النشاط اللأنزيمي للبروتينات شعبة علوم تجريبية

درس : التخصص الوظيفي للبروتينات

المجال التعليمي:01 التخصص الوظيفيللبروتينات.

الوحدة التعليمية 3: النشاط الأنزيميللبروتينات.
الإشكالية: ما هي الإنزيمات ؟ما هي خصائص هذهالجزيئات؟ ما هي شروط عملها؟

الأداء 1: مفهومالإنزيم و أهميته

تمهيد:
تعمل أعضاء الجسم باستعمالالمغذيات الناتجة عن هضم المواد الغذائية,تتم عملية الهضم بوجود العصارات الهاضمةالتي تحتوى على جزيئات بروتينية تختلف أدوارها باختلاف المواد التي تؤثر فيها تدعىالإنزيمات الهاضمة.
1.1 تذكير بالمكتسبات:
إشكالية : ماهو مفهوم الإنزيم؟ ما هو تأثيره على النشاطات الأيضية؟
التقصي 1 : مستغلاالوثيقة ص 58.
1. استنتج نواتج تحلل النشاء مبررا دور الإنزيمات في ذلك.
2. قدم تعريفا للإنزيم.
الإجابة:
1. تتمثل نواتج تحلل النشاءفي:
النشاء-(الاميلاز)–> الدكسترينات-(الاميلاز)–> المالتوز(سكر الشعير) –—-(المالتاز)—> سكريات بسيطة(سكرالعنب=غلوكوز)
تبسيط النشاء يتم بواسطة إنزيمات الأميلاز.
تقوم الإنزيماتالهاضمة بتسريع التفاعلات الكيميائية لتبسيط الغذاء,يتميز عمل الإنزيماتبالخصوصية,فإنزيم الأميلاز يؤثر على النشويات فقط,البروتيباز يؤثر على البروتيناتفقط, و يؤثر الليباز على الدسم فقط,عمل الإنزيمات نوعي.
2. تعريفالإنزيم:
الإنزيمات هي بروتينات(وسائل حيوية) تعمل على تسريع التفاعلاتالكيميائية في شروط محددة, تتميز بتأثيرها النوعي اتجاه مادة التفاعل(ركيزة) معينة.
2.1. عواقب غياب أو نقص إنزيم على النشاطاتالأيضية:
إشكالية: ما هي عواقب غياب أو نقص إنزيم على النشاطاتالأيضية؟
التقصي: نستعرض الحالتين المرضيتين ص 59,58 .
الحالةالأولى: مرض عدم اللاكتوز(intolérance au lactose)
الحالة الثانية: أمراض تخزين الغليكوجين(glycogénose)منها مرض الذي يظهر عند بعض الأطفال عندالولادة(glycogénose type1 )
1_ اقترح فرضية لتفسير سبب المرض في الحالةالأولى.
2_ هل يوجد علاج لهذه الحالة؟
3_ هل يؤدي المرض في الحالة الثانيةإلى ارتفاع أو انخفاض نسبة الغلوكوز في الدم؟ علل إجابتك؟
الإجابة:
1_ الفرضية المقترحة: *غياب أو نقص في نشاط إنزيم اللاكتاز محلل لسكر اللاكتوز(سكرالفواكه).
2_اقتراح علاج للحالة 1 :
* تفادي تناول الحليب و مشتقاته هذا علاجمؤقت لان لا يمكن للشخص أن لا يتناول الحليب و مشتقاته كليا.
* تناول غذاء عبارةعن إنزيم اللاكتاز عند تناول غذاء فيه حليب أو مشتقاته.
* هذا المرض ليسبوراثي,لأنه لم يصب به الشخص بعد الولادة.
* فقد تكون هناك إصابة بالتهابات فيالأمعاء أو أمراض تصيب الجهاز الهضمي تؤدي إلى ضعف قدرة الخلايا المفروزة لهذاالإنزيم و منه يمكن علاجها بالأدوية المناسبة.
3_ يؤدي المرض في الحالة الثانيةإلى نقص و انخفاض نسبة السكر(الغلوكوز) في الدم خاصة في الفترات التي لا يتم فيهاتناول غذاء غني بالسكر.
التعليل: غياب نشاط الإنزيم غلوكوز 6 فوسفات الذي يساهمفي تحليل و تبسيط الغليكوجين إلى غلوكوز.
Glucose-6-phosphate —(glucose-6-phosphatase)—> glucose
العلاج: لا يوجد علاج كون المرضوراثي.

الأداء 3 : دراسة تأثير تغيرات أل PH الوسط على نشاط الإنزيم

* نشاطالإنزيم يتأثر بشروط الوسط الذي يعمل فيه, من بينها درجة حموضةالوسط.
إشكالية: كيف تؤثر تغيرات درجة الحموضة PH على نشاط الإنزيمات؟
التقصي: مستغلا الوثيقة 1 ص 67
1_ حلل المنحنيات, ثم استنتج تأثير PH علىنشاط الإنزيم.
2_ ارسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة درجة PH ؟ ماذا تستنتجفيما يخص العلاقة بينهما؟
3_ اقترح تفسيرا لآلية تأثير PH على نشاطالإنزيم.
الإجابة:
1_ تحليل المنحنيات: تمثل المنحنيات تغيرات تركيزأل O2 (ملغ/ل) بدلالة تغيرات درجة أل PH.
عند 4= PH و 10= PHنلاحظ ثبات تركيز O2 عند القيمة 8 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم,يدل على عدم استعماله من طرفالإنزيم.
عند 6 PH=و 8= PHنلاحظ تناقص معتبر و متباطئ و نسبي في تركيز O2 يصلإلى القيمة 3 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم,يدل على استعماله من طرف الإنزيم بكميةمحدودة.
عند 7= PH نلاحظ تناقص سريع و شديد و معتبر في تركيز O2 يصل إلى القيمة 0.5 (ملغ/ل) ثم ثباته بعد إضافة الإنزيم,يدل على استعماله من طرف الإنزيم بكميةكبيرة.
الاستنتاج:
نشاط الإنزيم يتأثر ب PH الوسط فيكون نشاطه أعلى فيدرجة PH محددة تقدر 7.
2_ رسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة درجة PH :
* استنتاج العلاقة بين سرعة التفاعل و درجة أل PH:
– يكون نشاط الإنزيمأعظميا(يبلغ حده الأقصى) عند درجة PH المثلى.
3_آلية تأثير أل PH على نشاطالإنزيم:
تؤثر درجة حموضة الوسط على الحالة الكهربائية للوظائف الجاذبية الحرةللأحماض الأمينية( NH2 و (COOH في السلاسل البيتيدية و خاصة تلك الموجودة على مستوىالموقع الفعال بحيث:
– في الوسط الحامضي 7> PH: تصبح الشحنة الكهربائيةالإجمالية موجبة.
– في الوسط القاعدي 7< PH: تصبح الشحنة الكهربائيةالإجمالية سالبة.
يفقد الموقع الفعال شكله المميز بتغير حالته الأيونية, هذا مايعيق تثبت مادة التفاعل, و بالتالي يمنع حدوث تفاعل.
النتيجة:
لكلإنزيم درجة حموضة PH مثلى,يكون نشاطه عندها أعظميا والتي تختلف من إنزيم إلىآخر.

الأداء 4 : دراسة تأثير تغيرات درجة الحرارةالوسطعلى نشاطالإنزيم.

إشكالية: كيف تؤثر تغيرات درجةالحرارة الوسط على نشاط الإنزيم؟
التقصي: مستغلا الوثيقة 1 ص 68
1_ حللالمنحنيات, ثم استنتج تأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيم.
2_ ارسم منحنىتغيرات سرعة التفاعل بدلالة درجة الحرارة ؟ ماذا تستنتج فيما يخص العلاقةبينهما؟
3_ اقترح تفسيرا لآلية تأثير درجة الحرارة على نشاطالإنزيم.
الإجابة:
1_ تحليل المنحنيات:
تمثل المنحنيات تغيراتتركيز أل O2 (ملغ/ل) بدلالة تغيرات درجة الحرارة:
* عند الدرجة 60° و 70°: نلاحظثبات تركيز O2 عند القيمة 8 و 7 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم, يدل على عدم استعمالهمن طرف الإنزيم.
* عند الدرجة10° : نلاحظ تناقص طفيف و متباطئ و نسبي في تركيز O2 يصل إلى القيمة 5 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم, يدل على استعماله من طرف الإنزيمبكمية محدودة.
* عند الدرجة 35°: نلاحظ تناقص سريع و شديد و معتبر في تركيز O2 يصل إلى القيمة 0.5 (ملغ/ل) ثم ثباته بعد إضافة الإنزيم, يدل على استعماله من طرفالإنزيم بكمية كبيرة.
الاستنتاج:
نشاط الإنزيم يتأثر بدرجة حرارةالوسط,فيكون نشاطه أعلى عند درجة حرارة متوسطة تقدر ب :37°.
2_ رسم منحنى تغيراتسرعة التفاعل بدلالة درجة الحرارة: (….)
* استنتاج العلاقة بين سرعة التفاعل ودرجة الحرارة:
– يكون نشاط الإنزيم أعظميا(يبلغ حده الأقصى) عند درجة الحرارةمثلى.
3_آلية تأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيم:
يتم النشاط الإنزيمي ضمنمجال محدد من درجة الحرارة بحيث:
– نقل حركة الجزيئات بشكل كبير في درجاتالحرارة المنخفضة, و يصبح الإنزيم غير نشط.
– تنخرب البروتينات ( الإنزيمات) فيدرجات الحرارة المرتفعة (اكبر من 40° درجة), و تفقد نهائيا بنيتها الفراغيةالمميزة, و بالتالي تفقد وظيفة التحفيز(القيام بدورها و عملها).
النتيجةيبلغ التفاعل الإنزيمي سرعة أعظمية من درجة حرارة مثلى هي درجة حرارة الوسطالخلوي(37° عند الإنسان) .

* نمذجة تأثير درجة الحرارة ودرجةالحموضة على النشاط الانزيمي:

دراسة الوثيقة 2 ص 68 :
إنتغير البنية الفراغية قد يكون بعدة أشكال و صور حسب نوع التأثير (درجة الحرارة ودرجة الحموضة PH) و حسب نوع الروابط التي تم تكسيرها,مما تغير من البنية الفراغيةللإنزيم,و بالتالي شكل الموقع الفعال.فمهما كان نمط التغير سوف يؤدي في النهاية إلىنفس النتيجة و هي فقدان الإنزيم لنشاطه (وظيفته).
تطبيق:
1-حددأوجه التشابه والاختلاف في تأثير كل من الحرارة و PH على نشاط الإنزيم
2-انطلاقامن المعارف المبنية و معارفك الخاصة اكتب نصا علميا تلخص فيه أهمية التعرف علىخصائص الإنزيمات و شروط عملها,مبرزا العلاقة بينها و بين ضمان شروط صحية لحياةأطول.

الأداء 2: النشاط الإنزيمي و علاقتهببنية الإنزيم
*الإنزيمات هي بروتينات ذات بنية و وظيفة محدودة,تعمل علىتنشيط التفاعلات الكيميائية.
إشكالية:
ماهي خصائص الإنزيم التيتمكنه من القيام بدوره؟كيف يمكن قياس نشاطه؟
2-1/ تغيرات السرعة الابتدائيةللتفاعل الإنزيمي بدلالة تركيز مادة التفاعل.
التقصي: مستغلا التجربة 3 ص 65 (الجدول + الوثيقة 5).
1_ ارسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة تركيز مادةالتفاعل ؟
2_ حلل المنحنى؟ ماذا تستنتج؟
3_ اقترح فرضية أو فرضيات لتعليلتغيرات سرعة التفاعل الإنزيمي في التراكيز المرتفعة لمادةالتفاعل.
الإجابة:
1_ رسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة تركيزمادة التفاعل.
2_ تحليل المنحنى:
من 1 الى 300: نلاحظ تزايد سرعة التفاعلالإنزيمي بتزايد تركيز المادة(S).
انطلاقا من 300: نلاحظ ثبات سرعة التفاعلالإنزيمي مهما زاد تركيز المادة(S).
الاستنتاج: تثبت سرعة التفاعلالإنزيمي عند التراكيز العالية لمادة التفاعل.
3_ الفرضية المقترحة:
ثباتالسرعة الابتدائية للتفاعل الإنزيمي عندما يبلغ تركيز مادة التفاعل(S) حد معين, يعود إلى كون الإنزيم قد بلغ طاقته القصوى(تشبع الإنزيم لمادةالتفاعل).

2-2/ تغيرات الحركية الإنزيمية بدلالة طبيعة المادة(مادةالتفاعل).

التقصي: مستغلا التجربة 4 ص 65 ( الوثيقة 6).
1_فسرعدم استهلاك الأكسجين في حالة الفراكتوز؟
2_ ماذا تستنتج فيما يخص علاقة الإنزيملمادة التفاعل.
الإجابة: 1_ يلاحظ ثبات تركيز O2في وجود الفراكتوز ,هذايدل على عدم استعماله من طرف الإنزيم و يلاحظ انخفاض شديد في تركيز O2 في وجودالجلوكوز, و هذا يدل على استعماله بكمية كبيرة من طرف الإنزيم.
الاستنتاج:
الإنزيم مادة متخصصة على نوع محدد من موادالتفاعل.

2-3/ النماذج الجزئية للأنزيم و مادةالتفاعل.

التقصي: مستغلا التجربة 7 ص65.
1_ ماذا تستنتج فيما يخصالعلاقة بين البنية الفراغية للإنزيم و مادة التفاعل؟
2_ ما هي العلاقة بينأشكال الوثيقة 7 وثبات سرعة التفاعل عند التراكيز العالية لمادة التفاعل في التجربة 3.
3_ هل تأكدت من إحدى الفرضيات المقترحة.
4_ اقترح تسمية لموقع ارتباط مادةالتفاعل مع الإنزيم.
الإجابة:
1_ نلاحظ انه هناك تكامل في البنيةالفراغية لجزء صغير من الإنزيم (تجويف صغير) و مادة التفاعل.
2_ ثبات سرعةالتفاعل عند التراكيز العالية لمادة التفاعل يعود إلى كون مواقع التثبيت عندالإنزيم محدودة(عدد ثابت) حيث تبلغ سرعة التفاعل الإنزيمي أقصى حد لها(سرعةعالية).
3_ هذا ما يتوافق مع الفرضية وجود مواقع مع الإنزيم ترتبط بها مادةالتفاعل.
4_ يدعى ارتباط مادة التفاعل مع الإنزيم: الموقعالفعال.

2-4/ العلاقة بين الإنزيم و مادةالتفاعل

التقصي: مستغلا التجربة 8 ص66.
1_ قارن شكل الإنزيم ومادة التفاعل في الشكلين (أ) و(ب) قبل و بعد الارتباط, ماذا تستنتج؟
2_ حدد نوعالتفاعل الذي يقوم به الإنزيم في الحالات (ج),(و),(د).ما هو نوع التفاعل الذي ينتميإليه إنزيم GO و Catalase؟ علل ذلك.
الإجابة:
1_ المقارنة:
فيالحالة (أ): يوجد تكامل بنيوي بين شكل الموقع الفعال للإنزيم و شكل مادةالتفاعل

في الحالة (ب):لا يوجد تكاملبنيوي بين شكل الموقع الفعال للأنزيم و شكل مادة التفاعل,و لهذا يضطر الأنزيم إلىتغيير شكل موقعه الفعال ليصبح مكملا لشكل المادة.
النتيجة:
التكاملالبنيوي ضروري بين الموقع الفعال للإنزيم و مادة التفاعل.
2_ نوع التفاعل الذييقوم به الإنزيم:
في الشكل (ج) : التحول الكيميائي.
في الشكل (د) : التحلل.
في الشكل (و) : البناء.
* التفاعل الذي ينتمي إليه الإنزيم [GO] هوتفاعل التحول الكيميائي (الشكل ج).
التعليل: انطلاقا من مادة التفاعل (Glucose + O2) ينتج عنها مواد جديدة:
حمض غلوكو….* + .H2O2
* التفاعل الذي ينتمي إليهإنزيم Catalase هو تفاعل التحلل(الشكل د).
التعليل: انطلاقا من مادة التفاعل( H2O2) ينتج عنها مواد مكونة لها ( .(O2-H2O
الخلاصة:
– يرتكز التأثيرالنوعي للإنزيم و مادة التفاعل على شكل معقد (أنزيم- مادة التفاعل) (ES) ينشأ أثناءحدوثه روابط (ضعيفة) انتقالية بين جزء من مادة التفاعل و منطقة خاصة من الأنزيمتدعى: الموقع الفعال.
– يحدث التكامل البنيوي بين الموقع الفعال للإنزيم و مادةالتفاعل عند اقتراب هذه الأخيرة والتي تحفز الإنزيملتغيير شكله الفراغي (بنيته) فيصبح مكملا لشكل مادة التفاعل:انه التكامل المحفز.
– إن تغير شكل الإنزيم يسمحبحدوث التفاعل لان المجموعات الكيميائية
الضرورية لحدوثه تصبح في الموقعالمناسب للتأثير على مادة التفاعل