6-Les enzymes, des biomolécules catalytiques

Dossier 1 - La catalyse enzymatique (étude documentaire)

Depuis longtemps l'industrie utilise des catalyseurs pour accéléler des réactions chimiques.

On veut comparer l'efficacité d'une enzyme à celle d'un catalyseur minéral.

Notions évoquées dans ce dossier

un catalyseur
la catalyse
un catalyseur minéral, biologique
une enzyme
un réactif, un produit
un substrat

Source : http://www.educauto.org/ressources-mediatheque/catalyseur-dechappement

Document 1 - Notion de catalyse

La catalyse est l’action par laquelle une substance (appelée catalyseur) accélère une réaction chimique par sa seule présence, en se retrouvant intacte à l’issue de celle-ci.

Par exemple, en notant R1 et R2 deux réactifs et P le produit issu de leur combinaison, on obtient comme équation bilan :

R1 + R2 + catalyseur -> P + catalyseur

Dans un organisme, ce sont des protéines qui réalisent la catalyse : les enzymes, appelées pour cette raison des « catalyseurs biologiques ». Il existe également des catalyseurs minéraux utilisés dans l'industrie (nickel, acide chlorhydrique…).

Par exemple, l’hydrolyse de l’amidon des féculents est catalysée par l’amylase, une enzyme sécrétée par les glandes salivaires et le pancréas.

Document 2 - Amidon, amylose et amylopectine

Composition chimique de l'amidon

Fragment de molécule d’amylose


Fragment de molécule d’amylopectine

L'amidon est un mélange de deux glucides complexes, l’amylose (20%) et l’amylopectine (80%). L'amylopectine est ramifiée alors que l'amylose ne l'est pas. Les deux molécules ont pour formule brute [C₆H₁₀O₅]n, n étant compris entre 200 et 20000 pour l'amylose et pouvant atteindre 2.10⁶ pour l'amylopectine.

modèle moléculaire de l'amidon (voir aussi avec libmol.org)

Remarque : le glycogène est formé d’amylopectine très ramifiée, mais dont les branches ne comptent pas plus de 13 résidus (jusqu’à 30 dans l’amylopectine de l’amidon).

Source : http://www.scientificpsychic.com/fitness/carbohydrates.html

Dégradation de l'amidon par hydrolyse

Maltose	Glucose

En présence d'eau, l'amidon peut être dégradé au cours d'une réaction chimique qui sépare les résidus en rompant les liaisons au niveau de l'atome d'oxygène. Il se forme alors du maltose et un peu de glucose.

logiciel de simulation (Philippe Cosentino)

Pistes d'exploitation

Lancer le logiciel, ajouter des molécules d'enzyme (amylase) et de substrat (amylose).
Lancer le logiciel et observer la formation de molécules de produit.
Modifier les paramètres pour optimiser la réaction chimique (obtenir la plus grande production de produit).

Document 3 - Comparaison de la catalyse par un catalyseur minéral et par une enzyme

Catalyse par l'acide chlorhydrique

On met de l'amidon dans un récipient ;
On ajoute de l'acide chlorhydrique jusqu'à obtenir un pH de 2 ;
On porte le contenu des tubes à 100°C ;
Toutes les 10 minutes, on prélève deux échantillons dans deux tubes à essai ;
On refroidit le premier tube et on y ajoute du Lugol (série de tubes du haut) ;
On ajoute, à chaud, de la liqueur de Fehling dans le deuxième tube (série de tubes du bas).

mise en évidence de glucides à l'aide de réactifs colorés (rappel)

Catalyse par une enzyme

On met de l'amidon dans un récipient ;
On ajoute de l'amylase (une enzyme) et on ajuste le pH à 7 ;
On porte le contenu des tubes à 40°C ;
Toutes les 10 minutes, on prélève deux échantillons dans deux tubes à essai ;
On refroidit le premier tube et on y ajoute du Lugol (série de tubes du haut) ;
On ajoute, à chaud, de la liqueur de Fehling dans le deuxième tube (série de tubes du bas).

Source (illustration): Nathan page 124

correction du QCM (pdf)
Ne pas confondre "réactif" (au départ d'une réaction chimique) et "réactif coloré" (ne participant pas à la réaction mais permettant de mettre en évidence certaines substances).