Pourquoi certaines bactéries digèrent le lait et d’autres non ? Chaque cellule possède son propre équipement d’enzymes.
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Équipement enzymatique d’une cellule et réactions
Module I : Le monde vivantSéquence 3 : La catalyse enzymatiqueSéance 16 : Équipement enzymatique et réactions de la cellule
💡 Idée principale : toutes les réactions chimiques d’une cellule sont accélérées par des enzymes. Chaque cellule possède un équipement enzymatique propre, fixé par ses gènes : il détermine les réactions qu’elle peut réaliser. Chaque réaction est catalysée par une enzyme spécifique.
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Étapes résumées
Une enzyme est une protéine qui accélère une réaction chimique sans être consommée.
Les staphylocoques hydrolysent le lactose grâce à la lactase ; les entérobactéries testées ne le peuvent pas.
La saccharase des levures hydrolyse le saccharose, mais pas le lactose ni l’amidon.
L’équipement enzymatique d’une cellule dépend de son programme génétique.
À chaque réaction son enzyme : la spécificité est une propriété fondamentale des enzymes.
l’enzymela tiquela culture de microbes
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Situation problème
Chez Ngo Biyong, à Édéa, toute la famille boit du lait, sauf la grand-mère qui a des ballonnements et des diarrhées après chaque verre. Le médecin lui dit qu’elle « ne fabrique plus assez de lactase ». Pendant ce temps, son petit-fils prépare du yaourt : des bactéries transforment le sucre du lait en acide lactique.
Consignes :
Relève le problème posé.
Qu’est-ce que la lactase ? Quel est son rôle ?
Pourquoi des cellules différentes ne réalisent-elles pas les mêmes réactions ?
Compétence visée
Sensibiliser sur l’influence des enzymes sur les réactions chimiques indispensables au renouvellement moléculaire.
Objectifs de la leçon
Montrer que chaque cellule possède un équipement enzymatique propre.
Montrer que chaque réaction est catalysée par une enzyme spécifique.
Relier l’équipement enzymatique au programme génétique.
le problèmel’objectifle yaourt
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À chaque cellule, son équipement enzymatique
Activité 1 : des bactéries face au lactose
Trois tubes contiennent un milieu nutritif gélosé avec du lactose comme seul sucre. On ajoute un réactif qui devient rouge en présence d’un sucre réducteur (comme le lactose) et jaune s’il n’y en a plus. On ensemence les tubes 2 et 3 avec deux bactéries différentes.
Document 1 : coloration des milieux quelques jours après la mise en culture.
Quel est le rôle du tube 1 ?
Quelle bactérie a utilisé le lactose ?
Comment expliquer la différence entre les deux bactéries ?
Ce qu’il faut comprendre : le tube 1 est le témoin. Dans le tube 3, le sucre a disparu : les staphylocoques possèdent la lactase, qui hydrolyse le lactose en glucose et galactose, ensuite consommés. Les entérobactéries testées ne possèdent pas cette enzyme. Chaque cellule a donc un équipement enzymatique propre.
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1. L’équipement enzymatique, reflet des gènes
Les enzymes sont des protéines : chacune est fabriquée à partir d’un gène, par transcription et traduction. Une cellule ne peut fabriquer que les enzymes dont elle possède les gènes, et seulement si ces gènes sont exprimés. L’équipement enzymatique est donc l’expression du programme génétique.
Exemple : les cellules du pancréas fabriquent des enzymes digestives ; les cellules du foie fabriquent les enzymes qui stockent le glucose en glycogène.
l’ADNles outilsles briques
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À chaque réaction, son enzyme spécifique
Activité 2 : la saccharase de la levure
On délaie 1 g de levure de boulanger dans 100 mL d’eau, puis on filtre : le filtrat F contient l’enzyme saccharase. On le fait agir 10 min à 37 °C sur différents sucres. La liqueur de Fehling repère les sucres réducteurs ; une bandelette (glucotest) repère le glucose.
Tube
T1
T2
T3
T4
T5
Contenu
F + saccharose
F + amidon
F + lactose
eau + saccharose
F bouilli + saccharose
Fehling
+
−
+
−
−
Glucotest
+
−
−
−
−
Document 2 : action du filtrat de levure sur différents glucides (le lactose est déjà un sucre réducteur).
Dans quel tube du glucose est-il apparu ?
Que montrent les tubes T2 et T3 ?
Que montrent les tubes T4 et T5 ?
Ce qu’il faut comprendre : seul le saccharose est hydrolysé en glucose et fructose (T1). La saccharase n’agit ni sur l’amidon ni sur le lactose (T2, T3) : elle est spécifique de son substrat. Sans enzyme (T4) ou avec une enzyme détruite par la chaleur (T5), la réaction n’a pas lieu : la saccharase est une substance thermolabile produite par la levure.
le glucosela glycémiele pain
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2. Trois hydrolyses, trois enzymes
Document 3 : chaque disaccharide est hydrolysé par une enzyme particulière.
Les enzymes, catalyseurs biologiques
3. Enzyme
protéine produite par une cellule vivante, qui accélère (catalyse) une réaction chimique précise sans être modifiée à la fin de la réaction.
Exemple : la lactase, la saccharase, l’amylase de la salive, la pepsine de l’estomac.
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4. Nommer une enzyme
Enzyme
Substrat
Produits
Amylase
amidon
maltose
Maltase
maltose
2 glucose
Lactase
lactose
glucose + galactose
Lipase
lipides (triglycérides)
glycérol + acides gras
Protéase (pepsine)
protéines
peptides
Le nom d’une enzyme se forme souvent avec le nom de son substrat + le suffixe « -ase ».
Application : l’intolérance au lactose
Beaucoup d’adultes fabriquent peu de lactase : le lactose non digéré fermente dans l’intestin.
Solutions : boire le lait en petites quantités, préférer le yaourt ou le fromage, où les bactéries ont déjà dégradé le lactose.
le fromagela solutionl’innovation
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Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
Les réactions chimiques des cellules sont catalysées par des enzymes, protéines spécialisées.
Chaque cellule possède un équipement enzymatique propre, déterminé par ses gènes.
L’équipement enzymatique conditionne les réactions qu’une cellule peut réaliser.
Chaque réaction est catalysée par une enzyme spécifique de son substrat.
Une enzyme est thermolabile : la chaleur forte la détruit.
Vocabulaire à connaître
Enzymeprotéine catalysant une réaction chimique précise.Substratmolécule transformée par l’enzyme.Hydrolysecoupure d’une molécule grâce à l’eau.Équipement enzymatiqueensemble des enzymes d’une cellule.Thermolabiledétruit par la chaleur.
je retiensla cellulele travail d’équipe
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Je m’évalue
1. Quelle enzyme hydrolyse le lactose ?
2. Pourquoi la saccharase n’agit-elle pas sur l’amidon ?
3. Que montre le tube contenant le filtrat bouilli ?
4. Qu’est-ce qui détermine l’équipement enzymatique d’une cellule ?
Réponses : la lactase · elle est spécifique du saccharose · l’enzyme est détruite par la chaleur · son programme génétique. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
Erreurs fréquentes
Croire qu’une enzyme est consommée par la réaction : elle est régénérée intacte.
Penser que toutes les cellules possèdent les mêmes enzymes.
Oublier le tube témoin dans l’interprétation d’une expérience.
je réfléchisle filtreles adolescents
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Méthode
Pour interpréter une série de tubes : compare chaque tube au témoin en ne changeant qu’un seul facteur à la fois (substrat, présence d’enzyme, chauffage). Pour chaque comparaison, écris une conclusion courte, puis rédige la conclusion générale.
Activité d’intégration
Une fabrique de yaourts de Ngaoundéré veut sélectionner des bactéries capables de bien transformer le lactose du lait. Le technicien cultive trois souches A, B et C sur un milieu au lactose avec un indicateur : après 2 jours, seuls les milieux des souches A et C ont changé de couleur.
Quelles souches possèdent la lactase ? Justifie.
Propose un tube témoin pour cette expérience.
Explique pourquoi la souche B ne peut pas utiliser le lactose.