Pourquoi l'herbe ne pousse-t-elle pas en hiver ? Pourquoi n'y a-t-il pas d'insectes en hiver? Que sont ces détergents aux multi-enzymes qui dévorent les tâches?
Notions à comprendre:
Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs de réactions chimiques, ce qui veut dire que la vitesse à laquelle se réalise ces réactions chimiques est beaucoup plus grande avec l'enzyme que sans l'enzyme.
Ces réactions sont spécifiques du substrat: chaque enzyme ne reconnait qu'un seul type de substrat.
La structure tridimensionnelle de la molécule lui permet d’interagir avec un seul substrat: il existe une relation de type clé-serrure entre l'enzyme et son substrat.
Cette structure tridimensionnelle explique les spécificités de substrat mais aussi d’action.
Une enzyme ne catalyse qu’une seule action: on parle de spécificité de substrat et d'action.
A la fin de la réaction, l’enzyme est de nouveau prête à catalyser une autre réaction.
Toute enzyme possède des optimums de fonctionnement : pH, température et concentration en substrat.
Les enzymes sont donc les outils de la cellule.
Les enzymes, qui sont des protéines, résultent de l’expression du patrimoine génétique; une mutation peut entrainer le non-fonctionnement de l'enzyme et par conséquent une maladie dite génétique ( comme le xeroderma pigmentosum)
Introduction:
Depuis 1812, on sait que certaines substances sont capables d'accélérer des réactions chimiques sans être elles-mêmes modifiées par la réaction. Ce type de substance chimique est appelé par le chimiste un catalyseur. Les catalyseurs connus à l'époque étaient des métaux comme le platine et on n'en trouvait pas chez les êtres vivants. Ce furent deux chimistes français, A. Payen (1795-1871) et J.F. Persoz (1805-1868) qui démontrèrent en 1830 qu'une substance extraite de l'orge germé est capable de provoquer la dégradation de l'amidon dans des conditions compatibles avec la vie et à une vitesse bien supérieure à celle obtenue par les moyens de la chimie (nécessitant de chauffer l'amidon à 100°C en présence d'un acide fort). Trois ans plus tard, ils isolent la substance et montrent qu'une substance similaire est présente dans la salive. Il existe donc des catalyseurs chez les êtres vivants. C'était la première enzyme (qu'on appela alors "diastase") dont l'existence était ainsi mise en évidence même si le nom fut créé seulement en 1878 par W. Kühne.
Notre but est de comprendre pourquoi les catalyseur biologiques que sont les enzymes sont si efficaces, si rapides pour réaliser une réaction chimique.
Commençons notre exploration de ce domaine qu'est la biochimie par une étude de l'hydrolyse de l'amidon de trois manières différentes et voyons ce que cela nous apprend.
Tableau comparatif des différents résultats de l’hydrolyse de l’amidon réalisée de trois manières différentes.
L'amidon est une molécule des sucres lents: pâtes, pain, riz, semoule...
Notre corps le transforme en nutriment: le glucose qui peut alors passer dans notre sang, c'est ce que l'on nomme la digestion.
Cette transformation peut se faire dans l'acide chlorhydrique de notre estomac et pourtant, notre corps fabrique une protéine, l'amylase salivaire (une enzyme libérée dans la bouche) pour faire la même réaction chimique, d'où la question : pourquoi dépenser de l'énergie à fabriquer une protéine pour catalyser une réaction chimique qui pourrait se faire seule dans l'acide chlorhydrique de notre estomac?
Remarques:
- le test à la liqueur de Fehling est plus efficace si le liquide est chaud : du bleu on passe à un principité rouge
- le test au lugol peut se faire à froid: du jaune on passe au bleu foncé
- les temps sont en minutes
- Vous avez besoin d'une plaque alvéolée pour tester vos tubes notamment votre tube 4 à différents moments
Bilan:
L'expérience précédente nous a montré que l'hydrolyse de l'amidon en glucose était beaucoup plus rapide avec une enzyme, l'amylase, qu'avec de l'acide chlorhydrique.
amidon + amylase => n glucose + amylase
Nous cherchons maintenant à comprendre ce qui rend l'enzyme aussi rapide;
On émet l'hypothèse que l'enzyme reconnait son substrat, un peu comme une clé reconnait une serrure.
Pour tester cette hypothèse, nous allons nous interesser au plant de pomme de Terre qui possède des tubercules souterrains (=la pomme de terre), dans lesquels est stocké de l'amidon. L'amidon est une très longue molécule formée par l'assemblage de petites molécules de glucose que la feuille fait grâce à la photosynthèse. L'amidon représente donc une réserve énergétique pour la plante, et nous la lui subtilisons en la ramassant et en la mangeant;
La synthèse de l'amidon c'est-à-dire l'assemblage des molécules de gucose est assurée par une enzyme: l'amylo-synthétase (ou amidon-synthétase), présente dans le tubercule, que l'on va extraire grâce au dispositif ci-dessous.
n glucose + amylo-synthétase => amidon + amylo-synthétase
L'amidon est stocké sous forme de grain appelé amyloplastes que l'on voit ci-dessous:
Pour tester notre hyopthèse, nous disposons soit de glucose soit de glucose-1-P et nous supposons que l'enzyme reconnait soit l'un soit l'autre.
Préparez 3 séries de 3 tubes:
Série 1: 3 tubes contenant 2 ml de filtrat de PDT + 2 ml d'eau distillée
Série 2: 3 tubes contenant 2 ml de filtrat de PDT + 2 ml de glucose-1-P
Série 3: 3 tubes contenant 2 ml de filtrat + 2 ml de glucose
Ces tubes sont mis au bain-marie à 35°C; 1ml de chaque série est prélevé toutes les minutes puis testé au lugol.
Réalisez les 3 séries d'expérience et déduisez-en une caractéristique du fonctionnement de cette enzyme.
Résultats:
Les enzymes: des protéines comme les autres
Le xéroderma pigmentosum est une maladie qui se traduit pas une hypersensiblité de la peau aux U.V. Les enzymes de réparation des dimères de thymine formés par les U.V ne fonctionnent pas: on cherche à savoir pourquoi.
Chez un individu sain, l'enzyme s'appelle XPfnorm ; chez des individus malades, les enzyme s'appellent XPf1, 2, 3...
Traduire les séquences des protéines XPfnorm, XPf1 et XP2 à l'aide du logiciel Anagène : Banque de séquence; Première S; Genotype; Complexité des relations génotype-phénotype; Xeroderma; Plusieurs génotypes pour un même phénotype;
Sachant que XPfnorm est une enzyme qui corrigent les effets des rayons U.V et que ces deux variantes XPf1 et XPf2 ne corrigent pas ces effets, proposez une hypothèse expliquant le non-fonctionnement des enzymes XPf1 et XPf2.
D'après Magnard.
A retenir:
Les enzymes, qui sont des protéines, résultent de l’expression du patrimoine génétique; une mutation peut entrainer le non-fonctionnement de l'enzyme et par conséquent une maladie dite génétique (comme le xeroderma pigmentosum)
1ere_Spe_cialite__SVT_enzymo_et_evolution_Se_lection_naturelle_chez_la_droso
se_lection_du_moustique_et_este_rase
2 minutes pour comprendre… le CRISPR-Cas9 avec Emmanuelle Charpentier - 28 minutes - ARTE
Fichiers Rastop Xéroderma
A l'aide des fonctionnalités du logiciel Rastop, mettre en évidence et comparer le site actif de l'alpha-amylase "saine" et de l'alpha amylase "mutée". - Mettre en évidence le mode d'action d'inhibiteurs sur l'alpha-amylase.
http://labopathe.free.fr
