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Utilisation de la
catalyse
On a montré que l'on
pouvait contrôler la vitesse d'une réaction à
l'aide d'un catalyseur.
Questions discussion réponse
- citer un catalyseur vu dans
les cours précédent
- rappeler la définition d'un catalyseur
Réponses :
- lors de l'estérification,
on utilisé l'acide sulfurique (H3O+)
comme catalyseur.
- Un catalyseur est une espèce chimique qui augmente la
vitesse d'une transformation sans être consommée.
Il n'apparaît pas dans l'équation bilan de la réaction.
I. Les différents
types de catalyse.
On distingue :
- la catalyse homogène,
quand le catalyseur et les réactifs sont dans la même
phase (solide ou liquide ou gazeux).
- la catalyse hétérogène, quand le catalyseur
et les réactifs sont dans des phases différentes.
- La catalyse enzymatique, quand le catalyseur est une enzyme.
II. Utilisation de la catalyse.
Nous allons étudier
comment accélérer la réaction de dismutation
de l'eau oxygénée par les trois types de catalyse
citées plus haut.
Le peroxyde d'hydrogène
H2O2 (eau oxygénée) n'est pas stable : il se décompose
lentement selon une réaction d'oxydo-réduction
appelée dismutation symbolisée par l'équation
:
2 H2O2
(aq)= O2(g) + 2 H2O
(l)
Cette dismutation peut être
accélérée par différents moyens.
Question discussion réponse
Dans chaque expérience
que vous observerez, indiquer :
o si la transformation a lieu.
o s'il s'agit d'une catalyse homogène, hétérogène
ou enzymatique.
EXPERIENCE N° 1 TEMOIN
:
- on verse dans un bécher
propre, 50 mL d'une solution de peroxyde d'hydrogène à
110 Volumes.
- on observe.
EXPERIENCE N° 2 :
- on verse dans un bécher
propre, 50 mL d'une solution de peroxyde d'hydrogène à
110 Volumes.
- on ajoute quelques grains de pierre ponce.
- on observe.
EXPERIENCE N° 3 :
- on verse dans un bécher
propre, 50 mL d'une solution de peroxyde d'hydrogène à
110 Volumes.
- on ajoute une spatule de sulfate de cuivre.
- on observe.
EXPERIENCE N° 4 :
- on verse dans un bécher
propre, 50 mL d'une solution de peroxyde d'hydrogène à
110 Volumes.
- on ajoute quelques gouttes de jus de radis contenant une protéine
: la catalase (voir infos supplémentaires)
- on observe.
Compléter le tableau
:
Tableau réponse :
III. Sélectivité des catalyseurs.
A partir d'un même réactif,
une transformation peut être favoriser selon le catalyseur
utilisé.
On dit que les catalyseurs sont sélectifs.
Exemple :
Etude
documentaire à propos de la sélectivité
des enzymes.
Source : Groupe de
Sciences Physiques de l'Académie de Toulouse.
ftp://ftp.ac-toulouse.fr/sc_phy/chi/ter1/tc/ctsad13.doc
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Avec quelle vitesse et quelle
sélectivité les réactions biologiques sont-elles
catalysées par les enzymes ?
I1 n'est pas du tout inhabituel
pour un enzyme d'accélérer une réaction
chimique d'un facteur 10 milliard. S'il vous a
fallu cinq secondes pour lire la phrase précédente,
il vous aurait fallu 10 milliards de fois plus de temps, 1500
ans, sans l'accélération de vos réactions
enzymatiques (catalysées par des enzymes). L'effet est
énorme. Cela rend la vie possible.
Une autre particularité de la catalyse enzymatique, c'est
sa sélectivité.
Un catalyseur chimique simple, tel que l'acide sulfurique, peut
accélérer un grand nombre de réactions chimiques
différentes, mais ce manque de sélectivité
n'est normalement pas un problème pour les chimistes.
On peut ajouter
le catalyseur à un mélange réactionnel qui
ne contient que les produits chimiques nécessaires à
la réaction qu'on veut entreprendre.
Les enzymes, cependant, doivent fonctionner dans des systèmes
vivants, avec des centaines de réactifs potentiels dans
la cellule. Les enzymes doivent donc être sélectifs
pour ne provoquer que les réactions nécessaires.
La sélectivité provient
du fait que les enzymes se lient à leur substrat avant
de catalyser la réaction. La poche de l'enzyme dans laquelle
le
substrat se fixe a une forme bien précise, qui n'accepte
que certains substrats et pas les autres.
Cette sélectivité permet à l'enzyme de ne
catalyser que la réaction du substrat voulu, mais il y
a aussi une autre forme de sélectivité. Un substrat
donné peut subir plusieurs réactions; l'enzyme
sélectionnera seulement celle qui donne le produit souhaité.(…)
En décrivant la liaison
d'un substrat dans la cavité d'une enzyme, on supposait
que la cavité avait déjà une forme bien
définie, prête à recevoir le substrat. C'est
inexact. On a pu démontrer que pour beaucoup d'enzymes,
et on pense que
c'est vrai pour tous, la cavité a une forme plutôt
ouverte qui permet au substrat d'y entrer aisément et
qu'ensuite,
la cavité de l'enzyme se referme autour du substrat pour
"l'agripper " plus fermement.
Au départ, les gens parlaient d'un substrat ajusté
à l'enzyme de la même façon qu'une clé
entre dans une serrure.
En fait, on sait maintenant que le modèle de la plante
carnivore est plus proche de la réalité. Cette
plante se referme
sur les insectes malchanceux. Le repliement de la fleur est déclenché
par la présence de la mouche, de la même façon
que la présence du substrat déclenche le repliement
de la protéine. Quand la réaction catalysée
est terminée,
l'enzyme se redéploie pour éjecter les produits
et recevoir une nouvelle molécule de substrat. |
Questions (source : Groupe de Sciences Physiques de l'Académie
de Toulouse)
ftp://ftp.ac-toulouse.fr/sc_phy/chi/ter1/tc/ctsad13.doc
1. En vous servant du texte,
évaluer le temps qu'il vous aurait fallu pour passer le
bac sans la présence de vos enzymes (On prendra 18 ans
comme étant l'âge moyen des élèves
passant le bac).
2. Citer les deux types de sélectivité d'un enzyme.
Expliquer l'importance de ces sélectivités dans
le cas précis des enzymes.
Réponses :
1. Sans la présence
des enzymes, la durée des transformations est multipliée
par un facteur d'environ 10 milliards.
La sélectivité provient du fait que les enzymes
se lient à leur substrat avant de catalyser la réaction.
Cette sélectivité permet à l'enzyme de ne
catalyser que la réaction du substrat voulu.
2. Il y a aussi une autre forme de sélectivité.
Un substrat donné peut subir plusieurs réactions;
l'enzyme sélectionnera seulement celle qui donne le produit
souhaité.(…) |
