المجال التعليمي:01 التخصص الوظيفي للبروتينات.
الوحدة التعليمية 3: النشاط الأنزيمي للبروتينات.
الإشكالية: ما هي الإنزيمات ؟ما هي خصائص هذه الجزيئات؟ ما هي شروط عملها؟
الأداء 1: مفهوم الإنزيم و أهميته
تمهيد:
تعمل
أعضاء الجسم باستعمال المغذيات الناتجة عن هضم المواد الغذائية,تتم عملية
الهضم بوجود العصارات الهاضمة التي تحتوى على جزيئات بروتينية تختلف
أدوارها باختلاف المواد التي تؤثر فيها تدعى الإنزيمات الهاضمة.
1.1 تذكير بالمكتسبات:
إشكالية : ما هو مفهوم الإنزيم؟ ما هو تأثيره على النشاطات الأيضية؟
التقصي 1 : مستغلا الوثيقة ص 58.
1. استنتج نواتج تحلل النشاء مبررا دور الإنزيمات في ذلك.
2. قدم تعريفا للإنزيم.
الإجابة:
1. تتمثل نواتج تحلل النشاء في:
النشاء-(الاميلاز)--> الدكسترينات-(الاميلاز)--> المالتوز(سكر الشعير) –----(المالتاز)---> سكريات بسيطة(سكر العنب=غلوكوز)
تبسيط النشاء يتم بواسطة إنزيمات الأميلاز.
تقوم
الإنزيمات الهاضمة بتسريع التفاعلات الكيميائية لتبسيط الغذاء,يتميز عمل
الإنزيمات بالخصوصية,فإنزيم الأميلاز يؤثر على النشويات فقط,البروتيباز
يؤثر على البروتينات فقط, و يؤثر الليباز على الدسم فقط,عمل الإنزيمات
نوعي.
2. تعريف الإنزيم:
الإنزيمات
هي بروتينات(وسائل حيوية) تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية في شروط
محددة, تتميز بتأثيرها النوعي اتجاه مادة التفاعل(ركيزة) معينة.
2.1. عواقب غياب أو نقص إنزيم على النشاطات الأيضية:
إشكالية: ما هي عواقب غياب أو نقص إنزيم على النشاطات الأيضية؟
التقصي: نستعرض الحالتين المرضيتين ص 59,58 .
الحالة الأولى: مرض عدم اللاكتوز(intolérance au lactose)
الحالة الثانية: أمراض تخزين الغليكوجين(glycogénose)منها مرض الذي يظهر عند بعض الأطفال عند الولادة(glycogénose type1 )
1_ اقترح فرضية لتفسير سبب المرض في الحالة الأولى.
2_ هل يوجد علاج لهذه الحالة؟
3_ هل يؤدي المرض في الحالة الثانية إلى ارتفاع أو انخفاض نسبة الغلوكوز في الدم؟ علل إجابتك؟
الإجابة:
1_ الفرضية المقترحة: *غياب أو نقص في نشاط إنزيم اللاكتاز محلل لسكر اللاكتوز(سكر الفواكه).
2_اقتراح علاج للحالة 1 :
* تفادي تناول الحليب و مشتقاته هذا علاج مؤقت لان لا يمكن للشخص أن لا يتناول الحليب و مشتقاته كليا.
* تناول غذاء عبارة عن إنزيم اللاكتاز عند تناول غذاء فيه حليب أو مشتقاته.
* هذا المرض ليس بوراثي,لأنه لم يصب به الشخص بعد الولادة.
*
فقد تكون هناك إصابة بالتهابات في الأمعاء أو أمراض تصيب الجهاز الهضمي
تؤدي إلى ضعف قدرة الخلايا المفروزة لهذا الإنزيم و منه يمكن علاجها
بالأدوية المناسبة.
3_
يؤدي المرض في الحالة الثانية إلى نقص و انخفاض نسبة السكر(الغلوكوز) في
الدم خاصة في الفترات التي لا يتم فيها تناول غذاء غني بالسكر.
التعليل: غياب نشاط الإنزيم غلوكوز 6 فوسفات الذي يساهم في تحليل و تبسيط الغليكوجين إلى غلوكوز.
Glucose-6-phosphate ---(glucose-6-phosphatase)---> glucose
العلاج: لا يوجد علاج كون المرض وراثي.
الأداء 3 : دراسة تأثير تغيرات أل PH الوسط على نشاط الإنزيم
* نشاط الإنزيم يتأثر بشروط الوسط الذي يعمل فيه, من بينها درجة حموضة الوسط.
إشكالية: كيف تؤثر تغيرات درجة الحموضة PH على نشاط الإنزيمات؟
التقصي: مستغلا الوثيقة 1 ص 67
1_ حلل المنحنيات, ثم استنتج تأثير PH على نشاط الإنزيم.
2_ ارسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة درجة PH ؟ ماذا تستنتج فيما يخص العلاقة بينهما؟
3_ اقترح تفسيرا لآلية تأثير PH على نشاط الإنزيم.
الإجابة:
1_ تحليل المنحنيات: تمثل المنحنيات تغيرات تركيز أل 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 طرف الإنزيم.
عند
6 PH=و 8= PHنلاحظ تناقص معتبر و متباطئ و نسبي في تركيز O2 يصل إلى
القيمة 3 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم,يدل على استعماله من طرف الإنزيم بكمية
محدودة.
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 بكمية
كبيرة.
الاستنتاج:
نشاط الإنزيم يتأثر ب PH الوسط فيكون نشاطه أعلى في درجة PH محددة تقدر 7.
2_ رسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة درجة PH :
* استنتاج العلاقة بين سرعة التفاعل و درجة أل PH:
- يكون نشاط الإنزيم أعظميا(يبلغ حده الأقصى) عند درجة PH المثلى.
3_آلية تأثير أل PH على نشاط الإنزيم:
تؤثر
درجة حموضة الوسط على الحالة الكهربائية للوظائف الجاذبية الحرة للأحماض
الأمينية( NH2 و (COOH في السلاسل البيتيدية و خاصة تلك الموجودة على مستوى
الموقع الفعال بحيث:
- في الوسط الحامضي 7> PH: تصبح الشحنة الكهربائية الإجمالية موجبة.
- في الوسط القاعدي 7< PH: تصبح الشحنة الكهربائية الإجمالية سالبة.
يفقد الموقع الفعال شكله المميز بتغير حالته الأيونية, هذا ما يعيق تثبت مادة التفاعل, و بالتالي يمنع حدوث تفاعل.
النتيجة:
لكل إنزيم درجة حموضة PH مثلى,يكون نشاطه عندها أعظميا والتي تختلف من إنزيم إلى آخر.الأداء 4 : دراسة تأثير تغيرات درجة الحرارة الوسط على نشاط الإنزيم
.
إشكالية: كيف تؤثر تغيرات درجة الحرارة الوسط على نشاط الإنزيم؟
التقصي: مستغلا الوثيقة 1 ص 68
1_ حلل المنحنيات, ثم استنتج تأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيم.
2_ ارسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة درجة الحرارة ؟ ماذا تستنتج فيما يخص العلاقة بينهما؟
3_ اقترح تفسيرا لآلية تأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيم.
الإجابة:
1_ تحليل المنحنيات:
تمثل المنحنيات تغيرات تركيز أل O2 (ملغ/ل) بدلالة تغيرات درجة الحرارة:
* عند الدرجة 60° و 70°: نلاحظ ثبات تركيز O2 عند القيمة 8 و 7 (ملغ/ل) بعد إضافة الإنزيم, يدل على عدم استعماله من 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 الإنزيم
بكمية 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 طرف
الإنزيم بكمية كبيرة.
الاستنتاج:
نشاط الإنزيم يتأثر بدرجة حرارة الوسط,فيكون نشاطه أعلى عند درجة حرارة متوسطة تقدر ب :37°.
2_ رسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة درجة الحرارة: (....)
* استنتاج العلاقة بين سرعة التفاعل و درجة الحرارة:
- يكون نشاط الإنزيم أعظميا(يبلغ حده الأقصى) عند درجة الحرارة مثلى.
3_آلية تأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيم:
يتم النشاط الإنزيمي ضمن مجال محدد من درجة الحرارة بحيث:
- نقل حركة الجزيئات بشكل كبير في درجات الحرارة المنخفضة, و يصبح الإنزيم غير نشط.
-
تنخرب البروتينات ( الإنزيمات) في درجات الحرارة المرتفعة (اكبر من 40°
درجة), و تفقد نهائيا بنيتها الفراغية المميزة, و بالتالي تفقد وظيفة
التحفيز(القيام بدورها و عملها).
النتيجة يبلغ التفاعل الإنزيمي سرعة أعظمية من درجة حرارة مثلى هي درجة حرارة الوسط الخلوي(37° عند الإنسان) .
* نمذجة تأثير درجة الحرارة ودرجة الحموضة على النشاط الانزيمي:
دراسة الوثيقة 2 ص 68 :
إن
تغير البنية الفراغية قد يكون بعدة أشكال و صور حسب نوع التأثير (درجة
الحرارة و درجة الحموضة PH) و حسب نوع الروابط التي تم تكسيرها,مما تغير من
البنية الفراغية للإنزيم,و بالتالي شكل الموقع الفعال.فمهما كان نمط
التغير سوف يؤدي في النهاية إلى نفس النتيجة و هي فقدان الإنزيم لنشاطه
(وظيفته).
تطبيق:
1-حدد أوجه التشابه والاختلاف في تأثير كل من الحرارة و PH على نشاط الإنزيم
2-انطلاقا
من المعارف المبنية و معارفك الخاصة اكتب نصا علميا تلخص فيه أهمية التعرف
على خصائص الإنزيمات و شروط عملها,مبرزا العلاقة بينها و بين ضمان شروط
صحية لحياة أطول.
الأداء 2 : النشاط الإنزيمي و علاقته ببنية الإنزيم
*الإنزيمات هي بروتينات ذات بنية و وظيفة محدودة,تعمل على تنشيط التفاعلات الكيميائية.
إشكالية:
ماهي خصائص الإنزيم التي تمكنه من القيام بدوره؟كيف يمكن قياس نشاطه؟
2-1/ تغيرات السرعة الابتدائية للتفاعل الإنزيمي بدلالة تركيز مادة التفاعل.
التقصي: مستغلا التجربة 3 ص 65 (الجدول + الوثيقة 5).
1_ ارسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة تركيز مادة التفاعل ؟
2_ حلل المنحنى؟ ماذا تستنتج؟
3_ اقترح فرضية أو فرضيات لتعليل تغيرات سرعة التفاعل الإنزيمي في التراكيز المرتفعة لمادة التفاعل.
الإجابة:
1_ رسم منحنى تغيرات سرعة التفاعل بدلالة تركيز مادة التفاعل.
2_ تحليل المنحنى:
من 1 الى 300: نلاحظ تزايد سرعة التفاعل الإنزيمي بتزايد تركيز المادة(S).
انطلاقا من 300: نلاحظ ثبات سرعة التفاعل الإنزيمي مهما زاد تركيز المادة(S).
الاستنتاج: تثبت سرعة التفاعل الإنزيمي عند التراكيز العالية لمادة التفاعل.
3_ الفرضية المقترحة:
ثبات
السرعة الابتدائية للتفاعل الإنزيمي عندما يبلغ تركيز مادة التفاعل(S) حد
معين, يعود إلى كون الإنزيم قد بلغ طاقته القصوى(تشبع الإنزيم لمادة
التفاعل).
2-2/ تغيرات الحركية الإنزيمية بدلالة طبيعة المادة(مادة التفاعل).
التقصي: مستغلا التجربة 4 ص 65 ( الوثيقة 6).
1_فسر عدم استهلاك الأكسجين في حالة الفراكتوز؟
2_ ماذا تستنتج فيما يخص علاقة الإنزيم لمادة التفاعل.
الإجابة:
1_ يلاحظ ثبات تركيز O2في وجود الفراكتوز ,هذا يدل على عدم استعماله من
طرف الإنزيم و يلاحظ انخفاض شديد في تركيز O2 في وجود الجلوكوز, و هذا يدل
على استعماله بكمية كبيرة من طرف الإنزيم.
الاستنتاج:
الإنزيم مادة متخصصة على نوع محدد من مواد التفاعل.
2-3/ النماذج الجزئية للأنزيم و مادة التفاعل.
التقصي: مستغلا التجربة 7 ص65.
1_ ماذا تستنتج فيما يخص العلاقة بين البنية الفراغية للإنزيم و مادة التفاعل؟
2_ ما هي العلاقة بين أشكال 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 مادة التفاعل مع الإنزيم.
الإجابة:
1_ نلاحظ انه هناك تكامل في البنية الفراغية لجزء صغير من الإنزيم (تجويف صغير) و مادة التفاعل.
2_
ثبات سرعة التفاعل عند التراكيز العالية لمادة التفاعل يعود إلى كون مواقع
التثبيت عند الإنزيم محدودة(عدد ثابت) حيث تبلغ سرعة التفاعل الإنزيمي
أقصى حد لها(سرعة عالية).
3_ هذا ما يتوافق مع الفرضية وجود مواقع مع الإنزيم ترتبط بها مادة التفاعل.
4_ يدعى ارتباط مادة التفاعل مع الإنزيم: الموقع الفعال.
2-4/ العلاقة بين الإنزيم و مادة التفاعل
التقصي: مستغلا التجربة 8 ص66.
1_ قارن شكل الإنزيم و مادة التفاعل في الشكلين (أ) و(ب) قبل و بعد الارتباط, ماذا تستنتج؟
2_ حدد نوع التفاعل الذي يقوم به الإنزيم في الحالات (ج),(و),(د).ما هو نوع التفاعل الذي ينتمي إليه إنزيم GO و Catalase؟ علل ذلك.
الإجابة:
1_ المقارنة:
في الحالة (أ): يوجد تكامل بنيوي بين شكل الموقع الفعال للإنزيم و شكل مادة التفاعل
E + S à ES à E + P
في
الحالة (ب):لا يوجد تكامل بنيوي بين شكل الموقع الفعال للأنزيم و شكل مادة
التفاعل,و لهذا يضطر الأنزيم إلى تغيير شكل موقعه الفعال ليصبح مكملا لشكل
المادة.
النتيجة:
التكامل البنيوي ضروري بين الموقع الفعال للإنزيم و مادة التفاعل.
2_ نوع التفاعل الذي يقوم به الإنزيم:
في الشكل (ج) : التحول الكيميائي.
في الشكل (د) : التحلل.
في الشكل (و) : البناء.
* التفاعل الذي ينتمي إليه الإنزيم [GO] هو تفاعل التحول الكيميائي (الشكل ج).
التعليل: انطلاقا من مادة التفاعل (Glucose + O2) ينتج عنها مواد جديدة:
حمض غلوكو*** + .H2O2
* التفاعل الذي ينتمي إليه إنزيم Catalase هو تفاعل التحلل(الشكل د).
التعليل: انطلاقا من مادة التفاعل( H2O2) ينتج عنها مواد مكونة لها ( .(O2-H2O
الخلاصة:
-
يرتكز التأثير 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 من الأنزيم تدعى: الموقع الفعال.
-
يحدث التكامل البنيوي بين الموقع الفعال للإنزيم و مادة التفاعل عند
اقتراب هذه الأخيرة والتي تحفز الإنزيم لتغيير شكله الفراغي (بنيته) فيصبح
مكملا لشكل مادة التفاعل:انه التكامل المحفز.
- إن تغير شكل الإنزيم يسمح بحدوث التفاعل لان المجموعات الكيميائية
الضرورية لحدوثه تصبح في الموقع المناسب للتأثير على مادة التفاعل.
