BIOCHIMIE METABOLIQUE ET ENZYMO - Sujet et Corrigé H.Haidous

BILAN DES CONNAISSANCES BIOCHIMIE METABOLIQUE ET ENZYMOLOGIE :

Etudiante : Marion GRIMBERG Janvier 2010 CORRIGE par Hader HAIDOUS

1) Définir la matière organique La matière organique regroupe l’ensemble des macromolécules et petites molécules constituées des éléments chimiques suivants : C, H, O, N, P, S 2) Définir la matière inorganique La matière inorganique regroupe l’ensemble des éléments minéraux de base tel que le calcium, le sodium, le potassium etc… qui peuvent faire partie de la matière vivante ou de la matière inerte. 3) Quels sont les 4 types de biomolécules organiques que vous connaissez ainsi que leurs principales caractéristiques. -

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Les acides nucléiques : bases de l’information génétique ou ADN ainsi que l’ARN, ils sont constitués de bases azotés cycliques, d’un sucre (ribose ou désoxyribose) et de groupements phosphate. Les protéines : briques fondamentales de la vie, elles sont constituées de longues chaines d’acides aminés appelées aussi chaines polypeptidiques. Les glucides : appelés également hydrates de carbones, ils sont constitués d’unités dits « oses » ou hydrates de carbone carbo ne possédant de nombreux nom breux hydroxyle (alcool) et une fonction aldéhyde (aldose) ou cétone (cétose). Les lipides : longues chaines hydrogénocarbonées aliphatiques et hydrophobes, ils regroupent l’ensemble des corps gras, principal constituant notamment des membranes cellulaires.

4) Définir ce qu’est une protéine Une protéine est une longue chaine polypeptidique (ou plusieurs chaines polypeptidiques si protéine oligomérique) oligomérique ) structurée en 4 niveaux : - Structure primaire : séquence d’acides aminés linéaire - Structure secondaire : arrangement de la chaine d’acides aminés dans l’espace en structures de type hélice alpha ou feuillets plissés beta ou en structure plus ou moins désorganisées (coudes,…) - Structure tertiaire : arrangements des structures secondaires (hélices alpha et beta) dans l’espace pour former une unité avec des domaines. - Structure quaternaire : pour les protéines possédant plusieurs chaines polypeptidiques (ou sous-unités) seulement, arrangement des oligomères ou protomères (sous-unités) en structures protéiques dimériques, trimériques, ou quadrimériques… (protéine oligomérique)

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5) Définir ce qu’est une enzyme Une enzyme est un catalyseur biologique (biocatalyseur) de nature protéique capable d’accélérer (catalyser) la vitesse d’une réaction chimique dans des conditions spécifiques. Il agit sur le substrat de la réaction et le transforme en produit sans être consommé lors de la réaction. 6) Définir ce qu’est un coenzyme Un coenzyme est un molécule organique (NADH,H+, FADH2, vitamine B12…) ou inorganique (Ca²+, Mg²+…) indispensable à l’activité de certaines enzymes. 7) Quels sont les 6 types de réaction réaction catalysée par les enzymes ? indiquer les 6 types d’enzymes d’enzymes correspondantes • •

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EC 1 Oxydo-réductases Oxydo-réductases : catalysent les réactions d'oxydo-réduction EC 2 Transférases : transfèrent un groupement fonctionnel (par exemple un groupe méthyle ou phosphate) EC 3 Hydrolases : catalysent l'hydrolyse de diverses liaisons EC 4 Lyases : brisent diverses liaisons par d'autres procédés que l'hydrolyse et l'oxydation EC 5 Isomérases : catalysent les réactions d'isomérisation dans une simple molécule EC 6 Ligases : joignent deux molécules par des liaisons covalentes

8) Définir ce ce qu’est la vitesse vitesse initiale d’une enzyme enzyme La vitesse initiale d’une enzyme représente la quantité (ou concentration) de substrat consommé ou de produit formé par unité de temps, lors de la phase initiale de la réaction lorsque moins de 10% du substrat a été consommé. Vi en mol / L / min ou en mol /L /seconde On peut dire aussi : La vitesse initiale (V )i i d'une réaction enzymatique est la l a vitesse instantanée, au temps t=0, de transformation d'un substrat par une enzyme.

9) Définir ce qu’est la vitesse maximale d’une enzyme, en déduire ce qu’est l’activité enzymatique La vitesse maximale d’une enzyme correspond à la vitesse de réaction de l’enzyme lorsque le substrat est saturant. Lorsque [S] > 10 x Km (constante de Michaelis) alors Vi = Vmax. L’Activité spécifique de l’enzyme (AS) correspond à cette Vmax ramenée à la quantité d’enzyme présente dans le milieu reactionnel. Elle est exprimée généralement en mol (/ L) / min / g d’enzyme.


10) En fonction des vitesses et et des mécanismes de réaction enzymatique, enzymatique, on peut différencier 2 types d’enzymes, définir les 2 types, indiquer les graphes Vi = f ( [S] ) pour les 2 types et citer un exemple d’enzyme que vous connaissez pour chacun des 2 types. Allure hyperbole : Enzyme michaélienne (généralement 1 unité)

Allure sigmoïde : Enzyme allostérique (généralement plusieurs sous-unités) avec effet de la fixation du substrat sur le site d’une unité qui fait changer la conformation de l’ensemble et facilite la fixation sur une autre unité de l’enzyme oligomérique. Il y a une Coopération

1 seul site pour le Substrat

Saturation de l’enzyme par son substrat, on est ici à ici à Vmax

Vi

Vi 4 sites Substrat Substrat

[S] Exemple : Glucose kinase ou hexokinase (dans la glycolyse)

[S] Exemple : dans le cycle de Krebs, le Complexe de la Pyruvate décarboxylase

11) Ecrire l’équation l’ équation de d e Michaelis-Menten pour une enzyme michaelienne ainsi que les représentations graphiques de Lineweaver et Burk. Indiquer les paramètres michaeliens sur les courbes. équation décrivant la vitesse de réaction enzymatique est la suivante :

Avec : •

•

• •

v i i : vitesse initiale (c’est-à-dire en absence de produit) de la réaction enzymatique pour une concentration de substrat [S] (en µmol/min)1 ; v max max : vitesse initiale maximale mesurée pour une concentration saturante de substrat (en µmol/min)1 ; [S] : Concentration en substrat (en mol/L)1 ; K M M : Constante de Michaelis spécifique de l'enzyme. C'est la concentration en substrat pour laquelle la vitesse vi tesse initiale de la réaction est égale à la moitié de la l a vitesse initiale maximale (en mol/L)1. Elle correspond à l'inverse de la constante d'affinité apparente du substrat pour l'enzyme. Graphiquement, l'équation de Michaelis-Menten est une branche d'hyperbole.


Représentation en double inverse de Lineweaver-Burk et détermination graphique des paramètres Vmax et Km

12) Quelle est l’action des effecteurs sur les enzymes, citer deux exemples. L’activation ou amplification de l’activité des enzymes par les activateurs (effecteurs positifs). Exemple : Le magnesium Mg2+ est un activateur la créatine kinase dans le muscle.

L’inhibition ou désactivation plus ou moins importante de l’activité des enzymes par les inhibiteurs (effecteurs négatifs) Exemple : L'α-cétoglutarate déshydrogénase (dans le Cycle de Krebs) est activée par le calcium (et inhibée par le NADH, l'ATP et son produit le succinyl-CoA)

13) Ecrire les équations des réactions réactions enzymatiques avec S, P, E, sans sans I et avec I (Inhibiteur)

E

E

k1

E

+ S

E-S k-1

P k2

E + S + I

E-S E-I

P I E

Sans inhibiteur : réaction normale

Avec Inhibiteur : compétition compétition entre le Substrat et l’Inhibiteur pour le site actif de l’enzyme

14) La thermodynamique des réactions fait intervenir des échanges d’énergie, quel est le paramètre (nom et symbole) qui montre qu’une réaction est thermodynamiquement possible ? Doit-il être négatif ou positif ? C’est la différence d’enthalpie libre notée ∆G°’ - Lorsque ∆G°’ < 0, la réaction est thermodynamiquement possible, réaction exergonique (libère de l’énergie) - Lorsque ∆G°’ > 0, la réaction est thermodynamiquement impossible, réaction endergonique (consomme de l’énergie)


15) On parle de barrière énergétique à franchir pour une réaction catalysée par une enzyme,

représenter-la sur un graphe légendé. Diagramme d'une réaction catalytique qui montre l'énergie ( E E ) requise à différentes étapes suivant l'axe du temps (t (t ). ). Les substrats (A et B) en conditions normales requièrent une quantité d'énergie considérable ( E E 1) pour atteindre l'état de transition A...B, à la suite duquel le produit de réaction (AB) peut se former. L'enzyme (E (E) crée un microenvironnement dans lequel A et B peuvent atteindre l'état de transition (A...E...B) plus facilement, réduisant ainsi la quantité d'énergie requise ( E E 2). Comme il est plus aisé d'atteindre un niveau énergétique inférieur, la réaction peut avoir lieu plus fréquemment, ce qui se traduit par une vitesse de réaction accrue.

16) Quels sont les 2 types de métabolisme que vous connaissez, quel est celui qui sert à dégrader les molécules m olécules et celui sui sert à fabriquer les molécules ? quel est celui qui consomme de l’énergie et celui qui produit de l’énergie ? Le catabolisme : sert à dégrader/cataboliser les molécules et produire de l’énergie L’anabolisme : sert à fabriquer/synthétiser les molécules et consomme de l’énergie 17) Quelle est la molécule produite (nom et sigle) qui fournit l’énergie ? L’ATP : Adénosine TriPhosphate produite dans la mitochondrie.

18) La dégradation des sucres (oses et osides) fait intervenir en premier un catabolisme oxydatif appelé la glycolyse qui a lieu dans le l e cytoplasme de la cellule, qu’est ce que veut dire catabolisme oxydatif ? Le catabolisme oxydatif est une voie de dégradation de molécules par une succession de réactions d’oxydation faisant intervenir de nombreuses enzymes de la classe des oxydoreductases. La glycolyse compte 10 réactions d’oxydations successives qui permet d’obtenir 2 molécules de Pyruvate (3C) à partir d’une molécule de Glucose (6C) en produisant de l’ATP (2 molécules) et du coenzyme réduit NADH,H+(4 molécules).


19) La glycolyse produit 2 molécules molécules de pyruvate à partir d’une molécule de glucose, les 2 molécules molécules de pyruvate sont transformés en 2 acetylcoA par une autre réaction dans la membrane externe de la mitochondrie, a. quelle est cette réaction ? écrire la réaction en en question La décarboxylation oxydative du pyruvate : Pyruvate + CoA-SH + NAD+  acétyl-CoA acétyl-CoA + CO2 + NADH,H+ b. quel est le nom de l’enzyme ? La Pyruvate Décarboxylase (ou complexe de) composée de plusieurs unités c. dans quel quel cycle cycle sera sera dégradé l’acetylcoA produit ? Le cycle de Krebs aussi appelé Cycle des acides tricarboxyliques d. écrire ce cycle complet avec les substrats, les produits, les enzymes et les coenzymes réduits et oxydés. Le cycle de Krebs est composé de 8 étapes, chacune étant catalysée par une enzyme spécifique. Au cours du cycle sont produites, à partir d'une mole de acide acétique et jusqu'au stade CO 2 et H 2 2O : • • • •

2 moles de CO 2 2 3 moles de NADH,H + 1 mole de FADH 2 2 1 mole de GTP


20) Les coenzymes réduits lors de ce cycle se retrouvent dans la membrane membrane interne de la mitochondrie, et sont ré-oxydés dans une chaîne de réactions, a. comment s’appelle cette chaîne de réactions réactions ? La chaine respiratoire mitochondriale b. combien de de complexes enzymatiques sont mis en cause ? Quatre complexes enzymatiques I, II, III et IV sont impliqués, ancrés dans la membrane interne de la mitochondrie. Ils permettent aux électrons d’être acheminés le long de la chaîne par les réactions d’oxydations successives. c. quel est le but de cette chaîne de réaction ? Le but de la chaîne respiratoire est de ré-oxyder (regénérer) les coenzymes réduits (NADH,H+ et FADH ,H+) pour produire de l’ATP, cela aboutit à la réduction d’une molécule de O2 en une molécule de H2O. d. quel est le rôle de la mitochondrie pour la cellule ? Produire de l’énergie sous forme d’ATP. C’est la « centrale énergétique » de la cellule, elle utilise les nutriments ingérés par la cellule, les dégrade (catabolise) pour produire de l’ATP.


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