QCM : Biochimie des constituants cellulaires (60 questions)

Explication

Le carbone, l’hydrogène, l’oxygène et l’azote représentent bien 99 % du poids de la biomasse. Le soufre et le phosphore sont également présents dans de nombreuses molécules, tandis que l’hydrogène et l’oxygène représentent 60 à 70 % de la masse cellulaire. Les ions cités sont des éléments traces minoritaires, mais indispensables.

Explication

Les fonctions chimiques déterminent les propriétés physico-chimiques et la réactivité des molécules. Une réaction acido-basique transfère un proton, l’eau est polaire et dipolaire, et elle assure un rôle de dispersion et de transport. La phosphorylation implique le transfert d’un groupement phosphate, non d’un proton.

Explication

L’eau est un solvant des sels minéraux et de nombreux constituants organiques polaires. Elle peut être produite par une réaction ou y participer comme substrat ; sa capacité thermique élevée aide à éliminer la chaleur, et son incompressibilité conditionne le volume cellulaire. Elle peut donc aussi être consommée, contrairement à la dernière affirmation.

Explication

Une liaison covalente met en commun au moins une paire d’électrons ; son énergie est de 50 à 200 kcal/mol et sa distance de 1 à 1,5 Å. Une liaison de coordination reçoit son doublet d’un seul atome, tandis que les interactions faibles ont une énergie de 1 à 5 kcal/mol et une distance supérieure.

Explication

La cyclisation des pentoses et des hexoses, majoritaire dans la cellule, produit les stéréoisomères α et β et rend les oses moins réactifs. Les cycles des hexoses adoptent une conformation chaise ou bateau, et non plane. Le glycéraldéhyde et le dihydroxyacétone sont les plus petits oses et possèdent chacun trois carbones. La forme cyclique majoritaire est moins réactive que la forme ouverte.

Explication

La phosphorylation d’une fonction alcool forme une liaison phosphoester et confère une charge négative, qui contribue à retenir le sucre dans la cellule. Les cycles des hexoses adoptent des conformations chaise ou bateau en raison de la géométrie tétraédrique de leurs carbones saturés. L’oxydation peut former un acide uronique, tandis que le remplacement d’un hydroxyle par une amine produit une osamine.

Explication

Le saccharose réunit glucose et fructose, et la neutralisation de leurs fonctions réductrices accroît sa stabilité. Le lactose associe glucose et galactose ; la réduction d’un ose forme plutôt un polyol non cyclisable, et non un disaccharide.

Explication

Certains lipides sont amphiphiles grâce à leurs groupements hydrophiles, et le carboxyle des acides gras participe aux réactions acido-basiques et d’estérification. Le carbone est bien plus abondant que l’oxygène dans les lipides ; la chaîne d’un acide gras est longue et hydrophobe, avec un carboxyle, tandis que l’insaturation la rend coudée.

Explication

Les lipides amphiphiles peuvent former micelles, liposomes ou bicouches, leurs parties hydrophiles étant tournées vers l’eau et leurs parties hydrophobes vers l’intérieur. Le cholestérol participe à l’architecture membranaire et précurseur des hormones stéroïdes ; les résidus glucidiques des glycolipides se trouvent sur la face extracellulaire.

Explication

Les cires végétales limitent les pertes d’eau, et les glandes sébacées assurent une fonction protectrice comparable chez les animaux. Les triglycérides sont des réserves énergétiques et le diacylglycérol un second messager ; le limonène est une molécule odorante, tandis que l’ubiquinone et la plastoquinone transportent des électrons.

Explication

À pH physiologique, l’acide aminé est un ion dipolaire portant NH3+ et COO−. Le carbone α est lié à quatre groupes, dont un seul radical R ; cette diversité rend les acides aminés chiraux, et ils constituent les unités de base des protéines.

Explication

La glycine et la leucine sont classées parmi les acides aminés hydrophobes, tandis que l’arginine et la lysine sont chargées positivement à pH physiologique. Les propriétés des chaînes latérales incluent l’hydrophobicité et la réactivité ; la sérine et la tyrosine sont polaires, et les acides aspartique et glutamique sont chargés négativement.

Explication

La liaison peptidique résulte d’une condensation entre les fonctions carboxyle et amine, qui libère de l’eau. Le GABA et la glycine comptent parmi les acides aminés pouvant agir comme neurotransmetteurs ; la liaison C–N est plane et sa rotation est impossible.

Explication

Les nucléotides associent une base azotée, un pentose et un à trois phosphates. L’adénine et la guanine sont puriques, tandis que la cytosine, l’uracile et la thymine sont pyrimidiques ; l’ARN contient du ribose et l’ADN du désoxyribose.

Explication

Un nucléotide comprend des phosphates, contrairement au nucléoside formé seulement d’une base et d’un pentose. Les nucléotides sont de petites molécules solubles et mobiles, et les bases peuvent s’empiler par interactions hydrophobes ; leurs liaisons conjuguées permettent aussi l’absorption des UV.

Explication

L’ATP et le GTP sont des vecteurs d’énergie, tandis que l’AMPc joue le rôle de second messager. Les phosphates sont déprotonés au pH physiologique et l’ATP porte quatre charges négatives ; le coenzyme A transporte des groupements acyle, contrairement au NADH et au FADH2 qui transportent des électrons.

Explication

Le 5-fluorouracile est un analogue de base anticancéreux qui bloque la réplication et empêche la division cellulaire. Les purines sont dégradées en urate, normalement excrété dans l’urine ; son accumulation peut provoquer une hyperuricémie associée à la goutte, qui est la maladie et non l’urate.

Explication

L’amylose est non ramifiée et hélicoïdale, tandis que le glycogène est ramifié environ tous les douze résidus ; la cellulose est linéaire et liée en β1→4. Les ramifications de l’amylopectine surviennent plutôt tous les 24 à 30 résidus, et l’amidon est stocké dans les amyloplastes ainsi que temporairement dans les chloroplastes.

Explication

Les pectines sont des polymères linéaires d’acide uronique et de rhamnose liés en β1→4, et constituent les composants majoritaires de la lamelle moyenne. Les chaînes de cellulose s’organisent en microfibrilles puis en macrofibrilles ; certains herbivores la digèrent grâce à des microorganismes cellulolytiques, tandis que chez l’être humain elle sert de ballast et n’est pas digérée.

Explication

La chitine est constituée de N-acétylglucosamine liée en β1→4; chez les crustacés, le CaCO3 lui apporte de la solidité, et non de la souplesse. Les carboxyles négatifs des pectines fixent des cations divalents et contribuent à leur hydrophilie, contrairement aux propositions sur les liaisons β1→3 et la répulsion des cations.

Explication

Un protéoglycane comprend plusieurs glycosaminoglycanes liés par covalence à un axe protéique, et les glycosaminoglycanes peuvent représenter jusqu’à 95 % de son poids. Leur motif associe un sucre aminé et un acide uronique; les agrégats d’aggrécanes peuvent se former autour d’acide hyaluronique, notamment dans le cartilage.

Explication

La liaison phosphodiester de l’ARN unit le phosphate en 5′ d’un nucléotide au groupe OH en 3′ du ribose voisin. Un acide nucléique est un polymère séquencé de nucléotides pouvant véhiculer de l’information et interagir avec des protéines; les orientations 3′-5′ inversée et 3′-3′ sont incorrectes.

Explication

La torsion de l’ADN forme un grand sillon et un petit sillon, de largeurs inégales, tandis que les bases sont protégées au cœur de la structure. Les propositions qui rendent les sillons égaux ou placent les bases en surface contredisent cette organisation.

Explication

Dans l’hélice α, les radicaux pointent vers l’extérieur et les liaisons hydrogène relient le CO du résidu n au NH du résidu n + 4. La structure primaire est la séquence d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, tandis que le repliement local correspond à la structure secondaire.

Explication

Un tour d’hélice α comprend 3,6 résidus, et ses radicaux sont orientés vers l’extérieur. Les liaisons H de l’hélice relient le CO du résidu n au NH du résidu n + 4. Un feuillet β associe au moins deux brins voisins par des liaisons hydrogène, et non par des liaisons peptidiques.

Explication

La structure tertiaire correspond à la forme globale de la protéine et est maintenue principalement par des interactions faibles, auxquelles s’ajoutent des ponts disulfure covalents entre cystéines. Dans un feuillet β, des brins de même sens forment un feuillet parallèle, tandis que des brins de sens opposé forment un feuillet antiparallèle. Dans une hélice α, les radicaux sont rejetés vers l’extérieur.

Explication

La structure quaternaire assemble plusieurs chaînes, nommées sous-unités ou protomères, et constitue une organisation facultative. L’hémoglobine comporte deux sous-unités α et deux sous-unités β, non les combinaisons proposées dans les distracteurs.

Explication

Un profil d’hydropathie s’établit à partir d’une séquence connue dont la structure est inconnue et aide à repérer les régions susceptibles de former des hélices α transmembranaires hydrophobes. Ces régions mesurent 20 à 30 acides aminés. Dans l’expérience d’Anfinsen, retirer d’abord le β-mercaptoéthanol puis l’urée ne restaure que 1 % de l’activité. Le profil ne repose donc pas sur une séquence inconnue et vise des hélices transmembranaires, non périphériques.

Explication

Dans l’expérience d’Anfinsen, les liaisons faibles interviennent avant les ponts disulfure dans l’établissement de la conformation de la ribonucléase. Le repliement commence pendant la synthèse protéique et peut être assisté par des chaperonnes fixées aux segments hydrophobes. Les maladies d’Alzheimer et de Parkinson sont associées à des protéines mal repliées.

Explication

La fixation du dioxygène entraîne un changement de conformation qui facilite sa fixation aux autres sous-unités, phénomène de coopérativité ou d’allostérie. Pour une enzyme, la fixation du substrat s’accompagne généralement du passage de l’état ouvert à l’état fermé, de l’expulsion de l’eau puis de la catalyse; elle ne rend pas la fixation du dioxygène plus difficile.

Explication

Une glycoprotéine associe protéines et glucides, mais sa partie protéique domine le poids; les protéines se lient spécifiquement à d’autres molécules au niveau de sites. Les microfilaments d’actine appartiennent au cytosquelette, et presque toutes les protéines sécrétées ou membranaires des cellules eucaryotes sont glycosylées. La proposition restante inverse la composition pondérale caractéristique d’une glycoprotéine.

Explication

Une lipoprotéine est un assemblage de lipides et de protéines liés faiblement, qui transporte triacylglycérols et cholestérol dans le sang. Les molécules amphiphiles sont à l’extérieur, tandis que les triacylglycérols hydrophobes sont au cœur ; LDL et HDL sont des catégories connues.

Explication

La lignine est la molécule organique la plus abondante sur Terre après la cellulose. Chez les algues, elle n’est pas la molécule organique la plus abondante, et elle n’est pas la deuxième molécule organique la plus abondante dans les animaux après le collagène. La lignine et la cellulose n’occupent pas le même rang d’abondance parmi les molécules organiques terrestres.

Explication

La lignine est formée à partir de constituants variés riches en groupes hydroxyles et polymérise en un réseau tridimensionnel solide. Ce maillage piège d’autres molécules de la paroi végétale, et non des molécules extérieures à celle-ci.

Explication

L’inhibiteur décrit est compétitif : il occupe le site actif à la place du substrat, augmente $K_M$ et ne modifie pas $V_{max}$. Les inhibiteurs non compétitifs se fixent ailleurs, laissent $K_M$ inchangé et diminuent $V_{max}$ ; le Viagra et la caféine illustrent respectivement ces deux types.

Explication

La fixation coopérative facilite la liaison du substrat aux autres sites actifs par des changements conformationnels, ce qui produit une cinétique sigmoïde. Un effet homotrope concerne des sites identiques ; les effecteurs allostériques peuvent activer ou inhiber l’enzyme, et l’activité dépend aussi des conditions physico-chimiques.

Explication

L’hydrolyse d’une ou plusieurs liaisons peptidiques active irréversiblement une proenzyme. La quantité enzymatique dépend aussi de la dégradation et de l’adressage ; la fixation d’un phosphate est une modification covalente distincte.

Explication

La compartimentation favorise l’activité enzymatique et permet la coexistence de voies opposées dans des compartiments distincts ; le trypsinogène devient trypsine dans l’intestin grêle. Les isoenzymes catalysent la même réaction, mais peuvent différer par leurs $K_M$, leurs $V_{max}$ et leurs réponses aux effecteurs.

Explication

Le couplage permet à une réaction endergonique de se produire lorsque la somme des variations d’enthalpie libre est négative, avec un facteur de couplage généralement enzymatique. Une variation négative caractérise une réaction spontanée exergonique, et l’enthalpie vérifie $\Delta H = \Delta G + T\Delta S$ ; un catalyseur n’augmente pas l’énergie libérée.

Explication

Dans la chaîne respiratoire, l’énergie chimique des réactions d’oxydo-réduction crée un gradient de protons ensuite exploité par l’ATP-synthase ; les complexes I, III et IV pompent les protons vers l’espace intermembranaire. La transphosphorylation est possible en aérobiose et en anaérobiose, contrairement aux oxydations phosphorylantes et à la photophosphorylation.

Explication

L’ATP-synthase comprend une tête sphérique F1 et une partie membranaire F0, reliées par un pédicelle central γ et un pédicelle périphérique b. Le passage des protons à travers F0 entraîne la rotation de l’anneau c, qui actionne le pédicelle γ ; ce dernier entraîne des changements de conformation des sous-unités β de la tête. Le pédicelle b ne tourne pas avec l’anneau c, la rotation de γ n’entraîne pas directement celle de l’anneau c, et les protons passent par F0 plutôt que par F1.

Explication

La rotation de l’anneau c actionne le pédicelle γ, dont la rotation modifie la conformation des sous-unités β et permet la synthèse d’ATP. Le pédicelle b, les sous-unités α et l’hydrolyse de l’ATP ne correspondent pas à cette chaîne de mécanismes.

Explication

Les chlorophylles absorbent fortement dans le bleu et le rouge et laissent passer presque totalement le vert ; leurs doubles liaisons conjuguées contribuent aux propriétés photoréceptrices des pigments. Les caroténoïdes absorbent surtout le bleu et le bleu-vert. Le spectre d’action mesure le dégagement d’oxygène selon la longueur d’onde, tandis que les chlorophylles laissent passer le vert plutôt que de l’absorber fortement.

Explication

Un photosystème est un complexe de protéines et de pigments de la membrane thylacoïdale ; son antenne regroupe plusieurs centaines de pigments liés à des protéines. L’excitation rejoint le centre réactionnel dans le sens des énergies décroissantes et des longueurs d’onde croissantes. Le centre réactionnel contient un dimère de chlorophylles a, et la chlorophylle excitée cède son électron à un accepteur puis en reçoit un d’un donneur.

Explication

Le PSII transfère ses électrons à la phéophytine et les remplace par des électrons issus de la photolyse de l’eau ; le complexe b6f pompe des protons du stroma vers la lumière thylacoïdienne. Pour huit photons, deux molécules d’eau sont oxydées et une molécule d’O₂ est produite. Les électrons issus de la plastocyanine alimentent le PSI, et le bilan comporte une molécule d’O₂, non deux.

Explication

Pour huit photons, la voie acyclique synthétise deux ATP et réduit deux NADP⁺ en NADPH, H⁺. La voie cyclique met en jeu le PSI seul, renvoie les électrons vers la plastoquinone et accroît le gradient via b6f ; elle permet une synthèse supplémentaire d’ATP sans produire de NADPH. Le manque de NADP⁺ est proposé comme facteur favorisant le transfert de la ferrédoxine vers la plastoquinone.

Explication

L’énergie des électrons permet le pompage des protons ; leur reflux par l’ATP-synthase entraîne la formation d’ATP à partir d’ADP et de Pi. Les parenchymes palissadique et lacuneux sont des tissus photosynthétiques importants, et les deux couplages se succèdent dans l’ordre indiqué. La cyclose amène les chloroplastes vers les zones favorables, plutôt que de les en éloigner.

Explication

La phase photochimique dépend de la lumière et comprend notamment la photolyse de l’eau ; la phase non photochimique réduit le CO₂ grâce au transporteur réduit. Après deux secondes, plus de 70 % de la radioactivité est dans le 3-phosphoglycérate, un composé à trois carbones ; après cinq secondes, des hexoses-phosphate et le RuBP sont également marqués. Le riz et le blé sont des plantes en C3, et non en C4.

Explication

Dans les conditions thermiques et lumineuses indiquées, environ un quart du CO₂ fixé peut être perdu par photorespiration ; celle-ci peut aussi contribuer à la protection contre la photo-oxydation en maintenant le transport d’électrons. La nitrate réductase forme les nitrites à partir des nitrates, tandis que la nitrite réductase agit dans le chloroplaste et que GS-GOGAT incorpore rapidement l’ammonium dans les acides aminés.

Explication

Dans le chloroplaste, le glucose phosphorylé est converti en amidon surtout le jour ; la nuit, l’amidon fournit du glucose phosphorylé exportable. Chez les Mammifères, le glycogène est stocké dans le cytosol, notamment des cellules musculaires striées squelettiques et des hépatocytes, non dans des chloroplastes ou le noyau.

Explication

La glycogène-synthase synthétise le glycogène à partir d’UDP-glucose, lui-même dérivé du glucose-1-phosphate. La glycogène phosphorylase dégrade le glycogène en glucose-1-phosphate ; elle ne produit donc ni glucose-6-phosphate directement ni glycogène.

Explication

La glycolyse est cytosolique et anaérobie, et une molécule de glucose donne deux pyruvates à trois carbones. Elle comporte dix étapes, avec un bilan net de deux ATP et deux NADH,H+ ; elle ne se déroule pas dans la mitochondrie et ne forme pas directement du lactate.

Explication

Le pyruvate est décarboxylé en acétyl-CoA dans la mitochondrie, et le cycle de Krebs l’oxyde en produisant NADH,H+, FADH₂ et GTP. Le flux glycolytique est contrôlé aux réactions 1, 3 et 10 ; le cycle reçoit aussi des produits lipidiques et fournit des métabolites de biosynthèse.

Explication

L’oxydation complète du glucose fournit 36 à 38 ATP, soit environ 6 ATP par carbone, et la fermentation réoxyde les coenzymes réduits pour permettre à la glycolyse de se poursuivre. Chaque tour de β-oxydation libère une molécule d’acétyl-CoA ; l’acide stéarique fournit 8,2 ATP par carbone et la fermentation est une oxydation incomplète.

Explication

Les muscles peuvent réaliser une fermentation lactique, tandis que les levures peuvent réaliser une fermentation alcoolique, selon les conditions. Les fermentations fournissent moins d’ATP que la respiration et laissent un déchet organique encore riche en énergie potentielle.

Explication

Les acides aminés peuvent dériver d’intermédiaires de la glycolyse, du cycle de Krebs ou de la voie des pentoses, et les trois molécules carrefour citées relient de nombreuses interconversions. Les phospholipides membranaires sont synthétisés dans la membrane du réticulum endoplasmique lisse ; les acides gras dérivent de l’acétyl-CoA et l’adressage des protéines nécessite un court peptide signal.

Explication

Les nucléotides sont importés du cytosol pour la synthèse nucléaire des acides nucléiques, tandis que le glycogène animal est produit dans le cytosol. Le flux vésiculaire repose sur le bourgeonnement et la fusion de vésicules ; la cellulose est produite à la membrane plasmique et l’adressage des protéines dépend de signaux.

Explication

Un ose est un glucide simple réducteur portant plusieurs fonctions hydroxyles et dérivant du glycéraldéhyde ou de la dihydroxyacétone. Il est généralement chiral ; la dihydroxyacétone constitue l’exception, tandis que les propositions qui le qualifient de non réducteur ou d’achiral inversent ces caractéristiques.

Explication

Le cholestérol se trouve à des degrés divers dans presque toutes les membranes animales, mais pas dans les membranes végétales. Il est présent chez certains procaryotes, et non chez tous. Sa molécule comporte quatre cycles hydrocarbonés et un groupe hydroxyle hydrophile. Il sert de précurseur aux hormones stéroïdes, et non aux hormones peptidiques.

Explication

L’accumulation de lipides dans la paroi artérielle caractérise l’athérosclérose, qui est une forme d’artériosclérose. L’artériosclérose concerne les artères et associe épaississement et perte d’élasticité, sans se limiter au vieillissement normal.