Relations entre la nature proteique des enzymes et la catalyse
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Banque Agro-Véto ASE– 12.07 BIOLOGIE Epreuve A Durée : 35 minutes (ou 2 heures si sujet type ENS) _______________ N.B. Réaliser un plan sur le sujet ci-dessous en se limitant à la rédaction (bien réfléchie) de l’introduction et des titres des différentes parties I, II, III, A, B… accompagnée des transitions I/II et II/III, de quelques mots clés et de l’ouverture de la conclusion. Pour le sujet ENS, le devoir doit être entièrement rédigé. RELATIONS ENTRE LA NATURE PROTEIQUE DES ENZYMES ET LA CATALYSE ENZYMATIQUE _______________ N.B. Afin de ne pas affecter l’épreuve de type B, les copies seront ramassées après 35 ou 120 minutes selon le type de concours choisi. Banque « Agro-Véto » ATP-12.07 BIOLOGIE Epreuve B Durée : 3 heures 30 minutes _________ L’usage de la calculatrice, d’abaques et de tables est interdit pour cette épreuve. Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu’il a été amené à prendre. A partir de l’exploitation des documents et de vos connaissances, étudiez quelques aspects du métabolisme énergétique et des types trophiques des eucaryotes et des procaryotes. * L’exposé sera encadré par une introduction et une conclusion et sera structuré par un plan faisant apparaître explicitement les thèmes abordés et la progression suivie. * L’exposé doit se limiter aux trois thèmes abordés. Les trois parties sont indépendantes. * Le candidat ne doit pas rédiger de longs développements de ses connaissances sur le sujet indépendamment de l’exploitation des documents. * Les documents peuvent être découpés et intégrés à la copie à condition d’être exploités. THEME 1 : CHAINE RESPIRATOIRE ET ATP SYNTHASES (D’après CAPES SVT 2004 partiel) Des expériences permettent de préciser les relations entre le fonctionnement de la chaîne respiratoire et la production d’ATP par les ATP synthases. On rappelle que les ATP synthases ne permettent la diffusion facilitée des protons que si elles réalisent la synthèse d’ATP. DOCUMENT 1-1 : Mesure de la concentration de l’O2 au cours du temps, à l’aide d’une électrode de Clark, dans un milieu adéquat contenant une suspension de mitochondries. Les mitochondries sont ajoutées au temps 0. Remarque : les trois expériences sont réalisées successivement sur la même préparation mitochondriale. a) Addition de 90 µmol d’ADP et d’un excès de -hydroxybutyrate ; consommation d’O2 de la région 2 : O2 = 15 µmol. Le -hydroxybutyrate est oxydé par une déshydrogénase à NAD+ dans les mitochondries ; l’addition de malate à la place du -hydroxybutyrate aurait donné le même résultat. b) Addition de 90 µmol d’ADP, d’un excès de succinate et de roténone ; consommation d’O2 de la région 4 : O2 = 22,5 µmol. Le succinate est oxydé par une déshydrogénase à FAD dans les mitochondries. La roténone inhibe le transfert d’électrons en provenance du NADH. c) Addition de 90 µmol d’ADP, d’antimycine, et d’un excès du mélange ascorbate + TMPD ; consommation d’O2 de la région 6 : O2 = 45 µmol. Le TMPD (tétraméthyl-p-phénylènediamine) est un transporteur d’électrons réduit par l’ascorbate et qui transfère ses électrons directement au cytochrome c. L’antimycine inhibe le transfert d’électrons provenant du FADH2. N.B. Dans toute l’expérience, du Pi est présent dans le milieu. DOCUMENT 1-2 : On réalise trois expériences indépendantes (A, B et C) avec trois suspensions mitochondriales identiques. La concentration de l’O2 dans le milieu d’incubation des mitochondries est mesurée au cours du temps à l’aide d’une électrode de Clark. On ajoute successivement les substances indiquées sur les graphiques. • ADP : adénosine diphosphate. • FCCP : substance protonophore (le dinitrophénol, DNP, aurait le même effet). • Oligomycine : inhibiteur de l’ATP synthétase. THEME 2 : LES MODES DE PRODUCTION D’ATP CHEZ HALOBACTERIUM HALOBIUM D’après A. DANON & W. STOECKENIUS Proc. Nat. Acad. Sci. Vol 71, N°4, pp 1234-1238, april 1974 A- L’archaebactérie, Halobacterium halobium vit dans les DOCUMENT 2-1 milieux hypersalés. Elle ne possède pas de chlorophylles. Cultivée à la lumière, sous de faible concentration en O2, elle synthétise une protéine, la bactériorhodopsine qui forme des Type A plages de couleur pourpre pouvant occuper jusqu’à 50% de la surface membranaire totale. DOCUMENT 2-1 : Deux types d’Halobacterium sont ainsi disponibles : Le Type A qui présente de grandes plages pourpres et le type B qui n’en présente quasiment pas. Ils sont tous les deux incubés à l’obscurité sous une atmosphère exclusivement constituée de diazote (N2). Le % d’ATP intracellulaire est suivi au cours du temps. Après 30 minutes, de la lumière est appliquée durant 20 minutes (cf. flèches +h* et h* sur le document 2-1 qui présente les résultats). Après une heure, du dioxygène (O2) est fourni aux deux cultures. Type B L’action de différents inhibiteurs est étudiée sur Halobacterium. Le tableau ci-dessous récapitule les résultats : Conditions de culture Lumière Obscurité En présence d’Inhibiteurs : Anaérobiose Aérobiose Molécules protonophores 0 0 Inhibiteurs d’ATP synthases 0 0 Inhibiteurs respiratoires + 0 Valinomycine, ionophore du K+ + + N.B. + = pas d’inhibition ; 0 = inhibition DOCUMENT 2-2 DOCUMENT 2-2 : Des bactéries de type A se développant dans le noir, en milieu aérobie (O2) sont éclairées (flèche +h* du document) et les conséquences sur la production d’ATP sont envisagées ainsi que celles du retour à un milieu anaérobie. DOCUMENT 2-3 a b Quantité d’ATP produite pour différentes longueurs d’ondes après 10 minutes d’éclairement. DOCUMENT 2-3 : Comparaison du spectre d’absorption : - (a) des membranes obtenues par lyse de suspensions cellulaires d’Halobacterium halobium de type A. – (b) des seuls secteurs de membranes des plages pourpres du type A et de la quantité d’ATP produite pour différentes longueurs d’ondes après 10 minutes d’éclairement. B- La structure et le fonctionnement de la bactériorhodopsine ont été étudiés. La séquence des 246 acides aminés la molécule est la suivante : DOCUMENT 2-4 Les crochets signalent les limites des 7 régions hélicoïdales de la molécule. N.B. Les abréviations des acides aminés sont rappelées ci-dessous. - Il s’agit d’une hétéroprotéine. La lysine (K), en position 215, porte le groupement prosthétique de la molécule. Il s’agit d’un chromophore, le rétinal dont la structure et la position sont schématisées sur le document 2-5 ci-contre. Le rétinal après absorption d’un photon subit une isomérisation trans cis au cours de laquelle il perd temporairement un proton (cf. cercle pointillé). LYS 215 - Par mutagenèse dirigée, le remplacement de D 84, D 95, D 211 et R 81 par N, lèse gravement l’activité de la protéine. DOCUMENT 2-5 : La position du rétinal et son isomérisation - Expérimentalement, il est possible d’incorporer au niveau de la membrane de liposomes des molécules purifiées de bactériorhodopsine d’Halobactérium et d’ATP synthase de mitochondries de myocytes de bœuf. Cette incorporation des molécules peut se faire de façon aléatoire ou dans une orientation bien précise au sein de la membrane. Les liposomes sont ensuite placés dans un milieu dans lequel de l’ADP et du Pi sont ajoutés puis l’ensemble est éclairé. L’apparition d’ATP dans le milieu est suivie selon les positions des deux types de molécules. Les résultats sont les suivants : DOCUMENT 2-6 Conditions Position des sphères pédonculées d’ATP synthase Bactériorhodopsine Orientations b ou p (N.B. p inverse de b) Synthèse d’ATP Lumière Lumière Lumière Obscurité Vers l’extérieur Vers l’intérieur Aléatoire Vers l’extérieur b p b p b p b p oui non non non Oui (peu) non non non N.B. Si l’orientation des bactériorhodopsines est aléatoire, il n’y a jamais de synthèse d’ATP. THEME 3 : TYPES TROPHIQUES ET REPARTITION DES MICROORGANISMES D’après Bactéries et environnement, Jean Pelmont EDP Sciences 1993 Dans certains lacs en été, une stratification des microorganismes s’observe dans l’eau. De la surface vers le fond, on met en évidence successivement des algues et des cyanobactéries puis des bactéries pourpres non sulfureuses et enfin des bactéries sulfureuses. Cette stratification n’est pas permanente. Elle tend à s’effacer en eau agitée ou au cours de la saison froide. Le document 3-1 ci-dessous résume l’évolution de certains paramètres du milieu. absorbance DOCUMENT 3-1 : Evolution de la température et de la concentration en O2 et éventuellement H2S dans l’eau d’un lac en fin de saison froide (a), en été, dans un lac oligotrophe (b), c’est à dire pauvre en matières organique et minérale, et dans un lac eutrophisé (c), c' est-à-dire très riche DOCUMENT 3-2 : Absorbance comparée de 3 matières organique et minérale et en micro- microorganismes organismes (cf. ci-dessous). Différentes études sont réalisées sur les microorganismes d’eau douce. H2S . En particulier l’absorbance est mesurée en fonction de la longueur d’ondes chez 3 d’entre eux (document 3-2 ci-dessus) et la diversité des bactéries pourpres et vertes est précisée par l’étude de leur(s) mode(s) de nutrition sous différentes conditions (document 3-3 ci-dessous). DOCUMENT 3-3 : Diversité des modes de nutrition des bactéries pourpres et vertes Bactéries Exemples Vie en anaérobiose à la lumière Croissance avec l’O2 à l’obscurité Source de carbone Source d’électrons Pigments (B = bactério) POURPRES sulfureuses Non sulfureuses Chromatium Rhodospirillum OUI OUI sulfureuses Chlorobium OUI VERTES Non sulfureuses Chloronema OUI NON possible NON OUI CO2 CO2 ou composés organiques Composés organiques Bchl a (+ Bchl b) CO2 CO2 ou composés organiques surtout Composés organiques Bchl a +Bchl c (chlorosomes) H2, H2S, S composés soufrés Bchl a (+ Bchl b) H2, H2S, S composés soufrés Bchl a +Bchl c, d, e (chlorosomes) Par ailleurs une expérience simple peut être réalisée afin de reconstituer les conditions naturelles de développement des microorganismes en milieu aquatique. Le document 3-5 en récapitule les conditions et les différents résultats obtenus. DOCUMENT 3-4 : La colonne de Winogradsky C’est un dispositif permettant de sélectionner différents microorganismes, photosynthétiques ou non, à partir d’échantillons naturels comme de la terre végétale ou de la vase de rivière… Les conditions naturelles sont reproduites dans un espace clos. Il s' agit de : − mélanger ∗ des sédiments noirs (vase de bord d’étang) ∗ de la matière organique (papier, fécule de pomme de terre, œufs, vitamine B12, ...) − ajouter du plâtre (sulfate de calcium) − supplémenter en carbonate de calcium − remplir au 1/2 ou au 2/3 une éprouvette de 500 mL haute, et compléter à ras bord avec de l' eau provenant du même milieu − couvrir avec un bouchon ou un parafilm de façon non hermétique, afin de limiter l’évaporation de l’eau sans empêcher une légère oxygénation du milieu − placer ce montage près d’une fenêtre et éclairer en permanence, avec une ampoule d’au moins 60 W. Un gradient de conditions différentes s’établit rapidement et une stratification des microorganismes s’observe. L’ensemble est récapitulé dans le tableau ci-dessous. Gaz présents dans la colonne de O2 Winogradsky Microorganismes : Sommet de la colonne OUI * Dans l’eau : - Algues, Cyanobactéries et protozoaires - Bactéries sulfo-oxydantes - Bactéries pourpres non sulfureuses NON - Bactéries pourpres sulfureuses - Bactéries vertes sulfureuses NON * Dans les sédiments noirs : - Bactéries sulfato-réductrices anaérobies Base de la colonne Colonne de Winogradsky "Le fonctionnement de la « microflore» ne devait pas être envisagé comme la somme des activités individuelles, mais comme le travail d' un collectif autoréglable" Sergei Winogradsky NON H 2S 0 + ++ +++ (+ CH4) BAREME DE CORRECTION DU D.S. N°3 : Respect des consignes épreuve B plan, mots clés, collage annotés INTROGENERALE : Amener / poser le sujet / présenter les 3 thèmes THEME 1 : Intro. : Chaîne respiratoire (O2 ultime accepteur) gradt de H+ force H+motrice Synthèse d’ATP Couplage chimioosmotique Couplage osmochimique I- Relation consommation d’O2 / synthèse d’ATP : Approche quantitative DOC 1 : En absence de substrats et d’ADP, l’intensité respiratoire est très faible. L’addition de ß-hydroxybutyrate (ou de malate) alimente la chaîne respiratoire en NADH ; l’addition d’ADP permet le fonctionnement de l’ATP synthétase Ces substrats accélèrent fortement le fonctionnement de la chaîne respiratoire mesuré ici par la consommation d’O2. Lorsque tout l’ADP ajouté est transformé en ATP, la vitesse de la respiration revient à son faible niveau initial. A- Lorsque le substrat de la chaîne respiratoire est du NADH. La consommation de 90 µmoles d’ADP s’accompagne de la consommation de 15 µmoles d’O2. Mais ½ O2 seulement est utilisé lors du fonctionnement de la chaîne (comme ultime accepteur). Donc ADP utilisé / O utilisé = 90/(15x2) = 3 Donc chaque fonctionnement de la chaîne forme 3 ATP. L’addition de roténone, inhibe le transfert d’électrons en provenance du NADH et inhibe donc le phénomène précédent. B- Lorsque le substrat de la chaîne respiratoire est du FADH2. L’addition de succinate permet d’alimenter la chaîne respiratoire en FADH2 (action de la succinate déshydrogénase). L’addition d’ADP dans ces conditions fait repartir la chaîne respiratoire mais avec une stoechiométrie différente. La consommation de 90 µmoles d’ADP s’accompagne cette fois de la consommation de 22,5 µmoles d’O2. Donc ADP utilisé / O utilisé = 90/(22,5x2) = 2 Donc chaque fonctionnement de la chaîne forme 2 ATP. Deux ATP sont donc synthétisés par électron transféré du FADH2 à l’O2. C- Lorsque les électrons sont directement transmis au cytochrome c. En bloquant le précédent mécanisme par l’antimycine, on peut faire redémarrer la chaîne respiratoire en alimentant en électrons directement le cytochrome c, mais cette fois la consommation de 90 µmoles d’ADP s’accompagne de la consommation de 45 µmoles d’O2. Donc ADP utilisé / O utilisé = 90/(45x2) = 1 Donc le fonctionnement de la chaîne forme 1 seul ATP. En résumé, suivant le point d’entrée dans la chaîne respiratoire, pour ½ O2 consommé en bout de chaîne, il y aura trois, deux ou un seul ATP synthétisés en fonction du nombre de H+ subissant la translocation. Un schéma simple correctement orienté du fonct de la chaîne respiratoire doit positionner les différentes molécules citées. II- Gradient de protons, ATP synthétase et contrôle du fonctionnement de la chaîne respiratoire DOC 2 La chaîne de transfert des électrons ne fonctionne que si G’ (de la réaction d’oxydoréduction) + µH+ < 0. Lorsque le gradient de protons est tel que G’ = µH+ le transfert d’électrons s’arrête. Le fonctionnement de la chaîne exige une dissipation du gradient de H+ au fur et mesure qu’il s’établit. A- La dissipation du gradient de H+ nécessaire au fonctionnement de la chaîne respiratoire. DOC2 A : L’addition de succinate permet de fournir du FADH2 à la chaîne respiratoire. En présence de succinate et en absence d’ADP, la vitesse de respiration est très faible, liée aux faibles fuites de protons à travers la membrane qui sont indépendantes de l’ATP synthétase. L’addition d’ADP stimule fortement la consommation d’O2 car la diffusion facilitée de protons par l’ATP synthétase en présence d’ADP conduit à la dissipation plus rapide du gradient protonique et donc à l’activation plus importante de la chaîne respiratoire d’où une consommation accrue d’O2. Lorsque tout l’ADP ajouté est transformé en ATP la vitesse de respiration revient à son faible niveau initial car l’ATP synthétase ne permet la diffusion facilitée des protons que si elle réalise la synthèse d’ATP. B- Un découplant permet le fonctionnement de la chaîne non couplé à la synthèse d’ATP. DOC2 B : L’addition d’un protonophore qui permet le passage des protons à travers la membrane interne de la mitochondrie accélère très fortement le consommation d’O2, la consommation d’O2 est ici maximale (plus grande qu’en A) et ne cesse que lorsque l’O2 est entièrement consommé. La dissipation du gradient protonique provoquée par la substance protonophore est plus importance que celle due à l’ATP synthétase, c’est pour cette raison que la vitesse de consommation d’O2 est plus grande dans ce cas. La consommation d’O2 n’étant plus couplée à la synthèse d’ATP, les substances protonophores sont qualifiées de découplantes. DOC2 C : Cette figure reprend les éléments précédents et permet d’observer que l’oligomycine, inhibiteur de l’ATP synthétase, inhibe la consommation d’O2 car l’enzyme inhibée ne peut plus dissiper le gradient de protons. Dans ces conditions, l’ADP n’a plus d’effet et seul un protonophore peut faire redémarrer la consommation d’O2 mais celle-ci ne sera pas accompagnée de synthèse d’ATP. Schéma synthétique des 2 résultats Tr : La respiration aérobie est associée à d’autres voies productrices d’ATP chez certains microorganismes THEME 2 : H. halobium (halite = sel) in milieux extrêmes hypersalés +/- anoxiques mais fortement éclairés en général. I- Deux modes de production d’ATP chez H.halobium avec ou sans lumière A- La respiration aérobie : Sans O2 et à l’obscurité, le % d’ATP baisse, il est utilisé mais non reconstitué. DOC 2-1 : Le type B ne produit pas d’ATP à la lumière, mais produit, comme A, de l’ATP en présence d’O2. Phénomène inhibé par protonophores, inhibiteurs d’ATP synthases et inhibiteurs resp. donc c’est une respiration aérobie. B- Une photophosphorylation particulière : DOC 2-1 : Le type A, pourtant sans chlorophylles, mais portant des plages pourpres membranaires, produit de l’ATP en présence de lumière. Il s’agit donc d’une photophosphorylation sans chloro. Phénomène inhibé par protonophores ou inhibiteurs d’ATP synthases, donc cette synthèse d’ATP se réalise aussi par l’établissement d’un gradient de H+ qui met en action une ATP synthases membranaires. C- Des interactions entre les 2 phénomènes : DOC 2-2 Le passage obscurité / lumière en présence de O2 s’accompagne d’une chute transitoire de l’ATP qui n’est donc pas reconstitué pendant un cours laps de temps puis la production est plus importante (causes ? Un phénomène plus intense inhibant l’autre ou somme des deux ?) De même pour le passage en anaérobiose mais là on ne peut parler de la somme des deux phénomènes, la respiration étant impossible sans O2… La photophosphorylation serait alors plus efficace ? D- L’intervention de la bactériorhodopsine dans la photophosphorylation sans chlorophylles : DOC 2-3 La production d’ATP dépend de l’absorption de radiations lumineuses comprises entre 550 et 625 nm, absorption assurée par la bactériorhodopsine présente dans les seules plages pourpres de la membrane plasmique Le bleu et le rouge ne sont pas absorbés d’où la couleur pourpre et le nom de la bactériorhodopsine (rhodo = rouge). Aucun autre pigment qui absorbe entre 550 et 425nm dans le reste de la membrane n’a d’action sur le processus. Tr : L’étude moléculaire de la bactériorhodopsine et sa purification permet de préciser sa fonction. II- Relation structure-fonction de la bactériorhodopsine A- Une protéine membranaire à 7 hélices α transmembranaires DOC 2-4 7 hélices à dominante hydrophobe (richesse en A, L, I, G, F, M, P, V,W) mais aussi des polaires (surtout T et Y, N, Q et S étant plus rares, C absente) et même des chargés (D surtout mais aussi K et R , E étant plus rare) susceptibles d’interactions faibles liaisons H et électrostatiques voire comportement acido( libérant)basique(fixant) des protons B- Une chromoprotéine photosensible groupement prosthétique = rétinal (alternance de simples et de doubles liaisons) DOC 2-5 La lumière modifie la conformation du rétinal entraînant la perte d’un proton. La mutagenèse dirigée montre que l’aspartate et l’arginine jouent des rôles majeurs dans la fonction, or ces acides aminés peuvent fixer et libérer des protons. La bactériorhodopsine pourrait en présence de lumière assurer la mise en place d’un gradient de protons. C- La formation par la bactériorhodopsine d’un gradient de protons à la lumière sans chaîne photosynthétique DOC 2-6 L’orientation b de la bactériorhodopsine génère un gradient de protons par entrée de protons dans la cavité les liposomes en présence de lumière, si les sphères pédonculées des ATP synthases sont vers l’extérieur, les protons sortant des liposomes par leur stator/rotor de l’enzyme (couplage osmochimique) Une position aléatoire des bactériorhodopsines n’entraîne pas de synthèse car le gradient généré par les 50% orientées b est annulé par les 50% orientées p. C’est fou non ??? Alors que la position aléatoire des synthases elle, produit de l’ATP mais deux fois moins, seules les bien orientées assurant la synthèse, les autres ne fonctionnant pas. Conclusion : Schéma fonctionnel de la photophosphosphorylation sans l’intervention de chlorophylles. Tr : Comme Halobacter, les modes et les milieux de vie des microorganismes sont étroitement liés THEME 3 : La stratification présentée dans les lacs concerne des microorganismes eucaryotes (algues) ou procaryotes (différentes bactéries) qui réalisent différentes photosynthèses selon leur(s) type(s) trophique(s). Id. dans colonne de Winogradsky avec en + des microorg. hétérotrophes pour C (protozoaires, bact. sulfato-réductrices. I- La stratification du milieu de vie A- Stratification et lumière : Les spectres présentés DOC 3-2 montrent pour les cyanoB une absorption comparable à celles des végétaux eucaryotes. En revanche, les B pourpres absorbent dans l’infrarouge proche, elles peuvent donc vivre plus profondément sous un faible éclairement, absorbant des radiations non utilisées par les algues et les cyanobacéries. B- Stratification, saisons et productivité biologique DOC 3-1 Les variations de T et d’oxygénation du milieu sont liées. Les eaux sont froides et bien oxygénées en hiver où le milieu est appauvri en microorganismes. En milieu oligotrophe, le développement des microorganismes étant limité, c’est surtout T qui contrôle les variations f(profondeur), la solubilité de l’O2 = f(T), les eaux profondes plus oxygénées car plus froides En milieu eutrophisé, seules les eaux superficielles chaudes sont riches en oxygène car en profondeur, l’O2 a été utilisé par les microorganismes qui respirent et des produits de fermentation s’accumulent rapidement en profondeur, le milieu devenant anaérobie sous la thermocline (limite de température et d’oxygénation) La stratification s’estompe en hiver ; avec le froid, descente d’eaux de surface et remontée d’eaux profondes (up welling) Tr : Conséquence sur la répartition des microorg. II- La stratification des microorganismes et le cycle de la matière A- Stratification = f(types trophiques) Le positionnement des microorg. = f(éclairement, tolérance +/- importante à l’égard de l’O2, des composés soufrés ou de M.O., limitation de la compétition) et de leurs types trophiques DOC3-3 Photolithotrophes avec Photosynthèse oxygénique (cyanobactéries) ou non oxygénique (bactéries sulfureuses) Photoorganotrophes avec bactéries non sulfureuses avec photosynthèse non oxygénique et photophosphorylation cyclique Pourpres sulfureuses : photosynthèse non oxygénique, autotrophie pour le carbone, photolithotrophie Pourpres non sulfureuses : divers types trophiques photoorgano, chimioorganotrophes si obscurité, auto ou hétérotrophe /C B- Cycles du Soufre et du Carbone DOC 3-4 Les bactéries à respiration anaérobie sulfato-réductrices produisent H2S qui sera utilisé par les B sulfureuses photo et chimiosynthétiques (sulfooxydantes) ; du CO2 utilisé par les autotrophes /C. Le plâtre favorise le dévt des sulfato-réductrices, la M.O. les non sulfureuses hétérotrophes, le CaCO3 les autotrophes/C. Conclusion : Le milieu est en évolution dans l’espace et dans le temps en fonction des matières nutritives disponibles, du gradient de O2 et de H2S. Un cycle de la matière s’installe en particulier pour le soufre (sulfo-oxydantes et sulfatoréductrices) et le carbone (autotrophe / hétérotrophe), d’où la phrase de Serguei Winogradsky Conclusion générale Diversité des processus supérieure chez PRO /Eucaryotes fondamentale dans les cycles de la matière BAREME DE CORRECTION DU DEVOIR N°3 Première partie = synthèse Les détails et les illustrations attendus sont ceux du cours de sup s’y reporter utilement… Présentation générale : orthographe, couleurs, mots clés, soin rédaction, qualité, illustrations Introduction : Amener Notion de macromolécule, PM, polymère, structure spatiale en relation avec fonction Poser le problème Diversité fonctionnelle des protéines (catalyse pour les enzymes) associée au déterminisme génétique de la séquence I II III IV (diversité des enzymes) Définir : protéine : macromolécule séquencée, polymère d’acides aminés, st I, II, III, IV (éventuellement) déterminant la fonction ; enzyme = molécule accélérant des réactions thermodynamiquement possibles dans des conditions compatibles avec la vie. Donner la problématique : caractères de la molécule déterminent la catalyse, ses modalités, sa cinétique, ses contrôles Déduire le plan conditions de la catalyse, phénomènes moléculaires et relations structures/cinétiques Qualité du plan : formulation des titres adaptée au sujet, adéquation au contenu I. L’enzyme : une protéine catalysant une réaction sous certaines conditions A. Sensibilité à la température et au pH (optimum, activation/dénaturation) B. Activation de la protéine enzyme (clivage protéolytique, phosphorylation, cofacteurs) C. Etablissement d’un complexe enzyme substrat (ex cinétique michaelienne) sous sa forme de transition Tr. Acquisition structure spatiale fonction II. La catalyse au niveau moléculaire f(structure spatiale) A. L’exemple de la chymotrypsine (triade catalytique, attaque nucléophile, intermédiaire tétraédrique, rupture liaison peptidique, acylenzyme, hydrolyse) B. Le site actif des enzymes (taille réduite double spécificité : fixation, positionnement/catalyse ; hydrophobicité) importance de la structure tertiaire C. Affinité (Km, K0,5) (stéréo)spécificité, adaptation induite (interactions avec le substrat) Tr. Cinétiques non toujours michaeliennes et divers effecteurs contrôlant l’activité enzymatique III. Cinétiques et structures des enzymes A. Cinétique michaelienne / structure III & non michaelienne et structure IV Coopérativité allostérie B. Les effecteurs et les sites régulateurs de l’enzyme (inhibiteurs / activateurs ; relax = tense) Conclusion : Récapitulatif / Ouverture par exemple sur Ribozyme nature ribonucléique et catalyse enzymatique NOTE DE LA SYNTHESE SUR 20 plan ENS
