8.E : Métabolisme microbien (exercices)

8.1 : Énergie, matière et enzymes

Les processus cellulaires tels que la construction ou la dégradation de molécules complexes se produisent par une série de réactions chimiques interconnectées par étapes appelées voies métaboliques. Le terme anabolisme fait référence aux voies métaboliques endergoniques impliquées dans la biosynthèse, convertissant des éléments de construction moléculaires simples en molécules plus complexes, et alimentées par l'utilisation de l'énergie cellulaire.

Choix multiples

Lequel des organismes suivants est un organisme qui tire son énergie du transfert d'électrons provenant de composés chimiques et son carbone d'une source inorganique ?

1. chimioautotrophe
2. chimiohétérotrophe
3. photohétérotrophe
4. photoautotrophe

Réponse

UN

Laquelle des molécules suivantes est réduite ?

1. ET ⁺
2. MODE
3. O ₂
4. NADPH

Réponse

D

Les enzymes agissent selon laquelle des méthodes suivantes ?

1. augmentation de l'énergie d'activation
2. réduction de l'énergie d'activation
3. rendre endergoniques les réactions exergoniques
4. rendre les réactions endergoniques exergoniques

Réponse

B

À laquelle des substances suivantes ressemble le plus structurellement un inhibiteur compétitif ?

1. le site actif
2. le site allostérique
3. le substrat
4. une coenzyme

Réponse

C

Parmi les molécules organiques suivantes, lesquelles aident les enzymes à fonctionner correctement ?

1. cofacteurs
2. coenzymes
3. holoenzymes
4. apoenzymes

Réponse

B

Remplir le blanc

Les processus dans lesquels l'énergie cellulaire est utilisée pour fabriquer des molécules complexes à partir de molécules plus simples sont décrits comme ________.

Réponse

anabolisant

La perte d'un électron par une molécule s'appelle ________.

Réponse

oxydation

La partie d'une enzyme à laquelle se lie un substrat s'appelle ________.

Réponse

site actif

Vrai/Faux

Les inhibiteurs compétitifs se lient aux sites allostériques.

Réponse

Faux

Réponse courte

Dans les cellules, une réaction d'oxydation peut-elle se produire en l'absence de réaction de réduction ? Expliquez.

Quelle est la fonction de molécules comme le NAD ⁺ /NADH et le FAD/FADH ₂ dans les cellules ?

8.2 : Catabolisme des glucides

La glycolyse est la première étape de la dégradation du glucose, entraînant la formation d'ATP, produit par phosphorylation au niveau du substrat, du NADH et de deux molécules de pyruvate. La glycolyse n'utilise pas d'oxygène et n'est pas dépendante de l'oxygène. Après glycolyse, un pyruvate à trois carbones est décarboxylé pour former un groupe acétyle à deux carbones, couplé à la formation de NADH. Le groupe acétyle est lié à un gros composé porteur appelé coenzyme A.

Choix multiples

Au cours de laquelle des manifestations suivantes l'ATP n'est-il pas produit par phosphorylation au niveau du substrat ?

1. Sentier Embden-Meyerhof
2. Réaction de transition
3. Cycle de Krebs
4. Sentier Entner-Doudoroff

Réponse

B

Lequel des produits suivants est fabriqué lors de la glycolyse d'Embden-Meyerhof ?

1. ET ⁺
2. pyruvate
3. CO ₂
4. acétyle à deux carbones

Réponse

B

Au cours du catabolisme du glucose, lequel des éléments suivants est produit uniquement dans le cycle de Krebs ?

1. ATP
2. NADH
3. NADPH
4. DADH ₂

Réponse

D

Lequel des énoncés suivants n'est pas le nom du cycle aboutissant à la conversion d'un acétyle à deux carbones en une molécule d'ATP, deux molécules de CO ₂, une molécule de FADH ₂ et trois molécules de NADH ?

1. Cycle de Krebs
2. cycle de l'acide tricarboxylique
3. Cycle de Calvin
4. cycle d'acide citrique

Réponse

C

Vrai/Faux

La glycolyse nécessite de l'oxygène ou un autre accepteur final d'électrons inorganique pour se produire.

Réponse

Faux

Remplir le blanc

À chaque tour du cycle de Krebs, un acétyle est oxydé, formant des molécules de ____ CO ₂, ____ ATP, ____ NADH et ____ FADH ₂.

Réponse

2 ; 1 ; 3 ; 1

Le plus souvent, la glycolyse se produit par la voie ________.

Réponse

Embden-Meyerhof

Réponse courte

Qu'est-ce que la phosphorylation au niveau du substrat ? Quand se produit-il lors de la dégradation du glucose en CO ₂ ?

Pourquoi le cycle de Krebs est-il important à la fois dans le catabolisme et l'anabolisme ?

Pensée critique

Quelles seraient les conséquences pour une cellule d'une mutation qui empêcherait la synthèse de la coenzyme A ?

8.3 : Respiration cellulaire

La respiration cellulaire commence lorsque des électrons sont transférés du NADH et du FADH ₂, par le biais d'une série de réactions chimiques vers un accepteur d'électrons inorganique final (soit de l'oxygène dans la respiration aérobie, soit des molécules inorganiques non oxygénées dans la respiration anaérobie). Ces transferts d'électrons ont lieu sur la partie interne de la membrane cellulaire des cellules procaryotes ou dans des complexes protéiques spécialisés de la membrane interne des mitochondries des cellules eucaryotes.

Choix multiples

Où se situent les systèmes de transport d'électrons chez les procaryotes ?

1. la membrane mitochondriale externe
2. le cytoplasme
3. la membrane mitochondriale interne
4. la membrane cytoplasmique

Réponse

D

Quelle est la source de l'énergie utilisée pour fabriquer de l'ATP par phosphorylation oxydative ?

1. oxygène
2. liaisons phosphatées à haute énergie
3. la force motrice du proton
4. P _i

Réponse

C

Une cellule peut effectuer une respiration anaérobie pour laquelle des raisons suivantes ?

1. Il manque de glucose pour se dégrader.
2. Il n'a pas la réaction de transition nécessaire pour convertir le pyruvate en acétyl-CoA.
3. Il n'y a pas d'enzymes du cycle de Krebs pour transformer l'acétyl-CoA en CO ₂.
4. Il n'a pas de cytochrome oxydase pour transmettre les électrons à l'oxygène.

Réponse

D

Chez les procaryotes, laquelle des affirmations suivantes est vraie ?

1. Lorsque les électrons sont transférés via un ETS, H ⁺ est pompé hors de la cellule.
2. Lorsque les électrons sont transférés via un ETS, H ⁺ est pompé dans la cellule.
3. Lorsque les protons sont transférés par un ETS, les électrons sont pompés hors de la cellule.
4. Lorsque les protons sont transférés par un ETS, des électrons sont pompés dans la cellule.

Réponse

UN

Lequel des éléments suivants n'est pas un porteur d'électrons au sein d'un système de transport d'électrons ?

1. flavoprotéine
2. ATP synthase
3. ubiquinone
4. cytochrome oxydase

Réponse

B

Remplir le blanc

Le complexe ETS final utilisé dans la respiration aérobie qui transfère des électrons appauvris en énergie en oxygène pour former du H ₂ O est appelé ________.

Réponse

cytochrome oxydase

Le passage des ions hydrogène à travers ________ le long de leur gradient électrochimique exploite l'énergie nécessaire à la synthèse de l'ATP par phosphorylation oxydative.

Réponse

ATP synthase

Vrai/Faux

Tous les organismes qui utilisent la respiration cellulaire aérobie possèdent de la cytochrome oxydase.

Réponse

Vrai

Réponse courte

Quelle est la relation entre la chimiosmose et la force motrice du proton ?

En quoi la phosphorylation oxydative diffère-t-elle de la phosphorylation au niveau du substrat ?

En quoi la localisation de l'ATP synthase diffère-t-elle entre les procaryotes et les eucaryotes ? Où s'accumulent les protons à la suite de l'ETS dans chaque type de cellule ?

8.4 : Fermentation

La fermentation utilise une molécule organique comme accepteur d'électrons final pour régénérer le ^NAD+ à partir du NADH afin que la glycolyse puisse se poursuivre. La fermentation n'implique pas de système de transport d'électrons et aucun ATP n'est produit directement par le processus de fermentation. Les fermenteurs produisent très peu d'ATP, soit seulement deux molécules d'ATP par molécule de glucose pendant la glycolyse. Les procédés de fermentation microbienne ont été utilisés pour la production d'aliments et de produits pharmaceutiques et pour l'identification de microbes.

Choix multiples

Lequel des éléments suivants est utilisé pour la fermentation ?

1. pour fabriquer de l'ATP
2. pour fabriquer des intermédiaires à base de molécules de carbone pour l'anabolisme
3. pour faire du NADH
4. pour fabriquer du NAD ⁺

Réponse

D

Quelle molécule sert généralement d'accepteur d'électrons final pendant la fermentation ?

1. oxygène
2. ET ⁺
3. pyruvate
4. CO ₂

Réponse

C

Quel produit de fermentation est important pour faire lever le pain ?

1. éthanol
2. CO ₂
3. acide lactique
4. gaz hydrogène

Réponse

B

Lequel des produits suivants n'est pas un produit de fermentation commercialement important ?

1. éthanol
2. pyruvate
3. butanol
4. pénicilline

Réponse

B

Remplir le blanc

Le microbe responsable de la fermentation de l'éthanol dans le but de produire des boissons alcoolisées est ________.

Réponse

levure (Saccharomyces cerevisiae)

________ entraîne la production d'un mélange de produits de fermentation, y compris de l'acide lactique, de l'éthanol et/ou de l'acide acétique et du CO ₂.

Réponse

Fermentation hétérolactique

Les organismes en fermentation fabriquent de l'ATP par le biais du processus ________.

Réponse

glycolyse

Correspond

Associez le processus de fermentation au produit commercial approprié pour lequel il est utilisé :

___Fermentation à l'acétone-butanol-éthanol	a. pain
___fermentation alcoolique	b. produits pharmaceutiques
___fermentation à l'acide lactique	c. Fromage suisse
___fermentation acide mixte	d. yaourt
___fermentation à l'acide propionique	e. solvants industriels

Réponse

e ; 2. a ; 3. d ; 4,b ; 5,c

Réponse courte

Pourquoi certains microbes, dont Streptococcus spp., sont-ils incapables d'effectuer une respiration aérobie, même en présence d'oxygène ?

Comment utiliser la fermentation pour différencier les différents types de microbes ?

Pensée critique

La bactérie E. coli est capable d'effectuer une respiration aérobie, une respiration anaérobie et une fermentation. Quand exécuterait-il chaque processus et pourquoi ? Comment est fabriqué l'ATP dans chaque cas ?

8.5 : Catabolisme des lipides et des protéines

Collectivement, les microbes ont la capacité de dégrader une grande variété de sources de carbone en plus des glucides, y compris les lipides et les protéines. Les voies cataboliques de toutes ces molécules finissent par se connecter à la glycolyse et au cycle de Krebs. Plusieurs types de lipides peuvent être dégradés par des microbes. Les triglycérides sont dégradés par les lipases extracellulaires, libérant des acides gras du squelette du glycérol. Les phospholipides sont dégradés par les phospholipases, libérant des acides gras et des groupes de tête phosphorylés.

Choix multiples

Laquelle des molécules suivantes n'est pas produite lors de la dégradation des phospholipides ?

1. glucose
2. glycérol
3. groupes acétyle
4. acides gras

Réponse

UN

Quel type d'enzyme est la caséinase ?

1. phospholipase
2. lipase
3. protéase extracellulaire
4. protéase intracellulaire

Réponse

C

Lequel des éléments suivants constitue la première étape de la dégradation des triglycérides ?

1. élimination des acides gras
2. β-oxydation
3. rupture d'anneaux fusionnés
4. formation de peptides plus petits

Réponse

UN

Remplir le blanc

Le processus par lequel les unités à deux carbones sont éliminées séquentiellement des acides gras, produisant de l'acétyl-CoA, du FADH ₂ et du NADH est appelé ________.

Réponse

β-oxydation

Le NADH et le FADH ₂ produits lors de la β-oxydation sont utilisés pour fabriquer ________.

Réponse

ATP par phosphorylation oxydative

Le ________ est un type de milieu utilisé pour détecter la production d'une protéase extracellulaire appelée caséinase.

Réponse

Gélose au lait écrémé

Réponse courte

Comment les produits de dégradation des lipides et des protéines sont-ils liés aux voies du métabolisme du glucose ?

Quelle est la stratégie générale utilisée par les microbes pour dégrader les macromolécules ?

Pensée critique

Pensez-vous que la β-oxydation puisse se produire dans un organisme incapable de respirer les cellules ? Pourquoi ou pourquoi pas ?

8.6 : La photosynthèse et l'importance de la lumière

Les organismes hétérotrophes, qu'il s'agisse d'E. coli ou d'humains, dépendent de l'énergie chimique présente principalement dans les molécules de glucides. Bon nombre de ces glucides sont produits par photosynthèse, le processus biochimique par lequel les organismes phototrophes convertissent l'énergie solaire (lumière du soleil) en énergie chimique. Bien que la photosynthèse soit le plus souvent associée aux plantes, la photosynthèse microbienne est également un important fournisseur d'énergie chimique, alimentant de nombreux écosystèmes divers.

Choix multiples

Au cours des réactions dépendantes de la lumière, quelle molécule perd un électron ?

1. une molécule pigmentaire qui collecte la lumière
2. une molécule pigmentaire du centre de réaction
3. NADPH
4. 3-phosphoglycérate

Réponse

B

Chez les procaryotes, dans quelle direction les ions hydrogène sont-ils pompés par le système de transport d'électrons des membranes photosynthétiques ?

1. à l'extérieur de la membrane plasmique
2. à l'intérieur (cytoplasme) de la cellule
3. jusqu'au stroma
4. à l'espace intermembranaire du chloroplaste

Réponse

UN

Lequel des effets suivants ne se produit pas lors de la photophosphorylation cyclique chez les cyanobactéries ?

1. transport d'électrons à travers un ETS
2. photosystème que j'utilise
3. Synthèse d'ATP
4. Formation de NADPH

Réponse

D

Quels sont les deux produits des réactions dépendantes de la lumière : ________.

1. glucose et NADPH
2. NADPH et ATP
3. glycéraldéhyde, 3-phosphate et CO ₂
4. glucose et oxygène

Réponse

B

Vrai/Faux

La photosynthèse entraîne toujours la formation d'oxygène.

Réponse

Faux

Remplissez le champ vide

L'enzyme responsable de la fixation du CO ₂ pendant le cycle de Calvin s'appelle ________.

Réponse

ribulose bisphosphate carboxylase (RuBisCO)

Les types de molécules pigmentaires présentes dans les plantes, les algues et les cyanobactéries sont ________ et ________.

Réponse

chlorophylles et caroténoïdes

Réponse courte

Pourquoi un organisme effectuerait-il une phosphorylation cyclique au lieu d'une phosphorylation non cyclique ?

Quelle est la fonction des pigments photosynthétiques dans le complexe récupérateur de lumière ?

Pensée critique

La vie dépend-elle de la fixation du carbone qui se produit lors des réactions indépendantes de la lumière de la photosynthèse ? Expliquez.

8.7 : Cycles biogéochimiques

L'énergie circule de manière directionnelle à travers les écosystèmes, entrant sous forme de lumière solaire pour les phototrophes ou de molécules inorganiques pour les chimioautotrophes. Les six éléments les plus courants associés aux molécules organiques, à savoir le carbone, l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, le phosphore et le soufre, prennent diverses formes chimiques et peuvent exister pendant de longues périodes dans l'atmosphère, sur terre, dans l'eau ou sous la surface de la Terre.

Choix multiples

Lequel des groupes suivants est le groupe d'archées qui peut utiliser le CO ₂ comme accepteur final d'électrons pendant la respiration anaérobie, produisant du CH ₄ ?

1. méthylotrophes
2. méthanotrophes
3. méthanogènes
4. photosynthétiseurs anoxygènes

Réponse

C

Lequel des procédés suivants n'intervient pas dans la conversion de l'azote organique en azote gazeux ?

1. fixation de l'azote
2. ammonification
3. nitrification
4. dénitrification

Réponse

UN

Lequel des procédés suivants produit du sulfure d'hydrogène ?

1. photosynthèse anoxygène
2. photosynthèse oxygénée
3. respiration anaérobie
4. chimioautrophie

Réponse

C

Le cycle biogéochimique de lequel des éléments suivants est basé sur des changements de solubilité plutôt que sur la chimie redox ?

1. carbone
2. soufre
3. nitrogène
4. phosphore

Réponse

D

Remplissez le champ vide

La molécule au cœur du cycle du carbone qui est échangée au sein et entre les écosystèmes, produite par des hétérotrophes et utilisée par des autotrophes, est ________.

Réponse

dioxyde de carbone

L'utilisation de microbes pour éliminer les polluants d'un système contaminé s'appelle ________.

Réponse

bioremédiation

Vrai/Faux

De nombreux microbes naturels ont la capacité de dégrader plusieurs des composés présents dans le pétrole.

Réponse

Vrai

Réponse courte

Pourquoi les organismes autotrophes doivent-ils également respirer ou fermenter en plus de fixer le CO ₂ ?

Comment l'activité humaine peut-elle mener à l'eutrophisation ?

Pensée critique

Si l'on considère la relation symbiotique entre les espèces de Rhizobium et leurs plantes hôtes, quelle activité métabolique exerce chaque organisme qui profite à l'autre membre de la paire ?