Module 2 : L'énergie de la cellule

Question 1

Lequel ou lesquels des énoncés suivants sont vrais?
A. Le changement d’énergie libre de Gibbs est la mesure de l’énergie disponible lors d’une réaction.
B. Pour qu’une réaction soit spontanée, le changement d’énergie libre de Gibbs doit être négatif.
C. La force électromotrice doit être négative pour qu’une réaction soit spontanée.
D. Plus le potentiel de réduction est grand, plus la substance est un bon agent réducteur.

Answer 1

A. Le changement d’énergie libre de Gibbs est la mesure de l’énergie disponible lors d’une réaction.
B. Pour qu’une réaction soit spontanée, le changement d’énergie libre de Gibbs doit être négatif.

Question 2

En absence d’ions magnésium, quel sera l’impact sur la stabilité de l’ATP?
A. L’ATP sera plus stable
B. L’ATP sera moins stable
C. La présence de cet ion n’influence pas la stabilité de l’ATP.

Answer 2

B. L’ATP sera moins stable

Question 3

Comment nomme-t-on un composé ayant la capacité de perdre un ou plusieurs électrons?

Answer 3

agent réducteur

Question 4

Associez la définition au terme correspondant:

1. Réaction dans laquelle une substance gagne des électrons.
2. Réaction dans laquelle une substance perd des électrons.
3. Mesure de la tendance d’une substance à gagner des électrons.

Answer 4

1. Réduction
2. Oxydation
3. Potentiel réducteur

Question 5

Laquelle ou lesquelles de ces molécules sont des cofacteurs permettant de contenir l'énergie sous forme de potentiel réducteur?
A.	Les phosphagènes
B.	Le FMN
C.	Le FAD
D.	L'acétyl-CoA
E.	L'ubiquinone
F.	Le NAD+

Answer 5

B. Le FMN
C. Le FAD
E. L’ubiquinone
F. Le NAD+

Question 6

Combien d’électron(s) la CoQ peut accepter ou donner à la fois?

Answer 6

1

Question 7

Lequel de ces cofacteurs sert de transporteur d'électrons dans les membranes graĉe à son caractère hydrophobe?
A.	NAD+
B.	NADP+
C.	FAD
D.	FMN
E.	CoQ

Answer 7

E. CoQ

Question 8

Lequel ou lesquels des énoncés suivants sont vrais?

A. Le Mg2+ est essentiel pour l’hydrolyse enzymatique de l’ATP.
B. L’ATP s’hydrolyse difficilement (lentement) en milieu aqueux
C. Le groupement adénosine de la molécule d’ATP permet à cette dernière d’être reconnue et hydrolysée spécifiquement par certaines enzymes.

Answer 8

Tous.

Question 9

Une réaction chimique a plus de chances de se produire si :

A. les produits de la réaction sont plus complexes que les reactifs.
B. le système requiert de la chaleur
C. les produits de la réaction sont plus nombreux que les substrats
D. le système gagne de l’énergie libre

Answer 9

C. les produits de la réaction sont plus nombreux que les substrats

Question 10

Les cellules et organismes vivants :

A. échangent de l’énergie et pas de matière avec leurs environnements.
B. échangent de l’énergie et de la matière avec leurs environnements.
C. sont des systèmes fermés.
D. sont en équilibre avec leurs environnements.

Answer 10

B. échangent de l’énergie et de la matière avec leurs environnements

Question 11

On peut additionner les changements d’énergie libre standard ΔG°′ de deux réactions chimiques seulement si :

A. les réactions partagent un intermédiaire
B. le ΔG°′ de chaque réaction est négatif
C. le ΔG°′ de la réaction globale est positif
D. la première réaction est exergonique

Answer 11

A. les réactions partagent un intermédiaire

Question 12

La conversion du NAD+ en NADH est réalisée par l’addition :

A. d’un proton
B. d’un électron
C. d’un ion hydrure
D. d’un atome d’hydrogène

Answer 12

C. d’un ion hydrure

Question 13

La réaction d’oxydoréduction Fe2+ + Cu2+ → Fe3+ + Cu+, peut être décrite par deux demi-réactions :

(1) Fe2+ → Fe3+ + e-
(2) Cu2+ + e- → Cu+

Lequel de ces énoncés est vrai?

A. Dans la réaction globale, c’est l’ion cuivrique (Cu2+) qui est l’agent réducteur.
B. Dans la demi-réaction (2), l’ion cuivrique (Cu2+) qui est oxydé.
C. Dans la réaction globale, l’ion ferreux (Fe2+) est oxydé par l’ion cuivrique (Cu2+)

Answer 13

C. Dans la réaction globale, l’ion ferreux (Fe2+) est oxydé par l’ion cuivrique (Cu2+)

Question 14

Lequel parmi ces énoncés sur les flavonucléotides est vrai?

A. Ils n’ont pas de potentiel d’oxydoréduction tant qu’ils ne sont pas liés à une protéine.
B. Ils acceptent toujours deux électrons
C. Ils agissent comme des groupements prosthétiques.

Answer 14

C. Ils agissent comme des groupements prosthétiques.

Question 15

Voici les potentiels d’oxydoréduction standards (E°′) pour les partenaires redox suivants :

Pyruvate/lactate
E°′ = -0,185
NAD+/NADH 
E°′ = -0,320
Laquelle des affirmations suivantes est vraie?

A. La paire Pyruvate/lactate a une plus grande propension à perdre ses électrons que la paire NAD+/NADH.
B. Le pyruvate a une plus grande affinité pour les électrons que le NAD+.
C. Le NAD+ est un agent réducteur.
D. Dans les conditions standards, le NAD+ a plus de chance d’être converti en NADH, que le pyruvate en lactate.

Answer 15

B. Le pyruvate a une plus grande affinité pour les électrons que le NAD+.

Question 16

Lequel de ces énoncés décrit le mieux la relation entre le ΔG et la vitesse d’une réaction?

a) Le ΔG est directement proportionnel à la vitesse de la réaction.
b) Le ΔG est inversement proportionnel à la vitesse de la réaction.
c) Si le ΔG est positif, la réaction est favorable vers la droite.
d) Si le ΔG est négatif, la réaction est à l’équilibre.
e) Le ΔG ne donne aucune information sur la vitesse de la réaction.

Answer 16

e) Le ΔG ne donne aucune information sur la vitesse de la réaction.

Question 17

Considérant la réaction suivante : Glucose-1-phosphate ↔ glucose-6-phosphate
Si à l’équilibre la concentration de glucose-6-phosphate est plus grande que celle de
glucose-1-phosphate, est-ce que le ΔG°ʹ de la réaction est positif ou négatif? Pourquoi?

Answer 17

Lorsqu’à l’équilibre la concentration de produit est plus grande que celle du substrat, la Kʹeq > 1. Le logarithme naturel d’une valeur supérieure à 1 est toujours positif. Pour calculer le ΔG°ʹ, on utilise l’équation ∆G°ʹ = -RT ln Kʹeq. Puisque -RT est multiplié par le résultat du logarithme naturel, si le résultat du ln Kʹeq est positif (donc si la valeur de Kʹeq > 1), le ΔG°ʹ sera nécessairement négatif (- multiplié par + = -)

Question 18

Expliquer pourquoi la coupure d’une des liaisons phosphoanhydrides de l’ATP libère une grande quantité d’énergie libre.

Answer 18

Si le produit est plus stable que le substrat, la transformation du substrat en produit est favorisée. Tout ce qui déstabilise le substrat et/ou stabilise le produit favorise la réaction. 3 facteurs expliquent pourquoi le ΔG°′ d’hydrolyse de l’ATP est si négatif.
• Répulsion électrostatique : L’ATP porte plusieurs charges négatives qui se repoussent. Les produits de l’hydrolyse portent moins de charges et sont donc plus stables. La répulsion électrostatique entre 2 charges d’une même molécule déstabilise celle-ci. Puisque l’ATP porte 4 charges négatives, la répulsion électrostatique favorise la rupture de cette molécule.
• Effet de solvatation : Les interactions avec les molécules d’eau stabilisent les composés. Les produits de l’hydrolyse sont plus stables parce qu’ils sont mieux hydratés. Il est plus facile pour le solvant de former une enveloppe d’hydratation autour d’une petite molécule.
• Stabilisation par résonnance : La formation d’un hybride de résonnance stabilise la molécule. La délocalisation de la charge est plus facile pour les produits puisqu’il n’y a qu’une double liaison dans les produits tandis que les 2 doubles liaisons d’un lien phosphoanhydride compétitionnent pour les électrons de l’oxygène. Dans les produits de l’hydrolyse, la charge de l’oxygène est plus délocalisée, formant ainsi de meilleurs hybrides de résonnance

Question 19

Nommez les principales autres formes d’énergie (autre que l’ATP) utilisées par la cellule.

Answer 19

• Les composés phosphorylés : les énols phosphate (Phosphoénolpyrutate), les acyl phosphate (1,3-bisphosphoglycérate), les phosphagènes (phosphocréatine, phosphoarginine), les autres nucléotides (GTP, CTP, UTP, dTTP, etc.)
• Les thioester : L’acétyl-CoA
• Les cofacteurs réduits : NADH, NADPH, FADH2, FMNH2 et QH2.

Question 20

Quelles molécules constituent une réserve en énergie libre dans les muscles? Quel est le rôle principal de ces molécules phosphorylées? Nommez 2 exemples et dites où chacun est spécifiquement retrouvé.

Answer 20

Les phosphagènes servent de réserve de groupement phosphoryle dans les muscles. Leur rôle principal est de permettre la régénération de l’ATP via la phosphorylation au niveau du substrat c’est-à-dire qu’il y a transfert d’un groupement phosphoryle d’un phosphagène à une molécule d’ADP pour reformer un ATP. La phosphocréatine est retrouvée spécifiquement chez les vertébrés. La phosphoarginine est retrouvée chez certains invertébrés comme le homard.

Question 21

Pourquoi est-il important pour une cellule de tamponner la concentration d’ATP, d’ADP et d’AMP?

Answer 21

Pour une cellule, il est très important de tamponner les concentrations des nucléotides puisqu’une variation dans leur concentration à un impact important sur le ∆G d’hydrolyse de l’ATP (Exercices #2) et donc sur toutes les réactions couplées à cette hydrolyse.

Question 22

Comment les cellules s’y prennent-elles pour tamponner la concentration des nucléotides? Quelles enzymes sont impliquées? Indiquez l’équation des réactions que ces enzymes catalysent.

Answer 22

Lorsque la concentration d’ATP est élevée, les cellules musculaires stockent une partie de leur énergie sous la forme de phosphocréatine. Cette réaction est catalysée par la créatine kinase
• Phosphocréatine + ADP ↔ Créatine + ATP
L’adénylate kinase permet de produire 1 ATP à partir de 2 ADP, ou encore de régénérer l’AMP.
• 2 ADP ↔ AMP + ATP
Finalement, la concentration d’ATP peut également être ajustée en transformant une partie de l’ATP en un autre NTP (interconversion des NTPs). Cette réaction est catalysée par la nucléotide diphosphate kinase.
• ATP + NDP ↔ ADP + NTP

Question 23

Lequel (ou lesquels) des cofacteurs participant aux réactions d’oxydoréduction :

a) Est présent dans les membranes?
b) Est présent dans le cytosol?
c) Est un groupement prosthétique?
d) Peut transférer 2 électrons à la fois?
e) Ne peut capter qu’un seul électron à la fois?

Answer 23

a) Ubiquinol (synonyme coenzyme Q ou CoQ)
b) NAD+ ou NADP+
c) FAD ou FMN
d) FAD, FMN, NAD+ ou NADP+
e) Ubiquinone (CoQ)

Question 24

Beaucoup de réactions d’oxydoréduction des voies métaboliques se traduisent par la rupture d’une liaison C─H avec la perte en dernier ressort d’un ion hydrure. Décrire l’ion hydrure.

Answer 24

Un ion hydrure est constitué d’un proton et de 2 électrons.

Lors d’une réaction, on l’écrit H-.

Question 25

À quoi sert l’énergie emmagasinée dans les cofacteurs réduits?

Answer 25

• Les cofacteurs réduits peuvent servir de source d’électrons pour des réactions anaboliques qui sont fondamentalement des processus de réduction.
• L’énergie emmagasinée dans les cofacteurs réduits peut également être transformée en ATP via la phosphorylation oxydative.

Question 26

Définir le potentiel d’oxydoréduction (E). Quelle est l’unité de mesure de E? Quelle est la différence entre le E et le E′?

Answer 26

Le potentiel de réduction, E, est la mesure de la tendance des espèces chimiques à être réduites ou oxydées. L’unité de mesure est le volt (V). E′ est le potentiel de réduction d’une substance chimique dans des conditions biochimiques standards, c’est-à-dire à 25 °C, pH7, pression de 1 atmosphère et que les concentrations des formes oxydées et réduites de la substance chimique sont de 1 M.

Question 27

Pouvons-nous affirmer que, tout comme ∆G, ∆E est une mesure de la spontanéité d’une réaction (oxydoréduction dans le cas de ∆E)?

Answer 27

En effet, ∆E est une mesure de spontanéité d’une réaction d’oxydoréduction dans des conditions qui diffèrent des conditions standards. Cependant, contrairement au ∆G (réaction favorable si négatif), une réaction favorable est indiquée par un ∆E positif. Une réaction est favorable lorsque ∆G est négatif ou que ∆E est positif.

Question 28

La malate déshydrogénase catalyse cette réaction réversible :
• Oxaloacétate + NADH + H+ → Malate + NAD+
À partir des demi-réactions suivantes, calculez le ΔE°′ de cette réaction d’oxydoréduction.
• NAD+ + 2 H+ + 2 e- → NADH + H+ E°′ = -0,32 V
• Oxaloacétate + 2 H+ + 2 e- → Malate E°′ = -0,17 V
Est-ce que cette réaction est favorable dans le sens indiqué ?

Answer 28

L’accepteur dans cette réaction est l’oxaloacétate et le donneur est le NADH. Donc : ∆ E°′ = E°′ accepteur - E°′ donneur
∆ E°′ = -0,17 – (-0,32) = 0,15 V
Un ∆E°′ positif indique que la réaction est favorable dans le sens indiqué.

Question 29

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Lorsqu’une réaction chimique est à l’équilibre, la vitesse de transformation des réactifs en produits est égale à la vitesse de transformation des produits en réactifs.

Answer 29

Vrai, il n’y a alors plus de changement net dans la concentration des substrats et des produits.

Question 30

Lequel ou lesquels de ces énoncés portant sur le ΔG sont faux?

A. Un ΔG positif ou négatif nous indique dans quelle direction la réaction aura lieu.
B. Le ΔG dépend de la concentration des produits et des réactifs.
C. Le ΔG est affecté par la température.
D. Le ΔG est positif quand une réaction est favorable.
E. La valeur de ΔG nous indique la vitesse d’une réaction.
F. Lorsqu’une réaction chimique est à l’équilibre, ΔG = 0.

Answer 30

D. Le ΔG est positif quand une réaction est favorable.

E. La valeur de ΔG nous indique la vitesse d’une réaction.

Question 31

Toutes ces coenzymes contiennent une portion nucléotidique formée d’une adénine sauf une. Laquelle?

A.	ATP
B.	NADH
C.	Coenzyme A
D.	FAD
E.	FMN

Answer 31

E. FMN

Question 32

À propos des processus permettant de renouveler l’ATP :

1. Comment se nomme le processus qui permet de produire de l’ATP via le transfert d’un groupement phosphate d’une molécule phosphorylée riche en énergie vers l’ADP?
2. Comment se nomme le processus qui permet d’interconvertir les différents NTPs?

Answer 32

1. Phosphorylation au niveau des substrats

2. Transphosphorylation entre nucléotides

Question 33

À partir des informations suivantes :

Pyruvate + 2 H+ + 2 e- → Lactate E°′ = -0,19 V
NAD+ + 2 H+ + 2 e- → NADH + H+ E°′ = -0,32 V

Dans quelle direction ira cette réaction d’oxydoréduction dans des conditions biochimiques standards ?

A. Pyruvate + NADH + H+ → Lactate + NAD+
B. Lactate + NAD+ → Pyruvate + NADH + H+

Answer 33

A. Pyruvate + NADH + H+ → Lactate + NAD+

Question 34

Lequel ou lesquels de ces énoncés sur les réactions couplées sont faux?

A. La variation d’énergie libre totale de 2 réactions couplées chimiquement correspond au ΔG de la réaction favorable.
B. Une réaction défavorable X → Y peut se produire si elle est suivie d’une réaction favorable Y → Z qui déplace l’équilibre de la réaction X → Y.
C. Plusieurs réactions couplées sont catalysées par la même enzyme qui se sert de l’énergie libre de la réaction favorable pour entraîner la réaction défavorable.
D. La condensation thermodynamiquement défavorable de A-H et B-OH pour produire A-B peut être couplée à l’hydrolyse de l’ATP via la formation d’un intermédiaire B–OPO3.

Answer 34

A. La variation d’énergie libre totale de 2 réactions couplées chimiquement correspond au ΔG de la réaction favorable.

Question 35

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

L’équation G = G°′ + 2,303 RT log10 Q nous apprend qu’une réaction qui n’est pas spontanée sur la base du G′ (c.-à-d. G°′ positif) peut quand même avoir lieu.

Answer 35

Vrai. Une réaction ayant un ∆G°′ positif peut avoir lieu dans la cellule puisque la concentration des substrats et produits est très différente de celle des conditions standards.

Question 36

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Le Mg2+ augmente le G′ de l’hydrolyse de l’ATP.

Answer 36

Vrai. Le Mg2+ forme un complexe avec l’ATP ce qui a pour effet de neutraliser
partiellement les charges portées par les groupements phosphoryle. Puisque la répulsion électromagnétique entre ces charges est partiellement responsable du faible G′, lorsqu’elles sont neutralisées le G′ augmente.

Question 37

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Le transfert du groupement Pi ou AMP de l’ATP sur certains substrats permet de déplacer l’équilibre de certaines réactions chimiques ayant un ∆G°′ très positif.

Answer 37

Vrai. Le transfert du groupement est alors « couplé » à la réaction ayant un G′ très positif. Puisque le G′ de l’hydrolyse de l’ATP est très négatif, la somme des G′ des 2 réactions donnera un G′ plus petit. Si cette somme de G′ est négative, cela signifie que l’énergie libérée par le transfert du groupement est suffisante pour permettre à la réaction ayant un G′ très positif de se produire.

Question 38

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Le ∆G total d’une réaction couplée est la somme des ∆G des réactions considérées individuellement.

Answer 38

Vrai.

Question 39

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Une réaction d’oxydation est toujours accompagnée d’une réaction de réduction.

Answer 39

Vrai.

Question 40

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Le NAD+ est utilisé principalement dans les voies cataboliques où il agit comme un
agent oxydant alors que le NADPH est utilisé comme agent réducteur dans les voies de biosynthèse.

Answer 40

Vrai.

Question 41

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Une valeur négative de E indique une faible affinité pour les électrons.

Answer 41

Vrai. Une valeur négative de E indique un bon agent réducteur, donc un bon donneur d’électrons. Par conséquent, une substance avec une valeur négative de E a une faible affinité pour les électrons.

Question 42

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Un agent oxydant a une faible affinité pour les électrons.

Answer 42

Faux. Un agent oxydant est un accepteur d’électron, par conséquent il a une forte affinité pour ceux-ci.

Question 43

VRAI OU FAUX. Justifiez votre réponse.

Si le ΔE°’ (∆E°’ = E°’ accepteur - E°’ donneur) d’une réaction est négatif, le sens de la réaction sera contraire à celui indiqué.

Answer 43

Vrai. ΔE°’ est une mesure de spontanéité d’une réaction d’oxydoréduction dans
des conditions standard. Cependant, contrairement au ∆G°’ (réaction favorable si négatif), une réaction favorable est indiquée par un ∆E positif.