CHAPITRE 8 :  La catalyse enzymatique

Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Intol%C3%A9rance_au_lactose

Chez la plupart des mammifères, humains y compris, la lactase n'est fabriquée que pendant l'allaitement. Cependant, dans les populations où l'élevage d'animaux laitiers est pratiqué depuis longtemps, une forme mutante (on en connaît plusieurs) du gène de la lactase reste active chez l'adulte.

Pb : Qu'est ce qu'une enzyme et comment fonctionne t-elle ?

I- Définition d'une enzyme

1- L'hydrolyse de l'amidon

TP : Comparaison de l'efficacité d'un catalyseur chimique et d'un catalyseur biologique dans une réaction d'hydrolyse de l'amidon

La plupart des réactions chimiques se déroulant dans une cellule nécessitent l’intervention d’un catalyseur, molécule chargée d’accélérer les réactions sans subir elle-même de modification. Il existe deux catégories de catalyseurs :
- les catalyseurs chimiques. ex : HCl (acide chlorhydrique)
- les catalyseurs biologiques, protéines appelées enzymes. ex : amylase pancréatique
L’objectif de ce TP est de réaliser des réactions d’hydrolyse de l’empois d’amidon (amidon cuit) pour tester les deux types de catalyseurs. Le protocole doit être rigoureusement respecté et les résultats consignés soigneusement dans des tableaux que vous devrez construire. Le travail sera effectué en groupe en partageant intelligemment les tâches.

I- Hydrolyse de l’amidon en présence d’un catalyseur chimique

1) Préparez les 4 montages comme cela est décrit dans le schéma ci-dessus.
2) Réglez les chauffe-ballon de manière à avoir la température constante souhaitée.
3) Effectuez un prélèvement de 5mL dans chaque ballon toutes les 10 minutes pendant 1 heure.
- testez vos prélèvements à l’eau iodée (après avoir refroidi sous l’eau du robinet chaque tube)

Résultats des tests à l'eau iodée :
Amidon + HCL à 100°C
Amidon + eau distillée à 100°C
Amidon + HCl à 35°C
Amidon + HCL à 20°C

- testez les prélèvements à la liqueur de fehling (le chauffage n’est pas nécessaire pour les tubes provenant des ballons à 100°C, en revanche, pensez à neutraliser l’acide chlorhydrique en ajoutant quelques gouttes de soude).

Résultats des tests à la liqueur de Fehling :
Amidon + HCL à 100°C
Amidon + eau distillée à 100°C
Amidon + HCl à 35°C
Amidon + HCL à 20°C

En tableau :

Conclusion :

Même à 100°C, la molécule d'amidon n'est pas hydrolysée (détruite par l'eau) au bout d'une heure. En revanche, la présence d'HCl permet d'obtenir dans les mêmes conditions, une réaction au bout de seulement 20 minutes : c'est un catalyseur. Son action semble dépendre de la température de la réaction. Le test à la liqueur de Fehling permet de mettre en évidence les produits de cette réaction : des sucres réducteurs (maltose et glucose).

Equation de la réaction par la catalyse chimique :

II- Hydrolyse de l’amidon en présence d’un catalyseur biologique

1) Dissoudre une pincée de pancréatine dans 100mL d’eau distillée.
2) Filtrez et ajoutez 1mL de CaCl2 pour 5mL de filtrat.
3) Délayez 10g de poudre de germe de blé dans 100mL de tampon (pH ~ 5.3).
4) Filtrez et ajoutez 1mL de CaCl2 pour 5mL de filtrat.
5) Préparez les 3 tubes suivants et placez-les au bain marie à 37°C (~ température du corps) :

6) Prélevez 1mL dans chaque tube toutes les 2 minutes.
- testez vos prélèvements à l’eau iodée.
- Si le test à l’eau iodée est négatif, testez les prélèvements à la liqueur de fehling.
NB : Pour le test à la liqueur de fehling, neutralisez l’acide chlorhydrique en ajoutant quelques gouttes de soude (NaOH). N’oubliez pas les témoins !

NB : les dextrines sont des composés intermédiaires

Conclusion :

La maxilase permet une hydrolyse assez rapide de l'amidon : la réaction commence au bout de 4 minutes seulement et à une température beaucoup plus basse que l'hydrolyse en milieu acide : un catalyseur biologique est très efficace.

Les germes de blé contiennent une enzyme capable d'hydrolyser l'amidon à 37°C.

Equation de la réaction par la catalyse biologique :

Remarque 1 : le nom des enzymes portent un suffixe en -ase : amylase, lactase...

Remarque 2 : certains ARN ont une activité enzymatique. On les appelle des ribozymes. Ils sont chargés de catalyser la formation de la liaison peptidique entre les différents acides aminés des protéines au cours de la traduction dans le cytoplasme.

2- Mécanisme d'action d'une enzyme

Activité : Livre p22-23 + exo 1 p36

TP : synthèse et stockage de l'amidon dans le tubercule de pomme de terre

Mise en évidence de la spécificité de substrat

Un exemple de spécificité d'action

Document extrait du manuel de Terminale Spe Bordas 2012 p171

Sources : left - right

Pb : La digestion in vitro de l'amidon en présence de pancréatine a été réalisée à 37, 5 °C, température moyenne du corps. Mais comme nous le montrent les schémas ci-dessus, la température comme le pH peuvent varier d'un organe à un autre et d'un état à un autre. Les enzymes agissent-elles toutes à la même température et au même pH ou sont-elles adpatées à des conditions particulières en fonction de l'endroit où elles se trouvent par exemple ?

II- Les conditions d'action d'une enzyme

1- Les conditions du milieu

TP13 : Activité enzymatique et paramètres physico-chimiques du milieu

Pb : Pourquoi ces facteurs sont-ils si importants pour le bon déroulement de la réaction enzymatique ?

2- La forme de l'enzyme

Lien source : http://www.geniebio.ac-aix-marseille.fr/bioch/bioch.html

Animation permettant de comprendre le lien entre la concentration en substrat et la vitesse de la réaction enzymatique

Remarque : Ce modèle clé-serrure est un peu simpliste. Les chercheurs ont découvert que le site de reconnaissance change très légèrement de forme pour s'ajuster au substrat. C'est le "induced fit model"

Source : https://www.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/introduction-to-enzymes/a/enzymes-and-the-active-site

BILAN

Source : http://www.ac-grenoble.fr/svt/log/1_s/images/enzym_specif.gif

Illustration de l'inhibition compétitive (ex : lactose vs thiolactose)

Un excellent site pour approfondir ses connaissances : http://www.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/pascal/fya/chimcell/notesmolecules/proteines_4.htm