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Pour préparer le programme de colle n°12 (853) :

Les réactions chimiques du vivant

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Question 1

La réaction d'inactivation thermique de la ribonucléase, à 30°C et à pH 2.5, conduit à une variation du degré de désordre ΔS° de 0,77 kJ/mol/°K.

Sachant que la variation d’enthalpie standard ΔH° de cette réaction est de 238kJ/ mol et connaissant la relation ΔG° = ΔH° - TΔS°

A	Cette réaction est endergonique et exothermique (elle dégage de la chaleur)
B	Cette réaction est endergonique et endothermique (elle requiert de la chaleur)
C	Cette réaction se déroule spontanément
D	Cette réaction est exergonique et endothermique
E	Aucune des propositions n'est valable

Explication pour la question 1:

D'après la formule ΔG° = 3,76 kJ/mol cette réaction est donc légèrement endergonique et fortement endothermique

Question 2

La réaction d’amidation suivante permet la production de la glutamine à partir de l’acide glutamique (1) Glutamate + ATP + NH3 → glutamine + ADP + Pi On donne : Glutamate + NH3 → glutamine ΔG1°’ = + 14,2 kJ/mol ATP + H2O → ADP + Pi ΔG2°’ = - 30,5 kJ/mol

A	La variation d’énergie libre de la réaction (1) est positive donc la réaction est exergonique et spontanée
B	La variation d’énergie libre de la réaction (1) est négative donc la réaction est exergonique et spontanée
C	La réaction (1) est endergonique mais elle peut se dérouler car il y a une enzyme
D	Il n’est pas possible de savoir si la réaction (1) est spontanée
E	Bien qu’exergonique, la réaction (1) ne peut se dérouler sans enzyme

Question 3

La D-glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase de muscle de lapin est un tétramère de poids moléculaire 136 000, constitué de quatre sous-unités identiques portant chacune un site actif. L'enzyme catalyse la réaction suivante : D-glycéraldéhyde-3-phosphate + NAD+ + Pi ⇌ 1-3 diphosphoglycérate + NADH,H+ Les vitesses initiales de la production de NADH,H+ sont mesurées en l'absence et en présence d’acide iodoacétique, un inhibiteur, et les résultats sont fournis dans la représentation de Lineweaver Burk suivante :

source : université de Lille

A	L’enzyme D-glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase est une enzyme mickaelienne
B	L’enzyme D-glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase est une enzyme allostérique
C	La droite a correspond à l’activité de l’enzyme en l'absence d’acide iodoacétique
D	L’acide iodoacétique est un inhibiteur compétitif
E	L’acide iodoacétique est un inhibiteur non compétitif

Question 4

La glycogène phosphorylase :

A	est une enzyme allostérique activée par l’insuline
B	libère du glucose 6 P à partir du glycogène lorsqu'elle est activée
C	existe sous une forme phosphorylée (active) et une forme non phosphorylée (peu active)
D	est activée par phosphorylation grâce à la phosphorylase kinase
E	La concentration cytosolique de glycogène phosphorylase active augmente avec la concentration d’AMPc

Question 5

La formation de la liaison peptidique lors de la traduction in vivo

A	ne nécessite que de l’ATP et des molécules du cytosquelette
B	est catalysée par l’aminoacyl ARNt synthase
C	ne nécessite pas de protéines mais seulement des ARN
D	est catalysée par une ribozyme, la peptidyle transférase
E	est couplée avec la rupture d’une liaison ester

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Biosynthèses caractéristiques

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Question 1

Le code génétique : parmi les affirmations suivantes, laquelle est erronée :

A	Il est constitué de 64 codons triplets de nucléotides.
B	Tous les codons désignent un et un seul acide aminé, le code génétique est redondant mais non ambigu.
C	Il est universel à quelques exceptions près.
D	Certains acides aminés sont désignés par plusieurs codons.
E	Sur le tableau du code génétique les codons sont indiqués dans le sens 5' 3' de l'ARNm.

Explication pour la question 1:

La phrase exacte est : Trois codons UAG, UGA et UAA ne désignent aucun acide aminé, ce sont les codons STOP ou non sens. 61 codons désignent un acide aminé précis. Le code génétique est redondant mais non ambigu.

Question 2

Les ribosomes : quelles sont les affirmations correctes ?

A	Les ribosomes sont des organites présents chez les cellules eucaryotes , les archées et les eubactéries
B	Les ribosomes sont des particules ribonucléoprotéiques constituées de deux sous-unités
C	Les ribosomes sont localisés uniquement dans le cytosol
D	Les ribosomes sont visibles au microscope optique
E	La photographie présente des polysomes, les protéines fabriquées sont destinées au cytosol

Explication pour la question 2:

La synthèse des ribosomes (transcription des ARNr, assemblage avec des protéines, maturation) a lieu dans le noyau. Affirmer qu'ils sont uniquement localisés dans le cytosol est donc faux. De plus, il existe des plasto et des mitoribosomes chez les eucaryotes!

Question 3

Les étapes de la traduction chez les cellules eucaryotes. Une de ces affirmations est incorrecte, laquelle ?

A	L'initiation de la traduction débute par la fixation de la petite sous unité du ribosome sur l'extrémité 5' d'un ARNm
B	La traduction nécessite des facteurs protéiques
C	Deux types d'ARN, les ARNt et les ARNm, sont nécessaires lors de la phase d'élongation
D	L'énergie nécessaire à la formation de la liaison peptidique est fournie par la rupture de la liaison ester entre ARNt et chaine polypeptidique en croissance
E	La chaine polypeptidique est orientée, la séquence en acides aminés commence toujours par l'extrémité NH2

Explication pour la question 3:

Il ne faut pas oublier l'ARN ribosomal dont un site a une activité catalytique : le site peptidyltransférase c'est un exemple d'enzyme non protéique.

Question 4

La traduction : l'ajout d'un acide aminé sur une chaine polypeptidique en croissance nécessite (une seule réponse correcte) :

A	la rupture d'une liaison phosphoanhydre
B	la rupture de 2 liaisons phosphoanhydre
C	la rupture de 3 liaisons phosphoanhydre
D	la rupture de 4 liaisons phosphoanhydre
E	Pas d'énergie , c'est une réaction spontanée

Explication pour la question 4:

- Un ATP est consommé lors de la charge de l'acide aminé sur l'ARNt, - Un GTP est consommé pour la fixation de l'aminoacyl- ARNt sur le site A, - Un GTP est consommé pour la translocation du ribosome.

Question 5

Collecte et maturation des protéines membranaires et sécrétées : Les protéines membranaires et les protéines sécrétées (plusieurs bonnes réponses à cocher) :

A	sont fabriquées au niveau du réticulum endoplasmique lisse
B	sont acheminées dans l'appareil de Golgi
C	possèdent à leur extrémité N terminale pour la grande majorité une séquence signal
D	interagissent avec les enzymes du réticulum et de l'appareil de Golgi ce qui permet leur maturation structurale
E	vont acquérir leur spécificité fonctionnelle dans le lysosome

Question 6

La nucléoplasmine est une protéine localisée dans le noyau. Elle est constituée de 10 sous-unités :

5 sous-unités formant les "queues" toutes identiques entre elles,
5 sous-unités globulaires formant les "têtes", toutes identiques entre elles.

Les expériences suivantes ont permis de préciser comment cette protéine est importée dans le noyau. Quelle est la conclusion correcte?

A	Les différentes sous-unités de la protéine sont fabriquées dans le cytoplasme et s'assemblent dans le noyau
B	Les têtes sont fabriquées dans le cytoplasme, les queues dans le noyau. L'assemblage des sous-unités a lieu dans le noyau
C	Les queues sont fabriquées dans le cytoplasme, les têtes dans le noyau. L'assemblage des sous-unités a lieu dans le noyau
D	Les têtes de nucléoplasmine possèdent une séquence d'importation dans le noyau. L'assemblage des sous unités a lieu dans le cytoplasme
E	Les queues du nucléoplasmine possèdent une séquence d'importation dans le noyau. L'assemblage des sous-unités a lieu dans le cytoplasme

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Métabolisme et formes d'énergie

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Question 1

La molécule d'ATP est une molécule vectrice d'énergie libre. Cette énergie peut être libérée ... (une seule réponse correcte)

A	lors de l'hydrolyse des doubles liaisons présentes dans la base azotée adénine
B	lors de l'hydrolyse de la liaison N-osidique entre l'adénine et le ribose
C	lors de la formation de la liaison peptidique entre les phosphoryles
D	lors de l'hydrolyse de la liaison phosphoanhydre entre les phosphoryles
E	lors de l'hydrolyse de la liaison phosphodiester entre les phosphoryles et le ribose

Question 2

Au cours de la glycolyse de l'ATP peut être produit grâce à des réactions de transphosphorylations (également appelées phosphorylation sur substrat), ces réactions correspondent à des couplages :

A	chimio-osmotiques
B	chimio-mécaniques
C	chimio-chimiques
D	osmo-chimiques
E	photo-chimiques

Question 3

Parmi les phrases suivantes, quelques-unes sont correctes. Trouvez-les !

A	Dans la membrane interne de la mitochondrie, des électrons sont transférés d'un couple rédox à faible potentiel redox vers un couple rédox à fort potentiel rédox
B	Le transport des protons de la matrice vers la face externe de la membrane interne mitochondriale est un processus exergonique
C	Le couple O2/H2O est le donneur initial d'électrons dans la chaîne respiratoire
D	Le NADH,H+ est le donneur initial d'électrons dans la chaine respiratoire
E	Le transport des protons de l'espace intermembranaire vers la matrice est un processus exergonique
F	La respiration mitochondriale n'existe que dans les cellules animales

Question 4

Les membranes des organites mitochondries et chloroplastes jouent un rôle clé dans les conversions énergétiques. Cependant des erreurs se sont peut être glissées dans les phrases suivantes. A vous de les repérer en cochant !

A	Plastoquinone et ubiquinone sont des enzymes respectivement de la chaine photosynthétique et de la chaine respiratoire
B	L'ubiquinone en acceptant des électrons du cytochrome c permet la translocation de 4 H+ de l'espace intermembranaire vers la matrice
C	l'ubiquinone est un coenzyme redox lipophile qui cède ses électrons à la plastoquinone dans la membrane du thylakoïde
D	La plastoquinone est localisée dans l'espace intrathylakoïdal (ou lumen)
E	Les translocations de protons au travers des membranes internes mitochondriales et thylakoïdales correspondent à des processus exergoniques

Explication pour la question 4:

Toutes les phrases sont fausses ! Le cours n'a pas été correctement pris, pas compris ou alors il est truffé de fautes scientifiques ! Plastoquinone et ubiquinone ne sont pas des enzymes mais des coenzymes, l'ubiquinone permet la translocation de protons de la matrice vers l'espace intermembranaire, l'ubiquinone et la plastoquinone ne sont pas dans le même organite ; la plastoquinone est située dans la membrane des thylakoïdes. Enfin les translocations de protons sont des processus endergoniques permis par les trajets des électrons !

Question 5

Les produits de la réaction de la phase photochimique (lumineuse) de la photosynthèse sont :

A	Le dioxyde de carbone
B	le dioxygène
C	l'eau
D	l'ATP
E	le NADPH

Explication pour la question 5:

Eau et dioxyde de carbone sont les réactifs de la photosynthèse ; l'utilisation de l'énergie lumineuse conduit bien à la synthèse d'ATP et de pouvoir réducteur sous la forme des coenzymes réduits NADPH

Question 6

Expérience de Jaggendorf et Uribe (1966) Des thylacoïdes isolés très soigneusement sont mis en suspension dans un milieu tamponné qui permet les réactions d’oxydoréduction. Ce milieu contenant les thylacoïdes est placé dans une seringue (dispositif expérimental ci-dessus) et très fortement éclairé. Il ne contient ni phosphate, ni ADP, ni ATP. Après quelques minutes de fonctionnement, ce milieu est injecté en B dans un récipient maintenu à l’obscurité et contenant le même milieu tampon qu’en A auquel a été ajouté de l’ADP et du phosphate. On note alors dans le milieu B une synthèse d’ATP. Cette synthèse n’a lieu que si le milieu A a été préalablement éclairé. A quelle conclusion parviennent Jaggendorf et Uribe ?

A	La lumière a agi directement sur les ATP synthases pour favoriser la synthèse d'ATP.
B	La lumière a "acidifié" le contenu des thylacoïdes créant un gradient de protons qui a permis la synthèse d'ATP.
C	La lumière a permis la synthèse d'un intermédiaire "X" lors des réactions d'oxydoréduction qui est utilisé ensuite à l'obscurité pour réaliser la synthèse d'ATP.
D	La synthèse d'ATP par les thylacoïdes ne se déroule qu'à l'obscurité.

Explication pour la question 6:

C'est à cette conclusion qu'aboutissent J. et U. à la suite de ces travaux expérimentaux. Ils développeront un peu plus tard un dispositif permettant de créer artificiellement un gradient de protons à l'obscurité, gradient capable de réaliser la synthèse d'ATP par les thylacoïdes sans apport de lumière. La réponse 2 est correcte mais il n'était pas possible d'en arriver à cette conclusion avec cette seule expérience.

Question 7

Lors du fonctionnement de la chaine photosynthétique, des électrons sont transférés de l'eau vers un accepteur : le NADP+. Mais l'organisation du chloroplaste et de ses membranes est étroitement liée au bon déroulement des différentes réactions. Quelles affirmations sont correctes ?

A	La photo-oxydation de l'eau a lieu dans le stroma
B	La réduction de NADP+ a lieu dans le stroma
C	La synthèse d'ATP a lieu dans le stroma
D	Les ATP synthases sont situées dans la membrane du thylakoïde, le complexe CF1 est en contact avec le lumen
E	Les ATP synthases sont situées dans la membrane du thylakoïde, le complexe CFo de l'ATP synthase est en contact avec le lumen

Explication pour la question 7:

Attention à l'erreur classique qui consiste à localiser la photo-oxydation de l'eau dans le stroma !

Question 8

Un bilan stœchiométrique En vous aidant du document suivant :

Déterminez le différentiel de protons Δ[H+] entre lumen et stroma lorsque une mole d'O2 est libérée. Sachant que une molécule d'ATP est produite lorsque 3 H+ sont transloqués, en déduire le rendement photon / nombre d'ATP produit . Quel est le bon bilan ?

A	Δ[H+] = 8 il faut 3 photons pour produire un ATP
B	Δ[H+] = 16 il faut 1,5 photons pour produire un ATP
C	Δ[H+] = 8 il faut 1,5 photons pour produire un ATP
D	Δ[H+] = 32 il faut 6 photons pour produire un ATP
E	Δ[H+] = 12 il faut 3 photons pour produire un ATP

Explication pour la question 8:

Δ[H+] = 16 car pour une molécule de O2 libérée : 8 protons sont transloqués lors du passage de 4 électrons dans le cyt b6f. 4 protons sont libérés dans le lumen ou a lieu la photooxydation de l'eau et 4 protons sont consommés lors de la réduction du NADP+ en NADPH au niveau du stroma. Or 8 photons sont nécessaires à la libération d'une molécule d'O2, donc 8 photons entraînent un Δ[H+] = 16, soit 2 H+ transloqués par photon. La synthèse d'une molécule d'ATP nécessite alors 1,5 photons. Ici on ne tient pas compte de la photophosphorylation cyclique.

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Métabolisme et transfert de matière

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Question 1

Dans la mitochondrie l’oxydation d’une molécule d’acide palmitique (un acide gras) produit : 7 molécules de NADH, H+ / 7 molécules de FADH2 / 8 molécules d’acétyl-coA dont l’oxydation complète dans le cycle de Krebs fournira au total (8 x 3) NADH, H+ et (8 x 1) FADH_2. Le nombre de molécules d’O₂ consommées pour cette dégradation est de :

A	46
B	23
C	22
D	92
E	Aucune de ces propositions n'est correcte

Explication pour la question 1:

Le dioxygène est dans la mitochondrie l'accepteur final d'électrons. Pour réduire une molécule de O2, il faut 4 électrons : O2 + 4 électrons +4H+ produisent 2 H2O. Lors de l'oxydation totale d'acide palmitique, 7 + 24 molécules de NADH, H+ sont générés et 7+ 8 molécules de FADH2 donc au total 46 molécules de coenzymes redox, chacune fournissant 2 électrons donc 92 électrons sont livrés à l'accepteur final. La réduction d'une molécule d'O2 nécessitant 4 électrons au total 92/ 4 = 23 molécules d'O2 sont consommées.

Question 2

A propos de la glycolyse, lesquelles de ces propositions sont inexactes :

A	La glycolyse est une voie de dégradation oxydative totale du glucose.
B	Deux types de coenzymes sont produits en fin de glycolyse.
C	Toutes les étapes de la glycolyse sont couplées énergétiquement.
D	Le bilan net en ATP produit par molécule de glucose utilisée est de +2.
E	Le déroulement de la glycolyse ne nécessite pas de O2.

Explication pour la question 2:

Les réactions auxquelles participent les coenzymes sont des réactions de transfert (d'électrons, de protons, de groupement phosphate, etc.. Ils servent d'accepteur temporaire. Parmi les coenzymes, n'oubliez pas l'ATP (et les autres nucléotides triphosphates), coenzyme de transport de groupement phosphate !

Question 3

Expérience de Jagendorf : des chloroplastes en suspension sont fragmentés (par choc osmotique par exemple) et les thylakoïdes sont isolés par centrifugation (le stroma a été éliminé). L'ensemble de l'expérience est effectué à l'obscurité. Les thylakoïdes sont placés dans un milieu acide tamponné à pH 4. Après quelques minutes, le pH du lumen (= intrathylakoïdal) s'est équilibré avec celui du milieu. On transfère alors les thylakoïdes dans un milieu basique tamponné à pH 8 en présence d'ADP et de phosphate inorganique (Pi) (+ Mg²⁺). NB : l’ajout d’ADP et de Pi dans le milieu à pH 4 n’entraîne pas de synthèse d’ATP. On peut interpréter les résultats de cette expérience de la façon suivante :

A	Un pH du stroma supérieur à 4 est nécessaire pour la synthèse d’ATP.
B	La lumière inhibe la synthèse d’ATP.
C	La ou les enzymes responsables de la synthèse d’ATP ne sont pas photodépendantes.
D	Un gradient protonique est nécessaire à la synthèse d’ATP par les thylakoides.
E	La synthèse d’ATP par les thylakoides nécessite des réactions d’oxydo-réduction.

Question 4

Le maïs et la canne à sucre sont des plantes à métabolisme de type C4 ; quelles sont les propositions exactes ?

A	Les deux photosystèmes sont présents dans les membranes de thylakoïdes de tous les chloroplastes de ces plantes.
B	Seuls les chloroplastes agranaires possèdent le photosystème II.
C	Seuls les chloroplastes granaires présentent le photosystème I.
D	Le cycle de Calvin n'a lieu de façon significative que dans les chloroplastes agranaires.
E	Les cellules du mésophylle possèdent la PEP carboxylase, une enzyme qui contrairement à la Rubisco n'a pas d'activité oxygénase.

Question 5

Un étudiant retrouve dans ses notes cette réaction chimique mais n'arrive plus à la replacer dans le cadre de son cours sur le métabolisme. Venez-lui en aide en lui précisant qu'il s'agit de :

A	Une réaction d'oxydo-réduction se déroulant dans la matrice mitochondriale
B	Une des étapes du cycle de Calvin
C	Une des étapes du cycle de Krebs
D	Une des étapes de la glycolyse
E	Une réaction d'oxydo-réduction se déroulant dans le cytosol de l'Eubactérie Escherichia coli

Explication pour la question 5:

Il s'agit de la phase clé de la glycolyse, à savoir l'oxydation du glycéraldéhyde 3 phosphate en acide biphosphoglycérique. Cette oxydation est exergonique et couplée à une phosphorylation et à la réduction du NAD+ en NADH.

Question 6

Parmi ces affirmations sur la Rubisco se trouve(nt) une(des) erreur(s). Repérez-la(les) :

A	La RUBISCO est une enzyme qui catalyse une réaction d'oxydo-réduction
B	La RUBISCO est une enzyme mickaëlienne
C	La RUBISCO est localisée dans le cytosol de la cellule chlorophyllienne
D	La RUBISCO a comme substrat le Ribulose 1,5 bisphosphate
E	La RUBISCO est localisée dans l'espace intrathylakoïdal

Explication pour la question 6:

La RUBISCO intervient dans le cycle de Calvin qui se déroule dans le stroma du chloroplaste et elle catalyse la fixation du CO2 par le Ribulose 1,5 biphosphate.

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