Les enzymes : biocatalyseurs spécifiques

Auteurs : Elisabeth Lamoure et Michèle Montmailler
Centre Scolaire Charité-Saint-Paul, 15 rue Bourneuf, BP 1277, 42308 ROANNE Cedex.


Table des matières

  1. Introduction
  2. Objectifs
    1. Objectifs cognitifs
    2. Objectifs méthodologiques
  3. Les enzymes, des biocatalyseurs
    1. Rappels
    2. Hydrolyse de l'amidon  l'aide d'un catalyseur chimique
      1. Matériel
      2. Activités et condition des activités
    3. Hydrolyse enzymatique de l'amidon : action de l'amylase
      1. Matériel
      2. Activités et conditions des activités
      3. Exploitation des résultats
  4. Les enzymes, des catalyseurs spécifiques
    1. LRappels
    2. LMatériel
    3. LActivités et conditions des activités
    4. LExploitation des résultats

1. Introduction

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
Alpha-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.

2. Objectifs

2.1. 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.

2.2. Objectifs méthodologiques

  • Réaliser des manipulations d'après un protocole expérimental.
  • Imaginer une expérience.
  • Adopter une démarche explicative.

3. Les enzymes, des biocatalyseurs

3.1. 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.

3.2. Hydrolyse de l’amidon à l’aide d’un catalyseur chimique.

3.2.1. 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

3.2.2. Activités et condition des activités

  1. Prélever dans un tube à essais 2 ml de la solution de chaque erlen correspondant aux différentes températures d’ébullition.
  2. Déposer une goutte de chaque prélèvement dans le puits d’une plaque de titration et ajouter une goutte de lugol après refroidissement.
  3. Sur le reste du prélèvement réaliser un test à la liqueur de Fehling après neutralisation(addition d’une goutte de NaOH si nécessaire).
  4. Faire un test (lugol, liqueur de Fehling) sur la solution d’amidon placée à 35°C.
  5. Consigner les résultats obtenus dans un tableau approprié.

3.3. Hydrolyse enzymatique de l’amidon : action de l’amylase

3.3.1. Matériel

  • Comprimés dragéifiés de Maxilase contenant une enzyme : l’α-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

3.3.2. Activités et conditions des activités

  1. 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).
  2. Placer 5 ml de solution d’amidon dans 2 tubes à essai (tubes 1 et 2) et 5 ml d’eau dans le troisième (tube 3).
  3. Dans les tubes 1 et 3, ajouter 1 ml de la solution d’amylase du tube 0 - Dans le tube 2 ajouter 1 ml d’eau distillée.
  4. Placer les 3 tubes au bain-marie pendant 15 mn.
  5. Réaliser un test au lugol et un test à la liqueur de Fehling sur le contenu de chaque tube en fin d’expérience.
  6. Consigner les résultats obtenus dans un tableau.

3.3.3. 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’alpha-amylase.
  4. Comparer l’efficacité de deux types de catalyseurs (acide chlorhydrique et alpha-amylase)

4. Les enzymes, des catalyseurs spécifiques

4.1. 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.

4.2. Matériel

  • Solution d’empois d’amidon à 0,2%
  • Solution d’alpha-amylase (voir 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

4.3. Activités et conditions des activités

  1. Imaginer un protocole expérimental pour monter que l’alpha-amylase et la pepsine sont doublement spécifiques. Pour cela compléter le tableau ci-dessous afin de préciser le contenu des 4 tubes à utiliser.
  2. Réaliser les expériences imaginées.
Tube n° Ovalbumine Pepsine HCl N/10 Empois d'amidon Alpha-amylase Test final
1            
2            
3            
4            

4.4. 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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