Métabo 7

Question 1

Vrai ou faux
Un soluté diffuse spontanément
dans le sens croissant de son gradient électrochimique.

Answer 1

Faux
Un soluté diffuse spontanément dans le sens décroissant de son gradient électrochimique, et non dans le sens croissant
Le gradient électrochimique représente la force motrice qui détermine le sens de diffusion spontanée d’un soluté à travers une membrane cellulaire.

La diffusion spontanée se produit toujours du compartiment de plus forte concentration vers celui de plus faible concentration, ou du potentiel électrique le plus élevé vers le plus bas pour les ions
Ce mouvement tend à équilibrer les concentrations et les charges de part et d’autre de la membrane.

C’est seulement dans le cas du transport actif que les solutés peuvent être déplacés contre leur gradient électrochimique, mais cela nécessite un apport d’énergie

Question 2

D’où provient l’énergie nécessaire
à la synthèse de l’ATP dans la cellule ?

Answer 2

A. Le gradient électrochimique de protons :
-Dans la respiration cellulaire, ce gradient est créé au niveau de la chaîne respiratoire dans la membrane interne des mitochondries
- Dans la photosynthèse, le gradient est généré par le transfert d’électrons photosynthétiques dans la membrane des thylakoïdes.
B) L’oxydation de molécules organiques :
- Le glucose est la principale source d’énergie, dégradé par la glycolyse puis le cycle de Krebs.
- D’autres molécules comme les acides aminés et les acides gras peuvent également être utilisées

Question 3

La liaison résultant de la réaction entre un phosphate et un alcool est une liaison :

ester ?
phosphoester ?
anhydride ?
phosphodiester ?

Answer 3

liaison phosphoeste

-Cette liaison est formée par estérification entre une fonction alcool et un groupe phosphate, comme dans le cas des nucléotides où le sucre est lié à un phosphate via une telle liaison

Question 4

Définir une réaction endergonique

Answer 4

Une transformation endergonique est une réaction chimique qui nécessite un apport d’énergie pour se réaliser Les caractéristiques principales d’une transformation endergonique sont :
- Elle a une variation d’enthalpie libre (ΔG) positive.
-Elle puise de l’énergie dans son environnement pour briser les liaisons chimiques des molécules impliquées.
-Elle forme généralement des molécules complexes en créant de nouvelles liaisons chimiques.
-Elle n’est pas spontanée et est considérée comme thermodynamiquement défavorable

Question 5

Quels sont les devenirs possible pour le glucose dans une cellule ? (6)

Answer 5

Le glucose, une fois entré dans la cellule, peut suivre plusieurs voies métaboliques importantes :

1. Production d’énergie :
   La glycolyse convertit le glucose en pyruvate dans le cytoplasme, générant 2 ATP et 2 NADH.
   –>Le pyruvate peut ensuite entrer dans les mitochondries pour le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire, produisant jusqu’à 32 ATP par molécule de glucose en conditions aérobies.
2. Stockage :
   Le glucose peut être polymérisé en glycogène pour être stocké dans le foie et les muscles.
3. Voie des pentoses phosphates :
   Cette voie alternative produit des intermédiaires pour la biosynthèse de nucléotides et d’acides aminés.

4.Fermentation lactique :
En conditions anaérobies, le pyruvate est converti en lactate.

5. Lipogenèse :
   L’excès de glucose peut être converti en acétyl-CoA pour la synthèse d’acides gras.
6. Synthèse de biomolécules :
   Le glucose sert de précurseur pour la synthèse de certains acides aminés, glycoprotéines et glycolipides

Question 6

Comment définiriez vous la voie métabolique appelée glycolyse ?

Answer 6

= voie métabolique fondamentale => dans le cytoplasme de toutes les cellules vivantes.

• série de réactions enzymatiques
  –>dégradent une molécule de glucose (à 6 carbones) en deux molécules de pyruvate (à 3 carbones).

Ce processus remplit plusieurs fonctions essentielles :
Production d’énergie : La glycolyse génère 2 molécules d’ATP et 2 molécules de NADH par molécule de glucose.
Voie d’entrée du métabolisme : Elle est la première étape de la respiration cellulaire, aussi bien en conditions aérobies qu’anaérobies.

Source de précurseurs biosynthétiques : Les intermédiaires de la glycolyse servent à la synthèse d’autres molécules biologiques importantes.

La glycolyse se déroule en 10 étapes enzymatiques et ne nécessite pas d’oxygène. Elle est particulièrement cruciale pour certains tissus comme le cerveau, les muscles en contraction rapide et les érythrocytes, qui dépendent principalement du glucose pour leur approvisionnement énergétique

Question 7

Qu’est ce que le lactose ?
Peut il alimenter la glycolyse ?
si oui comment ? si non pourquoi ?

Answer 7

Le lactose =disaccharide présent dans le lait des mammifères.
=> molécule de glucose + molécule de galactose liées par une liaison osidique β(1→4)

**Le lactose peut effectivement alimenter la glycolyse, mais pas directement. **

Pour être utilisé dans la glycolyse, le lactose doit d’abord être hydrolysé en ses composants :

1. Hydrolyse du lactose :
   L’enzyme lactase (β-galactosidase) dans l’intestin décompose le lactose en glucose et galactose.
2. Absorption et transport :
   Le glucose et le galactose sont absorbés séparément et transportés vers les cellules.
3. Utilisation du glucose :
   Le glucose entre directement dans la voie de la glycolyse.
4. Conversion du galactose :
   Le galactose est converti en glucose-6-phosphate par la voie de Leloir dans le foie, puis peut entrer dans la glycolyse

Question 8

Quelle information nous apporte la connaissance du
∆rG°’ d’une réaction chimique ?

Même question pour le ∆rG ?

Answer 8

∆rG°’ –> indication sur la tendance de la réaction dans des conditions biologiques standard
∆rG précisément –> sens d’évolution de réaction dans les conditions réelles du système.

Question 9

Définir un ose, une liaison osidique et un hexose.
Donner au moins deux exemples d’hexoses.

Answer 9

Définition d’un ose
Un ose (ou monosaccharide) est un glucide simple, non hydrolysable, constitué d’une chaîne carbonée portant plusieurs groupes hydroxyles (-OH) et une fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone). C’est le monomère de base des glucides.

Définition d’une liaison osidique
Une liaison osidique est une liaison covalente formée entre le carbone anomérique (hémiacétalique) d’un ose et un groupement hydroxyle (-OH) d’un autre ose ou d’une autre molécule.
–> liaison type α ou β, (selon la configuration du carbone anomérique)

Définition d’un hexose
=>ose composé de 6 atomes de carbone (formule brute :
C6H12O6).
–> aldohexoses (fonction aldéhyde)/ cétohexoses (fonction cétone)

Question 10

Quel type de réaction catalyse une kinase ? une phosphatase ?

Answer 10

Une kinase et une phosphatase catalysent des réactions opposées:

Une kinase catalyse une réaction de phosphorylation
–>transfert –> groupe phosphate, généralement à partir de l’ATP, vers une molécule cible (substrat).
Ce processus ajoute un groupe phosphate à la molécule

Une phosphatase catalyse une réaction de déphosphorylation. Elle clive une liaison phosphoester, éliminant ainsi un groupe phosphate d’une molécule.
Ce processus retire un groupe phosphate de la molécule.

Question 11

Donner deux exemples de couplages chimiques vus en cours

Answer 11

Couplage entre l’oxydation du substrat et la réduction du NAD+ dans le cycle de Krebs :
- L’oxydation de l’isocitrate en oxalosuccinate est couplée à la réduction du NAD+ en NADH + H+5.

Couplage entre le transfert d’électrons et la synthèse d’ATP dans la chaîne de transport d’électrons :
Le transfert d’électrons à travers les complexes de la chaîne respiratoire est couplé à la création d’un gradient de protons à travers la membrane interne mitochondriale. Ce gradient électrochimique est ensuite utilisé par l’ATP synthase pour produire de l’ATP, illustrant un couplage entre le flux d’électrons et la synthèse d’ATP.
Ces couplages permettent de convertir l’énergie libérée par les réactions d’oxydation en formes utilisables par la cellule, principalement sous forme d’ATP et de coenzymes réduits.

Question 12

Dans quelle situation la synthèse
du 2,3 bisphosphoglycérate est elle activée ?

Quelle sera l’effet sur la glycolyse
et donc sur le métabolisme énergétique de la cellule ?

Answer 12

La synthèse de (2,3-BPG) est activée
–>dans les situations de faible oxygénation tissulaire
–> haute altitude ou lors d’une anémie.
Activation => des globules rouges via le shunt de Rapoport.
L’augmentation de la synthèse du 2,3-BPG a deux effets principaux :

A) Sur l’hémoglobine :
Le 2,3-BPG agit comme un inhibiteur allostérique de la fixation de l’O2 à l’hémoglobine.
Une concentration élevée de 2,3-BPG diminue l’affinité de l’hémoglobine pour l’O2,
==>FAVORISANT LA LIBERATION D’OXYGENE DANS LES TISSUS

Sur la glycolyse et le métabolisme énergétique :
Le shunt de Rapoport court-circuite l’étape 7 de la glycolyse catalysée par la phosphoglycérate kinase
Cette déviation concerne environ 10% de la glycolyse dans les globules rouges5.
Conséquence : pas de production d’ATP à cette étape, réduisant le rendement énergétique de la glycolyse

Question 13

Quels sont régulateulesrs de la phosphofructokinase-1 ?

Answer 13

Activateurs :
AMP : active la PFK-1 lorsque la charge énergétique cellulaire est faible.
Fructose-2,6-bisphosphate : l’activateur le plus puissant, augmente l’affinité de l’enzyme pour le fructose-6-phosphate.
ADP : signal de faible énergie cellulaire qui active l’enzyme6.

Inhibiteurs :
ATP : inhibe allostériquement la PFK-1 à des concentrations élevées, indiquant un excès d’énergie.
Citrate : inhibe l’enzyme, signalant une activité élevée du cycle de Krebs24.
Phosphoénolpyruvate (PEP) : produit en aval de la glycolyse qui inhibe la PFK-1.

La régulation hormonale joue également un rôle :
Le glucagon inhibe indirectement la PFK-1 en réduisant la production de fructose-2,6-bisphosphate2.
La sérotonine active la PFK-1 en induisant sa phosphorylation2.
Cette régulation complexe permet à la cellule d’ajuster finement la vitesse de la glycolyse en fonction de ses besoins énergétiques et de la disponibilité en glucose

Question 14

Dans quel tissu trouve t-on de la phosphocréatine ?
Quel est son rôle ?

Answer 14

La phosphocréatine se trouve principalement dans les tissus suivants:

1. Muscles squelettiques : C’est le tissu où elle est la plus abondante
2. Cerveau : On en trouve des concentrations plus faibles que dans les muscles.
3. Cœur : Elle est également présente dans le tissu cardiaque.

Le rôle principal de la phosphocréatine est lié à la production rapide d’énergie cellulaire :

1. Source d’énergie rapide : Elle fournit de l’énergie immédiate pour les efforts courts et intenses.
2. Régénération de l’ATP : La phosphocréatine cède son groupe phosphate à l’ADP pour reformer de l’ATP, la principale source d’énergie cellulaire.
3. Tampon énergétique : Elle agit comme une réserve d’énergie prête à être mobilisée en cas de besoin.
4. Navette énergétique : La phosphocréatine joue un rôle de navette entre les mitochondries et les protéines contractiles dans les muscles, permettant un approvisionnement continu en énergie pendant l’exercice.

Ce système permet aux cellules, notamment musculaires, de maintenir leurs performances lors d’efforts intenses et de courte durée.

Question 15

Quelles sont les caractéristiques chimiques du glycogène ?

Answer 15

Structure moléculaire
–>polysaccharide ramifié composé de molécules de glucose
–>constitué de chaînes linéaires de glucose liées par des liaisons α(1→4) glycosidiques
Des ramifications sont formées par des liaisons α(1→6) glycosidiques tous les 8-12 résidus de glucose en moyenne

–>SUCRE REDUCTEUR–>sa fonction aldéhyde terminale
–>soluble dans l’eau grâce à ses nombreux groupements hydroxyles

Question 16

Un couple redox est plutôt réducteur si son potentiel rédox est faible.
Vrai ou Faux ?

Answer 16

Cette affirmation est vraie.

Un couple redox est plutôt réducteur si son potentiel rédox est faible, pour les raisons suivantes:

1. Plus le potentiel rédox d’un couple est faible, plus le pouvoir réducteur de l’espèce réduite est fort.
2. Sur l’échelle des potentiels rédox, les couples avec des potentiels plus faibles se situent en bas. Ces couples ont tendance à céder plus facilement des électrons, ce qui est caractéristique d’un bon réducteur.
3. Les réducteurs forts ont des potentiels bas, souvent négatifs, sur l’échelle des couples redox
4. Dans une réaction d’oxydoréduction, l’espèce avec le potentiel rédox le plus faible agira comme réducteur, cédant des électrons à l’espèce ayant le potentiel rédox le plus élevé

Ainsi, un faible potentiel rédox indique une plus grande tendance à perdre des électrons, ce qui est la définition même d’un bon réducteur

Question 17

Dans quelles conditions physiologiques la mobilisation des acides gras est elle favorisée dans notre organisme ?

Préciser les mécanismes mis en jeu pour alimenter l’ensemble des cellules en acides gras.

Answer 17

La mobilisation des acides gras dans notre organisme est favorisée dans les conditions physiologiques suivantes :
1. Exercice physique
2. Jeûne prolongé
3. Stress

Ces situations déclenchent des mécanismes qui permettent la mobilisation et la distribution des acides gras à l’ensemble des cellules :

1. Activation du système nerveux sympathique :
   
   • Libération d’adrénaline
   • Inhibition de la sécrétion d’insuline
2. Activation de la lipolyse dans le tissu adipeux :
   
   • **Stimulation de la lipase hormono-sensible (LHS) par l’AMP cyclique et la protéine kinase A
   • Hydrolyse des triglycérides en acides gras non estérifiés (AGNE) et glycérol**
3. Transport des acides gras :
   
   • Libération des AGNE dans la circulation sanguine
   • Prise en charge par des transporteurs spécifiques dans les cellules cibles
4. Entrée dans les mitochondries :
   
   • Activation des acides gras par le coenzyme A dans le cytoplasme
   • Transport des acides gras à longue chaîne par le système carnitine
5. β-oxydation des acides gras :
   
   • Dégradation enzymatique dans la mitochondrie pour produire de l’énergie (ATP) via le cycle de Krebs

Ces mécanismes permettent une mobilisation efficace des réserves lipidiques et leur utilisation par les cellules de l’organisme pour répondre aux besoins énergétiques accrus lors de l’exercice, du jeûne ou du stress.

Question 18

Quel est le rôle du facteur HIF-1 lors d’une hypoxie?

Answer 18

HIF-1 (Hypoxia-Inducible Factor-1) joue un rôle central dans la réponse cellulaire à l’hypoxie :

1. Régulation transcriptionnelle : HIF-1 est un facteur de transcription qui contrôle l’expression de nombreux gènes en réponse à la baisse du niveau d’oxygène
2. Adaptation métabolique : Il induit des gènes impliqués dans la glycolyse anaérobie pour maintenir la production d’énergie en l’absence d’oxygène
3. stimulant la formation de nouveaux vaisseaux sanguins
4. Homéostasie de l’oxygène : HIF-1 coordonne diverses réponses physiologiques visant à maintenir l’équilibre en oxygène
5. Survie cellulaire : Dans certains contextes, HIF-1 peut favoriser la survie cellulaire en conditions hypoxiques, bien que son rôle dans l’apoptose soit complexe et dépendant du contexte.

Question 19

Pour quelles raisons pensez vous que les acides gras sont de bons substrats énergétiques ?

Answer 19

Les acides gras sont de bons substrats énergétiques pour plusieurs raisons :

1. Densité énergétique élevée: Les lipides fournissent 9 kcal par gramme, soit plus du double de l’énergie apportée par les glucides ou les protéines.
   Cette densité énergétique élevée en fait une source d’énergie très efficace.
2. Stockage important : Le corps peut stocker de grandes quantités de lipides dans le tissu adipeux, fournissant une réserve d’énergie considérable.
3. Utilisation lors d’efforts prolongés: Les lipides deviennent la principale source d’énergie lors d’efforts modérés et d’une durée supérieure à 30 minutes
4. Production de corps cétoniques : En cas de jeûne ou d’exercice prolongé, les acides gras peuvent être convertis en corps cétoniques, fournissant jusqu’à 60% des besoins énergétiques du cerveau
5. Épargne du glycogène : L’utilisation des lipides comme source d’énergie permet d’économiser les réserves de glycogène, ce qui est particulièrement important pour les sportifs d’endurance

Ces caractéristiques font des acides gras des substrats énergétiques efficaces et polyvalents pour l’organisme.

Question 20

Ecrire la réaction bilan de l’oxydation complète d’une molécule d’acide myristique (14 atomes de carbone) ?

Quel est le nombre d’ATP maximal qu’on peut récupérer
de cette oxydation ?

Answer 20

La réaction bilan de l’oxydation complète d’une molécule d’acide myristique (C14H28O2) est :

C14H28O2 + 20 O2 → 14 CO2 + 14 H2O

Le nombre maximal d’ATP qu’on peut récupérer de cette oxydation est de 92 ATP. Voici le détail du calcul :

1. Activation de l’acide gras : -2 ATP
2. β-oxydation (6 cycles):
   
   • 6 FADH2 : 6 × 1.5 = 9 ATP
   • 6 NADH : 6 × 2.5 = 15 ATP
3. 7 Acétyl-CoA dans le cycle de Krebs :
   
   • 7 × 10 = 70 ATP

Total : -2 + 9 + 15 + 70 = 92 ATP

Il y a 6 cycles de β-oxydation et pas plus car :
L’acide myristique a 14 atomes de carbone
–>chaque cycle de β-oxydation retire 2 atomes de carbone
Après 6 cycles (12 carbones retirés), il reste un Acétyl-CoA de 2 carbones.
14 - (6 × 2) = 2
Ainsi, 6 cycles sont nécessaires et suffisants pour oxyder complètement l’acide myristique.

Question 21

Pourquoi la glycogénolyse qui a lieu dans les muscles ne peut pas permettre de réguler la glycémie ?

Answer 21

Contrairement au foie qui peut libérer du glucose dans le sang grâce à la glucose-6-phosphatase, les muscles utilisent leur glycogène uniquement pour leurs besoins énergétiques locaux, sans pouvoir contribuer directement à la régulation de la glycémie systémique

Question 22

Définir la fermentation

Quelles réactions métaboliques sont impliquées ?

Answer 22

La fermentation:
-processus métabolique anaérobie
- permet aux cellules de produire de l’énergie en l’absence d’oxygène
–>dégradation incomplète de molécules organiques, principalement des glucides=>produire de l’ATP et des composés organiques comme l’éthanol ou l’acide lactique

Les principales réactions métaboliques impliquées dans la fermentation sont :

1. La glycolyse:
   
   • Se déroule dans le cytoplasme
   • Dégrade une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate
   • Produit 2 ATP et 2 NADH par molécule de glucose
2. La fermentation proprement dite :
   
   • Varie selon le type de fermentation (alcoolique ou lactique)
   • Permet de régénérer le NAD+ à partir du NADH produit lors de la glycolyse

Fermentation alcoolique
- Le pyruvate –>éthanol et CO2
- Implique deux étapes enzymatiques :
1. Décarboxylation du pyruvate en acétaldéhyde par la pyruvate décarboxylase
2. Réduction de l’acétaldéhyde en éthanol par l’alcool déshydrogénase

Fermentation lactique
- Le pyruvate–>directement réduit en acide lactique
- Catalysée par la lactate déshydrogénase

Le bilan énergétique de la fermentation est de 2 ATP par molécule de glucose, ce qui est nettement inférieur au rendement de la respiration cellulaire (38 ATP)

Question 23

Quel est le rôle du glucagon ?

Answer 23

Le glucagon joue un rôle crucial dans la régulation du métabolisme glucidique et énergétique de l’organisme. Ses principales actions sont :

1. Régulation de la glycémie :
   
   • Stimule la production hépatique de glucose par glycogénolyse et néoglucogenèse
   • Augmente la glycémie, agissant comme antagoniste de l’insuline
2. Métabolisme lipidique :
   
   • Stimule la cétogenèse hépatique et dans le tissu adipeux
   • Favorise la lipolyse dans les tissus adipeux
3. Métabolisme protéique :
   
   • Augmente la capture des acides aminés par le foie pour la néoglucogenèse
   • Favorise l’élimination des déchets azotés via le cycle de l’urée
4. Actions physiologiques :
   
   • Maintient la normoglycémie lors du jeûne et de l’exercice physique
   • Stimule la libération de catécholamines
5. Effets cardiaques :
   
   • Effets chronotropes et inotropes positifs sur le cœur

Le glucagon est ainsi une hormone clé dans l’adaptation de l’organisme aux besoins énergétiques, particulièrement en situation de jeûne ou d’effort physique

Question 24

Comment le glycogène ou l’amidon
sont ils assimilés par notre organisme?

Answer 24

L’assimilation du glycogène et de l’amidon par notre organisme se fait en plusieurs étapes :

Digestion

1. Dans la bouche :
   
   • L’amylase salivaire commence à dégrader l’amidon en sucres plus simples.
2. Dans l’intestin grêle :
   
   • L’amylase pancréatique, plus puissante, dégrade davantage l’amidon et le glycogène en disaccharides (maltose, isomaltose).
   • Des enzymes spécifiques (maltase, isomaltase) hydrolysent ces disaccharides en monosaccharides(glucose, fructose, galactose)

Absorption intestinale

• Les monosaccharides sont absorbés par les entérocytes ) grâce à des transporteurs spécifiques :
  
  • Le glucose et le galactose utilisent le transporteur SGLT1
  • Le fructose utilise le transporteur GLUT5

**Passage dans le sang

• Les monosaccharides quittent les entérocytes et entrent dans la circulation sanguine via le transporteur GLUT2**

Utilisation et stockage

• Le glucose sanguin est utilisé directement par les cellules pour produire de l’énergie.
• L’excès de glucose est stocké sous forme de glycogène dans le foie et les muscles grâce à l’action de l’insuline

Ce processus permet à l’organisme d’assimiler efficacement les glucides complexes comme le glycogène et l’amidon, en les transformant en sucres simples utilisables par les cellules.