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Les milieux biologiques
tamponnés et leur intérêt
Les milieux biologiques
tamponnés et leur intérêt
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Position de la séquencePosition 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
3
Contenu et capacités exigiblesContenu 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 )
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Situation déclenchanteSituation déclenchante
• Le sang et le liquide
intracellulaire sont des
milieux tamponnés
biologiques.
• Qu’est-ce qu’un milieu
tamponné biologique et
quel est son intérêt ?
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Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
Activité expérimentale 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
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Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
I) Comment préparer une solution tampon ?
On veut fabriquer environ 100 mL de solution
tampon "acétique" à partir du couple acide
éthanoïque (acétique) CH3COOH (aq) / ion
éthanoate CH3COO-(aq) de pKa = 4,75.
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Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
On dispose d'un volume suffisant d'une
solution d'acide éthanoïque de concentration
en soluté apporté C = 1,0 .10-1 mol/L, et de sa
base conjuguée sous forme de cristaux
d'éthanoate de sodium CH3COONa(s).
1) Calcul de la quantité d’acide (1,0 . 10-2 mol) ,
de celle de base (1,0 . 10-2 mol) puis la masse
d’éthanoate de sodium (0,82 g )
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Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
2) Préparation :
* 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 mB de cristaux
calculée précédemment.
* introduire les cristaux dans le bécher contenant l'acide
et agiter magnétiquement pour les dissoudre.
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Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
pHexp = 4,65
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Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
Activité expérimentale 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.
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Activité expérimentale menée par
le professeur PC
Activité expérimentale menée par
le professeur PC1) Ajout d'un acide fort (acide chlorhydrique ) : • sur la première fraction de la solution
tampon préparée précédemment
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Activité expérimentale menée par
le professeur PC
Activité expérimentale menée par
le professeur PC1) Ajout d'un acide fort (acide chlorhydrique ) : • sur un même volume d’eau distillée
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Activité expérimentale menée par
le professeur PC
Activité expérimentale 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 :
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Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
3) Influence de la dilution :
• sur la troisième fraction de la solution tampon préparée précédemment
:
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Activité expérimentale menée par
le professeur de PC
Activité expérimentale menée par
le professeur de PCIII ) 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 limité d’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.
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Activité expérimentale menée par le
professeur de PC
Activité expérimentale menée par le
professeur de PC
• 4 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
Domaines de
Compétences
REALISER VALIDER COMMUNIQUER
Points 9 6 5
Evaluation
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Organisation des enseignements
en biochimie
Organisation des enseignements
en biochimie
Activité 1 : 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
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2. Liaison entre acides aminés
Pré-requis de CBSV chimie : les liaisons simples et les
doubles liaisons
2.1.Visualisation de la liaison peptidique à l’aide du
logiciel Avogadro.
2.2.Etude des propriétés de la liaison peptidique.
3. La structure primaire d’un peptide
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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
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Activité 3 : influence du pH sur la structure
tertiaire des protéines
Pré-requis de CBSV chimie :
• la liaison hydrogène, la liaison ionique
• pKa d’un couple acide/base
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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?
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Donnée 2 : pKa des groupements fonctionnels de l’acide
glutamique et de la lysine.
4. Expliquer l’ionisation de l’acide glutamique et de la lysine apparaissant dans cette
protéine en solution aqueuse à pH 7.
5. Que se produit-il si on modifie le pH de la solution? Quelle peut être la
conséquence au niveau de la structure protéique?
Donnée 3 : La dénaturation d’une protéine correspond à la
désorganisation de sa structure spatiale sans rupture de
liaisons peptidiques.
Acides aminés Groupements -OOC-/-COOH
Sur carbone α
-NH2/-NH3+
Sur carbone α
-OOC-/-COOH
Sur radical
-NH2/-NH3+
Sur radical
Acide glutamique pkA2,2 9,8 4,3
Lysine pkA2,2 9,0 10,5
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Activité 4 : influence du pH sur l’activité
protéique
1.Etude de l’activité de lactase à différents pH
Utilisation du logiciel lactase
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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?
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Evaluation des activités 3 et 4 sur cahier
d’activitéQUESTIONS POINTS
ACTIVITE 3
1 Mobiliser les connaissances acquises au cours de l’activité 1 pour
retrouver les acides aminés qui par leurs interactions stabilisent la
structure tertiaire.
2
2 Exploiter le document 1 afin de décrire les différentes liaisons. 4
3 Mobiliser les connaissances acquises au cours de l’activité 2. 1
4 Mobiliser les connaissances acquises en chimie pour retrouver l’espèce
prédominante d’un couple acide/base en fonction du pH du milieu et du
pKa de ce couple.
3
5 Emettre une hypothèse en l’argumentant. 3
ACTIVITE 4
1 Respect des consignes.
Exploitation des résultats.
1
3
2 Exploitation des résultats. 1
3.1 Mobiliser les connaissances acquises en chimie. 1
3.2 Exploitation des résultats. 1
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