T3 : Corps humain et santé
Ch3 : Digestion et activité enzymatique
I. Les enzymes : acteurs essentiels de la digestion
A. La digestion des glucides
La digestion permet la transformation des aliments en nutriments, c’est-à-dire en
molécules de petites tailles utilisables par le métabolisme cellulaires (soit pour
l’anabolisme, soit pour le catabolisme). L’un des nutriments essentiel pour le
fonctionnement cellulaire est le glucose, il est obtenu par la digestion de
macromolécules : les glucides complexes. Ils constituent en effet un apport décisif
puisqu’ils représentent environ 50% des apports énergétiques.
Parmi ces glucides complexes, on peut citer l’amidon (sucre de réserve de nombreux
végétaux) présent au sein de nombreux aliments. Il s’agit en fait d’un polymère de
glucose, c’est-à-dire d’un enchainement répétitif de monomère de glucose associé par
une liaison covalente. Lors de la digestion cette liaison chimique sera rompue afin de
libérer les molécules de glucose. Cette réaction impliquant de l’eau est appelée hydrolyse
B. La notion de catalyseur biologique
L'amidon est un sucre complexe, il s'agit en fait d'un polymère du glucose, c'est à dire
que l'amidon est formé d'une succession de glucose relié par des liaisons osidiques.
La présence de glucose dans une solution peut-être mis en évidence grâce à l'existence
d'un test (Test à la liqueur de Fehling)
Hydrolyse acide de l'amidon
Protocole :
- on verse dans un tube à essais une solution d'empois d'amidon
- on effectue un test à la liqueur de Fehling
- Dans ce tube on ajoute de l'HCl
- On laisse la réaction se faire durant 30 min
- L'un des tubes est à 37°C
- L'autre est à 100°C
- On mesure le pH
- On réalise un test à la liqueur de Fehling
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En présence d'acide chlorhydrique et à une température de 100°C l'amidon est transformé
en glucose, en fait les liaisons osidiques sont rompues, et il y a donc libération de glucose.
On note que le pH est constant ce qui signifie que la concentration de H+ est constante,
ce qui veut donc dire que l'ion H+ restent intact à la fin de la réaction. Une substance
permettant la réalisation d'une réaction et restant intact à la fin de la réaction est un
catalyseur.
Hydrolyse enzymatique de l'amidon
Protocole
- même expérience mais l'HCl est remplacé par une enzyme: l'amylase
:
L'amylase permet elle aussi la réaction sans être modifié, il s'agit donc bien d'un
catalyseur. De plus elle agit uniquement à des températures biologiques on parle de
catalyseurs biologiques
Au sein de l'organisme se déroule un très grand nombre de réactions chimiques. Ces
réactions sont réalisées grâce à des catalyseurs biologiques : les enzymes. Les réactions
chimiques sont très lentes, mais la présence des enzymes permet une accélération très
importante de ces réactions (jusqu'à multiplier la vitesse par un million voire dix millions).
Un catalyseur agit uniquement sur la vitesse de la réaction et en aucun cas sur la
faisabilité de celle ci. Il existe une incroyable diversité de réactions enzymatiques. Les
enzymes peuvent donc être soit intra ou extracellulaire, dans tous les cas leur synthèse a
lieu au sein de la cellule, mais leur lieu d'action ne peut changer. Il existe en fait une
grande diversité de réactions différentes au sein de la cellule et toutes sont catalysées par
des enzymes.
Les enzymes ont une nomenclature bien défini, on ajoute -ase au nom de la réaction que
catalyse l'enzyme.
II. La spécificité des enzymes
A. La spécificité de réaction
Pour une substance donnée, une enzyme n'est capable que de catalyser qu'une seule
réaction, c'est la spécificité d'action.
B. La spécificité de substrat
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Une enzyme n'exerce une action que sur un type de substrat. Ceci permet de compléter
le nom de l'enzyme : NOM DU SUBSTAT + REACTION + (-ASE)
III. Le complexe enzyme/substrat
A. La catalyse enzymatique
Les réactions catalysées par les enzymes peuvent être découpées en plusieurs étapes :
1. Formation d'un complexe enzyme/substrat
2. Activation de la réaction, le substrat est transformé en produit
3. Libération du produit, le complexe enzyme/produit est rompu
La réaction de catalyse possède donc deux étapes, dont l'un est réversible, on schématise
cette réaction de la manière suivante :
E + S = ES  EP  E+P
Lors des réactions chimiques, l'étude se fait selon différents modalités :
 [P]= f (temps)
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On observe un plateau, celui ci signifie que V=0, tout le substrat a été consommé. La
pente de la courbe correspond à la vitesse instantanée .La tangente à la courbe au point
t=0 donne la vitesse initiale
A concentration se substrat constante, lorsque la concentration d’enzyme augmente la
vitesse initiale de la réaction augmente (tant qu’on est en excès de substrat)
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Pour une concentration d’enzyme donnée, si l’on fait varier la concentration en substrat
(S10 >S4 > S2 >S1), on obtient les résultats suivants :
 Vinitiale =f ([Substrat])
La courbe atteint un plateau, c'est que l'on a atteint la vitesse maximale de
fonctionnement de l'enzyme, toutes les enzymes sont occupées, il y SATURATION.
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On définit le Km (constante de Michaelis Menten) comme l'inverse de l'affinité de
l'enzyme pour le substrat. La valeur du Km correspond à la vitesse maximale divisée par
deux. Plus la valeur du Km est faible plus l’affinité de l’enzyme pour le substrat est forte.
Cette valeur ne peut être déterminée simplement expérimentalement et nécessite un
traitement mathématique
B. Structure des enzymes et propriétés
Les courbes de vitesse montrent qu'il existe un moment durant la réaction chimique où
l'enzyme s'associe au réactif pour former un complexe ES. Cette association implique que
l'enzyme est une conformation bien précise, qui ne soit en aucun cas modifié.
La liaison entre E/S se fait par complémentarité moléculaire entre une région donnée du
substrat et une région donnée de l'enzyme (modèle clef/serrure), la zone de l'enzyme
concernée est appelée le SITE ACTIF.
Le site actif doit pour permettre la catalyse avoir une conformation bien précise, c'est
cette conformation qui explique la spécificité de substrat. La structure spatiale du site est
liée à la structure primaire de l’enzyme. La structure primaire d'une protéine est la
succession des acides aminés qui la compose.
Le site actif peut être en fait découpé en deux parties :
- la zone de fixation
- la zone catalytique
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Ce site actif est fragile et fonction du milieu, toutes modifications entraînent l'absence de
fonctionnement de l'enzyme.
C. Modulation de l'activité enzymatique
L'activité d'une enzyme sera fonction de différents paramètres :
la concentration de réactif
la température
le pH
la présence d'agents de dénaturations
Les compétiteurs
Plus la concentration en réactif est élevée, plus l'activité est importante.
La température et le pH joue en fait sur la conformation de l'enzyme, une modification de
pH entraîne une modification des interactions moléculaires et donc éventuellement de la
structure 3D. La température a le même effet, mais comme pour toutes les protéines, si la
température est trop élevée (>100°C), la réaction est irréversible, l'enzyme est dénaturé,
ce qui n'est pas le cas pour des températures basses qui inactive seulement l'enzyme.
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Les agents de dénaturation sont des substances capables de modifier la structure des
protéines. Les compétiteurs sont des substances capables de modifier l'activité de
l'enzyme en se fixant sur le site de fixation
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