Module 1

Question 1

Qu’est-ce que le métabolisme?

Answer 1

Il s’agit de la somme de toutes les transformations chimiques enzymatiques dans une cellule ou un organisme.

Question 2

Quels sont les 3 types de changements chimiques qu’on peut voir à chaque étape d’un sentier métabolique?

Answer 2

Élimination, transfert ou addition d’un atome ou d’un groupe fonctionnel

Question 3

Comment appele-t-on le produit d’un précurseur converti par une série d’intermédiaire métabolique?

Answer 3

Métabolite

Question 4

Qu’arrive-t-il si l’apport en énergie est suffisant dans l’environnement? Et s’il est insuffisant?

Answer 4

Il y a croissance/multiplication des organismes.

S’il est insufisant : l’énergie des réserves internes de l’organisme est utilisée

Question 5

Qu’est-ce que le catabolisme?

Answer 5

Il s’agit d’une phase du métabolisme où les nutriments (ex. glucides, lipides, protéines) sont convertis en produits plus simples (ex. eau, CO2, NH3).

Question 6

Qu’est-ce que l’anabolisme?

Answer 6

Il s’agit des voies de biosynthèses, ce qui signifie que les précurseurs sont transformées en molécules plus grosses,

Question 7

Que veut dire exergonique et endergonique?

Answer 7

Exergonique : libération d’énergie

Endergonique : nécessite de l’énergie

Question 8

Entre catabolisme et anabolisme, lequel est exergonique? Et lequel est endergonique?

Answer 8

Catabolisme : exergonique

Anabolisme : endergonique

Question 9

Quels sont les 3 types d’organisation des sentiers métaboliques? Expliquez leur fonctionnement.

Answer 9

• Linéaire : série de réactions enzymatiques indépendantes, le produit d’une réaction est le substrat d’une autre.
• Circulaire : produit initial est regénéré avec une série de réaction (ressemble à linéaire)
• Spiralé : Même suite de réaction est répetée pour allonger ou raccourcir une molécule donnée

Question 10

En général, quels sentiers métaboliques sont convergents et lesquels sont divergents? Qu’est-ce que cela veut dire?

Answer 10

Convergents : Sentiers cataboliques, transforment une grande variété de substrats en nombre limité de produits (>)

Divergents : Sentiers anaboliques, synthétisent une grande variété de produits à partir d’un nombre restreint de substrats précurseurs (<)

Question 11

Quels sont les caractéristiques liées à l’organisation des sentiers métaboliques (3)?

Answer 11

Les sentiers métaboliques sont :

1. Interdépendantes
2. Branchés et interconnectés
3. Irréversibles et régulés

Question 12

Que veut-on dire lorsqu’on dit que les sentiers métaboliques sont interdépendants?

Answer 12

Les voies anaboliques sont couplées aux voies catabolique, étant donné que l’énergie utilisée dans les voies anaboliques est fournie par les voies cataboliques.

Question 13

Comment les sentiers métaboliques sont-ils interconnectés?

Answer 13

1. Ils partagent certains métabolites
2. Ils utilisent les mêmes précurseurs
3. Les intermédiaires de certains sentiers peuvent être précurseur d’autres sentiers
4. Le début et la fin d’un sentier sont choisis de manière arbitraire, soit selon la tradition ou selon la compréhension

Question 14

Pourquoi les sentiers métaboliques sont-ils irréversibles et régulés?

Answer 14

Les organismes réagissent aux fluctuations de l’environnement (disponibilité en nutriments et énergie) et ont des réponses programmées génétiquement (changement de métabolisme).

Question 15

Pourquoi les cellules doivent-elles bien contrôler chacune de leurs voies métaboliques? (2)

Answer 15

1. En général, plusieurs voies sont disponibles pour un même précurseur, donc la cellule aiguille les molécules vers la voi qui répond aux besoins.
2. La plupart des cellules ont des sentiers pour la synthèse et des sentiers pour la dégradation (sentiers antagonistes)

Question 16

Pourquoi la synthèse et la dégradation ne peuvent-ils pas être effectués simultanément?

Answer 16

Car cela entraîne toujours du gaspillage

Question 17

Comment le gaspillage de la synthèse et de la dégradation est-il prévenu par la cellule? (sentiers antagonistes)

Answer 17

La cellule utilise une régulation réciproque (activation d’un sentier et inhibition de l’autre)

Question 18

Comment la régulation réciproque est elle possible?

Answer 18

Les sentiers anaboliques et cataboliques peuvent partager plusieurs enzymes MAIS au moins une étape est catalysée par des enzymes différentes pour chacune des directions.

Question 19

Quel niveau de contrôle additionnel utilisent les eucaryotes pour leurs sentiers antagonistes? Donnez-en un exemple.

Answer 19

Les séquences des réactions anaboliques et cataboliques ont lieu dans des compartiments cellulaires différents, ce qui permet de garder la concentration des intermédiaires, enzymes et régulateurs à différents niveaux en fonction du compartiment .

Par exemple, pour les acides gras :

• Synthèse : Cytosol
• Dégradation : Mitochondrie

Question 20

Qu’est-ce que la spécialisation cellulaire?

Answer 20

Chez les organismes multicellulaire, certaines cellules sont spécialisée pour former des organes/des tissus.

Ces cellules utilisent seulement les sentiers métaboliques nécessaire au fonctionnement de l’organe/du tissu.

Question 21

Nommez un exemple de spécialisation cellulaire chez un microorganisme.

Answer 21

Cyanobactéries filamenteuses : la fixation de l’azote atmosphérique n’a lieu que dans des cellules spécialisée, les hétérocystes.

Question 22

Pourquoi les réactions métaboliques sont-elles catalysées par des enzymes? (4)

Answer 22

1. Sans enzymes, les réactions seraient trop lentes pour supporter la vie
2. Leur spécificité garantit des réactions efficaces (minimisation de formation de produits inutiles ou toxiques)
3. Elles permettent de coupler une réaction endergonique à une réaction exergonique
4. Elles peuvent être régulées, ce qui permet de contrôler la vitesse de certains sentiers.

Question 23

En réponse à quoi sont générés les nouveaux sentiers métaboliques? (3)

Answer 23

• Épuisement d’un substrat
• Utilisation de nouveaux nutriments
• Protection contre les produits toxiques (pesticides, herbicides, antibiotiques, déchets industriel)

Question 24

Qu’ont permis les analyses de séquençage?

Answer 24

• Obtenir de l’information sur l’organisation et la structure des sentiers métaboliques
• Obtenir une vue d’ensemble du réseau métabolique

Question 25

Vrai ou faux? 1. Environ 50% du génome est dédié à des fonctions métaboliques. 2. Les principes gouvernant le métabolisme sont les mêmes chez les eucaryotes et les procaryotes 3. Les sentiers fondamentaux sont ubiquitaires 4. Les eucaryotes ont une plus grande diversité métabolique que les procaryotes.

Answer 25

1. Environ 50% du génome est dédié à des fonctions métaboliques : **Faux, plutôt 10 à 30%.** 2. Les principes gouvernant le métabolisme sont les mêmes chez les eucaryotes et les procaryotes : **Vrai** 3. Les sentiers fondamentaux sont ubiquitaires : **Vrai** 4. Les eucaryotes ont une plus grande diversité métabolique que les procaryotes : **Faux, c'est le contraire (procaryotes \> eucaryotes)**

Question 26

Quelles sont les stratégies adoptées par les organismes pour créer de nouveaux sentiers métaboliques? (6)

Answer 26

1. Forward evolution 2. Backwards evolution (retroevolution) 3. Evolution by gene duplication and divergence 4. Duplication et divergence d'un sentier complet 5. Evolution by pathway reversal 6. Patchwork Model

Question 27

Expliquez le principe de la "**forward evolution**"

Answer 27

La disponibilité d'une **quantité substantielle d'un produit** favorise l'évolution d'une **nouvelle enzyme** qui convertit ce produit en **un nouveau produit**.

Question 28

Expliquez le principe de la "**backwards evolution**".

Answer 28

**Limite d'un substrat avec le temps** permettant de produire **le produit finale** qui force l'évolution **d'une nouvelle enzyme** pour produire le substrat grâce **à un autre substrat**.

Question 29

Expliquez le principe de l'évolution par duplication de gène et divergence **(Evolution by gene duplication and divergence​)**

Answer 29

Génération d'un **embranchement** dans un sentier existant par production d'un **métabolite supplémentaire qui procure un avantage**, ce qui permet la duplication du gène et donne naissance à une nouvelle enzyme produisant spécifiquement ce métabolite.

Question 30

Expliquez le principe de la duplication et divergence d'un sentier métabolique complet

Answer 30

Il s'agit d'une variante de la duplication et divergence d'un gène, mais pour le sentier métabolique au complet.

Question 31

Expliquez le principe de l'évolution par réversion d'un sentier (**pathway reversal**). Donnez en un exemple.

Answer 31

Dans la plupart des sentiers il y a une étape irréversible (ex. C \> D possible mais C \< D impossible). **Une nouvelle enzyme évolue pour effectuer la réaction inverse.** Un exemple est le sentier de la glycolyse, qui a évolué à partir du sentier de la gluconéogénèse.

Question 32

Expliquez le principe de l'évolution "**patchwork**"

Answer 32

Un nouveau sentiers est généré **en recrutant et combinant** des enzymes de sentiers différents.

Question 33

Vrai ou faux? Les mutations présentent dans les sentiers apparaissent en réponse à un changement environnemental?

Answer 33

**Faux**, les mutations _s'accumulent continuellement_ dans les génomes, et ne sont pas nécessairement avantageuses. Quand elles sont avantageuses, l'évolution est favorisée.

Question 34

Quels sont les deux facteurs qui déterminent les réactions qui ont lieu et celles qui sont absentes dans les systèmes biologiques?

Answer 34

La pertinence de la réaction dans un système métabolique (le produit est-il utile?) et la vitesse de la réaction (des fois trop lente, même en présence d'un catalyseur).

Question 35

Quels sont les cinq types de transformations chimiques qui sont utilisées par les cellules?

Answer 35

1. Formation/bris des liens C-C 2. Transferts de groupement 3. Transfert d'électrons (**oxydoréduction**) 4. Réarrangements, isomérations, éliminations 5. Réactions impliquant des radicaux libres

Question 36

Quel est la différence entre une rupture hétérolytique et une rupture homolytique dans une liaison covalente?

Answer 36

Dans une **rupture hétérolytique**, les deux électrons sont conservés par l'un des deux atomes Dans une **rupture homolytique**, chacun des deux atomes conservent un seul électron

Question 37

Qu'est-ce qu'un groupement nucléophile et un groupement électrophile?

Answer 37

Nucléophile : Groupement fonctionnel _riche_ en électrons qui sont capables de _donner_ des électrons. Électrophiles : Groupement fonctionnel _déficients_ en électrons et qui ont "soif" d'électrons.

Question 38

Quels sont les deux types de réactions qui constituent la base du métabolisme de dégradation/biosynthèse?

Answer 38

1. Clivage hétérolytique de C-C qui donne un carbanion et un carbocation 2. Formation d'un lien C-C qui implique la combinaison d'un carbanion nucléophile + carbocation électrophile

Question 39

Quel groupement est particulièrement important pour la transformation chimique des sentiers métaboliques et pourquoi?

Answer 39

Le groupement carbonyle, car son carbone est un carbone électrophile et il facilite la formation d'un carbanion sur un carbone adjacent en délocalisant la charge négative du carbanion.

Question 40

Quel groupement peut jouer le même rôle que le carbonyle?

Answer 40

Le groupement imine

Question 41

Le groupement carbonyle est important dans trois classes majeures de réactions dans lesquels C-C est formé ou brisé. Quelles sont ces trois classes?

Answer 41

1. Condensations aldoniques 2. Condensations d'ester de Claisen 3. Décarboxylation des acides Beta-cétonique

Question 42

Expliquez le fonctionnement de la condensation aldolique et dans quel situation cette réaction est retrouvée.

Answer 42

La condensation aldolique est souvent utilisé pour la formation d'un C-C. Un carbone alphat adjacent à un groupement carbonyle perd facilement un proton, ce qui forme un carbanion. La présence d'un carbonyle permet de stabiliser par résonnance entre le carbanion (équilibre céto-énolique). Rajouter figure

Question 43

Expliquez le fonctionnement de la condensation d'ester de claisen.

Answer 43

Cette réaction repose sur la formation d'un carbanion sur un carbone alphat adjacent à un groupement carbonyle Le groupement carbonyle du nucléophile est inclus dans le groupement thioester Électrophile est constitué d'un groupement carbonyle sur un autre molécule Rajouter la figure.

Question 44

Expliquez le fonctionnement de la réaction de décarboxylations des acides beta-cétoniques et donnez un exemple de sentier utilisant cette réaction.

Answer 44

Cette réaction implique la formation d'un carbanion via la perte d'une molécule de CO2 Le carbanion réagit ensuite avec un électrophile Un exemple de cette réaction est la réaction catalysée par l'isocitrate déhydrogénase dans le cycle de Krebs

Question 45

Quels sont les groupes fréquemment transférés dans les systèmes biologiques? (3)

Answer 45

1. Le groupement acyle (R-CO-) 2. Le groupement phosphoryle 3. Le groupement glycosyle

Question 46

Comment est effectué le transfert du groupe acyle?

Answer 46

Presque toujours par l'Additon d'un nucléophile (Y) à l'atome de carbone d'un carbonyle d'un groupement acyle. Son porteur initial est éliminé pour donner un novueau comoposé acyle.