62 exercices pour t'entraîner sur Le métabolisme et le rôle des enzymes en 1ʳᵉ, du QCM à la démonstration. 20 corrigés en détail ci-dessous. Revoir le cours.
Comment définit-on le métabolisme d'une cellule ?
A
Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques de la cellule : celles qui construisent des molécules (anabolisme) et celles qui les dégradent pour libérer de l'énergie (catabolisme). Une cellule est une vraie usine chimique. Si tu as répondu D, tu as confondu métabolisme et division cellulaire (le cycle cellulaire). Mémo : « métabolisme » = la chimie de la cellule.
À quelle famille de molécules appartient une enzyme ?
B
Une enzyme est une protéine : c'est une longue chaîne d'acides aminés repliée dans l'espace. Cette nature protéique est essentielle, car elle relie l'enzyme aux gènes (un gène code une protéine, donc une enzyme). Si tu as répondu C, tu as confondu l'enzyme avec son substrat possible : la saccharase (enzyme, protéine) découpe le saccharose (sucre, substrat). Mémo : enzyme = protéine codée par un gène.
Qu'arrive-t-il à une enzyme après avoir catalysé sa réaction ?
C
Une enzyme est un catalyseur : elle ressort intacte et catalyse aussitôt une nouvelle molécule. C'est pourquoi une petite quantité d'enzyme suffit pour beaucoup de substrat. Si tu as répondu A, tu as confondu l'enzyme (catalyseur, réutilisé) avec le substrat (transformé, consommé).
Quel est le rôle principal d'une enzyme dans une réaction chimique ?
D
Une enzyme accélère une réaction, parfois par un facteur de plusieurs millions. La réaction se ferait de toute façon sans elle, mais à une vitesse négligeable. L'enzyme ne fournit pas d'énergie (réponse A : faux) et ne rend pas l'impossible possible (réponse B : faux) : elle change la vitesse, pas la faisabilité. Mémo : une enzyme, c'est un accélérateur, pas un moteur.
Comment appelle-t-on la molécule sur laquelle agit une enzyme ?
A
Le substrat est la molécule de départ sur laquelle agit l'enzyme ; après transformation, on obtient le produit. Par exemple, le saccharose est le substrat de la saccharase, le glucose et le fructose en sont les produits. Si tu as répondu D, tu as confondu le substrat (la molécule transformée) avec le site actif (l'endroit de l'enzyme où il se fixe). Mémo : substrat avant, produit après.
Le site actif d'une enzyme est :
B
Le site actif est la région de l'enzyme, de forme précise, où vient se fixer le substrat. Sa forme est complémentaire de celle du substrat, comme une serrure l'est de sa clé. C'est cette complémentarité qui assure la spécificité. Si tu as répondu A, tu as confondu l'enzyme elle-même avec le gène qui la code. Mémo : le site actif, c'est la serrure ; le substrat, c'est la clé.
Dans le modèle « clé-serrure » de l'enzyme, que représente la clé ?
C
Dans l'image clé-serrure, le substrat est la clé et le site actif de l'enzyme est la serrure. Seule la clé au bon profil entre dans la serrure : seul le substrat à la bonne forme se loge dans le site actif. Si tu as répondu A, tu as inversé les rôles. Mémo : la serrure (site actif) est dans l'enzyme, qui reste en place ; la clé (substrat) est la molécule qui arrive et se transforme.
Yasmine boit un thé sucré au saccharose. Dans son corps, la saccharase découpe le saccharose en glucose et fructose. Que représente le saccharose pour cette enzyme ?
D
Le saccharose est la molécule de départ transformée par la saccharase : c'est son substrat. Le glucose et le fructose obtenus sont les produits. Sans enzyme, ce découpage prendrait des années à la température du corps ; avec la saccharase, il se fait en une fraction de seconde. Si tu as répondu B, tu as confondu ce qui entre (substrat) et ce qui sort (produit). Mémo : le nom de l'enzyme rappelle souvent son substrat (saccharASE → saccharose).
Pourquoi une petite quantité d'enzyme suffit-elle à transformer une grande quantité de substrat ?
A
Comme l'enzyme est un catalyseur non consommé, elle ressort intacte après chaque réaction et traite aussitôt une nouvelle molécule de substrat. Une seule enzyme peut ainsi transformer des milliers de molécules à la chaîne : voilà pourquoi une faible quantité suffit. Si tu as répondu C, tu as inventé une fabrication d'enzymes qui n'a pas lieu ici. Mémo : une enzyme, c'est un ouvrier infatigable, pas un consommable.
Qu'est-ce qu'une voie métabolique ?
B
Une voie métabolique est une suite de réactions enchaînées : le produit d'une étape devient le réactif de la suivante, chaque étape ayant sa propre enzyme. Par exemple, extraire l'énergie du glucose demande une longue chaîne d'étapes. Conséquence importante : si une seule enzyme de la chaîne est défectueuse, toute la voie se bloque. Mémo : une voie métabolique, c'est une chaîne de montage où chaque poste a son enzyme.
Vers quelle température se situe l'optimum d'activité de la plupart des enzymes humaines ?
B
Les enzymes humaines travaillent au mieux autour de la température du corps, soit 37 °C. En dessous, elles ralentissent ; bien au-dessus, elles se dénaturent. Si tu as répondu D, tu as pensé à l'ébullition de l'eau, qui n'a aucun rapport avec l'optimum enzymatique. Mémo : 37 °C, c'est la température normale du corps, donc l'optimum de ses enzymes.
Le froid ralentit une enzyme mais ne détruit pas sa forme : elle redevient active en se réchauffant.
A
Vrai : le froid ralentit l'enzyme de façon réversible. Sa forme n'est pas détruite, donc elle retrouve son activité en revenant vers son optimum. C'est différent de la forte chaleur, qui dénature (destruction irréversible). C'est d'ailleurs pourquoi le réfrigérateur ralentit l'action des enzymes qui abîment les aliments, sans les supprimer. Mémo : froid = pause réversible ; chaleur forte = destruction définitive.
Une enzyme est consommée et détruite par la réaction qu'elle catalyse.
B
Faux : une enzyme est un catalyseur qui n'est pas consommé. Elle ressort intacte de la réaction et recommence aussitôt avec une nouvelle molécule de substrat. C'est le substrat, lui, qui est transformé et « consommé ». Si tu as répondu Vrai, tu as confondu le catalyseur (réutilisé) et le substrat (transformé). Mémo : l'enzyme prête main-forte puis repart intacte.
Une même enzyme peut reconnaître et transformer n'importe quelle molécule de la cellule.
B
Faux : une enzyme est spécifique. Par sa spécificité de substrat, elle ne reconnaît qu'un seul substrat (ou une famille très proche) ; par sa spécificité d'action, elle ne catalyse qu'un seul type de réaction. Cette double spécificité tient à la forme du site actif. Si tu as répondu Vrai, tu as oublié le principe clé-serrure. Mémo : à chaque serrure sa clé, à chaque réaction son enzyme dédiée.
Chaque enzyme est une protéine codée par un gène.
A
Vrai : une enzyme est une protéine, donc le produit d'un gène. La séquence du gène détermine la séquence d'acides aminés, donc la forme du site actif, donc l'activité de l'enzyme. C'est ce qui relie le génotype au métabolisme : gène → enzyme → réaction → caractère. Mémo : derrière chaque enzyme, il y a un gène qui en donne le plan.
Un blanc d'œuf cuit peut redevenir liquide et cru si on le refroidit suffisamment.
B
Faux : la cuisson dénature les protéines du blanc d'œuf, et la dénaturation est irréversible. Aucun refroidissement ne lui rendra son aspect liquide initial : la dénaturation ne se « rembobine » pas. C'est l'image parfaite de ce qui arrive à une enzyme chauffée trop fort. Si tu as répondu Vrai, tu as confondu « ralenti » (froid, réversible) et « dénaturé » (chaleur, irréversible). Mémo : un œuf cuit ne redevient jamais cru.
La plupart des enzymes humaines ont leur activité maximale à la température du corps humain. À quelle température (en °C) se situe cet optimum ?
37 °C
Les enzymes humaines ont un optimum proche de la température du corps, soit 37 °C. Au-delà, elles se dénaturent ; en dessous, elles ralentissent. Si tu as répondu 100, tu as pensé à l'ébullition de l'eau, sans rapport avec l'optimum enzymatique. Mémo : 37, c'est la température normale du corps, donc l'optimum de ses enzymes.
Sur la courbe d'activité d'une enzyme, on lit : à 20 °C l'activité vaut 30 %, à 30 °C elle vaut 60 %, à 40 °C elle atteint 100 %, à 50 °C elle retombe à 20 %, à 60 °C elle est nulle. À quelle température (en °C) se situe l'optimum de cette enzyme ?
40 °C
L'optimum est la température où l'activité est maximale, ici 100 % à 40 °C. Avant, l'activité monte ; après, elle chute à cause de la dénaturation. Si tu as répondu 60, tu as choisi la température la plus haute du tableau, mais à 60 °C l'activité est nulle (enzyme dénaturée). Mémo : l'optimum, c'est le sommet de la courbe, pas la dernière valeur.
Sur la courbe d'activité d'une enzyme en fonction de la température, on lit : 30 % à 20 °C, 60 % à 30 °C, 100 % à 40 °C, 20 % à 50 °C. Quelle est l'activité (en %) de cette enzyme à 30 °C ?
60 %
Il suffit de lire la valeur correspondant à 30 °C : l'activité y vaut 60 %. C'est une simple lecture de courbe, sans calcul. Si tu as répondu 100, tu as lu la valeur de l'optimum (à 40 °C) au lieu de celle demandée (à 30 °C). Mémo : repère d'abord la température demandée sur l'axe horizontal, puis lis l'activité en face.
Amine met une cuillère de levure (riche en enzymes) dans un petit verre d'eau sucrée tiède, et une autre cuillère dans un verre d'eau sucrée bouillante. Au bout d'un moment, seul le verre tiède montre des bulles (signe d'activité). En une phrase, explique pourquoi le verre bouillant ne réagit pas.
Dans le verre bouillant, la forte chaleur a dénaturé les enzymes de la levure : leur site actif est détruit de façon irréversible, elles ne peuvent plus transformer le sucre. Dans le verre tiède, proche de leur optimum, les enzymes restent actives et produisent des bulles.
L'expérience oppose une température utile (tiède, proche de l'optimum) à une température destructrice (ébullition, dénaturation irréversible). Distracteur : croire que « plus c'est chaud, plus ça va vite » — au-delà de l'optimum, la chaleur tue l'activité au lieu de l'accélérer. Mémo : trop chaud ne veut pas dire plus rapide, mais plus mort.
Dans une cellule, la dégradation du glucose pour en libérer de l'énergie est une réaction qui :
Une voie métabolique transforme A → B → C → D, chaque flèche étant catalysée par une enzyme différente. Si l'enzyme qui transforme B en C est inactive, que se passe-t-il ?
Une enzyme ne reconnaît qu'un seul substrat et ne catalyse qu'un seul type de réaction. Comment nomme-t-on respectivement ces deux propriétés ?
La pepsine, enzyme de l'estomac de Karim, a un pH optimal très acide (autour de 2). Que se passe-t-il si on la place dans l'intestin, dont le milieu est proche de la neutralité ?
Pourquoi une très forte fièvre (au-delà de 41 °C) est-elle dangereuse pour l'organisme ?
Pourquoi une enzyme dont la forme du site actif est modifiée devient-elle inactive ?
Quel enchaînement relie correctement l'information génétique au caractère observé ?
Dans la phénylcétonurie, une enzyme déficiente ne transforme plus la phénylalanine. Quelle conséquence cela entraîne-t-il ?
Une mutation modifie le gène d'une enzyme et change la séquence d'acides aminés au niveau de son site actif. Quelle est la conséquence la plus probable ?
Karim affirme : « Une enzyme rend possible une réaction qui, sans elle, n'aurait jamais pu se faire, parce qu'elle lui apporte l'énergie qui lui manque. » Que penser de son raisonnement ?
Une enzyme dénaturée par une forte chaleur retrouve son activité quand on la refroidit.
Toutes les enzymes du corps humain ont le même pH optimal, proche de la neutralité.
Le métabolisme d'une cellule est indépendant de son information génétique.
La cuisson tue les microbes en partie parce que la chaleur dénature leurs enzymes vitales.
Dans une voie métabolique, le produit d'une réaction devient le réactif (le substrat) de la réaction suivante.
Sur la courbe d'activité d'une enzyme humaine, l'activité augmente jusqu'à un maximum puis chute brutalement. Le maximum est atteint à la température du corps humain. À quelle température (en °C) se situe cet optimum ?
On mesure l'activité de la pepsine de l'estomac à différents pH : 10 % à pH 1, 100 % à pH 2, 40 % à pH 4, presque nulle à pH 7. À quel pH cette enzyme est-elle la plus active (son pH optimal) ?
Une enzyme humaine a un optimum à 37 °C. Sur sa courbe d'activité, on lit : 100 % à 37 °C, 50 % à 50 °C, puis 0 % à partir de 60 °C, valeur qui ne remonte plus même si on refroidit ensuite. Quelle est l'activité (en %) de cette enzyme après l'avoir chauffée à 70 °C puis ramenée à 37 °C ?
Salma remarque qu'une pomme coupée laissée sur la table brunit vite, alors qu'au réfrigérateur elle brunit beaucoup plus lentement. Sachant que le brunissement est dû à une enzyme de la pomme, explique l'effet du froid sur cette enzyme.
Yasmine avale du saccharose (sucre du thé), que ses cellules ne savent pas utiliser tel quel. Grâce à la saccharase, il est découpé en glucose et fructose, eux assimilables. En t'appuyant sur les notions de substrat, produit et spécificité, explique pourquoi cette enzyme est nécessaire et pourquoi elle ne peut pas, par exemple, découper aussi les protéines.
Yasmine veut faire fermenter de sucre dans un préparation au laboratoire de son lycée, à Marrakech. Elle raisonne ainsi : « Pour transformer deux fois plus de substrat, il me faut deux fois plus d'enzyme. Donc si une dose d'enzyme suffit pour , il m'en faut le double pour . » Son raisonnement tient-il ?
En cours de SVT à Fès, Karim étudie la pepsine, qui digère les protéines dans l'estomac à un pH optimal d'environ . Il conclut : « Puisque la pepsine est très efficace à pH , on l'utilisera aussi dans l'intestin pour finir la digestion, car une enzyme efficace l'est partout. » Où est l'erreur de son raisonnement ?
On compare deux enzymes : l'enzyme humaine X (optimum 37 °C) et l'enzyme Y d'une bactérie des sources chaudes (optimum 70 °C). À 70 °C, on observe que X a une activité nulle alors que Y est à son maximum. Quelle interprétation est correcte ?
Une voie métabolique enchaîne : phénylalanine → tyrosine → ... → mélanine (pigment). L'enzyme qui transforme la phénylalanine en tyrosine est défectueuse à cause d'une mutation. Quel double effet attend-on ?
Dans un tube, 1 molécule d'enzyme transforme en une minute 1 000 molécules de substrat. Au bout de cette minute, l'enzyme est intacte. Quelle conclusion sur la quantité d'enzyme nécessaire est correcte ?
Deux personnes possèdent deux versions (allèles) différentes du même gène d'une enzyme. L'une a une enzyme au site actif normal, l'autre un site actif légèrement déformé qui fixe mal le substrat. Comment expliquer la différence de phénotype métabolique entre les deux ?
On ajoute dans un milieu une molécule étrangère dont la forme ressemble beaucoup à celle du substrat habituel d'une enzyme. Que peut-il se passer au niveau du site actif ?
Une enzyme a une activité de 0 % à pH 1, 100 % à pH 7, et 0 % à pH 12. À partir de cette courbe en cloche, où cette enzyme agit-elle probablement dans le corps ?
Au cours d'une réaction enzymatique, on suit la quantité de trois espèces : le substrat, le produit, et l'enzyme. Laquelle de ces évolutions est cohérente avec la nature catalytique de l'enzyme ?
Le dépistage de la phénylcétonurie à la naissance mesure le taux de phénylalanine dans le sang. Un taux anormalement élevé alerte les médecins. Pourquoi ce dosage est-il un bon indicateur d'une enzyme défectueuse ?
Une enzyme dont l'optimum est à 70 °C prouve que toutes les enzymes du vivant supportent 70 °C sans se dénaturer.
Toute mutation dans le gène d'une enzyme rend forcément cette enzyme inactive et provoque une maladie.
Une enzyme placée 10 minutes à 90 °C puis remise à 37 °C retrouve toute son activité, car 37 °C est sa température optimale.
Sur la courbe d'activité d'une enzyme, l'activité maximale (à l'optimum, 37 °C) vaut 100 %. À 50 °C, on lit une activité de 25 %. De combien de points de pourcentage l'activité a-t-elle chuté entre l'optimum et 50 °C ?
Une enzyme humaine a son optimum à °C. Lors d'une forte fièvre, la température du corps atteint °C, et l'enzyme commence à se dénaturer. De combien de degrés (en °C) la température a-t-elle dépassé l'optimum ?
Une molécule d'enzyme, non consommée, transforme molécules de substrat par minute. Comme elle ressort intacte après chaque réaction, combien de molécules de substrat aura-t-elle transformées en minutes ?
On trace l'activité de deux enzymes en fonction du pH. La pepsine (estomac) a son maximum à pH 2 ; la trypsine (intestin) a son maximum à pH 7. Quel est l'écart de pH entre les deux optimums ?
Une recette de yaourt dit : « Chauffe le lait à 85 °C, puis laisse refroidir à 45 °C avant d'ajouter le ferment. N'ajoute jamais le ferment dans le lait bouillant. » En t'appuyant sur l'activité enzymatique, explique le rôle de chaque température.
Le petit cousin de Karim est atteint de phénylcétonurie : une enzyme déficiente ne transforme plus la phénylalanine, qui s'accumule et devient toxique pour le cerveau. Son médecin lui impose un régime pauvre en phénylalanine. En reliant gène, enzyme, métabolisme et phénotype, explique pourquoi ce régime aide alors qu'on ne peut pas réparer l'enzyme.
Yasmine teste une enzyme dans quatre tubes contenant le même substrat, à 4 °C, 37 °C, 60 °C et 90 °C, pendant 10 minutes. Elle mesure ensuite le produit formé : beaucoup à 37 °C, peu à 4 °C, presque rien à 60 °C, rien à 90 °C. Puis elle place tous les tubes à 37 °C 10 minutes de plus. Le tube parti de 4 °C produit alors beaucoup, mais celui parti de 90 °C reste à zéro. Interprète l'ensemble de ces résultats.
Amine étudie une voie métabolique A → B → C → D, chaque flèche ayant son enzyme (E1, E2, E3). Chez un individu, on observe une forte accumulation de B et une absence quasi totale de C et de D, alors que E1 et E3 fonctionnent normalement. Identifie l'enzyme défectueuse, explique ton raisonnement, et propose ce qu'on pourrait observer si c'était plutôt E1 qui était défectueuse.
Karim affirme : « La pepsine digère les protéines dans l'estomac. Comme c'est une bonne enzyme, elle devrait digérer encore mieux les protéines dans l'intestin, où le milieu est plus doux. » Sachant que la pepsine a un pH optimal d'environ 2 et que l'intestin est proche de la neutralité (pH 7), explique pourquoi Karim se trompe.