Enzymes industrielles – cinétique de Michaelis–Menten et enzymes immobilisées
BiologieBiotechnologies15–16 ansLaboratoire virtuel
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À suivre dans Biotechnologies
Choisissez une application concrète – la lactase pour le lait sans lactose, la pectinase pour clarifier les jus de fruits, la protéase des lessives biologiques – puis réglez la concentration en substrat et la quantité d'enzyme pour voir la vitesse de réaction atteindre un plateau selon Vmax et Km. Activez l'enzyme immobilisée sur des billes d'alginate pour la réutiliser sur de nombreux lots et comparez le coût avec l'enzyme libre, utilisée une seule fois. L'écran Lessive est un TP : des carrés de tissu tachés d'œuf ou d'herbe sont lavés avec une lessive biologique (protéase, lipase) ou non biologique à 20–90 °C, et l'on mesure l'aire de tache restante.
Leçon : Les biotechnologies enzymatiques et leurs applications
Ce qu’elle montre
Les enzymes industrielles suivent la cinétique de Michaelis–Menten : la vitesse v = Vmax·[S]/(Km + [S]) augmente d'abord presque proportionnellement à la concentration en substrat, puis plafonne lorsque presque tous les sites actifs sont occupés. Vmax est proportionnelle à la quantité d'enzyme, tandis que Km est la concentration en substrat qui donne la moitié de Vmax. La simulation applique ce modèle à trois procédés et indique la durée de chaque lot. Fixée sur billes d'alginate, l'enzyme a une activité plus faible et un Km apparent plus élevé, car le substrat doit diffuser dans la bille, mais elle peut être récupérée et réutilisée, en perdant un peu d'activité à chaque lot. L'écran Lessive est un TP : des taches d'œuf ou d'herbe sur tissu sont lavées à 20–90 °C et mesurées en comptant les carrés d'une grille. La lessive biologique dépasse l'autre tant que ses enzymes sont actives ; au-dessus de l'optimum, elles se dénaturent et les deux courbes se rejoignent presque.
Mode d’emploi
Choisissez une Application, puis faites glisser la Concentration en substrat de faibles à fortes valeurs : le point rouge monte le long de la courbe puis s'aplatit sous Vmax. Doublez la Quantité d'enzyme et comparez la durée d'un lot. Activez enfin Enzyme immobilisée (réutilisable) : observez la vitesse initiale plus faible, les barres qui s'allongent d'un lot à l'autre, le moment où l'activité passe sous 50 % et le coût d'enzyme par lot comparé à l'enzyme libre. Appuyez sur Enregistrer le résultat pour ajouter les valeurs au tableau. Dans l'onglet Lessive, choisissez Tache, Lessive, Température et Durée de lavage, puis appuyez sur Laver. Chaque lavage va dans le tableau et sur le graphique ; les lavages à la même température sont moyennés.
Paramètres modifiables
- Écran Cinétique enzymatique, Lessive
- Application Lactase – lait sans lactose, Pectinase – clarification des jus, Protéase – lessive biologique
- Concentration en substrat 1–100 g/L
- Quantité d'enzyme 1–20 unités/L
- Enzyme immobilisée (réutilisable)
- Tache Œuf, Herbe
- Lessive Biologique, Non biologique
- Température de lavage 20–90 °C
- Durée de lavage 10–60 min
Questions à explorer
- Quand l'enzyme est déjà saturée, qu'est-ce qui accélère le plus la production : ajouter du substrat ou ajouter de l'enzyme ?
- Pourquoi le Km apparent de l'enzyme immobilisée est-il plus élevé que celui de l'enzyme libre ?
- Après combien de lots l'enzyme immobilisée tombe-t-elle sous la moitié de son activité, et pourquoi reste-t-elle moins chère par lot ?
- Pour une tache d'œuf lavée 30 minutes, à quelle température la lessive biologique enlève-t-elle le plus, et que se passe-t-il au-dessus ?
- Pourquoi les deux lessives donnent-elles presque le même résultat à partir d'environ 70 °C ?
