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1ere Spé CHAPITRE 2 : Les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques
Chapitre 2 : Les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques
Le métabolisme correspond à l’ensemble des réactions chimiques qui ont lieu dans une cellule. Des protéines particulières, les enzymes, jouent un rôle crucial dans ce métabolisme cellulaire.
Comment une enzyme intervient-elle dans une réaction chimique ?
I- LE ROLE DES ENZYMES DANS LE METABOLISME CELLULAIRE :
Bilan 1: Une enzyme est un catalyseur biologique qui accélère une réaction chimique qui serait extrêmement lente en son absence.
Cette molécule facilite la transformation d’un substrat en un produit. Elle se retrouve intacte à la fin de la réaction catalysée.
Substrat →→→→→→→ Produit réaction très lente
Substrat+ enzyme →→→→→→→ Produit réaction très rapide
Les enzymes sont des protéines synthétisées à partir de l’information génétique de la cellule ; elle résulte donc de l’expression génétique qui n’est pas la même selon les cellules. L’équipement enzymatique d’une cellule correspond à l’ensemble des enzymes qu’elle synthétise. Cet équipement détermine les réactions chimiques possibles au sein de la cellule. Il est très différent en fonction du type de cellule, les enzymes sont donc déterminantes dans la spécificité de chaque cellule.
Les enzymes sont indispensables à tout être vivant car elles lui permettent de réaliser des réactions nécessaires à ses fonctions vitales.
Quelle propriété des enzymes leur permet de catalyser des réactions précises ?
II- LA DOUBLE SPECIFICITE DE LA CATALYSE ENZYMATIQUE.
Bilan 2: La catalyse enzymatique nécessite la formation d’un complexe enzyme-substrat temporaire. A la fin de la réaction, l’enzyme libère le(s) produit(s) et retrouve son état initial.
Les enzymes sont des protéines dont la forme tridimensionnelle ménage un site actif permettant par complémentarité de forme, la fixation temporaire du substrat et la réalisation de la réaction catalysée.
Une enzyme ne catalyse qu’un seul type de réaction chimique et catalyse la transformation d’un substrat donné, elles ont donc une double spécificité : de substrat et de réaction catalytique.
La structure du site actif explique la spécificité de substrat et la nature des acides aminés présents à son niveau explique la spécificité de réaction catalytique.
QCM pour s’entrainer:
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Spe-SVT&id=1386
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Spe-SVT&id=1387
1ere Spé CHAPITRE 1 : L’EXPRESSION DU PATRIMOINE GENETIQUE : DE L’ADN AUX PROTEINES
Rappels de génétique :
Un individu est caractérisé par l’ensemble de ses caractères c’est-à-dire par son phénotype. Les caractères partagés par l’ensemble des individus d’une même espèce sont appelés les caractères spécifiques.
Les caractères sont gouvernés par des gènes portés par l’ADN. Tous les êtres humains ont les mêmes gènes. Mais nous sommes tous différents car pour un gène il existe de nombreuses versions : les allèles. Le phénotype est donc sous la dépendance du génotype c’est-à-dire l’ensemble des allèles d’un individu.
Comment se manifeste l’influence des gènes aux différentes échelles de l’organisme ?
I- DES GENES AU PHENOTYPE :
1- Les 3 niveaux d’étude du phénotype.
Bilan 1:
L’étude de maladies génétiques montre que:
– le phénotype se définit à plusieurs échelles : macroscopique = échelle de l’organisme, cellulaire et moléculaire =protéine.
– le phénotype pathologique est souvent associé à une protéine anormale.
Les 3 niveaux du phénotype sont donc liés : le phénotype macroscopique dépend du phénotype cellulaire, lui-même induit par le phénotype moléculaire (=protéine).
- 2- Protéines et génotype.
(activité 1 suite)
Bilan 2:
Les protéines sont des molécules constituées d’un enchaînement précis (=séquence) d’acides aminés.
Les AA sont de petites molécules simples désignés par un nom souvent abrégé aux 3 premières lettres (Val, Glu, Tyr, Pro…). Il existe 20 AA différents.
Toutes les protéines de tous les êtres vivants sont construites à partir de ces 20AA. Les protéines diffèrent par leur nombre d’AA et l’ordre dans lequel ils s’enchaînement.
L’enchaînement des AA dans un ordre précis correspond à la structure primaire de la protéine. Quand un AA change, la structure primaire de la protéine est modifiée (v. exo drépanocytose).
La structure primaire d’une protéine est déterminée par la séquence nucléotidique de l’ADN (information génétique) donc le phénotype moléculaire (protéine) dépend du génotype (ADN). Ainsi, le phénotype d’un individu dépend de son génotype.
Toutes les protéines qui se trouvent dans une cellule dépendent du génotype. Les protéines sont donc le premier niveau d’expression des gènes.
Un ex pour s’entrainer: La mucoviscidose
Comment passe-t-on de l’information portée par les gènes aux protéines ?
II- De l’ADN aux protéines : l’expression des gènes en 3 étapes.
- 1- La transcription.
Pour comparer ADN et ARN:
https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/molecules/adnarnmol/
Bilan 3 :
Les portions codantes de l’ADN (=gènes) comportent l’information nécessaire à la synthèse des protéines c’est-à-dire pour l’assemblage des acides aminés.
Mais l’ADN est stocké dans le noyau et les protéines sont synthétisées dans le cytoplasme. Il existe donc une molécule intermédiaire : l’ARNpm (Acide RiboNucléique pré messager) qui transfère cette information depuis le noyau vers le cytoplasme en passant par les pores nucléaires.
L’ARNpm est une molécule à un seul brin composée d’une succession précise de nucléotides donc il porte une information. L’ARNpm contient 4 bases azotées différentes : A, G, C et U (uracile à la place de T).
Chez les eucaryotes, l’ARNpm est fabriqué lors de la transcription dans le noyau. Une enzyme, l’ARN polymérase, se fixe sur l’ADN, sépare les 2 brins et se déplace sur le brin transcrit en plaçant en face de chaque nucléotide lu, le nucléotide complémentaire.
Une fois le gène totalement lu, l’ARN polymérase se détache, les 2 brins d’ADN se resserrent.
L’ARNpm porte donc une information complémentaire du gène qui permet la synthèse de la protéine.
2- Régulation de l’expression génétique.
DM Régulation de l’expression des gènes
Bilan 4 : L’expression des gènes n’est pas la même selon les cellules ; elle est régulée. Cette régulation dépend notamment de facteurs environnementaux et de facteur internes qui agissent sur l’ARN pm.
3- La maturation de l’ARNpm.
Correction Act n°3 maturation ARNpm
Bilan 5:
Après avoir été synthétisé, l’ARNpm subit une maturation dans le noyau au cours de laquelle sa longueur diminue fortement.
Cette modification se fait par élimination (= épissage) de certaines parties non codantes de l’ARNpm : les introns. Les séquences codantes conservées (les exons) se « recollent ». Cet épissage peut être différent en fonction des cellules et des conditions environnementales, on parle d’épissage alternatif, en effet les introns sont toujours éliminés, mais certains exons le sont aussi.
L’ARNm (ARN messager) plus court ainsi obtenu quitte le noyau par les pores nucléaires et rejoint le cytoplasme, où il permettra la production des protéines.
4- La traduction.
Act 4 Code génétique et traduction
Act n°4 Correction Code génétique et traduction
Bilan 6 :
La traduction de l’ARNm en protéine se fait dans le cytoplasme. Elle nécessite des organites particuliers appelés ribosomes qui lisent l’ARNm. A chaque triplet de nucléotides (= codon), le ribosome place l’acide aminé correspondant.
C’est le code génétique qui est le système de correspondance entre codon et acide aminé.
– A chaque triplet de nucléotides correspond un seul acide aminé donc le code est non ambigu.
– Par contre, un même acide aminé peut être codé par plusieurs triplets : le code génétique est redondant.
– À quelques exceptions près, il est commun à tous les êtres vivants donc il est universel.
La traduction se fait en 3 étapes :
– l’initiation : le ribosome se fixe sur la molécule d’ARNm et commence à mettre en place le premier AA (Méthionine) dès qu’il rencontre le codon initiateur AUG.
– l’élongation : le ribosome se déplace le long de l’ARNm et met en place chaque AA correspondant au codon rencontré. Une liaison forte s’établit entre chaque AA.
– la terminaison : lorsque le ribosome rencontre un codon stop, aucun AA ne peut être mis en place alors le ribosome se détache de l’ARNm, la protéine est libérée, la traduction est terminée.
Plusieurs ribosomes peuvent lire en même temps le même ARNm donc de nombreuses protéines sont produites à partir d’un seul ARNm.
Des QCM pour s’entrainer:
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Spe-SVT&id=1380
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Spe-SVT&id=239
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Spe-SVT&id=1382
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Spe-SVT&id=1383
