Travaux pratiques

ORIGINE DE L'ENERGIE NECESSAIRE A LA BIOSYNTHESE D'UN POLYMERE BIOLOGIQUE

Toutes les molécules des êtres vivants sont renouvelées en permanence : le catabolisme, ensemble des processus de destruction, est compensé par l’anabolisme, ensemble des processus de biosynthèse. Si les réactions cataboliques, comme les réactions d'hydrolyse, sont, le plus souvent, libératrices d'énergie (= exoénergétiques ou exergoniques), il n’en est pas de même des réactions de biosynthèse au cours desquelles la formation de nouvelles liaisons covalentes nécessite un apport énergétique (réactions endoénergétiques ou endergoniques).

Problème : comment est assuré l’apport énergétique nécessaire à l'établissement de liaisons covalentes lors des réactions de biosynthèse ?

Pour résoudre ce problème, on étudiera expérimentalement la capacité d'un extrait de tubercule de pomme de terre (contenant l'enzyme nécessaire) à catalyser la réaction de polymérisation in vitro du glucose en amylose en utilisant comme substrat soit du glucose soit l'un de ses dérivés phosphorylés (glucose-1-phosphate et glucose-6-phosphate).

Principe

Le tubercule de la pomme de terre est un organe souterrain de stockage des réserves de la plante. A partir des oses (produits par la photosynthèse dans les feuilles et transportés par les vaisseaux du liber), les cellules du parenchyme de réserve synthétisent des molécules d’amidon qui s'y déposent sous forme de grains. La première étape est la biosynthèse de l'amylose (polymère linéaire de molécules de glucose), l'un des deux constituants de l'amidon (l'autre constituant, l'amylopectine, est un polymère ramifié du glucose). La synthèse éventuelle d’amylose sera détectée par un test à l'eau iodée.

Objectif : déduire des résultats expérimentaux obtenus une hypothèse expliquant l'origine possible de l'énergie nécessaire à la biosynthèse des liaisons covalentes reliant les molécules de glucose dans l'amylose.

Protocole

1. Peler une pomme de terre et la couper en cubes d’environ 2 cm de côté.

2. Peser 50 g de ces cubes et les broyer finement au mixeur avec 50 mL d’eau distillée glacée.

3. Filtrer ou centrifuger le broyat, placer le filtrat ou le surnageant sur la glace et vérifier, par un test à l'eau iodée réalisé sur un prélèvement de quelques gouttes, qu’il ne contient pas d’amidon.

4. Numéroter 5 tubes à hémolyse et les remplir selon le tableau ci-après.
 

1 2 mL de solution de glucose à 100 mmol.L-1
2 2 mL de solution de glucose-1-phosphate à 100 mmol.L-1
3 2 mL de solution de glucose-6-phosphate à 100 mmol.L-1
4 1 mL de solution de glucose et 1 mL de solution de KH2PO4 à 100 mmol.L-1
5 2 mL d’eau

5. Ajouter dans chaque tube 2 mL de l’extrait de tubercule.

6. Prélever immédiatement (To) 5 gouttes dans chaque tube (avec une pipette Pasteur différente pour chaque tube) et les déposer séparément dans 5 cuvettes d’une plaque de porcelaine. Mélanger chaque prélèvement avec une goutte d’eau iodée.

7. Placer les tubes au bain-marie à 35°C et refaire un prélèvement et un test toutes les 5 minutes (T1, T2, etc.). Exprimer les résultats en inscrivant un signe " + " dans les cases correspondantes du tableau suivant lorsque le test est positif.

Le test est considéré comme positif si l'on observe un changement de couleur du réactif. Celui-ci peut aller du rougeâtre au bleu foncé en passant par toute une gamme de nuances qui dépendent de la masse moléculaire du polymère de glucose formé.

Voir un exemple de résultats

Tableau des résultats expérimentaux

N° des tubes
Temps
1  4 5
To .. .. .. .. ..
T1  .. .. .. .. ..
T2 .. .. .. .. ..
T3 .. .. .. .. ..
T4 .. .. .. .. ..
T5 .. .. .. .. ..
Questions
1) Faire une analyse des résultats. En tirer les conclusions nécessaires pour formuler une hypothèse quant à l'origine de l'énergie permettant l'établissement de liaisons covalentes entre les unités glucose constituant l'amylose néoformée.

2) Calculer la masse de glucose, de glucose-1-phosphate et de phosphate monopotassique à dissoudre dans 100 mL d’eau pour obtenir les concentrations utilisées.
(Glucose, MM : 180 ; Phosphore, MA : 31 ; Potassium, MA : 29)

3) Justifier le point 3 du protocole.

4) Résumer par une équation bilan la (les) réaction(s) chimiques qui se sont déroulées dans les tubes dont le résultat est positif.

5) Représenter par une formule semi-développée la première molécule de dioside qui se forme au début de la réaction dans les tubes présentant un résultat positif au test.

NB La liaison entre le glucose et le phosphate est similaire à celle qui existe entre le désoxyribose et le phosphate dans les nucléotides.

Contrôle

Ajouter dans chaque tube quelques gouttes de solution de nitrate d'argent et noter dans quel(s) tube(s) se forme un précipité jaune.

NB Le nitrate d'argent réagit avec les ions phosphates en formant un précipité jaune de phosphate d'argent.

6) Décrire les résultats obtenus et, après sédimentation du précipité, quantifier le volume de précipité formé dans les différents tubes.

7) Les résultats du test permettent-ils d'infirmer, de confirmer ou de compléter l'hypothèse formulée au 1) ? Justifier.

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