biologie moleculaire

Cette correction est une aide pour vos révisions. Les réponses sont courtes et permettent de vous orienter pour chercher les compléments dans vos cours ou manuels.

1 Les lipides.

1.1 Les acides gras essentiels ne sont pas synthétisés par les cellules humaines, ils doivent donc obligatoirement être apportés par l'alimentation

1.2

1.3 Dans la matrice mitochodriale.

1.4 Compléter le document 1.

1.5 Chaque tour de spire produit 1 FADH₂ et 1 NADH+H+ soit 2 + 3 ATP donc 5 lors de la réoxydation des coenzymes réduits.

1.6 Un total de 8 tours pour libérer finalement 9 Acétyl-CoA
L'oxydation total produit 8 FADH₂ et 8 NADH soit 16 + 24 ATP lors de l'hélice de Lynen

Les 9 Acétyl-CoA sont oxydés par le cycle de Krebs soit 108 ATP

Donc un total de 16+24+108-2 (activation de l'acide gras) = 146 ATP


2 Les glucides.

2.1 Le lactose

2.2 C'est une hydrolase car elle utilise l'eau pour couper la liaison osidique.

Le glucose, une fois dans le sang peut être

·        Utiliser par les cellules pour des besoins énergétiques.

·        Capter par le foie et les muscles pour un stockage sous forme de glycogène.

·        Capter par les adipocytes pour un stockage sous forme lipidique.

2.3

La vitesse augmente d'abord proportionnellement à la concentration en substrat. Puis lorsque la concentration en substrat est saturante, la vitesse est maximale.

2.4 K_M, la constante de michaelis, est la concentration en substrat pour obtenir la moitié de la vitesse maximale.
V_max est la vitesse maximale de la réaction pour les conditions opératoires.
Rappel sur les graphiques en enzymologie

Le lait maternisé reconstitué est un aliment complet. Il constitue pour le nouveau-né une source de lipides, protéines (caséine et protéines solubles), glucides (lactose), sels minéraux, vitamines et eau.

1 Les lipides.

Parmi les lipides présents dans le lait, on peut citer des acides gras essentiels, l'acide linoléique (C₁₈H₃₂O₂) et l'acide linolénique (C₁₈H₃₀O₂), ainsi que des phospholipides comme la lécithine.

1.1 Définir le terme acide gras essentiel.

1.2 Représenter, de façon schématique, une molécule de phospholipide. Indiquer son pôle hydrophile et son pôle hydrophobe.

Après absorption intestinale, les acides gras sont distribués aux cellules. Certains interviennent dans la synthèse des triglycérides qui constituent une réserve énergétique pour l'organisme. En fonction des besoins cellulaires, ces réserves peuvent être mobilisées pour produire une grande quantité d'ATP :

lipase du tissu adipeux

Triglycéride + 3 H₂O ® glycérol + 3 acides gras

Les acides gras libérés subissent alors la b-oxydation schématisée par l'hélice de Lynen. Le document 1 correspond à une spire de l'hélice (pour le stéaryl CoA).

1.3 Indiquer dans quel compartiment cellulaire se déroule la b-oxydation.

1.4 Compléter le document 1.

1.5 Indiquer, pour un tour de spire, le nombre d'ATP produits lors de la réoxydation des coenzymes réduits.

Données :
• La réoxydation de FADH₂ par la chaîne respiratoire produit 2 ATP.
• La réoxydation de NADH,H⁺ par la chaîne respiratoire produit 3 ATP.

1.6 Indiquer le nombre de tours de spire nécessaires à la dégradation totale de l'acide stéarique par le mécanisme de la b-oxydation.
En déduire le nombre total d'ATP produits lors de l'oxydation totale de l'acide stéarique.

Données :
• L'activation de l'acide gras consomme 2 ATP.
• L'oxydation de l'acétylcoenzyme A par le cycle de Krebs produit 12 ATP.

2 Les glucides.

Le lactose, glucide prépondérant dans le lait, répond à la nomenclature b-D-galactopyranosyl 1 ® 4 D-glucopyranose.

2.1 Écrire la formule chimique développée du lactose (structure cyclique de Haworth).
La lactase intestinale catalyse la réaction

lactose + H₂O ® galactose + glucose

2.2 A quelle classe d'enzymes appartient-elle ? Après absorption intestinale et transport dans le sang, quels sont les devenirs possibles du glucose ?

2.3 La lactase est une enzyme à cinétique Michaelienne. Tracer la courbe v_i = f([S]) pour ce type d'enzyme. Commenter l'allure de cette courbe.

2.4 Situer K_M et V_max sur la courbe précédente et donner la signification précise de chacune de ces constantes.

1 Structure du lactose.

1.1 L'hydrolyse du lactose conduit à la formation de galactose et de glucose. Dans quelle classe de glucides range-t-on le lactose ?

1.2 La b-galactosidase catalyse l'hydrolyse du lactose. Dans quelle classe d'enzymes range-t-on la b-galactosidase ? Pourquoi précise-t-on b-galactosidase lorsqu'on nomme cette enzyme ?

1.3 Donner la formule développée du lactose en utilisant la représentation cyclique de Haworth.


2 Métabolisme du galactose.

Soit la réaction suivante, catalysée par la galactokinase

galactose + ATP Û galactose-1-phosphate + ADP

La variation d'enthalpie libre standard à pH = 7 de cette réaction est DG°' = -8400 J.mol^-1

2.1 Cette réaction permet-elle de former du galactose-1-phosphate dans la cellule ? Pourquoi ?

2.2 La variation d'enthalpie libre standard à pH = 7 de la réaction d'hydrolyse du galactose-1-phosphate :

galactose - 1 - phosphate + H₂O Û galactose + Pi

est DG°’ = -20900 J.mol^-1
Déduire des données précédentes la variation d'enthalpie libre standard à pH = 7 de la réaction d'hydrolyse de L'ATP.

ATP + H₂O Û ADP + Pi

Le galactose peut être utilisé par un processus schématisé dans le document 1.

2.3 Le document 2 présente quelques réactions de la glycolyse. Compléter ce document (à remettre avec la copie).

2.4 Faire le bilan moléculaire de la transformation d'une mole de glucose-6-phosphate en acide pyruvique.

2.5 Donner la localisation cytologique de la glycolyse.

2.6 Comment appelle-t-on la voie métabolique qui permet la dégradation de l'acétylCoA en CO₂?

2.7 Les coenzymes réduits produits par certaines réactions sont réoxydés au niveau des crêtes mitochondriales. Le bilan de la réoxydation du NADH,H+ peut être représenté par :

NADH,H⁺+ ½ O₂---> NAD⁺ + H₂O

2.7.1 Comment appelle-t-on la voie métabolique dont la réaction ci-dessus représente le bilan ?

2.7.2 Calculer la variation d'enthalpie libre standard à pH = 7 de cette réaction.

Données:
constante de Faraday F = 96 500 J.V^-1.mol^-1 potentiel standard à pH =7 du couple NAD/NADH,H⁺ E°'= - 0,32 V
potentiel standard à pH = 7 du couple O₂ / H₂O E°'= + 0,81 V
DG°’ = - n F DE°’

2.7.3 Que représente le quotient de phosphorylation P/O? Pour la réoxydation du NADH, H+, P/O = 3. Qu'est-ce que cela signifie, pour la cellule, d'un point de vue énergétique ?

2.7.4 Pour la réoxydation du FADH₂, P/O = 2. A partir des documents fournis, dresser le bilan énergétique de la dégradation d'une mole de galactose en aérobiose.

3 Dégradation du lactose : bilan énergétique.

Le glucose est dégradé selon un processus dont le bilan moléculaire s'écrit

Glucose + 10 NAD⁺ + 2 FAD + 2 H₂O + 4 ADP + 4 Pi ---> 4 ATP + 6 CO₂ + 10 NADH,H⁺ + 2 FADH₂

3.1 Déterminer le bilan énergétique de la dégradation, en aérobiose, d'une molécule de glucose.