Le référentiel 7 Chap.I Les enzymes Référentiel du cours à télécharger

L'objectif de ce thème est de comprendre pourquoi le diabète est une maladie à prendre sérieusement en compte du fait de sa prévalence actuelle (voir projection de cette prévalence en 2025 carte ci-contre). Cependant, le diabète est une maladie à multiple facettes car différents facteurs interviennent dans l'apparition de la maladie. Le diabète est lié à une hyperglycémie chronique (excès de glucose dans le sang y compris à jeun). On distinguera deux grands types de diabète, leurs origines, les prédispositions génétiques, les facteurs favorisant l'apparition du diabète. On montrera aussi comment, la connaissance des mécanismes de régulation de la glycémie permet de mettre au point des médicaments visant à diminuer la glycémie.
Dans le 1er et 2ème chapitre de ce thème, on s'intéressera en particulier à l'apport de glucose par l'alimentation et ce sera l'occasion de revenir sur le rôle des enzymes qui interviennent notamment dans les processus d'apport et de mise en réserve du glucose et de régulation de la glycémie.

Ci-contre un rappel sur le rôle de différents organes intervenant dans la digestion. Dans ce chapitre, on s'intéresse en particulier aux enzymes digestives: celles qui permettent une simplification moléculaire des aliments ingérés. Cette simplifaction correspond à des hydrolyses de molécules oraganiques complexes comme des macromolécules glucidiques (amidon), des protéines, des lipides. On s'intéressera en particulier aux enzymes intervenant dans la digestion des glucides.
Par exemple, la salive contient des enzymes produites par les glandes salivaires (la digestion de certains aliments débutent donc dès la "mise en bouche"). L'estomac produit aussi des enzymes digestives. Le pancréas est un organe de la digestion aussi car il produit aussi des enzymes digestives qui passent ensuite dans l'intestin grêle où elles catalysent l'hydrolyse de molécules.

TP n°1 Rôle des enzymes et spécificité au substrat

Vous savez que pour mettre en évidence l'amidon, on utilise de l'eau iodée. L'eau iodée a déjà été utilisé lors d'un TP (thème 1 à propos de la synthèse d'amidon). Or, lors de l'hydrolyse de l'amidon, ce dernier est décomposé et donne différentes molécules glucidiques de plus petite taille comme des dextrines, du maltose et du glucose. Dextrine, maltose et glucose sont des sucres dits réducteurs et réagissent positivement avec la liqueur de Fehling.

S'entraîner à l'analyse de résultats expérimentaux: test d'hydrolyse de l'amidon à différentes températures

Ci-dessous le TP qui correspond à l'activité que vous venez de faire. Télécharger, imprimer si vous le pouvez et garder la trace de ce TP. Vous pouvez faire la stratégie de résolution pour ce TP.

TP n°2 Les conditions d'action des enzymes TP type ECE

TP n°2 Aide majeure: protocole détaillé

Des exemples de résultats obtenus à différentes températures. Les tubes 1 à 6 contiennent de l'amidon et de l'amylase (les concentrations et les quantités sont à chaque fois identiques). La plaque de titration contient deux gouttes d'eau iodée. Seul le tube 1 a été porté à 37°C. Tube 2: 0°C; tube 3: 7°C; tube 4: 70°C; tube 5: 80°C; tube 6: porté à une température proche de l'ébullition.
Exploiter ces résultats et rédiger une réponse sur votre cahier expliquant comment cette expérience montre l'influence de la température sur l'activité d'une enzyme.

Sur ces deux graphiques, on observe le résultat de l'activité d'une enzyme testée soit à différentes températures, soit à différents pH. on canstate ainsi que cette enzyme présente une activité maximale pour une température et un pH dits optimaux, ici respectivement de 40°C et 8. Ne pas confondre optimum et maximum!
Les températures et les pH optimaux sont variables d'une enzyme à une autre. Par exemple, l'amylase agit à des pH de l'ordre de 6 à 8 alors que les enzymes déversées dans l'estomac ont des pH optimaux de l'ordre de 1 à 2 (le contenu stomacal étant particulièrement acide!). Enfin, certaines catégories de bactéries ont des enzymes qui sont très actives jusqu'à des températures de 90°C, ces enzymes ne sont pas dénaturées par une telle température et ont permis à ces bactéries de vivre dans des milieux très chauds telles que des sources hydrothermales chaudes.

Evolution de la vitesse initiale d'une réaction en fonction de la concentration initiale en substrat

On souhaite connaître la vitesse d'une réaction enzymatique. Pour cela, on peut mesurer la quantité de substrat qui disparaît ou la quantité de produits qui apparaît par exemple en fonction du temps. En faisant simple, on peut alors évaluer une vitesse qui correspondra à la quantité de substrat disparu ou de produit apparu par unité de temps. Dans cet exemple, on a mesuré la vitesse au début d'une réaction (vitesse dite initiale) pour différentes concentrations de substrat. (la concentration en enzyme étant identique par ailleurs).

Sur ce graphique, on étudie la vitesse d'hydrolyse de l'amidon en fonction de la concentration initiale en amidon. Vous remarquerez les unités: la vitesse est %T/s, c'est-à-dire qu'on a mesuré en fait la vitesse de disparition de l'amidon par seconde. En abscisse, vous avez les concentrations initiales en amidon.
On observe que la vitesse d'hydrolyse de l'amidon augmente avec la concentration initiale en amidon: plus la concentration en amidon est élevée au départ, et plus son hydrolyse est rapide.
Cependant, on observe qu'à partir d'une concentration de 0,4 mg/L d'amidon, la vitesse n'augmente plus: la réaction atteint une vitesse maximale. Cela signifie en fait que l'hydrolyse de l"amidon se poursuit" mais même en augmentant la concentration initiale en amidon, l'hydrolyse ne se fera pas plus vite.
Comment expliquer cela?

Observez bien le graphique ci-contre. Lorsque la concentration en substrat est faible, tous les sites actifs des enzymes ne sont pas occupés: les enzymes "mobilisés" vont catalyser la transformation du substrat mais peu de substrat sera transformé.
Si la concentration initiale en substrat augmente, vous pouvez observer alors que plus de sites actifs sont occupés, ce qui augmente la quantité de substrat transformé par unité de temps.
Enfin, lorsque la concentration atteint une certaine valeur, on observe que tous les sites actifs des enzymes sont occupés: l'enzyme est au "maximum de son activité". On dit qu'il y a saturation de l'enzyme. Cela ne signifie pas que l'activité enzymatique est arrêté, au contraire, elle est à son maximum!

Ci-contre, une modélisation du complexe amylase - amidon. Il faut que vous compreniez que, puisque les enzymes sont des protéines, leur synthèse est gouverné par des gènes. Par conséquent, des mutations sur ces gènes peuvent modifier la séquences en acides aminés. Or, en modifiant cette séquence, c'est la structure secondaire qui peut être affectée et donc la structure tertiaire. Vous comprenez que si le ou les changements d'acides aminés qui participent à la forme du site actif, c'est l'activité de l'enzyme qui est alors modifiée: pas de reconnaissance au substrat ou pas d'activité catalytique (site catalytique affecté) et donc pas de réaction chimique.
Enfin, n'oubliez pas qu'une molécule peut tromper aussi une enzyme! Si cette molécule ressemble beaucoup au substrat, elle peut se fixer sur l'enzyme de ce substrat et bloquer l'activité enzymatique. Des médicaments agissent de cette façon. Des drogues aussi d'ailleurs!
Ces systèmes de reconnaissance entre molécules sont importantes dans de nombreux domaines: reconnaissances récepteurs - neurotransmetteurs, antigène - anticorps, hormone - récepteur et dans ce chapitre enzyme - substrat.

Ci-contre, de nombreuses enzymes pour vous montrer les nombreux rôles (et encore ce document n'est pas complet!)