Dossier I activité 3

La relation enzyme  - substrat

Problématique

L’activité précédente a montré qu’une enzyme était spécifique d’un substrat ; elle reconnaît donc une molécule (ou un ensemble de molécules). Par ailleurs, elle est spécifique d’une action : cela peut être une lyse de la molécule, une polymérisation, des échanges d’ions, etc. Grâce à ces 2 propriétés essentielles, les protéines enzymatiques permettent indirectement la réalisation des phénotypes (moléculaire à macroscopique). Les questions à aborder sont :

 

Comment expliquer la réalisation de la réaction catalytique et l’influence des facteurs environnementaux sur cette réaction chimique ?

Objectifs

[ Saisir des informations (résultats d’expériences (ExAO : Serenis, visionneuse de molécules, logiciel « Lactase »)

[ Manipuler (ExAO : logiciel « Serenis »)

[ Maîtriser l’outil informatique (visionneuse de molécules « Rastop » ou « Molusc » 

[ Comprendre le mécanisme de la réaction catalytique et les influences environnementales sur ce mécanisme

Production attendue

[  un texte d’une trentaine de lignes intégrant un tableau, un graphique (dégagés de l’expériences ExAO)  et un schéma pour répondre à la problématique.  

 ==> supports  n°1 à n°5.

Critères de réussite

l le graphique imprimé est complété (titre, légendes...),                                                              

l le tableau présente les valeurs de la vitesse initiale des réactions en fonction de la concentration du substrat (eau oxygénée),

 

l le schéma annoté et commenté présente la relation enzyme-substrat, 

 

 

 

l le texte commente la variation de la vitesse initiale de la réaction en fonction de la concentration du substrat, explique la valeur constante de la vitesse initiale pour une concentration importante du substrat, précise le relation moléculaire enzyme-substrat et l’influence de 2 facteurs environnementaux, le pH (support n°6) et la température (support n°7) sur l’activité enzymatique.

Conseils de réalisation

l réaliser le protocole proposé (support n°1), imprimer et annoter l’enregistrement des 6 courbes obtenues, faire le calcul pour chacune des 6 courbes de la vitesse initiale de la réaction (Vi) puis construire la courbe Vi = f ([substrat])

  

l  schématiser la forme général de l’enzyme et du substrat emboîté dans l’enzyme (supports n°2 et 3), les liaisons hydrogène, les ponts dissulfure, les acides aminés du site actif.

 

 

l  expliquer l’évolution de la vitesse  pour les faibles puis les fortes concentrations de substrat en fonction de la disponibilité des enzymes au cours de la réaction.          

 

l  prendre en compte : les conditions du milieu, la charge des acides aminés, la forme de l’enzyme, l’activité de son site actif (supports n°4 et 5)…

Supports

1 :  ExAO : étude expérimentale de l’influence de la concentration d’un substrat (H202) sur la vitesse d’une réaction enzymatique (désoxygénation par la Catalase du Navet) ; logiciels « Serenis ». La catalase est une enzyme se trouvant dans le cytoplasme des cellules de navet et de radis. Cette enzyme catalyse la vitesse de décomposition de l’eau oxygénée (H2O2) selon la réaction suivante :

catalase

2 H2O2          è      O2 + 2 H2O

La sonde oxygène du dispositif ExAO mesure la quantité de produit qui se forme dans l’enceinte du bio réacteur.

· Préparer la solution de catalase du navet  : peser dans du papier aluminium 20 g de navet râpé, le broyer dans un mortier à l’aide du pilon dans un tampon à pH=7,2, puis filtrer et récupérer le filtrat dans un bécher de 200 mL ; après avoir obtenu 50 mL de filtrat, compléter le volume à 200 ML à l’aide du tampon  à pH 7,2.

· Réaliser successivement pour les 6 concentrations de substrat (en commençant par la concentration la plus faible) la mesure de l’O2 dégagé par la réaction par le protocole suivant : placer l’enzyme (catalase) dans le bio réacteur (remplir les 2/3 du volume du bio réacteur), agiter modérément (à l’aide de l’agitateur magnétique) et installer la sonde O2  ; prélever 0,4 mL de substrat à l’aide d’une micro seringue, chasser l’air éventuel et ramener le volume de la micro seringue à 0,2 mL ;  paramétrer le logiciel (temps : 3 minutes) ; démarrer la manipulation et au temps 30 secondes injecter le substrat ; après chaque manipulation, laver soigneusement bio réacteur et sonde en veillant à ne pas perdre l’agitateur magnétique, choisir la conservation des graphiques précédemment obtenus et recommencer le protocole avec une nouvelle concentration de substrat.

· Le logiciel « Serenis » permet le calcul  de la vitesse initiale en affichant la droite tangente à chaque courbe : relever les coefficients directeurs de ces droites (on peut aussi le calculer comme indiqué ci-contre) et les reporter dans une page "Excel" pour positionner les points Vi = f ([substrat]) 

· En cas de déveine,  demander un document de secours

2 :  Site SVT  :  relation  enzyme -substrat  (exemple de la carboxypeptidase) 

3 :  Site SVT  :  effet d'une mutation sur la relation enzyme substrat (exemple de la carboxypeptidase)   

4 :  Site SVT  :  effet d'un inhibiteur sur la relation enzyme substrat (exemple de la carboxypeptidase)   

5 :  Site SVT  :  effet de la dénaturation d'une protéine sur l'activité enzymatique (exemple de la carboxypeptidase)      

6 :  Logiciel « lactase » :

· Choisir l’option « en savoir plus » puis « mécanisme de la réaction enzymatique » .

7 :  Logiciel « lactase » : étude du pH (les signes + et - localisés au niveau de l’enzyme symbolisent les charges de la protéines en fonction du pH)

· Choisir un pH de 8 puis cliquer sur le bouton « recommencer l’expérience »,

· Choisir un pH de 2 puis cliquer sur le bouton « recommencer l’expérience »,

· Choisir un pH de 11 puis cliquer sur le bouton « recommencer l’expérience »,

8 : Logiciel « lactase » : étude de la température 

· Choisir une température de 0°C puis cliquer sur le bouton « recommencer l’expérience »  et poursuivre l’étude en augmentant la température de 5°C à chaque fois. 

 

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