10 - Plasticité du métabolisme Flashcards
(95 cards)
1
Q
Pourquoi on s’intéresse à la vie aux extrêmes? (not important)
A
- Mieux comprendre le fonctionnement général des enzymes, et des métabolites, par les extrêmes et les limites
- Identifier/isoler/construire des enzymes pour des applications biotechnologiques
- Développer des hypothèses et donc faciliter la découverte de la vie extraterrestre (astrobiologie)
2
Q
Quels sont les caractéristiques extrêmes dont il est question pour la plasticité du métabolismes? (8)
A
- pH
- sel
- température
- pression
- rareté d’eau
- rareté de nutriments (not important)
- présence de métaux toxiques (not important)
- rayons (rayons X, UV, radioactivité).
3
Q
Qu’est-ce que la polyextrêmophilie?
A
La polyextrêmophilie est l’adaptation de certains organismes extrêmophiles à plusieurs conditions extrêmes à la fois.
4
Q
Quelle hypothèse est proposée concernant l’apparition de la vie et les conditions environnementales? (not important)
A
Il est proposé que la vie aurait pu apparaître sous des conditions extrêmes, suivie d’une tolérance à des conditions plus modérées.
5
Q
Qu’est-ce que les organismes extrêmophiles nous enseignent sur l’évolution de la vie? (not important)
A
Ils montrent que la vie a réussi à s’adapter à des conditions rigoureuses et à conquérir de nouvelles niches écologiques.
6
Q
Quel est le rôle de l’ARN dans les réactions autocatalytiques? (not important)
A
L’ARN est un des modules organiques abiotiques impliqués dans les réactions autocatalytiques qui ont conduit à l’émergence de la vie.
7
Q
Qu’est-ce que le métabolisme et quels sont ses deux aspects principaux? (not important)
A
Le métabolisme utilise de l’énergie pour construire des structures carboniques complexes (anabolisme) et peut déconstruire des structures pour accéder à l’énergie (catabolisme).
8
Q
Qui est LUCA et quel est son importance dans l’évolution de la vie? (not important)
A
LUCA, ou ‘Last Universal Common Ancestor’, est considéré comme l’ancêtre commun universel de tous les organismes vivants, marquant le début de la vie sur Terre.
9
Q
Où est-il plausible que LUCA ait vécu? (not important)
A
Il est plausible de penser que LUCA vivait autour de cheminées hydrothermales.
10
Q
Qu’est-ce que LUCA et quelles sont ses caractéristiques principales? (not important)
A
LUCA est un être hypothétique qui possède ARN et ADN, un code génétique, la chiralité des acides aminés et des protéines, ainsi que des membranes. Il synthétise de l’ADN grâce à l’ADN polymérase et utilise l’ATP comme source d’énergie.
11
Q
Quel type de nutrition LUCA avait-il? (not important)
A
LUCA était autotrophe, dépendant du CO2 et du CO comme source de carbone.
12
Q
Comment LUCA utilise-t-il l’énergie? (not important)
A
LUCA utilise des gradients d’ions comme source d’énergie, mais ne les génère pas forcément. Il utilise également l’ATP comme ‘monnaie’ énergétique et connaît l’ATP synthétase.
13
Q
Qu’est-ce que les archées et où ont-elles été d’abord identifiées? (not important)
A
Les archées, également appelées archébactéries, ont été d’abord identifiées dans des environnements extrêmes.
14
Q
Où on peut trouver dans l’environnement un pH bas ou élevé (acidité/alcalinité) ?
A
- Lacs alcalins
- sources acides (sous marine)
15
Q
Quelles bactéries peuvent être trouvés dans des environnements à pH extrême?
A
Bacillus Pseudofirmus (peut dégrader des low density polyethylene)
16
Q
Quels sont les défis pour un pH bas ou élevé? (2)
A
- Maintient des pH physiologique intracellulaire
- Maintient du gradient de protons intracellulaire (ATP synthase)
17
Q
Quel est le problème liés au maintien d’un pH intracellulaire physiologique?
A
La tolérance aux pH extrêmes intracellulaires est bien inférieure à celle du pH extracellulaire, ce qui peut affecter la structure des protéines, comme les ponts de sel.
18
Q
Quelles sont les stratégies pour pallier les défis liés à un pH bas ou haut ? (2)
A
- Mécanismes pour maintenir un pH intracellulaire permissif
- Attenuation du gradient de protons en inversant le potentiel membranaire.
19
Q
Plus précisément, comment on fait pour maintenir un pH intracellulaire permissif ?
A
- pompes à protons,
- transporteurs/antiporteurs,
- changements de lipides membranaires (pas de diffusion)
- systèmes de tampon cytoplasmique.
20
Q
Plus précisément, comment peut-on atténuer le gradient de protons intracellulaire?
A
en inversant le potentiel membranaire, par exemple en important des ions positifs comme K+ ou en compensant le ΔpH inversé par un potentiel membranaire accru.
21
Q
Quels sont les deux facteurs qui déterminent la force motrice de protons (PMF)?
A
La PMF est une fonction de ΔpH (protons) et de Δψ (potentiel électrochimique de membrane).
22
Q
Quelle est la fonction principale de la force motrice de protons (PMF) dans les cellules?
A
- indispensable à la génération d’ATP.
- d’habitude, le PMF est généré par des pompes à protons
23
Q
Comment les acidophiles compensent-ils un ΔpH élevé?
A
Ils compensent le très grand ΔpH par l’inversion de leur potentiel membranaire Δψ en important des ions positifs comme le potassium (K+).
24
Q
Quelle stratégie utilisent les alcalophiles pour compenser un ΔpH inversé?
A
Les alcalophiles augmentent leur potentiel membranaire Δψ pour compenser le ΔpH inversé.
25
Pourquoi l'ATP est-il considéré comme universel dans le contexte du pH intracellulaire?
L'ATP est universel car il peut être remplacé par l'ADP, permettant le stockage d'énergie sous forme de liaison chimique réversible.
26
Comment le potentiel membranaire (Δψ) est-il modulable dans les cellules?
Le potentiel membranaire (Δψ) est modulable et peut même être inversé, ce qui est essentiel pour le maintien du PMF.
27
Qu'est-ce que l'halophilie et où peut-on la trouver? Donnez un exemple d'organisme halophile.
- L'halophilie est la capacité d'organismes à vivre dans des environnements à haute salinité, comme dans des lacs salés ou des bassins de marées.
- Salinibacter ruber
28
Quels défis les organismes halophiles doivent-ils surmonter en raison de la salinité?
Ils doivent **gérer la pression osmotique et garder l'eau intracellulaire**, car l'eau est nécessaire pour des réactions biochimiques.
29
Quelles stratégies les halophiles utilisent-ils pour compenser la perte d'eau due à la pression osmotique?
- accumulation des solutés organiques compatibles,
- ces derniers peuvent aussi compenser la perte d'eau liquide due au gel
- ils sont métaboliquement inertes
30
Quelle est la stratégie 'salt-in' utilisée par certains halophiles?
Cette stratégie consiste à contrer la pression osmotique par l'influx d'ions K+, qui compensent le Na+ du milieu extracellulaire.
31
Comment les enzymes des halophiles s'adaptent-elles à leur environnement salin? (stratégie)
Les enzymes doivent accommoder la présence d'ions, et leur fonctionnement en dépend souvent.
32
Quels sont des exemples de solutés organiques compatibles? (4)
- glycérol,
- polyols,
- bétaïne (triméthylglycine)
- tréhalose.
33
Quel est le rôle des solutés organiques compatibles dans les cellules?
Ils contrent la pression osmotique du sel environnant, apportent une coquille d'hydratation aux protéines et maintiennent le turgor et le volume des cellules.
34
Comment les organismes contrent-ils la pression osmotique du sel environnant?
Ils maintiennent une très haute concentration intracellulaire en solutées compatibles pour limiter la perte d'eau intracellulaire par osmose.
35
Quel est le rôle des coquilles d'hydratation pour les protéines, l'ADN et les membranes?
Les coquilles d'hydratation apportent une stabilisation de la conformation requise pour le fonctionnement des protéines, de l'ADN et des membranes.
36
Quel est l'impact de la salinité élevée sur les organismes vivant dans le lac Kyros?
La salinité élevée (>5M) dans le lac Kyros, qui contient du MgCl2, crée un environnement chaotrope, dénaturant les protéines et rendant très peu d'eau disponible pour les organismes.
37
Quels types d'organismes sont représentés dans le lac Kyros?
Un écosystème halophile d'archées et des bactéries, notamment des méthanogènes et des organismes de réduction de sulfate.
38
Quel effet théorique pourraient avoir des sels chaotropes sur les macromolécules biologiques à basse température?
Des sels chaotropes pourraient permettre des mouvements et de la flexibilité de macromolécules biologiques à basse ou très basse température.
39
Quels solutés peuvent aider à remplacer partiellement l'eau dans les organismes halophiles?
Des solutés organiques compatibles et des ions de potassium (K+) peuvent aider à maintenir l'hydratation des protéines.
40
Donnez des utilisations industrielles d'enzymes tolérantes en salinité accrue.
- protéases (cuir)
- xylanases (bioremédiation)
41
Où peut-on trouver un milieu avec une température basse (psychrophilie) ?
- poches d'eau dans la glace antartique
- sous la glace
- sol permafrost
42
Vrai ou Faux
La limite inférieure de vie métaboliquement active se situe en-dessous de -60°C
(temps de génération 80 jours)
Faux
La limite inférieure de vie métaboliquement active se situe en-dessous de **-20°C**
(temps de génération **160 jours**)
43
Quels sont les défis rencontrés par les organismes à basse température? (2)
- réactions biochimiques lentes, peu de flexibilité des enzymes et des lipides,
- il faut éviter la cristallisation de l'eau qui peut déchirer physiquement la cellule.
44
Quels sont les stratégies pour pallier les défis de basse températures? (4)
- Augmenter la flexibilité protéique
- Autres structures de lipides qui augmentent leur fluidité
- Augmenter la salinité intracellulaire qui descend le point de congélation intracellulaire
- Utilisation des solutés anti-freeze compatibles alternatifs.
45
Comment les organismes font pour augmenter la flexibilité protéique à basse température?
Ils augmentent l'expression de chaperones et d'enzymes, et donc des interactions intramoléculaires plus faibles.
46
Comment les organismes modifient-ils la structure des lipides pour faire face aux températures froides?
Ils adoptent d'autres structures de lipides qui augmentent leur fluidité, les rendant plus semblables à des détergents et moins polaires que d'habitude.
47
Quelles sont les solutions alternatives utilisées par les organismes pour survivre à des températures trop froides?
Ils utilisent des solutés 'anti-freeze' compatibles et, en cas de températures trop froides, ils peuvent entrer en état de vitrification au lieu de geler.
48
Quelle est la différence entre la survie et la vie en état vitrifié?
En état vitrifié, il n'y a pas de métabolisme actif, donc la survie ne doit pas être confondue avec la vie.
49
Quel est un des résultats des recherches avec des organismes psychrophiles concernant les protéases?
L'identification de protéases actives à température basse.
50
Où peut-on trouver la condition de température élevée? Donnez un exemple d'organisme qui peut survivre à cette condition.
- cheminées hydrothermales, sous marines, sources chaudes
- Thermophilus aquaticus
51
Quelle est la limite supérieure de vie active pour Thermophilus aquaticus?
La limite supérieure de vie active se situe actuellement autour des 120 °C, très possiblement davantage.
52
Quels défis les organismes doivent-ils surmonter à des températures élevées? (2)
Éviter la dénaturation des protéines et maintenir la compartimentalisation de la cellule par des membranes lipidiques.
53
Vrai ou Faux
De l'eau peut rester liquide à 400ºC dans des profondeurs sous-marine.
Vrai
À cause de la pression qui fait augmenter le point d'ébullition
54
Quelles sont les stratégies utilisés pour "contrer" des hautes températures ? (3)
- Compactation des structures protéiques pour augmenter leur thermostabilité.
- Changer la structure et composition de membranes pour maintenir l’état
crystallin/liquide.
- Potentiellement: changer ATP comme “monnaie” en ADP (plus thermostable);
hydrolyse en AMP.
55
Quelles sont les trois "stratégies" pour la compaction des structures protéiques?
- par des points d'interaction forte (adaptation)
- par une compactation globale.
- chapérones = heat shock proteins
56
Quel est un des résultats des recherches avec des organismes thermophiles?
L'identification de DNA polymérases et d'autres enzymes requises pour la PCR.
57
Donnez les lieux où on peut trouver une pression élevée et un exemple de pièzophile.
- profondeurs marines (fosse de Mariannes)
- Thermophilus piezophilus.
58
Quel type de nutrition ont les organismes piézophiles?
Les organismes piézophiles sont autotrophes, spécifiquement lithotrophes.
59
Quelle est la proportion de biomasse bactérienne et archéenne sous-terraine dans les zones de subduction? (not really important)
La biomasse sous-terraine pourrait représenter plus de 80% de la biomasse de bactéries et archées.
60
Pourquoi l'hypothèse de vie souterraine à plus de 10 km sous terre est-elle pertinente en astrobiologie? (not really important)
Elle est pertinente car elle soulève des questions sur la possibilité de vie dans des environnements extrêmes, bien que peu de données soient actuellement disponibles.
61
Quels défis rencontrent les organismes dans des conditions de pression élevée?
éviter la compression de la cellule (in vaccum: danger is manque d'eau et de food)
62
Quelles sont les stratégies des piézophiles pour éviter la compression de la cellule sous pression élevée?
Les piézophiles altèrent leurs lipides membranaires en augmentant la proportion de lipides non saturés pour améliorer la fluidité membranaire.
63
Où pourrait avoir évolué des mécanismes de résistance à la radioactivité naturelle élevée?
Ces mécanismes pourraient avoir évolué aux sites de radioactivité naturelle élevée.
64
Comment l'évolution des mécanismes de résistance à l'irradiation pourrait-elle être liée à la couche d'ozone?
L'évolution de mécanismes pour contrer l'irradiation pourrait pré-dater la création de la couche d'ozone, qui absorbe les rayons UV.
65
Quels sont les défis posés par les rayons UV, X et la radioactivité sur l'information génétique? (3)
- ionisation, création de radicaux libres,
- mutation qui menace l'intégrité de l'information génétique.
- radiolyse de protéines et d'AA
66
Quelles stratégies les organismes utilisent-ils pour faire face aux effets des rayons ionisants? (4)
- multiplication du génome pour recombinaison,
- forte surexpression de protéines impliquées dans la réparation de l'ADN et de la recombinaison,
- utilisation préférentielle d'acides aminés petits pour réduire la radiolyse,
- augmentation des défenses contre le stress oxydatif.
67
Qu'est-ce que la cryptobiose et comment se distingue-t-elle de l'extrémophilie?
- Cryptobiose : pas une forme d'extrémophilie car les cryptobiotes subissent des conditions extrêmes sans s'y reproduire.
- Pendant l'abiose, il n'y a aucune activité métabolique, ce qui en fait une forme de survie plutôt que de vie.
68
Quels types de tolérance montrent les cryptobiotes?
Tolérance aux rayons et à la dessiccation complète.
69
Quel est le rôle des solutés organiques compatibles dans la cryptobiose?
Les solutés organiques compatibles jouent un rôle clé dans la cryptobiose en permettant aux organismes de survivre dans des conditions extrêmes sans métabolisme.
70
Quels types d'organismes peuvent entrer en cryptobiose?
La cryptobiose n'est pas réservée aux tardigrades, mais existe également dans les plantes, les vers (C.elegans), les crustacés et certaines vertébrés ectothermes/poikilothermes.
71
Qu'est-ce que l'hibernation chez les mammifères (endotherme) ?
- L'hibernation est la presque cessation temporaire d'activités métaboliques, un état hypo-métabolique.
- Il n'y a pas de criptobiose chez les mammifères.
72
Pourquoi le potentiel d'hibernation est-il présent chez de nombreuses espèces animales?
Le potentiel d'hibernation est présent chez de nombreuses espèces animales car il est largement distribué dans l'arbre évolutif, même si certaines espèces proches des hibernants ne hibernent pas.
73
Quelles sont les deux catégories d'hibernateurs et comment se distinguent-elles?
- Obligatoires: hibernent indépendamment des conditions externes,
- Facultatifs: déclenchent l'hibernation en fonction des conditions externes.
74
Comment se manifeste la torpeur pendant l'hibernation?
La torpeur est interrompue par des réveils périodiques, appelés IBA (interbout arousal), et la posture de l'animal reste coordonnée.
75
Comment est l'inactivité et la baisse de température corporelle ?
Quel est le lien entre le métabolisme et la température corporelle ?
- Elles sont décrites comme des processus actifs, contrôlés et régulés, et non comme des processus passifs.
- Le métabolisme descend avant la température corporelle.
76
Vrai ou Faux
Le métabolisme est augmenté à 2% de la normale pendant l'hibernation.
Faux
Il est diminué à 2% parce que les battements de cœur et la respiration sont réduits.
77
Quelles fonctions sont principalement soutenues par l'énergie disponible pendant l'hibernation ?
L'énergie est utilisée pour la respiration, la circulation réduite et certaines fonctions cérébrales = thermostat setpoint
78
Que se passe-t-il avec l'activité métabolique lorsque la température extérieure descend en dessous du point de congélation ?
L'activité métabolique augmente pour la thermogenèse.
79
Où se produit la thermogenèse et quel type de cellules est impliqué ?
- La thermogenèse se produit dans les adipocytes bruns, qui sont riches en mitochondries.
- sont alimentés par la béta-oxydation
80
Quel est l'effet de la beta-oxydation sur le taux de corps cétoniques circulants ?
Le taux de corps cétoniques circulants augmente de plus de 15 fois.
81
Quel est le rôle de l'ATP synthétase dans la chaîne respiratoire normale?
L'ATP synthétase utilise l'énergie du gradient en protons pour produire de l'ATP.
82
Que fait UCP-1 dans les mitochondries du tissu adipeux brun (pendant l'hibernation) ?
UCP-1 transforme l'énergie des protons passants en énergie thermique, produisant de la chaleur.
83
Qu'est-ce que l'ischémie-reperfusion ?
Intoxication par des ROS, qui
déclenchent également des réponses apoptotiques et inflammatoires.
84
Vrai ou Faux
L’éveil (IBA ou définitif) doit se faire de façon ordonnée (activer le métabolisme tout de suite avec la montée de la température, et non pas après). Sinon, il y a un risque ischémie-reperfusion.
Vrai
85
Quelles sont les conséquences d'une reprise trop rapide de la chaîne de transport d'électrons après une ischémie?
Cela entraîne des lésions de reperfusion, qui sont plus graves que le manque passager d'oxygène, et provoque la production d'espèces d'oxygène réactif (ROS).
86
Quel est le rôle du complexe I de la chaîne respiratoire lors des lésions de reperfusion?
Le complexe I se met à tourner à l'inverse, ce qui produit des espèces d'oxygène réactif (ROS).
87
Comment le complexe II (succinate déshydrogénase) contribue-t-il à la chaîne respiratoire?
Le complexe II (succinate deshydrogenase SDH) régénère l'ubiquinone (Q) en ubiquinole (QH2), tout comme le complexe I.
88
Qu'est-ce qui se passe avec la SDH du complexe II lors de l'hypoxie?
La SDH du complexe II transforme le fumarate en succinate dans une réversion de son activité normale.
89
Quel est le rôle du fumarate dans l'accumulation lors de l'hypoxie à température normale?
Le fumarate s'accumule en raison de son origine du cycle des nucléotides de purine et du cycle de l'acide citrique (TCA), et il est transformé en succinate par la SDH du complexe II.
90
Que se passe-t-il lors de la reprise du métabolisme après une lésion de reperfusion?
La SDH métabolise rapidement le succinate accumulé, surchargeant la chaîne en ubiquinole, ce qui entraîne un influx d'électrons trop grand et un transport d'électrons inversé, créant des espèces d'oxygène réactives.
91
Pourquoi les animaux en hibernation sont-ils résistants à l'injure par reperfusion?
Ils présentent une inhibition rapide de Complexe II/SDH, ce qui évite l'accumulation du succinate avant la baisse de la température corporelle.
92
Quel est le rôle du refroidissement rapide et du réchauffement lent dans la survie d'Anna Bågenholm après son accident de ski?
Le refroidissement rapide et le réchauffement lent ont permis de sauver Anna Bågenholm en réduisant les dommages causés par l'arrêt cardiaque et en évitant la lésion de reperfusion.
93
Qu'est-ce que la lésion de reperfusion et comment peut-elle être réduite?
La lésion de reperfusion est une blessure causée par le rétablissement du flux sanguin après une période d'ischémie. Elle peut être réduite par une reperfusion lente, à froid, qui permet de diminuer l'injure par reperfusion.
94
Quel est le rôle du complexe IV dans la respiration cellulaire?
Le complexe IV est la dernière étape de la chaîne de transport d'électrons, essentielle pour rétablir la respiration cellulaire après une lésion de reperfusion.
95
Quelles sont les implications de la lésion de reperfusion en dehors des urgences?
Les implications incluent la baisse contrôlée de la température pour l'anesthésie, les interventions chirurgicales planifiées et le coma artificiel.
