Les milieux biologiques tamponnés et leur intérêt

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1 Les milieux biologiques tamponnés et leur intérêt 1

2 Position de la séquence Thème n 1: les systèmes vivants présentent une organisation particulière de la matière. 1.5 Les molécules des organismes vivants présentent des structures et des propriétés spécifiques. En biochimie: structure des acides aminés, structure des protéines. En chimie: couples acide/ base, ph et pka 2

3 Contenu et capacités exigibles Les milieux biologiques sont des milieux tamponnés. - Préparer un mélange tampon - Mettre en évidence expérimentalement l effet tampon et ses limites - Mettre en évidence le rôle des conditions physico-chimiques dans le maintien du repliement des protéines ( ph, température, force ionique ) 3

4 Situation déclenchante Le sang et le liquide intracellulaire sont des milieux tamponnés biologiques. Qu est-ce qu un milieu tamponnébiologique et quel est son intérêt? 4

5 Activitéexpérimentale menée par le professeur de PC Comment préparer une solution tampon? Quelles sont les limites à l effet tampon? Une solution tampon est souvent un mélange d acide faible et de sa base conjuguée 5

6 Activitéexpérimentale menée par le professeur de PC I) Comment préparer une solution tampon? On veut fabriquer environ 100 ml de solution tampon "acétique" àpartir du couple acide éthanoïque (acétique) CH 3 COOH (aq) / ion éthanoatech 3 COO - (aq) de pka= 4,75. 6

7 Activitéexpérimentale menée par le professeur de PC On dispose d'un volume suffisant d'une solution d'acide éthanoïque de concentration en solutéapportéc = 1, mol/l, et de sa base conjuguée sous forme de cristaux d'éthanoatede sodium CH 3 COONa (s). 1) Calcul de la quantitéd acide (1, mol), de celle de base (1, mol) puis la masse d éthanoate de sodium (0,82 g ) 7

8 Activitéexpérimentale menée par 2) Préparation : le professeur de PC * remplir une fiole jaugée de 100 ml avec la solution d'acide. * vider le contenu de la fiole dans un bécher propre et sec et le placer sur un agitateur magnétique. * peser, sur une coupelle, la masse m B de cristaux calculée précédemment. * introduire les cristaux dans le bécher contenant l'acide et agiter magnétiquement pour les dissoudre. 8

9 Activitéexpérimentale menée par le professeur de PC phexp= 4,65 9

10 Activitéexpérimentale menée par le professeur de PC II) Mise en évidence de l effet tampon et de ses limites : La solution tampon préparée est répartie dans trois béchers, de façon égale. 10

11 Activitéexpérimentale menée par le professeur PC 1) Ajout d'un acide fort (acide chlorhydrique ) : sur la première fraction de la solution tampon préparée précédemment 11

12 Activitéexpérimentale menée par le professeur PC 1) Ajout d'un acide fort (acide chlorhydrique ) : sur un même volume d eau distillée 12

13 Activitéexpérimentale menée par le professeur PC 2) Ajout d'une base forte (soude ) : sur la deuxième fraction de la solution tampon préparée précédemment : sur un même volume d eau distillée : 13

14 Activitéexpérimentale menée par le professeur de PC 3) Influence de la dilution : sur la troisième fraction de la solution tampon préparée précédemment : 14

15 Activitéexpérimentale menée par le professeur de PC III ) Conclure en définissant une solution tampon et en donnant ses propriétés. Une solution tampon peut être constituée d un mélange d acide faible et de sa base conjuguée. Elle a un ph qui ne varie pas par ajout limitéd acide ou de base, ou par dilution. IV) Est-ce qu une solution tampon se prépare uniquement en mélangeant un acide faible et sa base conjuguée? Effectuer une recherche sur internet pour répondre à cette question. Une solution tampon peut être aussi constituée: d un mélange d un acide faible et un peu de base forte ou d une base faible et un peu d acide fort. 15

16 Activitéexpérimentale menée par le professeur de PC Evaluation Domaines de Compétences REALISER VALIDER COMMUNIQUER Points points pour la préparation de la solution tampon et 1 pour chaque tableau de mesures (5pts) 2 pour l exploitation de chacune des 3 expériences (6 pts) 3 points pour la synthèse générale 2 points pour la recherche sur internet 16

17 Organisation des enseignements en biochimie Activité1: les acides aminés et la liaison peptidique 1. Structure des acides aminés Pré-requis de CBSV chimie: les groupements fonctionnels le carbone asymétrique les énantiomères 17

18 2. Liaison entre acides aminés Pré-requisde CBSV chimie: les liaisons simples et les doubles liaisons 2.1.Visualisation de la liaison peptidique àl aide du logiciel Avogadro. 2.2.Etude des propriétés de la liaison peptidique. 3. La structure primaire d un peptide 18

19 Activité 2: le repliement dans l espace d une protéine.les structures secondaires Pré-requis de CBSB chimie: la liaison hydrogène. 1.1.Hélice alpha 1.2.Feuillet beta 2. La structure tertiaire 19

20 Activité3: influence du ph sur la structure tertiaire des protéines Pré-requisde CBSV chimie: la liaison hydrogène, la liaison ionique pka d un couple acide/base 20

21 Donnée 1 :les liaisons intervenant dans la structure tertiaire 1. Quels sont les acides aminés impliqués dans ces liaisons? 2. Décrire ces quatre types de liaisons. 3. Quelle est la liaison déjà rencontrée en structure secondaire? 21

22 Donnée 2 : pkades groupements fonctionnels de l acide glutamique et de la lysine. Acides aminés Groupements - OOC-/-COOH Sur carbone α -NH 2 /-NH 3 + Sur carbone α - OOC-/-COOH Sur radical -NH 2 /-NH 3 + Sur radical Acide glutamique pk A 2,2 9,8 4,3 Lysine pk A 2,2 9,0 10,5 Donnée 3 : La dénaturation d une protéine correspond àla désorganisation de sa structure spatiale sans rupture de liaisons peptidiques. 4. Expliquer l ionisation de l acide glutamique et de la lysine apparaissant dans cette protéine en solution aqueuse àph Que se produit-il si on modifie le ph de la solution? Quelle peut être la conséquence au niveau de la structure protéique? 22

23 Activité 4: influence du ph sur l activité protéique 1.Etude de l activité de lactase à différents ph Utilisation du logiciel lactase 23

24 2. Quelles sont les modifications observées au niveau de l enzyme? 3. Les milieux biologiques tels que le milieu intracellulaire, le sang ont un ph constant. 3.1 Comment nomme t-on ce type de milieu en chimie? 3.2 Quel est l intérêt de stabiliser le ph de ces milieux? 24

25 QUESTIONS Evaluation des activités 3 et 4 sur cahier d activité ACTIVITE 3 1 Mobiliser les connaissances acquises au cours de l activité1 pour retrouver les acides aminés qui par leurs interactions stabilisent la structure tertiaire. POINTS 2 Exploiter le document 1 afin de décrire les différentes liaisons. 4 3 Mobiliser les connaissances acquises au cours de l activité Mobiliser les connaissances acquises en chimie pour retrouver l espèce prédominante d un couple acide/base en fonction du ph du milieu et du pkade ce couple. 5 Emettre une hypothèse en l argumentant. 3 1 Respect des consignes. Exploitation des résultats. ACTIVITE 4 2 Exploitation des résultats Mobiliser les connaissances acquises en chimie Exploitation des résultats