Les enzymes (biocatalyseurs spécifiques):
Elisabeth Lamoure et Michèle
Montmailler - Centre Scolaire Charité
- Saint - Paul, 15 rue Bourneuf, BP 1277, 42308 ROANNE Cedex.
Ce TP propose l'étude des enzymes en tant que catalyseur, par comparaison
avec une catalyse chimique. Ceci est réalisé en guidant les élèves
pas à pas. Dans un deuxième temps, les élèves étudient
la spécificité de substrat (mais pas celle de réaction),
en mobilisant les savoir-faire qu'ils viennent d'acquérir pour imaginer
un protocole expérimental :
enzyme
substrat
a-amylase
amidon
pepsine
ovalbumine
En fonction du niveau des élèves (et de leur souvenirs de seconde...),
on peut rajouter au début un rappel de la définition de la catalyse.
1 -
Objectifs
A - Objectifs cognitifs
A chaque instant, des milliers de réactions chimiques
distinctes se produisent dans une cellule. Hors de l’organisme, ces réactions
se produisent dans des conditions très différentes. On
cherche à comprendre comment ces réactions chimiques sont possibles
dans les conditions de la vie.
Au cours de ces réactions biochimiques, de nombreux
substrats sont sans cesse transformés en produits. On cherche
à savoir si une même enzyme peut catalyser plusieurs substrats
différents.
B - Objectifs méthodologiques
Réaliser des manipulations d'après un protocole
expérimental.
Imaginer une expérience.
Adopter une démarche explicative.
2 - Les enzymes,
des biocatalyseurs
Rappels :
L’amidon est une macromolécule polymère
du glucose utilisée comme molécule de réserve chez
les végétaux, il permet après hydrolyse, l’approvisionnement
des cellules en glucose. Cette hydrolyse est progressive et libère
des molécules de plus en plus courtes pour aboutir à du
maltose et un peu de glucose.
La coloration au lugol ( eau iodée) est
caractéristique des polymères du glucose ( coloration
bleu nuit en présence d’amidon, coloration jaune en son
absence)
La réaction à la liqueur de Fehling
permet la mise en évidence de certains petits glucides solubles
qualifiés de sucres réducteurs ( maltose et glucose par
exemple) par la formation d’un précipité rouge brique
à chaud.
A) Hydrolyse de l’amidon à l’aide
d’un catalyseur chimique.
Matériel :
125 ml d’empois d’amidon à 0.2% portés
à ébullition dans un erlen en présence de 5 ml d’acide
chlorhydrique N/2 pendant respectivement 0,5,10,15 et 20 mn
25 ml d’empois d’amidon placés à
35°C en présence de 1ml d’acide chlorhydrique N/2 pendant
15 mn
chronomètre ou montre
tubes à essais
plaques de titration
eau iodée
liqueur de Fehling
Activités et condition des activités :
Prélever dans un tube à essais 2 ml de la
solution de chaque erlen correspondant aux différentes températures
d’ébullition.
Déposer une goutte de chaque prélèvement
dans le puits d’une plaque de titration et ajouter une goutte de lugol
après refroidissement.
Sur le reste du prélèvement réaliser
un test à la liqueur de Fehling après neutralisation(addition
d’une goutte de NaOH si nécessaire).
Faire un test ( lugol, liqueur de Fehling) sur la solution
d’amidon placée à 35°C.
Consigner les résultats obtenus dans un tableau
approprié.
B) Hydrolyse enzymatique de l’amidon : action
de l’amylase.
Matériel :
Comprimés dragéifiés de Maxilase contenant
une enzyme : l’a-amylase.
Solution de chlorure de calcium
Entonnoir, papier filtre
Solution d’empois d’amidon à 0.2%
Portoir et tubes à essais
Bain-marie à 37°C
Eau iodée
Liqueur de Fehling
Activités et conditions des activités :
Ecraser un comprimé de maxilase dans 5 ml d’eau
distillée, filtrer le mélange, ajouter au filtrat 1 ml de chlorure
de calcium. ( tube 0).
Placer 5 ml de solution d’amidon dans 2 tubes à
essai (tubes 1 et 2) et 5ml d’eau dans le troisième (tube 3).
Dans les tubes 1 et 3, ajouter 1 ml de la solution d’amylase
du tube 0- Dans le tube 2 ajouter de 1ml d’eau distillée.
Placer les 3 tubes au bain-marie pendant 15 mn.
Réaliser un test au lugol et un test à la
liqueur de Fehling sur le contenu de chaque tube en fin d’expérience
Consigner les résultats obtenus dans un tableau.
Exploitation des résultats.
1) Justifier que l’acide chlorhydrique est un catalyseur
2) Rappeler le rôle des tubes 2 et 3 dans le protocole B)
3) Pouvez vous expliquer le terme de biocatalyseur utilisé pour qualifier
l’a-amylase.
4) Comparer l’efficacité de deux types de catalyseurs ( acide chlorhydrique
et a-amylase)
3 - Les enzymes,
des catalyseurs spécifiques
Rappels :
L'ovalbumine est une protéine contenue dans
le blanc d'oeuf.
La pepsine est une enzyme digestive capable de
dégrader les protéines à 37°C et dans des conditions
acides :
ovalbumine + pepsine -----> les protéines responsables de
l'aspect trouble de la solution sont hydrolysées et le trouble
disparaît.
Matériel :
Solution d’empois d’amidon à 0.2%
Solution d’a-amylase ( voir §I ci-dessus)
Solution d’ovalbumine coagulée ( 1 blanc d’œuf
pour 500 ml d’eau)
Solution de pepsine à 0.1g/100ml
Solution d’HCl N/10
Portoir et tubes à essai
Bain-marie à 37°C
Eau iodée
Liqueur de Fehling
Activités et conditions des activités :
Imaginer un protocole expérimental pour monter que
l’a-amylase et la pepsine sont doublement spécifiques. Pour cela
compléter le tableau ci-dessous afin de préciser le contenu
des 4 tubes à utiliser.
réaliser les expériences imaginées.
Tube n°
ovalbumine
pepsine
HCl N/10
empois d'amidon
a-amylase
test final
1
2
3
4
Exploitation des résultats.
1) Expliquer les résultats obtenus.
2) Justifier le terme de spécificité utilisé pour qualifier
le fonctionnement des enzymes.
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