النشاط الإنزيمي للبروتينات

الوحدة التعليمية 3: النشاط الأنزيمي للبروتينات.
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

E + S à ES à E + P

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

نسيت ان اشير أن هذه المعلومات منقولة
جزا الله خيرا من عمل على شرح أي مقرر وتبسيطه لكل طلاب العلم