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Métabolisme et régulation > Module 12 > Flashcards

Module 12 Flashcards

1
Q

Quelle est la fonction de la phase obscure de la photosynthèse?

A

Elle utilise l’ATP et le NADPH produits par les réactions de la phase lumineuse pour réduire les atomes de carbone d’un état totalement oxydé à plus réduits pour devenir une source d’énergie.

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Q

Combinés, quel est l’effet des phases lumineuses et obscures de la photosynthèse?

A

Transformer l’énergie lumineuse en sources d’énergie carbonées.

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Q

Quel est le synonyme de la phase obscure?

A

Cycle de Calvin

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4
Q

Vrai ou faux? La fixation du carbone est entièrement indépendante de la lumière.

A

Faux, elle dépend indirectement de la disponibilité de lumière.

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5
Q

Quelles sont les 3 phases du cycle de Calvin,soit le cycle de fixation du carbone?

A

1) Fixation du CO2 par le ribulose 1,5-bisphosphate pour former 2 molécules de 3-phosphoglycerate
2) Réduction des 2 molécules de 3-phosphoglycerate en 2 molécules de bisphosphoglycérate puis en 2 molécules de glycéraldéhyde-3-phosphate (GAP)
3) Régénération du ribulose 1,5-bisphosphate afin que du CO2 puisse encore être fixé et les reste du GAP est utilisé pour la biosynthèse de glucose, acides aminés et autres.

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6
Q

Où a lieu le cycle de Calvin6

A

Stroma des chloroplastes

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7
Q

Quelle est l’importance de la régulation du cycle de Calvin?

A

S’il est mal régulé, le cycle de Calvin pourrait consommer l’ATP et le NADPH produits par le catabolisme.

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8
Q

Quels facteurs régulent le cycle de Calvin?

A

pH
Concentration de Mg2+
Potentiel rédox du stroma
Rubisco est régulé via une modification covalente

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9
Q

Quelles sont les s-u catalytiques de rubisco qui est responsable de la fixation du CO2?

A

Activité carboxylase

Activité oxydase

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10
Q

Pourquoi dit-on que Rubisco est une enzyme peu efficace?

A

Cette enzyme a une faible spécificité et elle doit donc être présente en grande quantité dans les chloroplastes.

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11
Q

Qu’entraîne l’activité oxydase de rubisco?

A

Elle entraîne la formation de 2-phosphoglycolate.

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12
Q

Qu’est-ce que la photorespiration?

A

Le recyclage du 2-phosphoglycolate qui nécessite la consommation d’O2 et d’ATP ainsi que la libération de CO2. Ainsi, de l’énergie lumineuse est gaspillée.

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13
Q

Quel est le rapport d’activité entre l’oxydase et la carboxylase de rubisco aux conditions standards?

A

L’activité carboxylase est 4X supérieure à l’activité oxydase.

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14
Q

Qu’arrive-t-il à l’activité oxydase quand la température augmente?

A

L’activité oxydase augmente plus rapidement avec la température que l’activité carboxylase donc la photorespiration est plus active à des températures élevées.

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15
Q

Quelles stratégies ont été développées par les plantes vivant en milieu chaud pour diminuer la photorespiration?

A

1) Voie C4 qui permet d’augmenter la concentration de CO2 dans les cellules et accélérer l’activité carboxylase p/r à celle oxydase. Cete voie sépare l,assimilation du CO2 de son utilisation par le cycle de Calvin.
2) Métabolisme acide crassulacé (CAM): plantes où CO2 est emmagasiné sous forme de malate dans des vacuoles la nuit, afin d’être libéré le jour lorsque la phase lumineuse est active et produit les molécules énergétiques nécessaires à la phase obscure. La séparation de l’accumulation de CO2 et de son utilisation est temporelle et non spatiale comme C4.

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16
Q

Quelle molécule catalyse la fixation du CO2 en un forme biologiquement utilisable?

A

Ribulose bispohsphate carboxylase/oxygénase (Rubisco)

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17
Q

Quelle est l’effet de l’activité carboxylase de rubisco?

A

Elle catalyse l,attachement du CO2 au ribulose-1,5-biphosphate et le clive de l’intermédiaire à 6C en 3 molécules de 3-phosphoglycérate (3PG) dont une porte le C du CO2. Son activité est exergonique.

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18
Q

Quelle enzyme catalyse la phosphorylation du 3PG en 1,3-bisphosphoglycérate?

A

Phosphoglycérate kinase chloroplastique, une isozyme de l’enzyme catalysant l’étape 7 de la glycolyse.

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19
Q

D’où provient le groupement phosphoryle qui est ajouté au 3PG par la phosphoglycérate kinase chloroplastique?

A

D’une molécule d’ATP

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20
Q

Quels sont les produits de la réduction du 1,3-bisphosphoglycérate et quelle enzyme catalyse cette réaction?

A

Glycéraldéhyde-3-phosphate (GAP) et Pi
Glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH) chloroplastique, une isoforme de l’enzyme catalysant l’étape 6 de la glycolyse.

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21
Q

Comment se fait la construction du RuBP (5C) à partir de glycéraldéhyde-3-phosphate (3C)?

A

Il faut 5 GAP pour régénérer 3 RuBP de départ.

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22
Q

Quelle est l’enzyme de la 1er réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse?

A

aldolase

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23
Q

Quelle est l’enzyme de la 2e réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse?

A

fructose-1,6-bisphosphatase chloroplastique

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24
Q

Quelle est l’enzyme de la 3e réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse?

A

transcétolase

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25
Q

Quelle est l’enzyme de la 4e réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse?

A

aldolase

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26
Q

Quelle est l’enzyme de la 5e réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse?

A

sédoheptulose-1,7-biphosphatase

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27
Q

Quelle est l’enzyme de la 6e réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse?

A

transcétolase

28
Q

Quelles étapes de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse sont exergoniques et irréversibles?

A

Réactions 2, 5 et 9

29
Q

Quelle est l’enzyme de la 7e réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse

A

phosphopentose isomérase

30
Q

Quelle est l’enzyme de la 8e réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse

A

phosphopentose épimérase

31
Q

Quelle est l’enzyme de la 9e réaction de la phase 3 de la phase obscure de la photosynthèse

A

phosphoribulokinase qui coûte 1 ATP

32
Q

Qu’arrive-t-il à la 6e molécule de GAP générée lors de la phase 2 du cycle de Calvin6

A

Elle est détournée du cycle de Calvin pour entrer dans les voies métaboliques des sucres qui sont majoritairement dans le cytosol.

33
Q

Comment le GAP peut-il passer du stroma du chloroplaste au cytosol?

A

Pour entrer dans le cytosol, le GAP doit être converti en DHAP par la triose phosphate isomérase.

34
Q

Qu’arrive-t-il au DHAP dans le cytosol?

A

Une fraction du DHAP est utilisé immédiatement comme source d’énergie via la glycolyse. Le pyruvate ainsi produit peut servir de carburant métabolique ou précurseur de la synthèse d’acides aminés ou de lipides. Le reste du DHAP entre dans la gluconéogenèse afin de produire du glucose. Le glucose sert ensuite à former le sucrose(saccahrose), un disaccharide de réserve facilement transportable.

35
Q

Quelle est la particularité de l’amidon?

A

Ce polysaccharide de réserve est synthétisé dans le stroma. Afin de générer du G6P menant à la formation d’amidon, la biosynthèse de ce dernier requiert des réactions de gluconéogenèse avec des isozymes chloroplastiques.

36
Q

Quelles molécules sont nécessaires pour fixer 1 CO2 via le cycle de Calvin?

A

3 ATP

2 NADPH

37
Q

Quel est le bilan énergétique nécessaire pour produire un GAP?

A

3 CO2 fixés
9 ATP
6 NADPH

38
Q

Quel est le bilan énergétique nécessaire pour produire un glucose?

A

2 GAP produits
18 ATP
12 NADPH

39
Q

Pourquoi est-il important de balancer adéquatement l’utilisation des trioses phosphate (GAP et DHAP) pour la régénération du RuBP ou la synthèse de nouveaux produits?

A

Si la biosynthèse des nouveaux produits est trop rapide, la photosynthèse sera inhibée parce qu’il manquera de trioses phosphates dans le cycle de Calvin pour régénérer le RuBP.
Si la biosynthèse est trop lente, la synthèse d’ATP sera inhibée par manque de Pi, le 3PG s’accumulera et la fixation du CO2 sera inhibée.

40
Q

La stéochiométrie du cycle de Calvin requiert que quelle quantité des trioses phosphates produits soient recyclés en RuBP quand le CO2 est non limitant?

A

5/6 des trioses phosphates

41
Q

Quels sont les réactions régulatrices et irréversibles du cycle de Calvin de par leur enzymes?

A

Phosphoribulokinase
Rubisco
Fructose-1,6-bisphosphatase
Sédoheptulose-1,7-bisphosphatase

42
Q

Selon quoi varie l’efficacité de régulation des 4 enzymes de régulations du cycle de Calvin6

A

Varie avec l’intensité de la lumière.

43
Q

L’activité de la rubisco répond à quels trois facteurs dépendants de la lumière?

A

1) Varie avec le pH. Exposé à la lumière, le pH du stroma passe de 7 à 8 car des photons sont transférés du stroma vers le lumen. L’activité de rubisco est maximisé à un pH de 8.
2) Stimulé par le Mg2+. L’afflux de protons vers le lumen est accompagné par un afflux de Mg2+ vers le stroma.
3) Rubisco est inhibé par le 2-carboxyarabimitol-1-phosphate (CA1P) qui beaucoup de plantes synthétisent à la noirceur. La structure de CA1P est similaire à un des intermédiaires de la réaction de rubisco. Au retour de lumière, ce composé est expulsé du centre catalytique de rubisco par la protéine rubisco activase, activée par la lumière.

44
Q

Quelles autres enzymes sont activées par l’augmentation du pH et de la [Mg2+]?

A

Fructose-1,6-bisphosphatase

Sédoheptulose-1,7-bisphosphatase

45
Q

Quel autre facteur permet la régulation du cycle de Calvin6

A

La sensibilité au potentiel redox du stroma.

46
Q

Quelles enzymes sont contrôlées par le potentiel redox du stroma?

A 
Phosphoribulokinase
Rubisco
Fructose-1,6-bisphosphatase
Sédoheptulose-1,7-bisphosphatase
Glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase
47
Q

Quand Est-ce que les enzymes régulées par le potentiel redox du stroma sont activées?

A

Elles sont activées lorsque 2 cystéines sont réduites. Quand ces 2 cystéines forment un pont disulfure (cystéines oxydées), les enzymes sont inactives, ce qui est la situation normale à la noirceur.

48
Q

Comment se fait le clivage des ponts disulfures des cystéines des enzymes régulées par le potentiel redox du stroma?

A

Lorsque les chloroplastes sont exposés à la lumière, les e- passent du PSI à la ferrédoxine, qui les transfère à une petite protéine soluble, la thiorédoxine, qui contient un pont disulfure. Cette réaction est catalysée par la ferrédoxine-thiorédoxine réductase. La thiorédoxine réduite donne des e- pour la réduction des ponts disulfures des 5 enzymes de régulation. Le clivage du pont disulfure amène des changements de conformation qui augmente l’activité des enzymes. La nuit, les résidus cystéines des enzymes sont réoxydés pour reformer les ponts disulfures, les protéines sont désactivées et l’ATP ne peut être consommée par le cycle de Calvin.

49
Q

Quelle est la particularité du glucose-6-phosphate déshydrogénase, la 1ere enzyme de la phase oxydative de la voie des pentoses phosphate?

A

Elle est également régulée par le potentiel redox du stroma mais de façon contraire. Durant le jour, puisque la photosynthèse génère du NADPH en abondance, cette enzyme n’est pas requise pour la production de NADPH.

50
Q

Vrai ou faux? Rubisco constitue près de 50% du contenu protéique des chloroplastes des plantes.

A

Vrai

51
Q

Pourquoi rubisco est-elle aussi peu efficace?

A

Une des raisons est son incapacité à discriminer fortement en faveur du CO2. La rubisco peut se comporter comme un oxygénase en réagissant avec l’O2 plutôt que le CO2. Cette oxygénation ne mène pas à la fixation de CO2.

52
Q

Quels sont les produits de l’oxygénation par rubisco?

A

1 molécule de 3-phosphoglycérate

1 molécule de 2-phosphoglycolate

53
Q

Pourquoi l’activité oxygénase de rubisco persiste-t-elle évolutivement?

A

Rubisco a évolué avant l’apparition de la photosynthèse oxygénique.

54
Q

Quel problème actuel de la présence de l’activité oxygénase de rubisco en rapport avec notre atmosphère?

A

L’atmosphère est maintenant formée de 20% d’O2 et seulement de 0,04% de CO2, ce qui fait qu’une solution aqueuse en équilibre avec l’air ambiant et à température ambiante contient beaucoup plus d’O2. Ainsi, l’incorporation d’O2 par rubisco engendre une perte significative d’énergie.

55
Q

Qu’arrive-t-il au 2-phosphoglycolate puisque ce métabolite est peu utile pour la plante?

A

Une partie de son squelette carboné est recyclé par une voie de récupération particulière: le sentier du glycolate qui utilise 3 compartiments cellulaires distincts.

56
Q

Que permet la voie du glycolate?

A

Elle permet de récupérer 3 des 4 atomes de C provenant de 2 molécule de 2-phosphoglycolate. Cependant, l’un d’entre eux est perdu sous forme de CO2.

57
Q

Pourquoi la photorespiration est-elle un gaspillage?

A

Du carbone organique est converti en CO2 en utilisant l’un des produits de la phase lumineuse, l’ATP. La photorespiration peut diminuer le rendement de la photosynthèse de près de 50%.

58
Q

Pourquoi est-ce que l’activité oxydase de rubisco augmente plus rapidement avec la température que l’activité carboxylase?

A

Parce que la solubilité de l’O2 diminue moins rapidement avec la température que celle du CO2. De plus, l’affinité de la rubisco pour le CO2 diminue avec l’augmentation de la température, ce qui accroît son activité oxygénase. Ainsi, la photorespiration est particulièrement active à des hautes températures.

59
Q

Où vivent principalement les plantes C3?

A

En milieu tempérés

60
Q

Où a lieu la fixation du CO2 des plantes C4?

A

Dans les chloroplastes de cellules spécifiques, les cellules de la gaine, qui contiennent la totalité de la rubisco. Ces cellules sont protégées de l’air et entourée d’une couche spécifique de cellules du mésophylle qui utilisent l’énergie pour pomper le CO2 vers les cellules de la gaine. Cela apporte à la rubisco une forte concentration en CO2 et réduit fortement la photorespiration.

61
Q

La pompe à CO2 des plantes C4 est produite par un cycle de réactions qui commence où?

A

Dans le cytosol des cellules du mésophylle.

62
Q

Qu’arrive-t-il une fois que le CO2 est fixé en 3-phosphoglycérate par la rubisco dans les cellules de la gaine des plantes C4?

A

Les autres réactions du cycle de Calvin ont lieu tel que décrit précédemment mais avec un coût énergétique supérieur puisque la régénération du pyruvate en PEP requiert l’hydrolyse d’une molécule d’ATP en ADP et PPi.

63
Q

Combien d’équivalents ATP sont requis par les plantes C4?

A

5 équivalents ATP plutôt que 3 pour chaque molécule de CO2 fixée.

64
Q

En quelles circonstances est-ce que le gain en efficacité procuré par l’élimination de la photorespiration est plus grand que son coût énergétique pour les plantes C4?

A

À mesure que la température augmente, ainsi les plantes C4 sont plus efficaces en périodes chaudes.

65
Q

Quelles stratégie pour capturer le CO2 est adoptée par les plantes succulentes en milieux chauds et secs le jour?

A

Durant le jour, ces plantes ferment leurs stomates, par lesquels le CO2 et l’O2 entrent dans les feuilles, afin d’éviter l’évaporation de l’eau. par conséquent, le CO2 ne peut être absorbé le jour. Le malate entreposé est décarboxylé afin de rendre disponible le CO2 nécessaire au cycle de Calvin.

66
Q

Quelles stratégie pour capturer le CO2 est adoptée par les plantes succulentes en milieux chauds et secs la nuit?

A

La nuit, quand l’air est plus frais et humide, les stomates s’ouvrent pour laisser entrer le CO2 qui est d’abord fixé sous la forme d’oxaloacétate par le PEP carboxylase. L’oxaloacétate est réduit en malate et stocké dans des vacuoles afin de protéger les enzymes cytosoliques et chloroplastiques contre une baisse du pH provoquée par la dissociation de l’acide malique.

Métabolisme et régulation (12 decks)

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