QCM : Métabolisme énergétique et production d’ATP — 23 questions

Explication

Le métabolisme énergétique mobilise la glycolyse, la β-oxydation, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative pour produire de l’ATP. Les glucides et les lipides constituent les substrats mentionnés.

Explication

La glycolyse est cytosolique, le cycle de Krebs est matriciel et la chaîne respiratoire se situe sur la membrane mitochondriale interne. La β-oxydation n’est pas la localisation donnée pour la chaîne respiratoire.

Explication

La glycolyse convertit un glucose à six carbones en deux pyruvates à trois carbones par des réactions enzymatiques successives. La β-oxydation concerne les acides gras et produit de l’acétyl-CoA, tandis que le cycle de Krebs n’est pas le produit final de la glycolyse.

Explication

Par glucose, la glycolyse consomme 2 ATP, génère 4 ATP et génère 2 NADH. Le bilan ne correspond donc ni à 4 ATP consommés, ni à 2 ATP générés, ni à 4 NADH générés.

Explication

Les trois enzymes des réactions irréversibles constituent des points spécifiques de régulation de la glycolyse. Les réactions réversibles ne sont pas celles identifiées comme ces points de régulation.

Explication

L’hexokinase se trouve dans les tissus extrahépatiques, présente une forte affinité pour le glucose et possède un Km de $10^{-4}\,\mathrm{M}$. Elle contribue à l’approvisionnement cellulaire en glucose-6-phosphate.

Explication

La glucokinase est hépatique, présente une faible affinité pour le glucose et possède un Km de $10^{-2}\,\mathrm{M}$. Elle participe à la régulation de la glycémie, contrairement aux caractéristiques attribuées ici à l’hexokinase.

Explication

En anaérobiose, la lactate déshydrogénase réduit le pyruvate en lactate et régénère le NAD+. En aérobiose, le complexe pyruvate déshydrogénase forme irréversiblement l’acétyl-CoA avec production de CO2 et de NADH ; chez les levures, la fermentation alcoolique suit les étapes acétaldéhyde puis éthanol.

Explication

Le complexe pyruvate déshydrogénase transforme irréversiblement le pyruvate en acétyl-CoA, avec production de CO2 et de NADH. Chez les levures, le pyruvate devient d’abord acétaldéhyde puis éthanol ; la fermentation acétique concerne certaines bactéries en aérobiose.

Explication

Le cycle de Krebs est une voie mitochondriale qui oxyde l’acétyl-CoA et produit du CO2, du NADH, du FADH2 et du GTP. Pour un acétyl-CoA, le bilan est de 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2 et 1 GTP, soit environ 10 ATP ; la chaîne respiratoire réoxyde ensuite les coenzymes réduits.

Explication

Pour un acétyl-CoA, le cycle fournit 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2 et 1 GTP, ce qui correspond à environ 10 ATP après valorisation énergétique. Le cycle de Krebs est amphibolique et connecté à la glycolyse, à la β-oxydation et au métabolisme des acides aminés.

Explication

Le cycle de Krebs constitue un carrefour amphibolique : il est relié à la glycolyse, à la β-oxydation et au métabolisme des acides aminés. Les réactions anaplérotiques reconstituent les intermédiaires consommés par les voies de synthèse.

Explication

La phosphorylation oxydative constitue le système majeur de production d’ATP et utilise l’oxydation du NADH et du FADH2 par la chaîne respiratoire. La chaîne transfère les électrons, tandis que l’ATP synthase exploite le gradient de protons pour phosphoryler l’ADP.

Explication

Le NADH fait entrer ses électrons par le complexe I, tandis que le FADH2 les fait entrer par le complexe II. Les électrons transitent ensuite par les complexes III et IV, où l’oxygène est finalement réduit en eau ; le transfert d’électrons pompe des protons contre leur gradient.

Explication

Le transfert d’électrons pompe des protons contre leur gradient, créant une force proton-motrice. Le retour des protons à travers l’ATP synthase fournit l’énergie nécessaire à la phosphorylation de l’ADP en ATP ; un NADH transfère 10 H+ et produit environ 2,5 ATP.

Explication

Un NADH permet le transfert de 10 H+ et fournit environ 2,5 ATP, tandis qu’un FADH2 permet le transfert de 6 H+ et fournit environ 1,5 ATP. Le rendement inférieur du FADH2 s’explique par son entrée au niveau du complexe II.

Explication

L’ATP élevé inhibe la pyruvate déshydrogénase, tandis que sa diminution l’active. La synthèse d’ATP dépend de l’ADP disponible, lui-même lié à la consommation d’ATP, et les rapports ADP/ATP ou AMP/ATP renseignent l’énergie cellulaire. Le rapport NADH/NAD+ renseigne plutôt l’état rédox, et l’ATP-ADP translocase échange l’ADP cytoplasmique contre l’ATP mitochondrial.

Explication

La phosphorylation oxydative fonctionne en flux tendu, car la synthèse d’ATP dépend de l’ADP produit ou disponible lors de la consommation d’ATP. Les rapports ADP/ATP et AMP/ATP reflètent l’énergie cellulaire, tandis que NADH/NAD+ reflète l’état rédox. La pyruvate déshydrogénase est inhibée par une hausse d’ATP.

Explication

Les rapports ADP/ATP ou AMP/ATP, NADH/NAD+ et acétyl-CoA/CoA-SH constituent les trois niveaux d’énergie cellulaire régulant le métabolisme énergétique. Toutefois, ADP/ATP et AMP/ATP reflètent l’énergie cellulaire, alors que NADH/NAD+ indique l’état rédox. Le malonyl-CoA et la CPT1 concernent le transport des acides gras, pas cette classification.

Explication

La β-oxydation mitochondriale des acides gras saturés comprend l’activation, le transport par la navette carnitine et la répétition d’un cycle à quatre réactions. L’activation précède l’entrée mitochondriale, tandis que le cycle se déroule dans la matrice. La CPT1 est l’étape limitante et irréversible, inhibée par le malonyl-CoA.

Explication

La CPT1 facilite l’entrée des acides gras dans la mitochondrie et constitue l’étape irréversible et limitante de ce transport. Le malonyl-CoA inhibe la CPT1. L’activation des acides gras précède l’entrée mitochondriale, et la β-oxydation se déroule dans la matrice.

Explication

Un tour de β-oxydation comprend successivement une oxydation produisant du FADH2, une hydratation consommant une molécule d’eau, une seconde oxydation produisant du NADH et une thiolyse consommant du CoA-SH. L’hydratation ne produit donc pas de FADH2, et la thiolyse consomme le CoA-SH.

Explication

Pour un acide gras saturé à nombre pair de carbones, le nombre de tours est $\frac{n}{2}-1$ et la production d’acétyl-CoA est de $\frac{n}{2}$. Par exemple, un acide gras à 16 carbones réalise 7 tours et produit 8 acétyl-CoA. La β-oxydation d’un mono-insaturé produit un FADH2 de moins, et un polyinsaturé nécessite en plus une réductase consommant du NADPH.