Une application pour simuler la cinétique de l’hydrolyse de l’amidon

par Fabrice PELLEGRIN

Le logiciel « Hydrolyse de l’amidon », écrit en HTML5, est utilisable sur tous les supports.
Il permet de simuler la réalisation d’expériences sur la catalyse enzymatique et chimique de l’amidon en faisant varier les conditions de pH et de température.

OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES (PROPOSITIONS)

Notions fondamentales mobilisées Principes et conditions de la catalyse enzymatique.
Compétences travaillées Compétences travaillées Concevoir, créer, réaliser (Concevoir et mettre en œuvre des stratégies de résolution, Concevoir et mettre en œuvre un protocole, Interpréter des résultats et en tirer des conclusions).

Pratiquer des démarches scientifiques (Observer, questionner, formuler une hypothèse, en déduire ses conséquences testables ou vérifiables, expérimenter, raisonner avec rigueur, modéliser, argumenter).
Utiliser des outils et mobiliser des méthodes pour apprendre (travailler en équipe, collaborer).
Utiliser des outils numériques (Utiliser des logiciels
d’acquisition, de simulation et de traitement de données).

Remarque sur l’utilisation de l’application :

Il est fondamental de bien prendre conscience que le contrôle de l’activité enzymatique par le pH et la température peuvent être abordés dans le cadre d’une démarche mais qu’il ne s’agit pas d’attendus du programme de Première Spécialité. Le logiciel permet de réaliser des expériences en obtenant des résultats rapidement. Il peut être utilisé dans l’optique d’une différenciation pédagogique et/ou d’une préparation d’une démarche avant manipulation. En effet le but du logiciel n’est pas de se substituer au réel.

Capture d'écran du logiciel "Hydrolyse de l'amidon"

Capture d’écran du logiciel “Hydrolyse de l’amidon”

 

1. Description de l’application

À l’ouverture de l’application se trouve, sur une seule page, tout le matériel requis pour mener à bien diverses expériences.

Quatre tableaux permettent de choisir la solution qui sera présente dans chaque tube : une solution d’amidon, une solution de saccharose ou de l’eau distillée. Il est impossible de réaliser un test sur un tube sans ce premier choix.

A chaque tube est associé un thermomètre permettant de régler la température par simple clic sur le curseur. Les températures sont prédéfinies : 3, 33, 37, 40 et 90°C.

Dans la partie supérieure de l’écran, la souris permet de déplacer 5 récipients différents. On trouve une solution de Lugol, une solution d’acide chlorhydrique, une solution de soude, une solution d’amylase et une dernière de saccharase. Une fois positionné au dessus d’un tube, le récipient provoque l’apparition d’un bouton permettant de verser le liquide. Chaque récipient ne peut être déversé qu’une seule fois dans chaque tube.

Comme toutes les solutions, celle de Lugol peut être utilisée à n’importe quel moment. Par exemple en début d’expérience, son éventuel changement de couleur au cours du temps sera progressif et pourra être observé.

Les contenants « HCl» et « soude » permettent de faire varier le pH. Au départ, seules les valeurs 1, 3, 5 pour HCl ainsi que 9 et 11 pour la soude sont possibles. Par la suite, la valeur 1 n’est pas modifiable et les autres valeurs ne sont modifiables que pour obtenir la neutralité.

Deux autres récipients contiennent les enzymes « Amylase » et « Saccharase ».

En utilisant la souris, dix bandelettes-test peuvent être déplacées et glissées dans chaque tube. Une fois positionnée au dessus d’un tube, le mouvement de la bandelette vers l’intérieur est guidé afin de la maintenir verticale. Un indicateur coloré au bout de la bandelette évalue la quantité de sucre réducteur présente dans la solution. Chaque couleur correspond à une quantité de sucre et les couleurs situées sur la boite positionnée à gauche permettent d’évaluer cette quantité. Une poubelle permet de nettoyer l’écran des bandelettes jugées inutiles. Chaque bandelette, une fois utilisée, affiche les conditions de l’expérience dans laquelle elle a été utilisée : le numéro du tube, la température, le pH, la présence d’amylase, la présence de saccharase et le temps écoulé. Un bouton associé permet de masquer ces données ou de les afficher. Comme indiqué en consigne en partie gauche de l’écran, la température et le pH indiqués par la bandelette correspondent à ceux en vigueur lorsque le bouton « Résultat » a été actionné.

Le choix du saccharose au départ impose des conditions de pH et de température définies : 37°C et pH = 7. Ces valeurs ne peuvent pas être modifiées.

Toutes les conditions de chaque expérience sont affichées sous les tubes et sont actualisées en fonction des manipulations. Un bouton « résultat » permet d’ajouter 5 minutes. Il n’y pas de limite de temps.

Quelques définitions sont présentes en bas et à gauche de l’écran.

 

2. Les différents tests possibles

Catalyse chimique :

Une température de 90°C associée à un pH = 1 permet d’hydrolyser l’amidon. Cette réaction sera complète au bout de 50 minutes. Il est possible de la suivre à l’aide des bandelettes et du Lugol. En changeant la température en cours de réaction, celle-ci s’arrête et pourra toutefois reprendre si la température initiale est rétablie.

Catalyse enzymatique :

En présence d’amylase, une température de 37°C associée à un pH = 7 permet d’hydrolyser l’amidon en 5 minutes. Cette catalyse peut aussi être mise en évidence par l’action de la saccharase sur le saccharose.

Spécificité de l’enzyme :

En choisissant le saccharose au départ, les bandelettes montrent que l’amylase n’a aucun effet. De même, la saccharase n’a aucun effet sur l’amidon. Le saccharose n’est présent que pour mettre en évidence la spécificité. C’est pour cela que son choix au départ impose des conditions prédéfinies.

Influence de la température et du pH :

La réaction ne peut être réalisée qu’avec l’amidon. L’enzyme catalyse la réaction d’hydrolyse en présence d’amidon lorsque le pH est compris entre 5 et 9 et la température entre 33 et 40°C.

C’est à pH = 7 et à la température de 37°C que l’activité est optimale, c’est-à-dire plus rapide. Elle est complète après un clic « Résultat » c’est-à-dire 5 minutes.

Lorsque la température atteint 90°C, l’enzyme est définitivement détruite. Elle est également dénaturée lorsque le pH =1, 3 ou 11. Un retour aux conditions optimales ne changera rien.

Les conditions peuvent être modifiées en cours d’expérience.

L’enzyme reste fonctionnelle à une température de 3°C : la réaction sera possible en la modifiant.

Capture d'écran du logiciel "Hydrolyse de l'amidon"

Capture d’écran du logiciel “Hydrolyse de l’amidon”

 

Liens

Lien vers l’application en ligne (sur le site de l’auteur) :
https://www.svtanim.fr/Hydrolyse.html

Aller au contenu principal