Démonstration par l`enseignante ou l`enseignant – Action de

SNC2D/SNC2P Fonctions et systèmes animaux et végétaux/Fonctions et systèmes animaux Démonstration par l’enseignante ou l’enseignant – Action de l’enzyme hépatique Sujets Durée systèmes organiques
préparation : 5 min
démonstration : de 10 à 15 min
Attentes particulières SNC2D A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s’y rattachant et formuler
une hypothèse.
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
B1.4 Expliquer la fonction et la structure des systèmes digestif, circulatoire, respiratoire et
reproducteur chez les humains (p. ex., le système circulatoire est responsable du transport des
molécules telles que l’oxygène, les nutriments, les globules rouges et les hormones).
B1.5 Décrire des interactions vitales entre des systèmes d’organismes végétaux et animaux
(p. ex., chez la sauterelle, le mouvement des muscles stimule la circulation du sang pour
acheminer les substances nutritives vers ses différentes parties).
SNC2P A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s’y rattachant et formuler
une hypothèse.
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
B1.4 Expliquer l’importance des systèmes digestif, circulatoire, respiratoire et reproducteur chez
les humains (p. ex., le système circulatoire est responsable du transport des substances vers
les cellules et les organes).
B1.5 Décrire des interactions vitales entre des systèmes du corps humain (p. ex., le système
respiratoire permet l’entrée de l’oxygène dans l’organisme et le système circulatoire en
assure la distribution vers toutes les cellules).
Introduction Cette démonstration illustre l’importance des enzymes dans le corps humain. Les enzymes
catalysent un grand nombre de réactions chimiques importantes dans l’organisme. Par la
démonstration, les élèves auront une bonne idée de la façon dont l’enzyme « catalase », qu’on
retrouve dans toutes les cellules, mais en plus forte concentration dans le foie, dégrade le
peroxyde d’hydrogène en eau et en oxygène. Le peroxyde d’hydrogène, qui est un comburant
potentiellement dommageable, est un sous-produit de certaines réactions cellulaires. Il doit être
dégradé rapidement sinon il pourrait endommager et détruire les cellules.
Matériel lunettes anti-éclaboussures
sarrau ou tablier de laboratoire
gants de protection
foie de poulet (haché ou en cubes de 1 cm)
petites pinces
solution de peroxyde d’hydrogène à 3 %,
H2O2(aq)
éclisse de bois
3 éprouvettes
support à éprouvettes
marqueur pour identifier les éprouvettes
cylindre gradué de 10 ml
allumettes ou briquet
Consignes de sécurité •
•
•
Fournissez les fiches signalétiques de tous les produits chimiques utilisés.
Le peroxyde d’hydrogène est un comburant et un irritant pour les tissus humains. Évitez
tout contact avec la peau et les yeux. Le port de lunettes de protection et de gants est
recommandé pendant la manipulation de cette substance. En cas de contact, rincez
immédiatement les yeux et la peau avec de l’eau pendant 15 minutes. En cas d’ingestion,
ne provoquez pas le vomissement et communiquez immédiatement avec le centre antipoison.
Une flamme sera utilisée pour détecter la présence d’oxygène. Il faut nouer les cheveux
longs derrière la tête et bien fixer les vêtements amples. Assurez-vous d’éteindre la flamme
avant de jeter l’éclisse. Enfin, revoyez avec les élèves les mesures d’urgence en cas
d’incendie (extincteurs, sorties de secours, etc.).
Système d’identification des matières dangereuses (0-minime, 1-léger, 2-modéré, 3-sérieux, 4-sévère)
peroxyde d’hydrogène à 3 %, H2O2(aq)
SIMDUT (0 à 4)
Santé
Risque de feu
Réactivité
1
0
1
Marche à suivre Portez l’EPP approprié : lunettes anti-éclaboussures, sarrau ou tablier de laboratoire et gants de
protection.
Les préparatifs suivants doivent être faits immédiatement avant la démonstration.
1.
Placez trois éprouvettes dans le support à éprouvettes et identifiez-les de 1 à 3.
2.
Coupez trois morceaux de 1 cm3 de foie frais et, à l’aide de petites pinces, mettez un
morceau dans les éprouvettes nos 1 et 3. (Si vous utilisez du foie haché frais, mettez
une petite cuillerée dans les éprouvettes nos 1 et 3.)
3.
À l’aide du cylindre gradué, versez de 2 à 4 ml de peroxyde d’hydrogène dans l’éprouvette
no 2.
Les éprouvettes nos 1 et 2 contiennent des substances de contrôle qui serviront à montrer que la
quantité d’oxygène produite individuellement par le foie et le peroxyde d’hydrogène n’est pas
décelable à l’aide du test de l’éclisse incandescente.
4.
5.
6.
7.
8.
Prédire / Expliquer
Montrez les éprouvettes nos 1 et 2 aux élèves en décrivant ce que chacune contient.
Demandez-leur de prédire ce qui va se produire :
a. lorsqu’on ajoutera du peroxyde d’hydrogène au foie dans l’éprouvette no 3;
b. lorsqu’on introduira une éclisse incandescente dans chaque éprouvette pour
détecter la présence d’oxygène.
Les élèves doivent tenter de trouver des explications pour justifier leurs prédictions.
Observer
Versez de 2 à 4 ml de peroxyde d’hydrogène dans l’éprouvette no 3 et laissez le temps aux
élèves de noter leurs observations.
Pour vérifier la présence d’oxygène, allumez l’extrémité d’une éclisse en bois puis agitez
l’éclisse ou soufflez sur la flamme de façon à l’éteindre et à produire une braise
incandescente. Introduisez lentement l’éclisse incandescente dans l’éprouvette no 1 et
veillez à ce qu’elle ne touche pas à la paroi ou au contenu de l’éprouvette.
Répétez l’étape 6 avec les deux autres éprouvettes en rallumant l’éclisse chaque fois.
Expliquer
Demandez aux élèves d’expliquer leurs observations.
Nettoyage La préparation contient seulement de l’eau et du foie. Le foie peut être jeté avec les ordures
ordinaires, et le liquide peut être versé dans l’évier avec de l’eau courante. Utilisez les méthodes
d’élimination conformes au protocole du conseil scolaire et aux règles de votre municipalité.
Qu’est-­‐ce qui se produit? Lorsque le peroxyde d’hydrogène est ajouté au foie (dans l’éprouvette no 3), des bulles
d’oxygène commencent rapidement à se former. Seule l’éclisse incandescente insérée dans
l’éprouvette no 3 devrait se rallumer en raison de la présence d’oxygène.
Comment ça fonctionne? Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui augmentent la vitesse des réactions chimiques
dans l’organisme en abaissant l’énergie d’activation nécessaire au déclenchement des réactions.
Par conséquent, les molécules plus réactives entrent en collision avec l’énergie requise pour
engendrer une réaction efficace. Les enzymes agissent en liant les substrats (réactants) à leurs
sites actifs. De par sa forme particulière, une enzyme ne peut habituellement catalyser qu’une
seule réaction précise.
L’enzyme « catalase » est présente dans toutes les cellules, mais en plus forte concentration dans
le foie parce que cet organe est responsable, entre autres, de la dégradation des toxines présentes
dans le sang. La catalase est un catalyseur de la dégradation du peroxyde d’hydrogène, qui est un
sous-produit de nombreuses réactions chimiques essentielles dans les cellules. Le peroxyde
d’hydrogène est toxique et, s’il n’est pas dégradé, il peut endommager et détruire les cellules.
L’équation chimique de la dégradation du peroxyde d’hydrogène est la suivante :
catalase
2 H2O2(aq) → 2 H2O(l) + O2(g)
Comme toutes les enzymes, la catalase agit dans certaines conditions de température et de pH. À
basse température, la réaction se produit très lentement. À des températures élevées et à des
niveaux de pH extrêmes, la structure tridimensionnelle de la protéine d’enzyme est altérée.
L’enzyme ne fonctionne alors plus correctement et on dit qu’elle est dénaturée.
Suggestions/conseils pour l’enseignante ou l’enseignant 1.
2.
Il est possible de transformer cette démonstration en activité en laboratoire pendant
laquelle les élèves examinent les facteurs ayant un effet sur l’action enzymatique (c’est-àdire, la température, la concentration et le pH).
Pour cette activité, les élèves doivent porter des lunettes de protection, un sarrau ou un
tablier de laboratoire et des gants de protection.
Le foie de poulet ou le foie de bœuf peuvent être utilisés indifféremment, selon la
disponibilité.
Prochaines étapes Cette démonstration peut servir à présenter les concepts qui seront enseignés dans les cours de
biologie (processus biochimiques) et de chimie (vitesse de réaction) du cycle supérieur.
Ressources supplémentaire 1.
2.
Vidéo de la démonstration accompagnée d’explications :
http://www.schooltube.com/video/0f9b17a9d14e4b93af83/Foie-Enzyme-Lab (en anglais
seulement)
Complément d’information sur les enzymes :
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/E/Enzymes.html (en anglais
seulement)