Chapitre 14: Les enzymes, les outils de la cellule.

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?

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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)

Schémas à connaitre:

Auto-test sur le métabolisme cellulaire:

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 isolèrent la substance et montrèrent 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.

Travaux pratiques:

Documents de cours (extraits de “Biologie” de Neil Campbell):

Notion d’optimum de fonctionnement:

16 page 36 Activité d'enzyme digestives en fonction de la température
20 page 37 pH et activité d'enzymes digestives

Les enzymes, des protéines comme les autres :

Le xéroderma pigmentosum est une maladie qui se traduit pas une hypersensibilité 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.

Étude sur l’amylase:

amylase
amylase copie

D’après Magnard.

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