1

Les milieux biologiques

tamponnés et leur intérêt

Les milieux biologiques

tamponnés et leur intérêt

2

Position de la séquencePosition de la séquence

Thème n°1 : les systèmes vivants présentent

une organisation particulière de la matière.

1.5 Les molécules des organismes vivants

présentent des structures et des propriétés

spécifiques.

En biochimie : structure des acides aminés,

structure des protéines.

En chimie : couples acide/ base, pH et pKa

3

Contenu et capacités exigiblesContenu et capacités exigibles

Les milieux biologiques sont des milieux tamponnés .

- Préparer un mélange tampon- Mettre en évidence expérimentalement l’effet tampon et ses limites - Mettre en évidence le rôle des conditions physico-chimiques dans le maintien du repliement des protéines ( pH, température, force ionique )

4

Situation déclenchanteSituation déclenchante

• Le sang et le liquide

intracellulaire sont des

milieux tamponnés

biologiques.

• Qu’est-ce qu’un milieu

tamponné biologique et

quel est son intérêt ?

5

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Comment préparer une solution tampon ?

Quelles sont les limites à l’effet tampon ?

Une solution tampon est souvent un mélange d’acide faible et de sa base conjuguée

6

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

I) Comment préparer une solution tampon ?

On veut fabriquer environ 100 mL de solution

tampon "acétique" à partir du couple acide

éthanoïque (acétique) CH3COOH (aq) / ion

éthanoate CH3COO-(aq) de pKa = 4,75.

7

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

On dispose d'un volume suffisant d'une

solution d'acide éthanoïque de concentration

en soluté apporté C = 1,0 .10-1 mol/L, et de sa

base conjuguée sous forme de cristaux

d'éthanoate de sodium CH3COONa(s).

1) Calcul de la quantité d’acide (1,0 . 10-2 mol) ,

de celle de base (1,0 . 10-2 mol) puis la masse

d’éthanoate de sodium (0,82 g )

8

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

2) Préparation :

* remplir une fiole jaugée de 100 mL avec la solution

d'acide.

* vider le contenu de la fiole dans un bécher propre et

sec et le placer sur un agitateur magnétique.

* peser, sur une coupelle, la masse mB de cristaux

calculée précédemment.

* introduire les cristaux dans le bécher contenant l'acide

et agiter magnétiquement pour les dissoudre.

9

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

pHexp = 4,65

10

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

II) Mise en évidence de

l’effet tampon et de ses

limites :

La solution tampon

préparée est répartie

dans trois béchers , de

façon égale.

11

Activité expérimentale menée par

le professeur PC

Activité expérimentale menée par

le professeur PC1) Ajout d'un acide fort (acide chlorhydrique ) : • sur la première fraction de la solution

tampon préparée précédemment

12

Activité expérimentale menée par

le professeur PC

Activité expérimentale menée par

le professeur PC1) Ajout d'un acide fort (acide chlorhydrique ) : • sur un même volume d’eau distillée

13

Activité expérimentale menée par

le professeur PC

Activité expérimentale menée par

le professeur PC

2) Ajout d'une base forte (soude ) : • sur la deuxième fraction de la solution tampon préparée précédemment

:

• sur un même volume d’eau distillée :

14

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

3) Influence de la dilution :

• sur la troisième fraction de la solution tampon préparée précédemment

:

15

Activité expérimentale menée par

le professeur de PC

Activité expérimentale menée par

le professeur de PCIII ) Conclure en définissant une solution tampon et en donnant ses

propriétés.

Une solution tampon peut être constituée d’un mélange d’acide faible et de

sa base conjuguée.

Elle a un pH qui ne varie pas par ajout limité d’acide ou de base, ou par

dilution.

IV) Est-ce qu’une solution tampon se prépare uniquement en mélangeant

un acide faible et sa base conjuguée ? Effectuer une recherche sur

internet pour répondre à cette question.

Une solution tampon peut être aussi constituée :

• d’un mélange d’un acide faible et un peu de base forte

• ou d’une base faible et un peu d’acide fort.

16

Activité expérimentale menée par le

professeur de PC

Activité expérimentale menée par le

professeur de PC

• 4 points pour la préparation de la solution tampon et 1

pour chaque tableau de mesures (5pts)

• 2 pour l’exploitation de chacune des 3 expériences (6 pts)

• 3 points pour la synthèse générale

• 2 points pour la recherche sur internet

Domaines de

Compétences

REALISER VALIDER COMMUNIQUER

Points 9 6 5

Evaluation

17

Organisation des enseignements

en biochimie

Organisation des enseignements

en biochimie

Activité 1 : les acides aminés et la liaison

peptidique

1. Structure des acides aminés

Pré-requis de CBSV chimie :

• les groupements fonctionnels

• le carbone asymétrique

• les énantiomères

18

2. Liaison entre acides aminés

Pré-requis de CBSV chimie : les liaisons simples et les

doubles liaisons

2.1.Visualisation de la liaison peptidique à l’aide du

logiciel Avogadro.

2.2.Etude des propriétés de la liaison peptidique.

3. La structure primaire d’un peptide

19

Activité 2 : le repliement dans l’espace d’une

protéine

.Les structures secondaires

Pré-requis de CBSB chimie : la liaison hydrogène.

1.1.Hélice alpha

1.2.Feuillet beta

2. La structure tertiaire

20

Activité 3 : influence du pH sur la structure

tertiaire des protéines

Pré-requis de CBSV chimie :

• la liaison hydrogène, la liaison ionique

• pKa d’un couple acide/base

21

Donnée 1 :les liaisons intervenant dans la structure tertiaire

1. Quels sont les acides

aminés impliqués dans

ces liaisons?

2. Décrire ces quatre types

de liaisons.

3. Quelle est la liaison déjà

rencontrée en structure

secondaire?

22

Donnée 2 : pKa des groupements fonctionnels de l’acide

glutamique et de la lysine.

4. Expliquer l’ionisation de l’acide glutamique et de la lysine apparaissant dans cette

protéine en solution aqueuse à pH 7.

5. Que se produit-il si on modifie le pH de la solution? Quelle peut être la

conséquence au niveau de la structure protéique?

Donnée 3 : La dénaturation d’une protéine correspond à la

désorganisation de sa structure spatiale sans rupture de

liaisons peptidiques.

Acides aminés Groupements -OOC-/-COOH

Sur carbone α

-NH2/-NH3+

Sur carbone α

-OOC-/-COOH

Sur radical

-NH2/-NH3+

Sur radical

Acide glutamique pkA2,2 9,8 4,3

Lysine pkA2,2 9,0 10,5

23

Activité 4 : influence du pH sur l’activité

protéique

1.Etude de l’activité de lactase à différents pH

Utilisation du logiciel lactase

24

2. Quelles sont les modifications observées au niveau de

l’enzyme?

3. Les milieux biologiques tels que le milieu intracellulaire, le

sang ont un pH constant.

3.1 Comment nomme t- on ce type de milieu en chimie ?

3.2 Quel est l’intérêt de stabiliser le pH de ces milieux?

25

Evaluation des activités 3 et 4 sur cahier

d’activitéQUESTIONS POINTS

ACTIVITE 3

1 Mobiliser les connaissances acquises au cours de l’activité 1 pour

retrouver les acides aminés qui par leurs interactions stabilisent la

structure tertiaire.

2

2 Exploiter le document 1 afin de décrire les différentes liaisons. 4

3 Mobiliser les connaissances acquises au cours de l’activité 2. 1

4 Mobiliser les connaissances acquises en chimie pour retrouver l’espèce

prédominante d’un couple acide/base en fonction du pH du milieu et du

pKa de ce couple.

3

5 Emettre une hypothèse en l’argumentant. 3

ACTIVITE 4

1 Respect des consignes.

Exploitation des résultats.

1

3

2 Exploitation des résultats. 1

3.1 Mobiliser les connaissances acquises en chimie. 1

3.2 Exploitation des résultats. 1