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|  Posté le 27-03-2010 à 11:55:20    
| Les enzimes
• L'Enzymologie est l'étude des enzymes.
• Le substantif « enzyme » est du genre féminin.
• Toutes les enzymes sont des protéines à structure tridimensionnelle.
• Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs, c'est-à-dire qu'en agissant à des concentrations très petites, elles augmentent la vitesse des réactions chimiques, sans en modifier le résultat. A la fin de la réaction la structure de l'enzyme se retrouve inchangée. A titre d'exemple, une réaction qui met une seconde en présence d'une enzyme mettrait 12 jours en son absence, soit une accélération d'une facteur un million.
• Analogie à la chimie : un catalyseur est une substance qui accélère la vitesse d’une réaction chimique. En biologie, ça se passe dans le vivant, donc dans des conditions compatibles avec la vie.
Amylase salivaire : enzyme de la salive qui dégrade l’amidon (amidon = macromolécule constituée de molécules de glucose = forme de stockage du glucose dans les plantes = polysaccharide = polyoside) contenu dans les aliments (pain, pommes de terre…)
Oside = polysaccharide
Ose = sucre simple (glucose)
Saccharose = dioside = glucose-fructose)
Expérience : Amidon
Traitement à 37°C Observations Conclusions
T1 amidon + lugol Couleur : bleu
Violacé foncé Le lugol met en
évidence l’amidon
T2 amidon + salive
+lugol Couleur : brun
jaune L’amidon a été
partiellement
digéré
T3amidon + saccharase
+ lugol Couleur : bleu
Violacé foncé L’amidon n’a pas
été digéré
T4 amidon + salive
+ lugol après 5 min Couleur : beige
clair L’amidon est presque
complètement
digéré
T5 amidon + saccharase
+ lugol après qques min couleur : bleu
Violacé foncé L’amidon n’a pas
été digéré
T6 amidon + salive + lugol
A +/- 80°C à 100°C couleur : bleu
Violacé foncé L’amidon n’est pas
digéré
• Une enzyme donnée est spécifique d'une réaction, c'est-à-dire qu'elle catalyse toujours la même transformation, se produisant sur les mêmes corps chimiques initiaux (on dit qu’elle agit sur le même substrat). Exemple, l’amidon est attaqué par l’amylase et pas par la saccharase.
• L’enzyme agit dans certaines limites de température. Pour l’amylase cet optimum est de 37°C. La plupart des protéines sont dénaturées (détruites) au-delà de 60°C.
• L’enzyme est influencée par différent facteurs du milieu : PH (degré d’acidité), concentration en sel…
• Les protéines enzymatiques sont synthétisées par des êtres vivants. Cette synthèse est déterminée génétiquement : sa conservation dans le génome est favorisée par le besoin qu'éprouve cet être vivant de faire cette réaction.
Le substrat se positionne dans la cavité
L’enzyme le fixe
La réaction se produit
Le substrat transformé est relâché.
La majorité des enzymes fonctionnent en association avec une molécule plus petite.
• Soit cette molécule est minérale (certains ions métalliques Fe 2+ )
• Soit cette molécule est organique (NAD, FAD…) les enzymes qui interviennent dans la respiration (cycle de Krebs) sont des dinucléotides (enzyme + coenzyme)
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| Posté le 27-03-2010 à 11:59:53
| La respiration n'est pas le fait d'inspirer, ni de transporter par le sang l'oxygène nécessaire aux cellules, mais bien une réaction chimique, effectuée dans chaque cellule. C'est l'oxydation, par l'oxygène, du glucose, nourriture cellulaire provenant de la digestion des aliments, en eau et en dioxyde de carbone (=gaz carbonique), réaction accompagnée d'une importante libération d'énergie:
C6H12O6 + 6 O2 = 6 H2O + 6 CO2 + énergie
Cette réaction est globalement semblable à la combustion du bois, puisque la cellulose, qui compose le bois, est un polymère de glucose, réaction qui dégage énormément de chaleur. Il semble donc exister dans la comparaison un paradoxe, puisque l'Homme, l'animal et la plante respirent, mais ne brûlent comme le bois ni ne chauffent exagérément!
Ce paradoxe apparent est facile à expliquer si l'on garde à l'esprit que l'équation notée ci-dessus n'exprime que le bilan d'une série de réactions chimiques. En effet, le glucose ne se combine pas directement à l'oxygène, mais d'abord à l'eau, en cédant des atomes d'hydrogène sous forme de protons et d'électrons à des accepteurs appropriés. Cette réaction ne libère que peu d'énergie et a lieu à la température de la cellule:
C6H12O6 + 6 H2O = 6 CO2 + 24 électrons + 24 H+
Les accepteurs d'électrons et de protons sont appelés des coenzymes. Pour exemple, imaginons un coenzyme baptisé "Co", oxydant car avide d'électrons. Ce coenzyme oxydant est réduit en réducteur "CoH" dans la réaction de réduction suivante:
Co + H+ + électron = CoH
Les coenzymes sont présents en très petite quantité dans la mitochondrie, et seraient très vite saturés d'électrons s'ils ne les cédaient à d'autres coenzymes, plus oxydants, qui les céderont encore ensuite à d'autres, etc. Les électrons voyagent ainsi du premier coenzyme au dernier accepteur d'électrons, l'oxygène, le long de la chaîne respiratoire. La chaîne respiratoire est donc un ensemble complexe de substances jouant le rôle d'accepteurs d'électrons vis-à-vis des substances qui les précèdent, puis de donneurs d'électrons vis-à-vis des substances qui la suivent. Toutes ces substances sont rassemblées en minuscules unités sphériques situées sur la face interne de la membrane mitochondriale interne. Au terme de cette chaîne respiratoire, deux atomes d'oxygène acceptent chacun deux électrons et sont réduit en eau:
O2 + 4 H+ + 4 électrons = 2 H2O
Voyons enfin comment la mitochondrie récupère l'énergie de ce transfert d'électrons le long de la chaîne respiratoire.
La membrane mitochondriale interne, au niveau de laquelle se déroulent toutes les chaînes respiratoires, est imperméable aux ions. Les protons, entre autres, ne peuvent la traverser par diffusion. Cette membrane abrite par contre deux types de pompes capables de concentrer des protons à l'extérieur, c'est-à-dire dans l'espace inter membranaire: les unes fonctionnent avec comme source d'énergie le flux d'électrons des chaînes respiratoires, les autres grâce à l'énergie libérée par la réaction de déphosphorylation (=perte d'un groupe phosphate) de l'adénosine triphosphate ou ATP:
ATP = ADP + phosphate + énergie
Lorsqu'une pompe membranaire fonctionne, elle concentre des protons hors de la matrice jusqu'à une concentration maximale, que la puissance de la pompe ne peut dépasser. Or, la puissance maximale (en terme de concentration protonique) de la pompe fonctionnant "au flux d’électrons de la chaîne respiratoire" est supérieure à celle fonctionnant "à l'ATP". Ainsi, lorsque les chaînes respiratoires fonctionnent, les pompes du premier type créent une concentration en protons dans l'espace inter membranaire supérieure à la concentration maximale supportable par les pompes du second type. Dès lors, on observe un passage forcé de protons à travers les pompes du second type, qui, fonctionnant à contresens, produisent de l'ATP à partir d'ADP, de phosphate et de l'énergie liée au passage forcé des protons: c'est la réaction de phosphorylation.
En résumé, le système de pompes présent dans la membrane mitochondriale interne assure la transformation de l'énergie portée par le flux d'électrons des chaînes respiratoires oxydatives en énergie chimique sous la forme d'une phosphorylation, c'est-à-dire sous la forme d'une nouvelle liaison chimique créée entre les deuxième et troisième groupes phosphates de l'ATP. Il s'agit donc d'une phosphorylation oxydative.
La réaction de respiration ne dissipe sous forme de chaleur que 10% de la chaleur produite par la réelle combustion équivalente du glucose: les 90% restants sont stockés sous la forme de liaisons chimiques dans des molécules d'ATP. C'est pourquoi on peut affirmer que la respiration est une "combustion froide".
L'ATP est la réserve énergétique de la cellule.
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| Posté le 27-03-2010 à 12:03:53
| Photosynthèse
Spectre d’absorption de la chlorophylle et le spectre d’action photosynthétique.
La chlorophylle absorbe les longueurs d’onde de la lumière correspondant essentiellement au bleu et au rouge
Expérience de Ruben et Kamen
La question se pose de savoir d'où provient ce dioxygène. On peut en effet émettre deux hypothèses : soit cet oxygène provient du CO2, soit il provient de l'eau H2O. Afin de trancher entre ces deux possibilités, Ruben et Kamen ont utilisé un isotope lourd de l'oxygène (18O) à la place de l'oxygène habituel (16O) et ils ont marqué ainsi diverses molécules (H2O, CO2). Lorsque de l'eau est marquée par le 18O (H218O), le dioxygène produit par la photosynthèse devient marqué. Ils en déduisent que c'est l'eau (H2O) qui est à l'origine du dioxygène produit. Pour former une molécule de dioxygène, il faut donc 2 molécules d'eau.
6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2
Donc 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Expérience 2
Après avoir mis en suspension des chloroplastes en présence de dioxyde de carbone radioactif 14CO2 sous forme d’hydrogénocarbonates, on peut déterminer que les substances synthétisées au cours de la photosynthèse ont incorporé le carbone (elles sont radioactives)
HCO3 + H2O H2CO3 + OH-
H2CO3 H2O + CO2
Expérience 3
La photosynthèse comporte 2 phases : la phase claire et la phase sombre
Phase claire
Acteurs : la lumière, la chlorophylle, l’eau, les enzymes transporteuses d’électrons et de phosphates, l’ADP.
1. Les molécules de chlorophylle sont excitées sous l'action des photons constitutifs de la lumière, puis elles s'oxydent en cédant des électrons au transporteur. Ce transporteur fait partie d'un chaîne d'oxydoréduction située dans la membrane des thylakoïdes : la chaîne photosynthétique.
2. L’oxydation de la chlorophylle entraîne l'oxydation des molécules d'eau. Les électrons libérés permettent de réduire la chlorophylle et donc de la ramener à son état initial.
H2O 2 H+ + 2 e- + 1/2 O2
L’oxygène est libéré par les stomates des feuilles.
3. Grâce à énergie libérée par la chaîne photosynthétique, il y à stockage des protons dans la cavité des thylakoïdes. Un gradient de concentration est ainsi créé. Les sphères pédonculées, qui font saillie vers le stroma, deviennent perméables aux ions H+, d'où un flux de protons, aboutissant à la synthèse d'ATP. On parle alors de photophosphorylation.
Les électrons issus de la chlorophylle et les H+ issus de l’eau passent dans une chaîne d’enzymes qui sont alternativement réduites et oxydées.
Dernier accepteur d’électrons, le NADP.
4. Le flux de protons passe de l’intérieur thylakoïde vers le stroma et libère une quantité d’énergie qui permet de produire de l’ATP.
Phase sombre
Cette phase ne nécessite pas l'obscurité: le terme de phase sombre indique qu'elle n'est pas directement conditionnée par la lumière. En réalité, elle est indirectement conditionnée par la lumière: les coenzymes nécessaires à sa réalisation font vite défaut en l'absence de lumière. La phase sombre réalise la fixation et la réduction du carbone minéral en carbone organique. Elle utilise à cette fin le NADPH, H+ et l'ATP synthétisées lors de la phase claire. Celle-ci se déroule au niveau de la matrice chloroplastique et se divise en 3 étapes essentielles: une carboxylation, une réduction et une régénération. Il s’agit du cycle de Calvin.
Acteurs : CO2, ATP, NADPH2 (déshydrogénase à l’état réduit), molécule organique qui va fixer le CO2.
Bilan :
6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6H2O
Nécessite 2 cycles de Calvin.
Produit des trioses à l’état réduit.
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