QCM : Bioénergétique et réactions d’oxydoréduction — 25 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que désigne l’énergie d’activation dans une réaction biologique ?

La différence d’énergie entre les enzymes libres et les enzymes liées
La quantité d’énergie libérée lorsque les produits se forment
La barrière énergétique que les réactifs doivent franchir pour réagir
La vitesse maximale atteinte lorsque tous les réactifs sont consommés

La barrière énergétique que les réactifs doivent franchir pour réagir

Explication

L’énergie d’activation correspond à la barrière énergétique à franchir, ce qui peut ralentir une réaction biologique même si elle est fortement exergonique. Elle ne désigne pas l’énergie libérée au cours de la formation des produits.

2. Quelle réaction est la plus susceptible d’être facilement réversible ?

Une réaction dont ∣ΔG∣|\Delta G| est très élevé
Une réaction dont les concentrations initiales valent 1 M
Une réaction dont ∣ΔG∣|\Delta G| est faible
Une réaction dont la température est proche de 25 °C

Une réaction dont $$|\Delta G|$$ est faible

Explication

Une faible valeur absolue de ΔG\Delta G indique une réaction facilement réversible, tandis qu’une grande valeur absolue correspond à une réaction presque totale. La température et les concentrations standard ne suffisent pas, à elles seules, à classer la réversibilité.

3. Quel mécanisme permet à la phosphorylation oxydative de synthétiser de l’ATP dans la mitochondrie ?

La réoxydation des coenzymes réduits couplée à la réduction de l’oxygène en eau
La conversion directe du glucose en pyruvate couplée à la formation d’oxygène
La dégradation des protéines couplée à la réduction du dioxyde de carbone en glucose
La réduction des coenzymes oxydés couplée à l’oxydation de l’eau en oxygène

La réoxydation des coenzymes réduits couplée à la réduction de l’oxygène en eau

Explication

La phosphorylation oxydative exploite la réoxydation des coenzymes réduits et la réduction de l’oxygène en eau pour produire de l’ATP. La réduction des coenzymes oxydés correspond au sens inverse du transfert d’électrons décrit.

4. Une enzyme accélère une réaction biologique en agissant principalement sur quel paramètre ?

Elle rend la réaction exergonique en modifiant l’équilibre entre réactifs et produits
Elle abaisse l’énergie d’activation sans changer le bilan thermodynamique global
Elle augmente l’énergie libérée sans changer la nature des produits formés
Elle fournit aux réactifs une énergie suffisante pour remplacer leur transformation

Elle abaisse l’énergie d’activation sans changer le bilan thermodynamique global

Explication

Une enzyme facilite le franchissement de la barrière énergétique en abaissant l’énergie d’activation, tout en laissant inchangé le bilan thermodynamique global. Elle ne transforme donc pas l’équilibre énergétique général de la réaction.

5. Dans quel sens les électrons se déplacent-ils entre deux couples rédox ?

Du couple au potentiel rédox le plus élevé vers celui au potentiel le plus faible
Du couple au potentiel rédox le plus faible vers celui au potentiel le plus élevé
Du couple contenant l’oxydant le plus faible vers celui contenant le réducteur le plus faible
Du couple dont la variation d’énergie libre est positive vers celui dont elle est négative

Du couple au potentiel rédox le plus faible vers celui au potentiel le plus élevé

Explication

Les électrons passent du couple de potentiel rédox le plus faible vers le couple de potentiel le plus élevé. Le réducteur le plus fort est associé au potentiel le plus faible, tandis que l’oxydant le plus fort appartient au couple de potentiel le plus élevé.

6. Lors de la glycolyse, quelle réaction est catalysée par la pyruvate kinase ?

Le transfert d’un phosphoryle du phosphoénolpyruvate vers l’ADP, avec synthèse d’ATP
L’oxydation du pyruvate en acétyl-CoA, avec réduction du NAD⁺
Le transfert d’un phosphoryle de l’ATP vers le glucose, avec formation de glucose-6-phosphate
La conversion du glucose-6-phosphate en fructose-6-phosphate, sans transfert phosphorylé

Le transfert d’un phosphoryle du phosphoénolpyruvate vers l’ADP, avec synthèse d’ATP

Explication

La pyruvate kinase permet la synthèse d’ATP en transférant un groupe phosphoryle du phosphoénolpyruvate vers l’ADP. Le transfert d’un phosphoryle de l’ATP vers le glucose est catalysé par l’hexokinase.

7. Pourquoi la valeur de ΔG\Delta G peut-elle différer de celle de ΔG∘′\Delta G^{\circ\prime} dans une cellule ?

Parce que ΔG∘′\Delta G^{\circ\prime} dépend de la vitesse de réaction mesurée
Parce que ΔG\Delta G dépend des concentrations et de la température réelles
Parce que ΔG∘′\Delta G^{\circ\prime} varie avec la quantité d’enzyme présente
Parce que ΔG\Delta G est fixé par la pression standard de 1 atm

Parce que $$\Delta G$$ dépend des concentrations et de la température réelles

Explication

La variation réelle d’énergie libre inclut le terme lié aux concentrations cellulaires et à la température, contrairement à la valeur standard. La présence d’une enzyme peut modifier la vitesse, mais elle ne détermine pas directement cette différence thermodynamique.

8. Quelle transformation une kinase catalyse-t-elle ?

La réduction de l’oxygène moléculaire en eau dans la mitochondrie
L’hydrolyse des acides gras en acétyl-CoA et en coenzymes réduits
Le transfert d’un groupe phosphoryle d’une molécule vers l’ADP pour former du glucose
Le transfert d’un groupe phosphoryle de l’ATP vers une molécule ou une protéine

Le transfert d’un groupe phosphoryle de l’ATP vers une molécule ou une protéine

Explication

Une kinase, ou phosphotransférase, transfère un groupe phosphoryle de l’ATP vers une autre molécule chimique ou une protéine. Le transfert d’un phosphoryle vers l’ADP décrit une autre réaction possible, mais ce n’est pas la définition générale de l’enzyme.

9. Que se passe-t-il pour une réaction à l’équilibre ?

Sa variation d’énergie libre est nulle et ses vitesses directe et inverse sont égales
Sa variation d’énergie libre est nulle et les deux réactions cessent nécessairement
Sa variation d’énergie libre est positive et sa vitesse directe dépasse la vitesse inverse
Sa variation d’énergie libre est négative et sa vitesse inverse dépasse la vitesse directe

Sa variation d’énergie libre est nulle et ses vitesses directe et inverse sont égales

Explication

À l’équilibre, la variation d’énergie libre est nulle et les vitesses des réactions directe et inverse sont égales. Cela décrit un équilibre dynamique, dans lequel les réactions peuvent continuer à se produire plutôt qu’être nécessairement arrêtées.

10. Quelle formulation exprime le premier principe de la thermodynamique ?

L’énergie augmente lors de toute transformation qui produit de la chaleur
L’énergie disparaît lorsqu’un système fournit du travail à son environnement
L’énergie se conserve et se convertit d’une forme à une autre
L’énergie se crée lorsqu’une réaction absorbe de la chaleur extérieure

L’énergie se conserve et se convertit d’une forme à une autre

Explication

Le premier principe affirme que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais seulement convertie entre différentes formes. Une production de chaleur ou un travail fourni modifie la forme et la répartition de l’énergie, sans en créer ni en supprimer.

11. Quel objet d’étude correspond à la bioénergétique ?

La structure des membranes responsables des échanges de matière entre la cellule et son environnement
La régulation des gènes qui contrôle la synthèse des protéines dans les différents tissus
La classification des organes selon leur consommation de nutriments et leur production de déchets
Les variations de l’énergie emmagasinée dans les molécules au cours des réactions biochimiques

Les variations de l’énergie emmagasinée dans les molécules au cours des réactions biochimiques

Explication

La bioénergétique étudie l’énergie stockée dans les molécules ainsi que ses transformations pendant les réactions biochimiques. L’analyse des membranes, des gènes ou de l’organisation des organes relève d’autres domaines de la biologie.

12. Quelle proposition caractérise correctement l’enthalpie ?

C’est une fonction de trajet liée à la chaleur échangée à pression constante, avec ΔH=ΔE+PΔV\Delta H=\Delta E+P\Delta V
C’est une fonction de trajet liée à la chaleur échangée à volume constant, avec ΔH=ΔE−PΔV\Delta H=\Delta E-P\Delta V
C’est une fonction d’état liée à la chaleur échangée à pression constante, avec ΔH=ΔE+PΔV\Delta H=\Delta E+P\Delta V
C’est une fonction d’état liée au travail fourni à pression constante, avec ΔH=ΔE−PΔV\Delta H=\Delta E-P\Delta V

C’est une fonction d’état liée à la chaleur échangée à pression constante, avec $$\Delta H=\Delta E+P\Delta V$$

Explication

L’enthalpie est une fonction d’état et sa variation s’écrit ΔH=ΔE+PΔV\Delta H=\Delta E+P\Delta V; à pression constante, elle correspond à la chaleur échangée. La chaleur et le travail sont des fonctions de trajet, ce qui rend les formulations qui leur attribuent cette propriété incorrectes.

13. Laquelle de ces voies contribue à la production de coenzymes réduits utilisés par la chaîne respiratoire ?

La synthèse des protéines à partir d’acides aminés
La synthèse des acides gras à partir d’acétyl-CoA
La polymérisation du glycogène à partir du glucose
La β-oxydation des acides gras

La β-oxydation des acides gras

Explication

La β-oxydation des acides gras fait partie des principales voies cataboliques qui produisent des coenzymes réduits. La synthèse des acides gras et la polymérisation du glycogène sont des voies anaboliques, tandis que la synthèse protéique ne correspond pas à cette fonction.

14. Quelle distinction décrit correctement le catabolisme et l’anabolisme dans une cellule ?

Le catabolisme synthétise des molécules et consomme de l’énergie, tandis que l’anabolisme les dégrade et en fournit
Le catabolisme dégrade des molécules et fournit de l’énergie, tandis que l’anabolisme synthétise des molécules et en consomme
Le catabolisme échange des molécules avec le milieu, tandis que l’anabolisme contrôle les mouvements cellulaires
Le catabolisme transforme l’énergie en chaleur, tandis que l’anabolisme convertit la chaleur en matière cellulaire

Le catabolisme dégrade des molécules et fournit de l’énergie, tandis que l’anabolisme synthétise des molécules et en consomme

Explication

Le catabolisme décompose les glucides, lipides et protéines en libérant de l’énergie, alors que l’anabolisme construit des molécules complexes à partir de précurseurs et requiert de l’énergie. La confusion fréquente consiste à attribuer la fourniture d’énergie à l’anabolisme, alors qu’il en nécessite un apport.

15. Comment le couplage avec une réaction exergonique peut-il rendre possible une réaction endergonique ?

Il augmente la variation positive de la réaction endergonique
Il rend la variation globale d’énergie libre négative
Il empêche la réaction exergonique de libérer son énergie
Il transforme la réaction endergonique en réaction sans échange d’énergie

Il rend la variation globale d’énergie libre négative

Explication

Le couplage est favorable lorsque l’énergie libérée par la réaction exergonique compense le coût énergétique de la réaction endergonique, donnant une variation globale négative. Une réaction endergonique isolée reste défavorable malgré la présence d’une autre réaction non couplée.

16. Pour la réaction A+B⇌C+DA+B\rightleftharpoons C+D, quelle expression représente la constante d’équilibre ?

Keˊq=[C]eˊq+[D]eˊq[A]eˊq+[B]eˊqK_{éq}=\frac{[C]_{éq}+[D]_{éq}}{[A]_{éq}+[B]_{éq}}
Keˊq=[C]eˊq[D]eˊq[A]eˊq[B]eˊqK_{éq}=\frac{[C]_{éq}[D]_{éq}}{[A]_{éq}[B]_{éq}}
Keˊq=[A]eˊq+[B]eˊq+[C]eˊq+[D]eˊqK_{éq}=[A]_{éq}+[B]_{éq}+[C]_{éq}+[D]_{éq}
Keˊq=[A]eˊq[B]eˊq[C]eˊq[D]eˊqK_{éq}=\frac{[A]_{éq}[B]_{éq}}{[C]_{éq}[D]_{éq}}

$$K_{éq}=\frac{[C]_{éq}[D]_{éq}}{[A]_{éq}[B]_{éq}}$$

Explication

La constante d’équilibre est le rapport du produit des concentrations des produits sur celui des réactifs, chaque concentration étant mesurée à l’équilibre. L’expression inverse correspondrait à une convention opposée et ne décrit pas la constante définie ici.

17. Un système reçoit une chaleur q=80 Jq=80\,\mathrm{J} et fournit un travail w=30 Jw=30\,\mathrm{J}. Quelle est sa variation d’énergie selon ΔE=q−w\Delta E=q-w ?

ΔE=110 J\Delta E=110\,\mathrm{J}
ΔE=50 J\Delta E=50\,\mathrm{J}
ΔE=−110 J\Delta E=-110\,\mathrm{J}
ΔE=−50 J\Delta E=-50\,\mathrm{J}

$$\Delta E=50\,\mathrm{J}$$

Explication

En appliquant la relation donnée, on obtient ΔE=80−30=50 J\Delta E=80-30=50\,\mathrm{J}. Additionner la chaleur et le travail correspondrait à une autre convention de signe que celle précisée ici.

18. Une réaction d’oxydoréduction transfère n=2n=2 électrons avec ΔE∘′=0,50 V\Delta E^{\circ\prime}=0{,}50\ \mathrm{V}. En prenant F=96,5 kJ⋅V−1⋅mol−1F=96{,}5\ \mathrm{kJ\cdot V^{-1}\cdot mol^{-1}}, quelle est la valeur de ΔG∘′\Delta G^{\circ\prime} ?

+193 kJ⋅mol−1+193\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}
+96,5 kJ⋅mol−1+96{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}
−48,25 kJ⋅mol−1-48{,}25\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}
−96,5 kJ⋅mol−1-96{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}

$$-96{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$$

Explication

La relation ΔG∘′=−nFΔE∘′\Delta G^{\circ\prime}=-nF\Delta E^{\circ\prime} donne ΔG∘′=−(2)(96,5)(0,50)=−96,5 kJ⋅mol−1\Delta G^{\circ\prime}=-(2)(96{,}5)(0{,}50)=-96{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}. Le signe négatif indique que le transfert associé à cette différence de potentiel est favorable dans le sens considéré.

19. Comment distingue-t-on une réaction exergonique d’une réaction endergonique ?

Une réaction exergonique a ΔG<0\Delta G<0 et peut être spontanée, tandis qu’une réaction endergonique a ΔG>0\Delta G>0 et demande un apport d’énergie
Une réaction exergonique a ΔG>0\Delta G>0 et demande un apport d’énergie, tandis qu’une réaction endergonique a ΔG<0\Delta G<0 et peut être spontanée
Une réaction exergonique a ΔS<0\Delta S<0 et diminue le désordre, tandis qu’une réaction endergonique a ΔS>0\Delta S>0 et l’augmente
Une réaction exergonique a ΔH<0\Delta H<0 et libère de la chaleur, tandis qu’une réaction endergonique a ΔH>0\Delta H>0 et en absorbe

Une réaction exergonique a $$\Delta G<0$$ et peut être spontanée, tandis qu’une réaction endergonique a $$\Delta G>0$$ et demande un apport d’énergie

Explication

Une réaction exergonique présente ΔG<0\Delta G<0 et peut se produire spontanément sans apport d’énergie extérieure, tandis qu’une réaction endergonique présente ΔG>0\Delta G>0 et nécessite un apport énergétique. Les signes de ΔH\Delta H ou de ΔS\Delta S pris séparément ne suffisent pas à définir ces deux catégories.

20. Dans une réaction d’oxydoréduction, quel rôle joue le réducteur ?

Il donne des électrons et s’oxyde
Il donne des protons et reste inchangé
Il accepte des électrons et se réduit
Il accepte des électrons et s’oxyde

Il donne des électrons et s’oxyde

Explication

Le réducteur est le donneur d’électrons ; en les cédant, il s’oxyde. L’accepteur d’électrons est l’oxydant, qui se réduit au cours du transfert.

21. À température et pression constantes, une transformation possède ΔH=40 kJ mol−1\Delta H=40\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}} et ΔS=0,20 kJ mol−1 K−1\Delta S=0{,}20\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}\,K^{-1}} à T=300 KT=300\,\mathrm{K}. Quelle est sa variation d’énergie libre de Gibbs ?

ΔG=40,20 kJ mol−1\Delta G=40{,}20\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}
ΔG=20 kJ mol−1\Delta G=20\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}
ΔG=−20 kJ mol−1\Delta G=-20\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}
ΔG=100 kJ mol−1\Delta G=100\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}

$$\Delta G=-20\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}$$

Explication

Avec la relation de Gibbs, ΔG=ΔH−TΔS=40−(300×0,20)=−20 kJ mol−1\Delta G=\Delta H-T\Delta S=40-(300\times0{,}20)=-20\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}. Le terme entropique doit être soustrait de l’enthalpie, et non ajouté.

22. Quelle grandeur thermodynamique reflète le désordre statistique et augmente dans l’univers lors d’un processus spontané ?

L’enthalpie
L’énergie interne
L’entropie
La capacité thermique

L’entropie

Explication

L’entropie mesure le désordre statistique et augmente dans l’univers au cours d’un processus spontané. L’enthalpie décrit notamment la chaleur échangée à pression constante, tandis que les deux autres grandeurs ne correspondent pas à cette définition.

23. Quelle fonction de l’ATP explique son rôle central dans les cellules ?

Il stocke durablement l’information héréditaire dans les chromosomes
Il produit directement de l’oxygène lors des réactions respiratoires
Il fournit de l’énergie par son hydrolyse aux transports, mouvements et biosynthèses
Il accélère les réactions en remplaçant les enzymes catalytiques

Il fournit de l’énergie par son hydrolyse aux transports, mouvements et biosynthèses

Explication

L’ATP est une monnaie universelle d’énergie libre et son hydrolyse fournit de l’énergie à plusieurs processus cellulaires. Sa synthèse demande au contraire un apport d’énergie, et l’ATP n’assure ni le stockage de l’information génétique ni la catalyse enzymatique générale.

24. Quelle équation et quelle valeur correspondent à l’hydrolyse standard de l’ATP ?

ATP→ADP+Pi+H2OATP\rightarrow ADP+P_i+H_2O avec ΔG∘′=+13,8 kJ⋅mol−1\Delta G^{\circ\prime}=+13{,}8\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}
ATP+H2O→ADP+PiATP+H_2O\rightarrow ADP+P_i avec ΔG∘′=−30,5 kJ⋅mol−1\Delta G^{\circ\prime}=-30{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}
ADP+Pi→ATP+H2OADP+P_i\rightarrow ATP+H_2O avec ΔG∘′=−30,5 kJ⋅mol−1\Delta G^{\circ\prime}=-30{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}
ATP+Pi→ADP+H2OATP+P_i\rightarrow ADP+H_2O avec ΔG∘′=+30,5 kJ⋅mol−1\Delta G^{\circ\prime}=+30{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}

$$ATP+H_2O\rightarrow ADP+P_i$$ avec $$\Delta G^{\circ\prime}=-30{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$$

Explication

L’hydrolyse consomme de l’eau, forme de l’ADP et du phosphate inorganique, et présente une variation standard de −30,5 kJ⋅mol−1-30{,}5\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}. La réaction inverse correspond à la synthèse de l’ATP et ne possède pas cette variation négative.

25. Pour la réaction A+BightleftharpoonsC+DA+B ightleftharpoons C+D, quelle expression représente la variation d’énergie libre ?

G=(GB+GD)−(GA+GC)G=(G_B+G_D)-(G_A+G_C)
G=(GA+GB)−(GC+GD)G=(G_A+G_B)-(G_C+G_D)
G=(GC+GD)−(GA+GB)G=(G_C+G_D)-(G_A+G_B)
G=(GA+GC)−(GB+GD)G=(G_A+G_C)-(G_B+G_D)

$$G=(G_C+G_D)-(G_A+G_B)$$

Explication

La variation d’énergie libre s’obtient en soustrayant l’énergie libre totale des réactifs à celle des produits, soit G=(GC+GD)−(GA+GB)G=(G_C+G_D)-(G_A+G_B). Les autres expressions associent les espèces dans un ordre qui ne correspond pas à la différence produits moins réactifs.

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Quelle est la différence entre catabolisme et anabolisme ?

Le catabolisme dégrade des molécules, l'anabolisme les synthétise.

Quels types de molécules le catabolisme dégrade-t-il ?

Les glucides, lipides et protéines.

Quels types de molécules l'anabolisme synthétise-t-il ?

Les polysaccharides, lipides, protéines et acides nucléiques.

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