermédiaire acyle- enzyme?

Par études avec inhibiteurs et avec isotopes

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4
Q

Quelle méthode est utilisée pour l’identification de l’isotope?

A

La spectrométrie de masse.

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5
Q

Avec quelle méthode peut-on détecter la molécule résultante?

A

Par une méthode de détection de liaison covalente.

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6
Q

Pourquoi l’iodoacétate inhibera seulement les cystéines du site actif et pas les autres cystéines?

A

Parce que le mécanisme d’action de l’iodoacétate implique une cystéine spécifique dans le site actif de l’enzyme.

  • Utilisation d’inhibiteurs de fonction connue
    o L’exemple utilisé emploie l’iodoacétate, un agent alkylant
    o Si l’enzyme est inhibée, cela indique que son mécanisme implique une cystéine
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7
Q

Qu’est-ce qui est rendu possible en marquant différents résidus du substrat?

A

Valider lesquels sont impliqués dans la réaction.

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8
Q

Quel est l’isotope utilisé pour suivre l’apparition de NADH marqué?

A

Tritium (3H).

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9
Q

Que permet de déterminer l’utilisation de tritium (3H) dans ce contexte et quel type de mécanisme est révélé par l’utilisation de substrats marqués avec isotope?

A

Quel hydrogène est impliqué dans la réaction.

Un transfert direct d’ion hydrure.

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10
Q

Est-ce qu’il y a des conditions partculières qui peuvent limiter l’utilisation des résultats de cette expérience? Pourquoi?

A
  • Fonctionne seulement in vitro avec des enzymes purifiées car
    plusieurs réactions enzymatiques produisent du NADH.
  • Si on prenait un extrait cellulaire par exemple, on ne connaitrait pas la provenance du NADH marqué (pourrait venir d’une autre réaction enzymatique)
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11
Q

Qu’est-ce qu’un intermédiaire acyl-enzyme?

A
  • intermédiaire transitoire difficile à étudier.
  • complexe qui se forme entre le substrat et l’enzyme dans plusieurs enzymes importantes et qui est essentiel à la catalyse.
  • l’enzyme peut utiliser des substrats artificiel (ex: acyl-phosphate = analogue du produit).
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12
Q

Qu’est-ce que l’échange isotopique permet de distinguer pour l’intermédiaire acyl-enzyme?

A

Si la réaction est ping-pong ou séquentielle.

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13
Q

Est-ce que l’échange isotopique est possible dans le mécanisme ping-pong?

A

Oui, parce qu’il n’y a pas de second substrat.

Mécanisme séquentiel : pas d’échange isotopique possible à cause du complexe enzyme-substrat.

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14
Q

En utilisant du phosphate inorganique marqué avec un isotope on observe que : GAPDH…?

A
  • GAPDH échange le phosphore de l’acétyl phosphate avec le phosphore du phosphate inorganique
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15
Q

Quelle réaction est utilisée pour échanger le phosphore de l’acétyl phosphate avec le phosphore du phosphate inorganique?

A

La réaction inverse (1,3-BPG + H+ → GAP + Pi).

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16
Q

Qu’est-ce que la fermentation (anaérobie)?

A
  • Un processus métabolique qui produit de l’énergie en l’absence d’oxygène.

Rappel: En situation d’anaérobie la cellule doit réduire des métabolites
pour régénérer NAD+

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17
Q

Donnez le schéma simple de la fermentation.

A
  • Glucose transformé en pyruvate par glycolyse.
  • Pyruvate transformé par bactéries et levures en plusieurs produits (acid lactique, éthanol, acide propionic/acetic, butanol, CO2).
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18
Q

Qu’est-ce que la fermentation homolactique? Donnez les caractéristiques.

A
  • fermentation du glucose en acide lactique
  • se fait dans les muscles et chez les bactéries lactiques.
  • NAD+ est renouvelé avec la réduction de pyruvate.
  • Enzyme: lactate déshydrogénase (LDH) → stéréospécifique (transfert d’ion hydrure)
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19
Q

Qu’est-ce que le cofacteur NAD?

A
  • NAD = Nicotinamide adénine dinucléotide
  • Cofacteur pour les oxydoréductases
  • porteur des équivalents réducteurs → réduction mesurée avec spectrophométrie à 340 nm.
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20
Q

Quel est le rôle de la lactate déshydrogénase?

A

Catalyse la conversion du lactate en pyruvate

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21
Q

Qu’est-ce que les isoenzymes (LDH) ? Donnes les caractéristiques.

A
  • Des enzymes codées par des gènes similaire, mais pas identique.
  • Les enzymes LDH sont des tétramères dans les mammifères avec deux types de sous-unités (H et M)
  • donne 5 isoenzymes : M4, M3H, M2H2, MH3, H4
  • H dans tissus aérobies (muscle cardiaque) et M dans tissus qui peuvent être anaérobie (muscle squelettique et foie)
  • H peut être inhibé par pyruvate
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22
Q

Comment la régulation allostérique de la LDH par le pyruvate diffère-t-elle selon les isoformes?

A
  • H4 est inhibée par le pyruvate (tissus aérobie)
  • M4 n’est pas inhibée par le pyruvate (tissus anaérobie).

Il s’agit d’une adaptation aérobie.

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23
Q

Les isoenzymes sont:

A
  • Des enzymes qui sont issues de différence dans la structure primaire (cause génétique et non causées par des modifications post-traductionnelles)
  • Ont généralement des propriétés physicochimiques différentes (ex : mobilité électrophorétique)
  • Ont généralement des différences dans leurs propriétés catalytiques
  • Peuvent toutes catalyser la même réaction
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24
Q

Pourquoi le corps produit-il du lactate?

A

Pour regénérer le NAD+ nécessaire à maintenir la glycolyse.

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25
Q

Expliquez le lien entre la glycolyse et le cancer.

A
  • effet Warburg (glycolyse aérobie): usage d’une voie métabolique défavorable et ce même en présence d’oxygène.
  • conversion du glucose en lactate même si y’a de l’oxygène
  • Glycolyse aérobie
    (effet Warburg)
    donne 4 ATP/mol de glucose.
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26
Q

Quels sont les avantages de la glycolyse par rapport à la phosphorylation oxydative?

A
  • Voies de biosynthèses alternatives sont favorisées : donne les constituants nécessaires à la prolifération cellulaire
  • Avantage pour cellules qui se divisent rapidement.
  • glycolyse plus rapide même s’il y a moins d’ATP.
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27
Q

Quel est l’objectif de l’application de la LDH pour les tests de toxicité? (Test colorimétrique de la lyse des cellules)

A
  • La LDH est présente dans toutes les cellules
  • La LDH se retrouve dans le surnageant des cultures si les cellules lysent, ex. en présence d’un composé toxique
  • En mettant les cellules en culture en plaques multi-puits, il est possible de tester de multiples conditions de toxicité (composés et doses) grâce à un test enzymatique simple
28
Q

Comment est-il possible de tester de multiples conditions de toxicité avec la LDH?

A

En mettant les cellules en culture dans des microplaques multi-puits puis en les traitant avec diverses molécules.

Cellules mortes si LDH (indicateur de lyse cellulaire) détecté car se trouve dans surngageant et essai couplé à deux réactions enzymatiques qui donnent formazan rouge détecté par spectrophotométrie.

29
Q

Donne un exemple de pourquoi la LDH est aussi un biomarqueur en clinique ?

A

Dosé en contexte clinique pour voir la lyse tumorale (leucémies, autres cancers) ou la lyse cellulaire générale (choc, trauma)

LDH catalyse :
L-Lactate + (NAD+) + (H+) —>Pyruvate + NADH

Détectable à 340 nm

30
Q

Quel est l’importance de la LDH pour le système immunitaire ?

A

Effet Warburg a également été observé dans les cellules du système immunitaire, ex: cellules T activées, qui augmentent leur consommation de glucose et la production d’énergie via la glycolyse pour soutenir leur prolifération rapide et la production de cytokines, des protéines importantes pour la réponse immunitaire.

Induction de LDHA est souvent observée dans les cellules à métabolisme rapide, y compris les cellules T activées, où elle aide à régénérer le NAD+, une molécule nécessaire pour que la glycolyse continue rapidement.

La suppression ou l’inactivation de LDHA perturbe la glycolyse, ce qui peut diminuer l’efficacité des cellules T et, par conséquent, réduire la capacité du système immunitaire à combattre les infections et potentiellement les cellules cancéreuses.

31
Q

Quelle enzyme est ciblée pour le traitement potentiel du cancer ?

A

La lactate déshydrogénase (LDH)

32
Q

Quels facteurs stimulent l’expression du gène LDH et pourquoi est-ce pertinent pour le cancer ?

A

L’expression du gène LDH est stimulée par l’oncoprotéine Myc et par le facteur induit par l’hypoxie (HIF), ce qui est pertinent car cela indique un rôle de la LDH dans la croissance et la survie des cellules cancéreuses.

33
Q

Quel est l’effet de l’inhibiteur compétitif FX11 sur la LDH dans les modèles animaux de cancer ?

A

FX11 inhibe la LDH et cette inhibition est associée à une réduction de la croissance des tumeurs dans les modèles animaux de cancer.

La combinaison de FX11 et un autre inhibiteur similaire réduit davantage la taille des tumeurs par rapport à l’utilisation de chaque inhibiteur seul.

34
Q

Pourquoi est-ce qu’il y a moins d’oxygène dans les tumeurs par rapport
aux tissus normaux (hypoxie)?

A

Les tumeurs sont moins alimentées par le système vasculaire.

35
Q

Quel est le rôle de la fermentation alcoolique dans le métabolisme des levures et des bactéries?

A

Régénère le NAD+ nécessaire à la poursuite de la glycolyse et permet aux levures et bactéries de produire de l’énergie en l’absence d’oxygène.

36
Q

Quelles enzymes sont cruciales dans la fermentation alcoolique?

A

Pyruvate décarboxylase (PDC) : catalyse décarboxylation du pyruvate en acétaldéhyde

Alcool déshydrogénase (ADH) : Réduit acétaldéhyde en éthanol et libère NAD+

37
Q

Pourquoi la production d’éthanol est-elle bénéfique pour la levure?

A

La production d’éthanol agit comme un antibiotique naturel, aidant la levure à survivre dans des environnements où d’autres micro-organismes ne peuvent pas prospérer à cause de la haute concentration d’éthanol.

38
Q

Quelle est la fonction du thiamine pyrophosphate (TPP)?

A

Cofacteur pour les enzymes qui catalysent des réactions de décarboxylation, comme la PDC.
Permet de stabiliser l’état de transition (instable)

39
Q

Quelle maladie est associée à une carence en TPP?

A

Le béribéri : carence en thiamine (vitamine B1).

Cause principale : la malnutrition -> montre l’importance pour le métabolisme

40
Q

Comment l’ADH contribue-t-elle au métabolisme de l’alcool?

A

L’ADH catalyse le transfert d’ions hydride de NADH à l’éthanol pour produire de l’acétaldéhyde, qui est ensuite converti en acétate moins toxique.

41
Q

Pourquoi l’ion zinc est-il important pour l’ADH?

A

L’ion zinc polarise le groupement carbonyle, facilitant le transfert de l’ion hydride par l’ADH.

42
Q

Qu’est-ce que la fermentation produit à partir du glucose ? Quelle est la quantité d’énergie libérée ?

A

La fermentation produit 2 lactate et 2 protons (H+) à partir d’une molécule de glucose.

La fermentation du glucose en lactate libère -196 kJ/mol d’énergie par mole de glucose.

43
Q

Quels sont les produits finaux de la fermentation alcoolique du glucose ? Combien d’énergie est libérée ?

A

La fermentation alcoolique transforme le glucose en 2 molécules de dioxyde de carbone (CO2) et 2 molécules d’éthanol.

La fermentation alcoolique du glucose libère -235 kJ/mol d’énergie par mole de glucose.

44
Q

Quelle est la quantité nette d’ATP produite par ces réactions de fermentation (glucose et alcoolique) et quelle est l’énergie libérée ?

A

2 ATP

Libération d’énergie de +61 kJ/mol

45
Q

Comment l’efficacité de la fermentation compare-t-elle à celle de la phosphorylation oxydative ?

A

La fermentation est beaucoup moins efficace que la phosphorylation oxydative, produisant seulement 2 ATP comparativement à 38 ATP de la phosphorylation oxydative, mais elle est beaucoup plus rapide.

46
Q

Pourquoi la fermentation pourrait-elle être avantageuse pour les cellules cancéreuses ?

A

Bien que moins efficace, la fermentation est plus rapide, ce qui pourrait fournir un avantage énergétique rapide aux cellules cancéreuses qui se divisent rapidement.

47
Q

Pourquoi le muscle actif préfère-t-il la fermentation, et que fait le foie avec le lactate produit ?

A

Pour une production rapide d’ATP. Le foie récupère le lactate produit et le convertit en glucose, un processus connu sous le nom de gluconéogenèse.

48
Q

Quelle est la cause des courbatures après un exercice intense ?

A

Les courbatures sont causées par l’acidose, qui est l’accumulation d’acides dans le muscle, et non par la production de lactate elle-même. Il y a une corrélation entre la production de lactate et les courbatures, mais ce n’est pas une relation de cause à effet directe.

49
Q

Quelles sont les méthodes par lesquelles le flux métabolique est régulé ?

A
  1. Contrôle allostérique de l’enzyme (PFK)
  2. Modification covalente de l’enzyme (p. ex. phosphorylation)
  3. Cycles de substrats
  4. Contrôle génétique
50
Q
  1. Qu’est-ce que le contrôle allostérique d’une enzyme ?
A

Réaction rapide où une enzyme est régulée par la liaison d’une molécule qui change sa conformation et son activité, pouvant être des substrats, des produits ou des cofacteurs.

51
Q

Comment le contrôle allostérique peut-il inhiber une enzyme ?

A

Une molécule se lie à un site allostérique de l’enzyme, modifiant sa forme et empêchant l’activité au site actif.

52
Q

Quel est souvent l’effecteur final dans le contrôle allostérique d’une voie métabolique ?

A

Le dernier produit de la voie métabolique sert souvent d’inhibiteur allostérique, comme le CTP pour l’ATCase.

53
Q

Quelle est la différence entre les vitesses de réponse entre le contrôle allostérique et le contrôle génétique ?

A

Le contrôle allostérique répond rapidement, tandis que le contrôle génétique agit plus lentement.

54
Q

Qu’est-ce qu’une modification covalente d’une enzyme et son impact ?

A

C’est un changement chimique durable de l’enzyme, souvent via la phosphorylation (sérine, thréonine, tyrosine), qui modifie son activité.

La phosphorylation est effectuée par des kinases, alors que la déphosphorylation et médiée par les phosphatases

55
Q

Que signifie le cycle de substrats dans le métabolisme ?

A

Réactions enzymatiques qui peuvent fonctionner dans les deux sens et sont régulées indépendamment, souvent par des effecteurs allostériques.

56
Q

Comment fonctionne le contrôle génétique des voies métaboliques ?

A

Il contrôle directement la synthèse des enzymes (leur concentration) et a un effet à long terme, allant de quelques heures à jours.

57
Q

Quelle est l’importance de l’homéostasie dans le métabolisme ?

A

Elle assure un état stable et efficace dans le métabolisme ouvert, où des perturbations dans la concentration des métabolites peuvent affecter l’équilibre entre les voies métaboliques.

  • La vitesse de réponse + lente si changements importants dans [métabolites]
  • De grandes variations de concentration des métabolites peut modifier les propriétés osmotiques des cellule
58
Q

Pourquoi différencie-t-on conditions standard et conditions physiologiques ?

A

Les valeurs de ΔG pour les réactions in vivo peuvent varier significativement des valeurs standard dues aux conditions internes de la cellule ou de l’organisme.

Pour les réactions biochimiques, les conditions standard sont définies comme suit :

25˚C (298 K), 1 M, 1 atm, pH=7

59
Q

Quels sont les points de régulation possibles dans la glycolyse ?

A

Les points de contrôle sont souvent les étapes avec des réactions “irréversibles” où ΔG est négatif. à

Rappel : réaction à l’équilibre a énergie libre proche de 0, car réaction inverse compense exactement pour réaction directe.

60
Q

Quelle est la composition et la fonction principale de la PFK ? Quels sont les substrats utilisés par la PFK ?

A

La PFK est une enzyme tétramérique qui catalyse la transformation du fructose-6-phosphate (F6P) en fructose-1,6-bisphosphate (FBP).

Les substrats de la PFK sont l’ATP et le F6P.

61
Q

Pour quelle raison la PFK est-elle considérée comme un point de contrôle principal dans la glycolyse?

A

elle régule le flux métabolique en réponse à la concentration en glucose et l’état énergétique de la cellule.

62
Q

Quel est le rôle de l’ATP dans la régulation de la PFK?

A

L’ATP agit à la fois comme substrat et comme effecteur allostérique négatif de la PFK.

63
Q

Comment la PFK est-elle régulée?

A

Les deux états conformationnels sont l’état R, qui fixe préférentiellement le substrat F6P, et l’état T, qui est l’unique état permettant la fixation régulatrice de l’ATP.

Une forte concentration d’ATP favorise l’état T, réduisant l’affinité de la PFK pour le F6P et diminuant son activité enzymatique.

64
Q

Comment la croissance cellulaire est-elle liée à la régulation du métabolisme?

A

Les oncogènes et les suppresseurs de tumeurs (protéines de régulation), qui sont des régulateurs de la croissance cellulaire, peuvent influencer directement les voies métaboliques.

Dérégulation peut causer des maladies, p. ex. le cancer

65
Q

Comment les connaissances sur le métabolisme sont-elles appliquées dans le domaine médical?

A

Les informations sur le métabolisme sont utilisées pour développer des médicaments, comme ceux pour les maladies cardiaques ou pour cibler des voies métaboliques spécifiques dans le traitement du cancer. (ou même traitement pour les 2)

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