FICHE SéANCE
LES ENZYMES Nombre de séances : 2 Durée : 4h Partie du programme concernée : Du génotype au phénotype Chapitre 2 : Les enzymes, protéines actives dans la catalyse
Objectifs ,
Comprendre le rôle des enzymes.
,
Étudier les modalités de l’activité enzymatique.
,
Établir le lien structure protéique – activité enzymatique.
Compétences ,
Saisir des informations et les mettre en relation logique.
,
Raisonner.
,
Élaborer une démarche expérimentale.
Prérequis Auront été abordées au préalable les notions de : - Niveaux phénotypiques. - Protéines, acides aminés. - Structure primaire, structure tridimensionnelle.
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Notions abordées ,
Catalyseur biologique.
,
Substrat.
,
Produit.
,
Synthèse des protéines (transcription, traduction).
,
Relations gènes, phénotype et environnement.
Notions suivantes ,
Synthèse des protéines (transcription, traduction).
,
Relations gènes, phénotype et environnement.
Déroulement de la séance CHAPITRE 2 : les enzymes protéines actives dans la catalyse Notions nécessaires à la compréhension et la réalisation des travaux pratiques : Une enzyme peut être définie comme un catalyseur biologique, c’est-à-dire une substance qui permet d’accélérer des réactions qui seraient possibles sans elle mais qui se feraient alors avec des vitesses faibles, incompatibles avec les exigences des phénomènes vivants. Les enzymes catalysent aussi bien des réactions de synthèse que des réactions de dégradation (hydrolyse). Les enzymes se retrouvent non modifiées à la fin de la réaction. Elles ne font pas partie du bilan réactionnel. Elles sont alors disponibles pour catalyser une nouvelle réaction ce qui explique qu’elles agissent à faible concentration. Elles agissent sur un substrat pour former un produit. C’est la réaction enzymatique. e
SUBSTRAT —> PRODUIT
TRAVAUX PRATIQUES : Quelles sont les modalités d’action des enzymes ? - Exemple 1 : DEMARCHE EXPERIMENTALE : Hypothèse : La nature du substrat conditionne la réaction enzymatique. Conséquence vérifiable : Si cette hypothèse est vraie, alors la vitesse de réaction enzymatique va varier en fonction du substrat utilisé.
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Expérience : Glucose oxydase. La glucose oxydase est une enzyme qui catalyse la réaction d’oxydation suivante : Glucide + O2 -> acide gluconique. Protocole : - Préparation des substrats : 5 solutions de glucide (glucose, lactose, maltose, fructose, galactose) à une concentration de 50 g/L dans de l’eau distillée. - Préparation de l’enzyme : glucose oxydase à 1%. - Préparation de la chaîne ESAO : placer l’agitateur magnétique dans l’enceinte, à une t° maintenue à 37°C pendant toute l’expérience. - Placer 5 mL de solution de glucose dans l’enceinte, refermer avec le bouchon muni de la sonde à dioxygène. - Lancer la mesure et simultanément introduire 1 mL d’enzyme. - Procéder de même pour chacun des autres glucides. Résultats :
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Exploitation des résultats : Calcul de la vitesse de chaque réaction (calcul du coefficient directeur).
Interprétation : L’enzyme n’est active que lorsque le substrat est du glucose. Conclusion : Hypothèse validée. Une enzyme présente une spécificité de substrat.
- Exemple 2 : À partir du seul protocole expérimental, retrouver les différentes étapes de la démarche expérimentale. L’amylosynthétase est une enzyme présente dans les cellules de la pomme de terre. Elle catalyse la réaction de synthèse de l’amidon à partir de glucose-1-phosphate (G1P). Protocole : - Préparation de l’enzyme : amylosynthétase contenue dans la pomme de terre. - Récupérer de la pomme de terre broyée et y ajouter 20 mL d’ED. - Filtrer avec un entonnoir avec coton puis un entonnoir avec papier-filtre. - Récupérer le filtrat dans un erlenmeyer de 100 mL conservé dans une bassine de glace (afin de détruire les amyloplastes = cellules contenant l’amidon). - Vérifier l’absence d’amidon par un test au Lugol. - Préparer 4 tubes contenant chacun 1mL de filtrat et 1mL d’ED. - Préparation du substrat : solution de G1P. - Préparer 4 tubes contenant chacun 2mL de substrat. - Préparer un bécher de 250 mL dans lequel l’eau sera portée à ébullition (600° au bec électrique). - Annoter les deux plaques de titration comme indiqué au tableau. - Au temps t=0, verser les tubes de filtrat dans les tubes de substrat simultanément et démarrer le chronomètre. - Placer un tube dans le bain-marie (35°). - un tube dans la bassine de glace (0°). - un tube dans le bécher du bec électrique (100°). - un tube à t° ambiante (20°). - Prélever toutes les 2 minutes pendant 10 minutes quelques gouttes de chaque solution avec une pipette pasteur, que vous laisserez ensuite dans le tube correspondant. - Tester chaque prélèvement dans les puits de la plaque de titration en ajoutant une goutte de Lugol.
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ÉTAPES DE LA DEMARCHE EXPERIMENTALE A RETROUVER : Hypothèse : La température conditionne la réaction enzymatique. Conséquence vérifiable : Si cette hypothèse est vraie, alors la vitesse de réaction enzymatique va varier en fonction de la température du milieu. Expérience : Amylosynthétase L’amylosynthétase est une enzyme qui catalyse la réaction de synthèse suivante : n G1P -> amidon Résultats :
Interprétation : L’enzyme n’est active qu’à une température comprise entre 30 et 35°C. Conclusion : Hypothèse validée. Une enzyme possède une température optimale à laquelle sa vitesse de réaction est optimale.
Fiche élève LES ENZYMES PROTEINES ACTIVES DANS LA CATALYSE.
A- La fonction de catalyseur Une enzyme peut être définie comme un catalyseur biologique c’est-à-dire une substance qui permet d’accélérer des réactions qui seraient possibles sans elle mais qui se feraient alors avec des vitesses faibles, incompatibles avec les exigences des phénomènes vivants. Les enzymes catalysent aussi bien des réactions de synthèse que des réactions de dégradation (hydrolyse). Une enzyme (E) se caractérise par : 1- Une action à faible concentration. Les enzymes se retrouvent non modifiées à la fin de la réaction. Elles ne font pas partie du bilan réactionnel. Elles sont alors disponibles pour catalyser une nouvelle réaction ce qui explique qu’elles agissent à faible concentration. Elles agissent sur un substrat pour former un produit. C’est la réaction enzymatique. E
SUBSTRAT —> PRODUIT
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2 - Une action efficace et rapide Le taux d’accélération d’une réaction catalysée par une enzyme va de 107 à parfois même 1016. 3 - Une action dans les conditions biologiques. Les enzymes agissent dans des conditions physico-chimiques compatibles avec la vie cellulaire, notamment pH et température. En général, t°< 50°C. Ex : amylosynthétase active à 35°C.
B - Une double spécificité 1 - Spécificité de substrat. Une enzyme n’est active que vis-à-vis d’une seule substance ou groupe de composés de même architecture moléculaire. Cette substance constitue le substrat. Ex : l’amylosynthétase effectue la synthèse de l’amidon. Elle a pour substrat le glucose 1 phosphate. Elle n’agit pas sur le glucose. 2 - Spécificité d’action. Une enzyme ne catalyse qu’un seul type de réaction chimique. Ex : phosphorylation, décarboxylation, hydrolyse...... C’est sur cette double spécificité qu’a été établie la nomenclature des enzymes. Ex : l’enzyme qui a pour substrat le glucose et qui effectue une oxydation a pour nom la glucose oxydase
C - L’influence des conditions du milieu 1- le facteur température. Toute enzyme peut être inactivée, de manière réversible par de faibles températures (faible agitation moléculaire donc peu de chance de rencontre entre S et E). Inversement, de fortes températures peuvent inactiver définitivement l’enzyme : on parle de dénaturation par la chaleur (changement de la configuration spatiale de l’Enzyme). Une enzyme présente donc une température optimale d’activité, à laquelle la vitesse de réaction est maximale. - Chez l’Homme, les enzymes ont une t° optimale autour de 37°- 40° (correspond à la t° du milieu cellulaire). - Chez les végétaux : 20°C.
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