Séance 3 : Etude du fonctionnement des enzymes

Partie II : TP 3 : transformation H2O2 avec ou sans catalase.( en classe)

Partie I : Analyse de documents (devoir maison)Durant la digestion de nombreuses réactions chimiques permettent de transformer les molécules de

grandes tailles en petites molécules assimilables. Ces réactions sont le plus souvent accélérées par l’intervention d’enzyme digestive. Ces réactions suivent toujours le même model, un substrat est

transformé en produit en présence de l’enzyme substrat+enzyme⇄complexe ES⇄ enzyme plus produit

Vous avez vu une de es réaction à la séance 2, l’amidon (le substrat) et transformé en glucose (le produit) en présence d’amylase.. Cette réaction peut avoir lieu sans amylase mais elle est beaucoup plus lente.

Objectif : Déterminer les caractéristiques d’une réaction enzymatique

Consignes :

Analyser séparément chaque document ci-dessous en gardant pour objectif d’expliquer les caractéristiques d’une réaction enzymatique.

Faire un bilan de vos analyses en listant l’ensemble des caractéristiques d’une réaction enzymatique (de quoi dépend une réaction enzymatique)

Doc 1   : Graphique de l’évolution de la concentration de produit en fonction du temps avec une quantité de substrat fixe

)

Aide à la résolution : vous trouverez sur le site svtmaupassant.wordpress.com une aide pour analyser ce premier document que vous pouvez réutiliser pour

d’autres documents.

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Doc 2 : Graphique de l’évolution de la concentration en produit (ici O2) en fonction du temps pour différente concentration en substrat (ici H2O2

Doc 3 : Graphique de l’évolution de la vitesse initial de réaction en fonction de la concentration en substrat (ici saccharose)

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Si on étudie la vitesse de la réaction en gardant la concentration de substrat constante et en modifiant la concentration en enzyme, on obtient

Doc 4 : Evolution de la concentration en produit en fonction du temps pour des concentration en enzyme croissante et une concentration en substrat constante (on ajoute du substrat au fur à mesure) E1 : faible concentration en enzyme E ;E3 forte concentration en enzyme

Autres conditions d’une réaction enzymatique

Doc 5 : Activité de différents enzymes en fonction du pH Doc 6 : Activité comparé des enzymes humaine et d’organismes thermophile* en fonction de la température*Les organismes thermophiles (du grec thermê, chaleur et philein, aimer) ou hyperthermophiles sont des organismes qui ont besoin d'une température élevée pour vivre. Ils font partie des organismes extrémophiles. Les premiers ont été découverts à la fin des années 1960 par Thomas D. Brock dans le parc national de Yellowstone. Source : wikipedia

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Partie II - TP3 : Étude de l’activité enzymatique 1

Les enzymes sont des protéines essentielles à la transformation des aliments en nutriments comme, par exemple, la transformation des glucides complexes en glucides simples. On peut généraliser en précisant que les enzymes permettent le déroulement de toutes les réactions chimiques de l’organisme (Métabolisme).

On cherche à comprendre le mode de fonctionnement des enzymes.

1) Modèle expérimental utiliséNous travaillerons avec la catalase comme enzyme. La catalase catalyse la décomposition de l’eau oxygénée (H2O2) produite au cours des oxydations cellulaires selon la réaction suivante :

2H 2O2→O2+2H 2O

En chimie, le substrat dans une réaction est la substance qui réagit avec un réactif pour former le(s) produit(s). En enzymologie, le réactif est une enzyme.

1. Dans la réaction étudiée préciser le(s) substrat(s), le(s) réactif(s) et le(s) produit(s).2. En laboratoire, quel paramètre faudrait-il étudier(enregistrer) pour suivre l’évolution de la réaction au cours du

temps ?

2) Le rôle des enzymesDans cette partie, on cherche à comprendre quel est le rôle d’une enzyme dans le déroulement d’une réaction. A savoir, quelle différence existe-t-il entre une réaction catalysée par une enzyme et la même réaction non catalysée.

1. A l’aide de la fiche technique fournie, proposer une stratégie de résolution quant au problème posé. Faites vérifier par l’enseignant.

2. Mettre en œuvre cette stratégie.3. Imprimer puis analyser les résultats pour conclure.

Critères de réussites :La stratégie est rigoureuse et présente un témoin. Je travaille proprement et en binôme, le matériel est restitué en parfait état. L’analyse des résultats est approfondie. La conclusion généralise en se servant du modèle expérimental comme exemple. Si nécessaire, je fais intervenir mes connaissances.Autoévaluation A B C DOn définit la vitesse initiale Vi d’une réaction enzymatique comme la vitesse instantanée, au temps 0, de transformation d’un substrat par une enzyme. Pour la calculer, on trace une tangent, à partir de t=0, correspondant à la plus grande portion linéaire (cette estimation dépend de l’expérimentateur). La pente de la tangente à l’origine donne la vitesse initiale de la réaction enzymatique.

4. Calculer la vitesse initiale de la réaction.5. La vitesse de la réaction est-elle constante tout au long de la réaction. Essayer d’expliquer pourquoi.

3) Quelle est l’influence de la concentration en substrat sur la vitesse de la réaction ?

A l’aide du matériel dont vous disposez, essayer de répondre au problème posé.

Critères de réussite AutoévaluationJe formule une hypothèse A B C DJ’élabore une stratégie de résolution sans oublier ni le témoin ni la formulation des résultats attendusJe travaille proprement et en binôme, le matériel est restitué en parfait état.L’analyse des résultats est approfondie.La conclusion généralise en se servant du modèle expérimental comme exemple. Si nécessaire, je fais intervenir mes connaissances.

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Correction partie I Analyse des documents

Elles catalysent des transformations chimiques : elles accélèrent la vitesse d’une réaction chimique. Dans le cas de la digestion, elles accélèrent la transformation des grosses molécules (ex : amidon) en molécules simples (ex : glucose) appelés nutriments.

Sur ce graphique, nous pouvons définir trois zones :

1. À t0 la formation de produit est importante, la vitesse de la réaction est maximale. La concentration de substrat diminue mais reste suffisamment importante.

2. La formation de substrat devient de plus en plus faible. La vitesse de la réaction ralentit. La concentration de substrat n’est plus suffisante.

3. Il n’y a plus de produit formé. La vitesse de la réaction est nulle car il n’y a plus de substrat.

Pour comparer les vitesses des réactions enzymatiques, on ne travaillera que sur la Vitesse initiale, c’est-à-dire, la vitesse instantanée au temps t0.

On peut étudier la vitesse de la réaction en fonction de la concentration en substrat :

Chacune des courbes présentent le même profil que la courbe précédemment étudiée.

On constate que plus la [substrat] est élevée, plus la Vi est importante.

Pour pouvoir étudier l’influence du substrat on transforme ces résultats en faisant la courbe :

Vi= f([substrat])

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Attention ne pas confondre avec la précédente !!!

Comment peut-on expliquer la Vmax   ? Et les autres zones de la courbe

substrat+enzyme⇄complexe ES⇄ enzyme plus produit

1. Les enzymes ne sont pas saturées, si on augmente la concentration de substrat, les enzymes peuvent prendre en charge le substrat

2. La vitesse croit de moins en moins vite, l’enzyme n’est pas encore saturée3. L’enzyme est saturée, elle ne peut pas agir plus vite

Si on étudie la vitesse de la réaction en gardant la concentration de substrat constante et en modifiant la concentration en enzyme, on obtient :

On constate que la concentration en enzyme modifie la vitesse des réactions. Le plateau est toujours atteint pour la même concentration en produit, lorsque la réaction est complète. Plus il y a d’enzyme, plus la réaction est rapide. La vmax n’est pas caractéristique d’une enzyme mais de la concentration en enzyme.

Caractéristique : la constante de Mickaelis-Menten Km est égal à la concentration du substrat à laquelle le taux de catalyse est la moitié du taux maximal.

C’est un index exprimant la failité

Cela permet ainsi l’absorption au niveau de l’appareil digestif.

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1) TP3 : Étude de l’activité enzymatique 2 Nous avons constaté que la vitesse d’une réaction dépendait de l’environnement de l’enzyme : de la concentration en substrat, de la concentration de l’enzyme.

Nous cherchons à savoir si il existe d’autres mécanismes régulateurs qui peuvent influer l’activité catalytique intrinsèques des enzymes.

Nous nous attacherons tout particulièrement à la température et au pH. En effet nous savons que la température peut-être emmenée à varier ( en cas de fièvre, selon localisation de l’enzyme dans l’organisme, en cas d’effort physique) mais le pH aussi (compartiment acide comme l’estomac ou neutre comme le milieu intracellulaire).

Vous étudiez le pH Vous étudiez la températureMettre dans le bioréacteur 4,5mL de solution tampon et 1mL de catalase concentrée. Lancer l’enregistrement et à un instant T, rajouter le substrat.

Mettre, dans l’enceinte thermostatique du bioréacteur, de l’eau à température puis dans l’enceinte de mesure 5mL de l’enzyme à température.Lancer l’enregistrement et à un instant T, rajouter le substrat.

Une solution tampon est une solution qui maintient approximativement le pH malgré une dilution.

Transformer les résultats pour une étude aisée.

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