Exercice I

BAC S 2013 Métropole
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EXERICE I - UN CATALYSEUR ENZYMATIQUE, L'URÉASE (5 points)
|L'uréase est une enzyme découverte par J-B |[pic] |
|Summer en 1926. Elle joue un rôle important au|Haricot sabre |
|sein des organismes vivants dans la | |
|décomposition d'une molécule organique, | |
|l'urée. On trouve l'uréase dans des organismes| |
|végétaux (comme le haricot sabre) mais | |
|également dans des bactéries pathogènes | |
|(telles que Helicobacter pylori). | |
|Une enzyme est une macromolécule. Les |[pic] |
|différentes parties de cette molécule sont |Structure 3D de l'uréase |
|liées entre elles notamment par des liaisons | |
|hydrogène qui se forment plus ou moins | |
|facilement suivant la température. Ces | |
|liaisons conduisent à la formation d'une | |
|structure tridimensionnelle présentant de | |
|nombreux replis (voir image ci-contre). La | |
|réaction, que catalyse l'enzyme, se produit au| |
|sein de l'un de ces replis appelé alors site | |
|actif. | | L'objectif de cet exercice est l'étude du rôle de l'uréase et de
l'influence de certains paramètres sur son activité. Données :
> couples acide/base : H3O+ (aq) / H2O (l) ; NH4+ (aq) / NH3 (aq)
> pKa du couple NH4+ (aq) / NH3 (aq) = 9,2 |Document 1. Influence de la température sur l'activité enzymatique |
|La cinétique de la réaction catalysée est directement liée à l'activité de |
|l'uréase : plus l'activité est grande, plus la réaction est rapide. |
|L'activité relative, représentée sur le graphe ci-dessous, est le rapport de|
|l'activité de l'enzyme sur son activité maximale, dans des conditions fixées|
|de température, de pH et pour une quantité d'enzyme donnée. |
|------------------------------------------------------------- |
|Condition expérimentale : |
|pH = 7,0 (solution tampon au phosphate de concentration molaire 20 mmol.L-1)|
| |
| |
|Activité relative (en pourcentage) de l'uréase en fonction de la température|
|[pic]? en °C |
| |
|D'après le site http://www.toyobospusa.com/enzyme-URH-201.html |
|Document 2. Influence du pH sur l'activité enzymatique |
| |
|Condition expérimentale : température ? = 30°C |
|Activité relative (en pourcentage) de l'uréase en fonction du pH |
|[pic]pH |
| |
|D'après le site http://www.toyobospusa.com/enzyme-URH-201.html |
1 Activité enzymatique de l'uréase
L'urée (NH2 - CO - NH2) réagit avec l'eau pour former de l'ammoniac NH3 et
du dioxyde de carbone.
Au laboratoire, on réalise deux expériences :
> On dissout de l'urée dans de l'eau. Aucune réaction ne semble avoir
lieu. Le temps de demi-réaction est estimé à 60 ans.
> On dissout de l'urée dans de l'eau en présence d'uréase. Il se forme
quasi-immédiatement les produits attendus. Le temps de demi-réaction
vaut 2(10-5 s. 1 L'uréase, un catalyseur 1 Écrire l'équation de la réaction chimique entre l'urée et l'eau.
3 Rappeler la définition du temps de demi-réaction.
5 En quoi les résultats des expériences permettent-ils de considérer
l'uréase comme un catalyseur ? 2 Effet de la température sur l'activité enzymatique 1 Quelle est en général l'influence de la température sur la cinétique
d'une réaction chimique ? 2 En utilisant le document 1, décrire l'influence de la température sur la
cinétique de la réaction catalysée. 3 À l'aide du texte introductif, comment peut-on expliquer la différence
entre le cas général (question 1.2.1) et celui décrit à la question
1.2.2. ? 3 L'uréase dans le milieu stomacal |La bactérie Helicobacter pylori (H.pylori) est| |
|responsable de la plupart des ulcères de | |
|l'estomac chez l'Homme. On souhaite savoir |Helicobacter pylori |
|comment elle réussit à survivre dans un milieu| |
|très acide, comme l'estomac, en attendant de | |
|rejoindre la muqueuse stomacale où elle pourra| |
|se développer. | |
|Dans la H.pylori, la réaction de production de| |
|l'ammoniac à partir de l'urée se fait selon le| |
|processus présenté dans la première partie | |
|« Activité enzymatique de l'uréase ». | |
| | |
1 Le contenu de l'estomac est un milieu très acide qui peut être considéré
comme une solution d'acide chlorhydrique de concentration 1,0×10-2
mol.L-1. Sachant que l'acide chlorhydrique est un acide fort, calculer
le pH de ce milieu. 2 À ce pH, quelle espèce chimique du couple NH4+(aq) / NH3(aq) prédomine ?
Justifier la réponse. 3 La bactérie utilise son uréase pour catalyser la réaction de l'urée avec
l'eau, ainsi elle sécrète de l'ammoniac dans son environnement proche.
Dans l'estomac, l'ammoniac réagit avec les ions H3O+ selon l'équation
chimique : NH3(aq) + H3O+(aq) [pic] NH4+(aq) + H2O(l).
Quelle est la conséquence de la sécrétion d'ammoniac par la bactérie sur le
pH de la solution autour d'elle ?
4 L'enzyme sécrétée par la bactérie H.pylori n'est pas l'uréase seule mais
une association de l'uréase avec d'autres entités chimiques. En quoi le
document 2 illustre-t-il le fait que l'uréase seule ne peut pas agir
dans l'estomac ?