Exercice I les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 1
I - Restitution organisée des connaissances
A Questions à choix multiples (QCM)
Chaque série d’affirmations comporte une seule réponse exacte. Repérez l’affirmation correcte et notez le numéro de la question suivi de la lettre qui désigne la réponse exacte.
1. Une enzyme est une protéine :
a) dont la fonction dépend de sa structure primaire,
b) qui participe à la réaction chimique qu’elle favorise et est modifiée en fin de réaction
c) qui catalyse uniquement les réactions d’hydrolyse,
d) qui se lie obligatoirement au substrat pour effectuer la catalyse.
2. À la température de 0°C les enzymes sont :
a) détruites ;
b) dénaturées ;
c) déformées ;
d) inactives.
3. Les enzymes sont des:
a) molécules organiques ou minérales,
b) molécules de très petite masse moléculaire,
c) macromolécules lipidiques.
d) macromolécules protidiques.
4. La spécificité du substrat d’une enzyme ne dépend pas :
a) de la configuration tridimensionnelle de la molécule d’enzyme,
b) de la complémentarité entre la molécule d‘enzyme et la molécule de substrat,
c) de l’existence d’un site actif,
d) de la complémentarité entre le site actif el la molécule de substrat.
5. Une enzyme est spécifique car :
a) elle n’existe que dans une espèce animale ou végétale spécifique,
b) elle ne catalyse qu’un seul type de réactions chimiques,
c) sa vitesse de catalyse est toujours la même,
d) elle peut agit sur plusieurs substrats différents.
6. Une réaction enzymatique se déroule selon le schéma suivant :
a) \(E + S \to P\)
b) \(E + S \to [ES]\) \( \to E + P\)
c) \(E + S \to [ES]\) \( \to E + S\)
d) \(E + S \to \) \(E + P\)
7. Les enzymes suivantes agissent sur les acides aminés :
a) les peptidases,
b) les oxydases,
c) la trypsine,
d) la polypeptidase.
8. La dénaturation d’une enzyme est :
a) un changement de sa nature chimique,
b) un changement toujours irréversible de sa configuration,
c) une hydrolyse particulière,
d) une modification de ses charges.
9. La saccharase :
a) catalyse l’hydrolyse des diholosides,
b) est un catalyseur spécifique du saccharose,
c) est une enzyme qui catalyse la synthèse du saccharose,
Exercice II les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 2
1. Des expériences ont montré que chaque enzyme agit dans des conditions particulières. Le document ci-dessous présente une de ces conditions.
a) Nommez-la,
b) Dans quels sucs digestifs trouve-t-on les enzymes portées sur ce document ?
c) Qu’est-ce que le pH?
d) Retrouvez sur le graphique les conditions d’action de la pepsine, de l’amylase salivaire et de la trypsine,
e) Résumez l’action du pH sur l'activité enzymatique.
2 - L’influence de la température sur la vitesse de réaction (ici une hydrolyse) n’est pas la même pour un catalyseur chimique et une enzyme.
a) Comparez les vitesses pour les deux catalyses représentées sur la figure,
b) Indiquez l'action des températures égales ou supérieures à 50°C sur la vitesse de la réaction catalysée par l’amylase salivaire. Donnez une explication,
c) Suivre la même démarche pour les basses températures,
d) Précisez ce que représentent t0 et td sur le graphe,
e) Dégagez les caractéristiques de l’influence de la température sur la catalyse enzymatique.
Exercice III les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 3 Questions à réponses ouvertes (QRO)
1. L’une des deux affirmations « à chaque enzyme son substrat» et « à chaque substrat son enzyme » est inexacte. Laquelle et justifiez votre réponse par un exemple précis.
2. Quelles sont les conditions du milieu qui peut agir sur la vitesse de la réaction enzymatique.
3. A quelles conditions une enzyme extraite d’une cellule conserve-t-elle son activité?
4. Citez au moins deux sortes de réactions chimiques catalysées par les enzymes.
5. Les enzymes sécrétées par les glandes digestives favorisent la transformation des aliments le long du tube digestif.
a) Qu’est ce qu’une enzyme ?
b) Quel est le mode d’action d’une enzyme ?
c) Citez deux enzymes digestives et dites sur quel métabolite chaque enzyme agit.
6. On souhaite étudier les effets du pH sur l’amylase salivaire.
a) Quels produits et quels réactifs doit-on prévoir ?
b) Indiquez les expériences à réaliser. Pour cela, faire un schéma des différentes opérations à effectuer.
c) Quelles précautions doit-on prendre au moment de faire les mélanges et lors des différents tests?
7. Définissez les mots ou expressions suivants :
a) site actif d'une enzyme, b) substrat, c) complexe enzyme-substrat.
Exercice IV les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 4
La ribonucléase (enzyme pancréatique) possède 124 acides aminés. Certains de ces acides aminés ; cystéines se lient les uns aux autres par des ponts disulfures (voir figure a). Cette enzyme intervient dans la dégradation des molécules d’acides nucléiques.
Si on met cette enzyme en présence durée et de mercaploéthanol, elle prend l’aspect de la figure b et son activité enzymatique devient nulle.
1. Rappelez quelle zone de la molécule enzymatique joue un rôle fondamental pour la catalyse
2. Emettez une hypothèse permettant d’expliquer pourquoi, dans le cas de la figure b, ribonucléase devient inactive?
Image pont enzymatique
Représentation tridimensionnelle de la ribonucléase.
Exercice V les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 5
Dans les tubes à essais à température constante (35°C) et dans les conditions de pH stabilisé à 7, on réalise des expériences avec l’empois d’amidon (polymère de glucose) et une solution de saccharose (formé d’une molécule de glucose et d’une molécule de fructose).
Expériences | Contenus des tubes | Résultats après 2 minutes | Résultats après 20 minutes |
A | 5mL d’emplois d’amidon + 1mL de salive | Test à l’eau iodée : coloration bleue Test à la Liqueur de Fehling : Pas de précipité rouge brique. |
Test à l’eau iodée : coloration jaune Test à la Liqueur de Fehling : Précipité rouge brique. |
B | 5mL de saccharose + 1mL de salive | Test à la Liqueur de Fehling : Pas de précipité rouge brique. | Test à la Liqueur de Fehling : Pas de précipité rouge brique. |
Résultats des expériences.
1. Expliquez à quoi sert le test à la liqueur de Fehling à chaud.
2. Rappelez à quoi sert le test à l’eau iodée.
3. Expliquez le rôle de l'amylase salivaire d’après l’expérience A du tableau.
4. Précisez si la salive joue le même rôle dans l’expérience B. Emettez une hypothèse explicative.
Exercice VI les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 6
La trypsine est une protéase du suc pancréatique. Dans les conditions normales, cette enzyme agit sur les protéines au niveau de l'intestin où le milieu est rendu basique par la bile.
On a réalisé en classe huit expériences pour déterminer les conditions d'action de cette enzyme. Ces expériences sont résumées dans le tableau ci-dessous.
Tube | Contenu des tubes | Conditions de température |
1 | Protéine + trypsine + HCI | 30 oC. 30 minutes |
2 | Protéine + trypsine + NaOH | 30 oC. 30 minutes |
3 | Amidon + trypsine + NaOH | 30 oC. 30 minutes |
4 | Protéine + trypsine + NaOH | 100 oC. 30 minutes |
5 | Protéine + trypsine + NaOH | 0 oC. 30 minutes |
6 | Protéine + trypsine + NaOH | 100°C. 2 minutes puis 30 oC. 30 minutes |
7 | Protéine + trypsine + NaOH | 0°C. 2 minutes puis 30 oC. 30 minutes |
8 | Protéine + trypsine + NaOH | 100 oC, 30 minutes |
1. Reproduire et compléter le tableau ci-dessous par les mots « hydrolyse» ou « pas d’hydrolyse » en cochant la case convenable.
2. Quels sont les facteurs étudiés dans les tubes 1, 3 et 8?
3. Justifiez vos prévisions de résultat dans les tubes suivants :
a) 1 ; b) 3 ; C) 5 ; d) 7 ; e) les 4, 6 et 8.
Exercice VII les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 7
La chymotrypsine est une peptidase, du groupe des hydrolases, présente dans le suc pancréatique; elle agit dans l'intestin grêle en milieu basique. Elle est composée de 241 acides aminés formant trois chaînes peptidiques de tailles inégales. La numérotation de 1 a 241 tient compte de ce que l’enzyme provient d’un précurseur inactif (le chymotrypsinogène) de 245 acides aminés. Des ponts disulfures entre certains acides aminés (cystéine) stabilisent la molécule. Cette enzyme possède une grande spécificité d'action : elle rompt les liaisons peptidiques au niveau de certains acides aminés dits « hydrophobes », tels que la phénylalanine, la tyrosine, le tryptophane
Voici des données concernant la molécule de chymotrypsine.
a) Deux lots d’acides aminés A et B constituent le site actif de l’enzyme,
b) Les acides aminés A ont des propriétés hydrophobes. Si l’on modifie ces acides amines, l'enzyme ne reconnaît plus son substrat.
c) Trois acides aminés B (acide aspartique, histidine, sérine) se retrouvent dans une position similaire dans d’autres enzymes de type hydrolase,
d) Si un seul de ces trois acides aminés est modifié, le substrat n’est plus hydrolyse malgré la formation possible du complexe enzyme-substrat.
e) Si on place dans le milieu des substances qui se lient à lune des deux parties du site actif, l'activité enzymatique est nulle ou faible selon la force des liaisons établies entre l’enzyme et la substance inhibitrice.
1. Dans le site actif de la chymotrypsine, à quoi servent les acides aminés A?
2. Les acides aminés B constituent la zone catalytique du site actif. Pourquoi les trouve-t-on dans d'autres enzymes du type hydrolase?
3. A partir de toutes ces données, préciser la double spécificité du site actif des enzymes.
Exercice VIII les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 8
Deux souches de bactéries A et B, d’une même espèce, sont cultivées séparément dans deux milieux nutritifs identiques contenant les sels minéraux et une petite quantité d'un mélange de glucose + lactose.
On évalue les variations du nombre de bactéries dans les deux milieux au cours du temps à l’aide d'une méthode appropriée. On recherche par ailleurs la présence d'une enzyme, la \(\beta \) galactosidase qui permet d’hydrolyser le lactose en ses composants: glucose et galactose.
L'enzyme apparaît seulement dans le milieu contenant les bactéries A.
1. Donnez une interprétation de l’évolution des deux populations bactériennes qui tienne compte de l'ensemble des données.
2. Formulez une ou plusieurs hypothèses qui mettent ces résultats en relation avec la nature et l'expression de l'information génétique.
Exercice IX les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 9
La lactase est une enzyme qui hydrolyse le lactose (sucre du lait) en glucose et galactose. Les courbes du graphe représentent la vitesse de la réaction enzymatique en fonction de la concentration en substrat, le lactose. Dans les deux cas, la concentration de l'enzyme est la même ; la courbe 2 est obtenue en ajoutant au substrat une certaine quantité de thiolactose qui est un analogue structural du lactose, c’est-à-dire une molécule très voisine par sa conformation
1. Quel est l’effet de l'adjonction du thiolactose sur l'activité de l'enzyme ?
2. Dans quel cas une molécule quelconque peut se fixer sur le site actif d'une enzyme ?
3. Proposez alors une explication pour l'influence du thiolactose sur l'activité de la lactase.
4. Voyez-vous pourquoi les biochimistes parlent d'inhibition compétitive?
5. Comment expliquez-vous la non modification de la vitesse maximale pour des concentrations en substrat très élevées?
Exercice II les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 10
On fait agir de la pancréatine sur de l’ovalbumine (voir tableau ci-dessous).
Température en °C | Produits ajoutés aux flocons d’albumine | pH | Aspect des tubes après une heure | Résultat de la réaction de buiret effectuée sur | No du tube | |
Des flocons seuls | Le liquide seul | |||||
28 | Pancréatine | 7 | Inchangée | - | Tube No 6 | |
100 | Pancréatine + soude diluée | 8,3 | Disparition des flocons | + | - | Tube No 7 |
0 | soude diluée | 8,3 | Inchangée | + | - | Tube No 8 |
38 | Pancréatine préalablement bouillie, puis refroidie + soude | 8,3 | Inchangée | + | - | Tube No 9 |
1. Repérer le ou les tubes dans lesquels l’hydrolyse s’est réalisée.
2. Rechercher les conditions permettant faction de la protéase contenue dans la pancréatine.
3. Comparer sous forme d’un tableau, "action des doux protéases (type d'activité et conditions d’action).
Exercice XI les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 11
On place dans Peau à 37°C, pendant 30 minutes, une suspension de levures (champignons unicellulaires), et en ajoute un glucide. Si ce glucide est du saccharose, après 30 mn on prélevé un peu de mélange, on pratique le test à la liqueur de Fehling : ce test est positif. Si ce glucide est de l’amidon, après 30 mn l’on pratique le test à la liqueur de Fehling et il est négatif ; si l’on pratique le test a l’eau iodé, il est positif
1. Rappeler brièvement la signification des résultats des tests pratiqués.
2. En déduire l’équipement enzymatique de ces levures
Exercice XII les agents de la catalyse : les enzymes
Exercice 12
On étudie, en fonction du temps, le déroulement d’une réaction catalysée par une enzyme E. On schématisé ainsi la réaction :
Substrat \(\:\xrightarrow{enzyne}\:\) Produit.
La concentration en produit formé [P] une mesure de la vitesse de la réaction catalysée. Soit la concentration en enzymes fixes (et limité)
1re expérience: On mesure les variations de la concentration en produit formé en fonction temps. On admettra ici que la concentration en substrats à transformer est fixe.
2ieme expérience : Soit S1, S2, S3 trois valeurs de la concentration en substrat, telle que \([{S_1}] \prec [{S_2}]\) \( \prec [{S_3}]\). On obtient les trois courbes ci-dessous. D’autres parts, si l'on augmente encore la concentration du substrat. La courbe obtenue est la même que pour [S3]
3ieme expérience : Toujours avec la même concentration en enzyme, on étudie cette fois la variation de la vitesse de réaction catalysée, en fonction de la concentration en substrat.
Courbe1 : Substrat seul
Courbe 2: Substrat + enzyme + substances x ayant une structure voisine de la molécule de substrat (cependant x = y)
Courbe 3 ; Substrat + enzyme + substances y ayant comme x une structure voisine de la molécule de substrat (cependant x = y)
1- Analyser la courbe du document 1. Que suggère sa forme en ce qui concerne l’activité de l’enzyme agissant sur le substrat S
2- Analyser et comparer les trois courbes du document 2. Quelle est l’influence de la concentration en substrats sur l'activité de l’enzyme?
3- Comparer révolution des courbes 1 et 2 puis 1 et 3. En déduire les effets des produits x et y sur l’activité de l’enzyme. Comparer les effets des deux substances