الانزيمات

[سطايفية بكل فخر]

المجالالتعليمي:01 التخصص الوظيفي للبروتينات.


الوحدة التعليمية 3: النشاط الأنزيمي للبروتينات.
الإشكالية: ما هي الإنزيمات ؟ما هيخصائص هذه الجزيئات؟ ما هي شروطعملها؟


الأداء 1: مفهوم الإنزيموأهميته


تمهيد:
تعملأعضاءالجسم باستعمال المغذياتالناتجة عن هضم المواد الغذائية,تتم عملية الهضم بوجودالعصارات الهاضمة التي تحتوى على جزيئات بروتينيةتختلف أدوارها باختلاف الموادالتي تؤثر فيها تدعى الإنزيمات الهاضمة.
1.1 تذكيربالمكتسبات:
إشكالية : ما هو مفهوم الإنزيم؟ ما هوتأثيره علىالنشاطاتالأيضية؟
التقصي 1 : مستغلا الوثيقة ص 58.
1. استنتجنواتج تحلل النشاء مبررا دور الإنزيمات فيذلك.
2. قدم تعريفاللإنزيم.
الإجابة:
1. تتمثل نواتج تحلل النشاءفي:
النشاء-(الاميلاز)--> الدكسترينات-(الاميلاز)--> المالتوز(سكر الشعير) –----(المالتاز)---> سكريات بسيطة(سكرالعنب=غلوكوز)
تبسيط النشاءيتمبواسطة إنزيماتالأميلاز.
تقومالإنزيماتالهاضمة بتسريع التفاعلات الكيميائية لتبسيط الغذاء,يتميز عملالإنزيماتبالخصوصية,فإنزيمالأميلاز يؤثر على النشويات فقط,البروتيباز يؤثر على البروتيناتفقط, و يؤثر الليباز على الدسم فقط,عمل الإنزيماتنوعي.
2. تعريفالإنزيم:
الإنزيمات هي بروتينات(وسائل حيوية) تعمل على تسريعالتفاعلات الكيميائية في شروط محددة, تتميز بتأثيرهاالنوعي اتجاه مادةالتفاعل(ركيزة) معينة.
2.1. عواقبغياب أو نقص إنزيم على النشاطات الأيضية:
إشكالية:ما هي عواقبغياب أو نقص إنزيم علىالنشاطاتالأيضية؟
التقصي: نستعرض الحالتين المرضيتين ص 59,58 .
الحالة الأولى: مرض عدماللاكتوز(intolérance au lactose)
الحالةالثانية: أمراض تخزينالغليكوجين(glycogénose)منهامرض الذي يظهر عند بعض الأطفال عندالولادة(glycogénose type1 )
1_ اقترح فرضيةلتفسير سبب المرض في الحالة الأولى.
2_ هل يوجد علاج لهذهالحالة؟
3_ هل يؤدي المرض في الحالة الثانية إلى ارتفاع أوانخفاضنسبة الغلوكوز في الدم؟علل إجابتك؟
الإجابة:
1_ الفرضيةالمقترحة: *غياب أو نقص في نشاط إنزيم اللاكتاز محلللسكر اللاكتوز(سكرالفواكه).
2_اقتراح علاج للحالة 1 :
* تفادي تناول الحليبو مشتقاتههذا علاج مؤقت لان لايمكن للشخص أن لا يتناول الحليب و مشتقاتهكليا.
* تناول غذاء عبارة عنإنزيماللاكتاز عند تناول غذاءفيه حليب أو مشتقاته.
* هذا المرض ليس بوراثي,لأنه لم يصب به الشخص بعدالولادة.
* فقد تكون هناكإصابةبالتهابات في الأمعاء أوأمراض تصيب الجهاز الهضمي تؤدي إلى ضعف قدرة الخلاياالمفروزة لهذا الإنزيم و منه يمكن علاجهابالأدويةالمناسبة.
3_ يؤدي المرض فيالحالةالثانية إلى نقص و انخفاضنسبة السكر(الغلوكوز) في الدم خاصة في الفترات التي لايتم فيها تناول غذاء غني بالسكر.
التعليل: غيابنشاط الإنزيم غلوكوز 6 فوسفات الذي يساهم في تحليل و تبسيطالغليكوجين إلى غلوكوز.
Glucose-6-phosphate ---(glucose-6-phosphatase)---> glucose
العلاج: لا يوجد علاج كونالمرض وراثي.


الأداء 3 : دراسة تأثير تغيراتأل PH الوسطعلىنشاطالإنزيم


* نشاط الإنزيم يتأثر بشروط الوسطالذي يعمل فيه, من بينها درجة حموضةالوسط.
إشكالية: كيف تؤثرتغيرات درجة الحموضة PH على نشاط الإنزيمات؟
التقصي: مستغلاالوثيقة 1 ص 67
1_ حلل المنحنيات, ثم استنتجتأثير PH على نشاطالإنزيم.
2_ ارسم منحنىتغيراتسرعة التفاعل بدلالةدرجة PH ؟ ماذا تستنتج فيما يخص العلاقةبينهما؟
3_ اقترح تفسيرالآليةتأثير PH على نشاط الإنزيم.
الإجابة:
1_ تحليلالمنحنيات: تمثل المنحنيات تغيرات تركيزأل O2 (ملغ/ل) بدلالة تغيرات درجة أل PH.
عند 4= PH و 10= PHنلاحظثباتتركيز O2 عند القيمة 8 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم,يدل على عدم استعماله منطرفالإنزيم.
عند 6 PH=و 8= PHنلاحظتناقص معتبر ومتباطئ و نسبي في تركيز O2 يصل إلى القيمة 3 (ملغ/ل) بعدإضافةالإنزيم,يدل على استعمالهمن طرف الإنزيم بكمية محدودة.
عند 7= PH نلاحظ تناقص سريع و شديد و معتبر فيتركيز O2 يصل إلى القيمة 0.5 (ملغ/ل) ثم ثباته بعد إضافةالإنزيم,يدل على استعماله من طرفالإنزيم بكمية كبيرة.
الاستنتاج:
نشاطالإنزيم يتأثرب PH الوسط فيكون نشاطه أعلى في درجة PH محددة تقدر 7.
2_ رسم منحنى تغيرات سرعة التفاعلبدلالة درجةPH:
* استنتاجالعلاقة بين سرعة التفاعل و درجةأل PH:
- يكون نشاط الإنزيمأعظميا(يبلغ حده الأقصى) عند درجة PH المثلى.
3_آلية تأثيرأل PH علىنشاط الإنزيم:
تؤثر درجةحموضةالوسط على الحالةالكهربائية للوظائف الجاذبية الحرة للأحماض الأمينية( NH2 و (COOH في السلاسل البيتيدية و خاصة تلكالموجودة على مستوى الموقع الفعال بحيث:
- في الوسط الحامضي 7> PH: تصبح الشحنة الكهربائية الإجماليةموجبة.
- في الوسط القاعدي 7< PH: تصبح الشحنة الكهربائية الإجماليةسالبة.
يفقد الموقعالفعال شكلهالمميز بتغير حالتهالأيونية, هذا ما يعيق تثبت مادة التفاعل, و بالتالي يمنع حدوثتفاعل.
النتيجة:
لكلإنزيمدرجةحموضة PH مثلى,يكون نشاطه عندها أعظميا والتي تختلف من إنزيمإلىآخر.


الأداء 4 : دراسة تأثير تغيرات درجةالحرارة الوسطعلىنشاطالإنزيم.



إشكالية: كيف تؤثر تغيرات درجة الحرارةالوسط على نشاط الإنزيم؟
التقصي: مستغلاالوثيقة 1 ص 68
1_ حلل المنحنيات, ثم استنتجتأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيم.
2_ ارسم منحنى تغيرات سرعة التفاعلبدلالة درجة الحرارة ؟ ماذا تستنتج فيمايخص العلاقة بينهما؟
3_ اقترحتفسيرا لآلية تأثير درجة الحرارة على نشاطالإنزيم.
الإجابة:
1_ تحليلالمنحنيات:
تمثلالمنحنيات تغيراتتركيز أل O2 (ملغ/ل) بدلالة تغيراتدرجةالحرارة:
* عند الدرجة 60° و 70°: نلاحظ ثبات تركيز O2 عند القيمة 8 و 7 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم, يدل علىعدماستعماله من طرفالإنزيم.
* عندالدرجة10° : نلاحظتناقص طفيف و متباطئ و نسبي في تركيز O2 يصل إلى القيمة 5 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم, يدل على استعماله من طرفالإنزيم بكميةمحدودة.
* عند الدرجة 35°: نلاحظتناقص سريع و شديد و معتبرفي تركيز O2 يصل إلى القيمة 0.5 (ملغ/ل) ثم ثباتهبعدإضافة الإنزيم, يدل علىاستعماله من طرف الإنزيم بكميةكبيرة.
الاستنتاج:
نشاطالإنزيم يتأثربدرجة حرارة الوسط,فيكون نشاطه أعلى عند درجة حرارة متوسطة تقدرب :37°.
2_ رسم منحنى تغيراتسرعةالتفاعل بدلالة درجةالحرارة: (....)
* استنتاج العلاقة بين سرعة التفاعل و درجة الحرارة:
- يكون نشاط الإنزيم أعظميا(يبلغحده الأقصى) عند درجةالحرارةمثلى.
3_آلية تأثيردرجةالحرارة على نشاطالإنزيم:
يتمالنشاط الإنزيميضمن مجال محدد من درجة الحرارة بحيث:
- نقل حركة الجزيئات بشكل كبير فيدرجات الحرارة المنخفضة, و يصبح الإنزيم غيرنشط.
- تنخربالبروتينات ( الإنزيمات) في درجات الحرارة المرتفعة (اكبر من 40° درجة), وتفقدنهائيا بنيتها الفراغيةالمميزة, و بالتالي تفقد وظيفة التحفيز(القيام بدورها وعملها).
النتيجةيبلغالتفاعل الإنزيميسرعة أعظمية من درجة حرارة مثلى هي درجة حرارة الوسط الخلوي(37° عند الإنسان) .



* نمذجة تأثير درجة الحرارة ودرجة الحموضة علىالنشاطالانزيمي:


دراسةالوثيقة 2 ص 68 :
إن تغير البنيةالفراغية قد يكون بعدة أشكال و صور حسب نوع التأثير (درجة الحرارة ودرجة الحموضة PH) و حسب نوع الروابط التي تمتكسيرها,مما تغير من البنية الفراغية للإنزيم,وبالتالي شكل الموقع الفعال.فمهما كان نمط التغير سوفيؤدي في النهاية إلى نفسالنتيجةو هي فقدان الإنزيم لنشاطه (وظيفته).
تطبيق:
1-حدد أوجه التشابهوالاختلاف في تأثير كل من الحرارة و PH علىنشاطالإنزيم
2-انطلاقا منالمعارفالمبنية و معارفك الخاصةاكتب نصا علميا تلخص فيه أهمية التعرف على خصائص الإنزيماتو شروط عملها,مبرزا العلاقة بينها و بين ضمان شروطصحية لحياةأطول.




الأداء 2: النشاط الإنزيمي وعلاقته ببنيةالإنزيم
*الإنزيماتهيبروتينات ذات بنية و وظيفةمحدودة,تعمل على تنشيط التفاعلاتالكيميائية.
إشكالية:
ماهيخصائص الإنزيمالتي تمكنه من القيام بدوره؟كيف يمكن قياس نشاطه؟
2-1/ تغيراتالسرعة الابتدائيةللتفاعلالإنزيمي بدلالة تركيز مادة التفاعل.
التقصي: مستغلاالتجربة 3 ص 65 (الجدول + الوثيقة 5).
1_ ارسم منحنى تغيراتسرعةالتفاعل بدلالة تركيز مادةالتفاعل ؟
2_ حلل المنحنى؟ ماذاتستنتج؟
3_ اقترح فرضية أو فرضيات لتعليل تغيرات سرعة التفاعل الإنزيمي فيالتراكيزالمرتفعة لمادةالتفاعل.
الإجابة:
1_ رسممنحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة تركيز مادةالتفاعل.
2_ تحليلالمنحنى:
من 1 الى 300: نلاحظ تزايد سرعة التفاعل الإنزيميبتزايدتركيزالمادة(S).
انطلاقا من 300: نلاحظ ثبات سرعة التفاعلالإنزيمي مهما زاد تركيزالمادة(S).
الاستنتاج: تثبتسرعة التفاعل الإنزيمي عند التراكيز العالية لمادةالتفاعل.
3_ الفرضيةالمقترحة:
ثبات السرعة الابتدائية للتفاعل الإنزيمي عندما يبلغتركيزمادةالتفاعل(S) حد معين, يعود إلى كون الإنزيم قد بلغ طاقتهالقصوى(تشبع الإنزيملمادةالتفاعل).


2-2/ تغيرات الحركية الإنزيمية بدلالة طبيعةالمادة(مادةالتفاعل).


التقصي: مستغلا التجربة 4 ص 65 ( الوثيقة 6).
1_فسر عدم استهلاكالأكسجين في حالة الفراكتوز؟
2_ ماذا تستنتج فيما يخص علاقةالإنزيم لمادةالتفاعل.
الإجابة: 1_ يلاحظثبات تركيز O2في وجود الفراكتوز ,هذا يدل على عدم استعماله من طرف الإنزيم و يلاحظانخفاض شديد في تركيز O2 في وجود الجلوكوز, و هذا يدل على استعماله بكمية كبيرةمنطرفالإنزيم.
الاستنتاج:
الإنزيممادة متخصصةعلى نوع محدد من مواد التفاعل.


2-3/ النماذج الجزئية للأنزيمو مادةالتفاعل.


التقصي: مستغلا التجربة 7ص65.
1_ ماذاتستنتج فيما يخصالعلاقة بين البنية الفراغية للإنزيم و مادةالتفاعل؟
2_ ما هي العلاقةبينأشكال الوثيقة 7 وثبات سرعةالتفاعل عند التراكيز العالية لمادة التفاعل في التجربة 3.
3_ هل تأكدت من إحدىالفرضياتالمقترحة.
4_ اقترح تسميةلموقعارتباط مادة التفاعل معالإنزيم.
الإجابة:
1_ نلاحظانه هناك تكامل في البنية الفراغية لجزء صغير منالإنزيم (تجويف صغير) و مادةالتفاعل.
2_ ثبات سرعة التفاعلعندالتراكيز العالية لمادةالتفاعل يعود إلى كون مواقع التثبيت عند الإنزيم محدودة(عددثابت) حيث تبلغ سرعة التفاعل الإنزيمي أقصى حدلها(سرعةعالية).
3_ هذا ما يتوافقمعالفرضية وجود مواقع مع الإنزيمترتبط بها مادة التفاعل.
4_ يدعى ارتباط مادة التفاعل معالإنزيم: الموقعالفعال.


2-4/ العلاقةبينالإنزيم و مادة التفاعل


التقصي: مستغلا التجربة 8 ص66.
1_ قارن شكل الإنزيم و مادة التفاعلفي الشكلين (أ) و(ب) قبل و بعدالارتباط, ماذا تستنتج؟
2_ حددنوع التفاعل الذي يقوم به الإنزيم في الحالات (ج),(و),(د).ما هو نوع التفاعل الذيينتمي إليه إنزيم GO و Catalase؟ علل ذلك.
الإجابة:
1_ المقارنة:
في الحالة (أ): يوجدتكامل بنيوي بين شكل الموقعالفعال للإنزيم و شكل مادةالتفاعل


E + S à ES à E + P


فيالحالة (ب):لا يوجدتكامل بنيويبين شكل الموقع الفعال للأنزيم و شكل مادة التفاعل,و لهذا يضطرالأنزيمإلى تغيير شكل موقعهالفعال ليصبح مكملا لشكل المادة.
النتيجة:
التكامل البنيويضروري بين الموقع الفعال للإنزيم و مادةالتفاعل.
2_ نوع التفاعل الذييقومبهالإنزيم:
في الشكل (ج) : التحولالكيميائي.
في الشكل (د) : التحلل.
في الشكل (و) : البناء.
* التفاعل الذي ينتميإليهالإنزيم [GO] هو تفاعل التحول الكيميائي (الشكل ج).
التعليل: انطلاقا من مادة التفاعل (Glucose + O2) ينتجعنها موادجديدة:
حمض غلوكوز....* + .H2O2
* التفاعل الذي ينتمي إليهإنزيم Catalase هو تفاعل التحلل(الشكلد).
التعليل: انطلاقا من مادة التفاعل( H2O2) ينتج عنهامواد مكونة لها ( .(O2-H2O
الخلاصة:
- يرتكزالتأثير النوعي للإنزيم و مادة التفاعل على شكل معقد (أنزيم- مادة التفاعل) (ES) ينشأ أثناء حدوثه روابط (ضعيفة) انتقالية بين جزء من مادة التفاعل و منطقة خاصة منالأنزيم تدعى: الموقع الفعال.
- يحدث التكامل البنيوي بين الموقعالفعال للإنزيم و مادة التفاعل عند اقتراب هذهالأخيرة والتي تحفز الإنزيم لتغيير شكله الفراغي (بنيته) فيصبح مكملا لشكل مادةالتفاعل:انه التكامل المحفز.
- إنتغير شكل الإنزيم يسمح بحدوث التفاعل لان المجموعاتالكيميائية
الضرورية لحدوثهتصبح في الموقعالمناسب للتأثيرعلى مادة التفاعل.
اتمنى الاستفادةللجميع