Les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques

Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs de réactions chimiques spécifiques dans le métabolisme d’une cellule.

La structure tridimensionnelle de l’enzyme lui permet d’interagir avec ses substrats et explique ses spécificités en termes de substrat et de réaction catalytique.

Activité : la spécificité des enzymes (Mettre en œuvre une démarche expérimentale)

Activité : la vitesse de réaction enzymatique (lien vers le modèle utilisé)

Activité : le fonctionnement des enzymes en fonction de la température (Mettre en œuvre une démarche expérimentale)

Chapitre : les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques

I – Nature et rôle des enzymes

A – Origine

Les enzymes sont des protéines, elles sont donc le résultat de l’expression des gènes (transcription + maturation + traduction).

B – Fonction catalytique

Les enzymes sont des catalyseurs : elles accélèrent les réactions chimiques.

Elles permettent de transformer un (ou des) substrat(s) en un (ou des) produit(s).

II – Spécificité des enzymes

A – Spécificité de substrat

Une enzyme est spécifique de son substrat, par exemple :

• l’amylase est spécifique de l’amidon ;

• alors que la maltase est spécifique du maltose.

B – Spécificité d’action

Une enzyme est spécifique d’une réaction chimique, par exemple :

• l’amylase est spécifique de l’hydrolyse de l’amidon en maltose ;

• alors que la maltase est spécifique de l’hydrolyse du maltose en glucose.

III – Facteurs influençant la vitesse enzymatique

A – Concentration en substrat

La vitesse de la réaction catalysée par une enzyme varie selon la concentration en substrat : plus elle est forte, plus la vitesse de réaction est importante (forte au début de la réaction, faible voire nulle en fin de réaction).

B – Concentration en enzyme

La vitesse de réaction dépend aussi de la concentration d’enzyme : plus les enzymes sont nombreuses, plus elles peuvent réaliser un grand nombre de réactions et plus la vitesse est importante.

IV – Structure et fonctionnement des enzymes

A – Organisation tridimensionnelle

La structure 3D d’une enzyme explique ses caractéristiques.

B – Sites fonctionnels

Une enzyme possède :

• un site de reconnaissance du substrat (ce qui explique sa spécificité de substrat) ;

• et un site catalytique (ce qui explique sa spécificité d’action).

V – Importance biologique des enzymes

A – Spécialisation cellulaire

Les enzymes sont indispensables à la vie des organismes et sont le résultat de la spécialisation cellulaire.

Même si toutes les cellules possèdent la même information génétique (ADN), elles n’expriment pas toutes les mêmes gènes :

• certaines cellules buccales expriment le gène de l’amylase et produisent l’amylase ;

• certaines cellules intestinales expriment le gène de la maltase et produisent la maltase.

B – Exemple : digestion de l’amidon

L’amylase et la maltase sont indispensables à l’humain car elles permettent de transformer l’amidon (présent dans le pain par exemple) en glucose (qui sera absorbé et rejoindra la circulation sanguine).

Chapitre : les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques

I. Nature et rôle

• Origine : protéines issues de l’expression des gènes (transcription + traduction).

• Fonction : catalyseurs → accélèrent réactions chimiques.

• Transforment substrat(s) → produit(s).

II. Spécificité

Spécificité de substrat : chaque enzyme agit sur un substrat précis.

• Ex. amylase = amidon ; maltase = maltose.

Spécificité d’action : chaque enzyme catalyse une réaction unique.

• Ex. amylase → amidon → maltose ; maltase → maltose → glucose.

III. Facteurs influençant la vitesse enzymatique

• [Substrat] : vitesse ↑ avec concentration, puis ralentit (saturation).

• [Enzyme] : plus d’enzymes = plus de réactions = vitesse ↑.

IV. Structure et fonctionnement

Organisation 3D = clé de leurs propriétés.

Sites fonctionnels :

• Site de reconnaissance du substrat (spécificité).

• Site catalytique (action).

V. Importance biologique

Spécialisation cellulaire : toutes les cellules ont le même ADN mais expriment des gènes différents.

• Cellules buccales → amylase.

• Cellules intestinales → maltase.

Exemple : digestion amidon (pain) → glucose → énergie pour l’organisme.

• Biochimiste (Bac+8 minimum) : il étudie la structure et le fonctionnement des enzymes. Son travail permet de comprendre les mécanismes biologiques fondamentaux et d’appliquer ces connaissances dans les domaines médical, pharmaceutique ou industriel.

• Ingénieur·e en agroalimentaire (Bac+5 minimum) : il utilise les propriétés catalytiques des enzymes pour transformer des matières premières (fabrication du pain, des produits laitiers, des boissons). Il conçoit et améliore les procédés industriels.

• Technicien·ne en analyses biologiques (Bac+2/3 minimum) : il met en œuvre des tests enzymatiques en laboratoire (dosages, diagnostics médicaux, contrôle qualité). Ses analyses servent à détecter anomalies métaboliques, infections ou contaminations.

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