Bioénergétique - Session de Juin 2004

Question n°1 : Répondre par vrai ou faux aux assertions 1 à 3. Donner la réponse aux questions 4 à 8.

Assertion ou question Réponse
1. Une valeur d'énergie libre de Gibbs standard nulle signifie que la réaction considérée est à l'équilibre. FAUX
2. Le potentiel d'oxydo-réduction standard du couple (2H+/H2) est plus élevé à pH = 0 que dans la cellule. VRAI
3. Il y a deux réactions d'oxydo-réduction au cours de la glycolyse. FAUX

4. Ecrivez une réaction qui permet aux organismes anaérobies de réoxyder le NADH formé lors de la glycolyse.

[voir la fermentation]

  • pyruvate ===> lactate (lactate DH / bactéries lactiques)
  • acétaldéhyde ===> éthanol (alcool DH / levures)

chacune de ces réactions est couplée à : NADH  +  H+  <===>  NAD+

5. Ecrivez la réaction de réoxydation du NAD réduit par l'oxygène moléculaire. NADH  +  H+  +  1/2 O2   <===>   NAD+  +  H2O
6. Calculez la variation d'énergie libre de Gibbs standard dans les conditions physiologiques (ΔG') de cette réaction (question n 5).

ΔG'réoxydation NADH = - n . F . ΔE' = - n . F . (E'[1/2 O2 / H2O] - E'[NAD+ / NADH,H+])

ΔG' = - 2 . 96500 . [0,82 - (- 0,32)] = - 220 kJ.mol-1

7. Calculez le nombre théorique de molécules d'ATP susceptibles d'être synthétisées.               ΔG'réoxydation                 220 kJ.mol-1
n   =   --------------------------   =    ----------------------  =  7 molécules d'ATP
              ΔG'synthèse ATP                30,3 kJ.mol-1

8. Quel est le nombre réel de molécules d'ATP synthétisées ?

Pourquoi est-il différent de cette valeur théorique ?

nombre réel = 3 molécules d'ATP (ou 2 dans le cas du NADH cytosolique provenant de la glycolyse)

Voir la force proton - motrice / ATP synthase

E'[1/2 O2 / H2O] = + 0,82 V ; E'[NAD+ / NADH,H+] = - 0,32 V ; R = 8,31 J.K-1.mol-1

T = 37C ; ΔG'synthèse ATP = + 30,3 kJ.mol-1 ; F = 96500 J.V-1.mol-1

 

Question n°2

Une enzyme catalyse la réaction : A <=====> B + C avec ΔG' = - 2,28 kJ.mol-1

In vivo les concentrations sont les suivantes : [A]φ = 200 pM; [B]φ = 0,02 mM; [C]φ = 20 µM

  • a. Comment se déroule cette réaction dans la cellule ?
  • b. Calculez la variation d'énergie libre de Gibbs standard dans les conditions physiologiques.
  • c. Quelle conclusion tirez-vous de cette valeur ?
  • d. Calculez la valeur de la constante d'équilibre de cette réaction.

T = 37C ; ΔG'synthèse ATP = + 30,3 kJ.mol-1 ; F = 96500 J.V-1.mol-1

Réponse

a. La valeur négative (ΔG' = - 2,28 kJ.mol-1) indique que, dans la cellule, la réaction est spontanée dans le sens de formation de B et C. C'est une réaction exergonique.

b. A partir de la relation :                     ΔG'   =   ΔG0' + R T Ln Kφ         ===>         ΔG0'   =   ΔG' - R T Ln Kφ

où Kφest la constante définie par le rapport des concentrations physiologiques φ des métabolites dans la cellule, soit :

                   [B]φ . [C]φ                       0,02 10-3 x 20 10-6
Kφ  =     ---------------------      =      --------------------------------    =    2 M
                       [A]φ                                    200 10-12

soit :  ΔG0'   =   - 2,28 103 - 1,79 103   =   - 4,07 103 J.mol-1

c. La valeur négative (ΔG0' = - 4,07 kJ.mol-1) indique que, dans les conditions standard, la réaction est aussi spontanée dans le sens de formation de B et C.

Elle l'est même davantage (valeur encore plus négative), c'est-à-dire que les conditions standard sont encore plus éloignées de l'état d'équilibre que ne l'est le rapport des concentrations physiologiques des métabolites.

d. La variation d'énergie libre de Gibbs standard de la réaction s'écrit : ΔG0'   =   - R . T . Ln Keq

                                                                         ΔG0'                                4070
D'où :                                 Keq   =   exp - [--------------]   =    exp - [------------------]   =   4,85 M
                                                                        R T                              8,31 x 298

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