Réponse courteLe foie frais contient de la catalase, une enzyme qui décompose très vite le peroxyde d'hydrogène (eau oxygénée) en eau et en dioxygène. L'ébullition change définitivement la forme de l'enzyme : elle est dénaturée, elle ne peut plus agir, et le foie bouilli ne libère presque pas de dioxygène.
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Ouvrir le laboratoire →La réaction
Le peroxyde d'hydrogène se décompose lentement de lui-même en eau et en dioxygène :
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
Un catalyseur rend cette réaction beaucoup plus rapide sans être consommé. Deux catalyseurs sont utilisés à l'école : le dioxyde de manganèse (MnO₂), une poudre noire, et la catalase, une enzyme présente dans presque toutes les cellules vivantes. Le foie en contient beaucoup. Les cellules ont besoin de catalase car le peroxyde d'hydrogène est produit par le métabolisme et les abîmerait s'il s'accumulait.
Pourquoi l'ébullition arrête l'enzyme
Une enzyme est une protéine repliée selon une forme précise. Les molécules de peroxyde d'hydrogène s'insèrent dans une partie de cette forme, le site actif. À haute température, la protéine vibre tellement que les liaisons qui maintiennent sa forme se rompent. Le site actif change de forme et le substrat ne s'y insère plus. C'est la dénaturation, et elle est définitive : refroidir le foie bouilli ne rend pas l'enzyme active.
Le MnO₂ n'est pas une protéine : le chauffer ne l'empêche pas d'agir. Cette différence montre que le foie contient un catalyseur biologique.
La catalase n'agit que tant que son site actif garde sa forme.
La méthode
- Versez 10 cm³ de peroxyde d'hydrogène à 3 % dans une fiole conique reliée à une seringue à gaz, ou à une éprouvette graduée retournée remplie d'eau.
- Ajoutez 2 g de foie frais coupé en petits cubes, fermez vite la fiole et lancez le chronomètre.
- Notez le volume de gaz toutes les 30 secondes pendant 2 minutes.
- Recommencez avec 2 g de foie bouilli pendant 5 minutes puis refroidi, ensuite avec 0,5 g de MnO₂, puis sans catalyseur.
- Testez le gaz avec une bûchette incandescente : elle se rallume dans le dioxygène.
Sécurité : portez des lunettes de protection, car le peroxyde d'hydrogène irrite les yeux et la peau. Lavez-vous les mains après avoir touché du foie cru, et ne mangez rien de ce qui vient du laboratoire.
Exemples de mesures
Voici des exemples de mesures comme celles obtenues au laboratoire ; vos propres valeurs seront un peu différentes.
| Temps (s) | Foie frais (cm³) | MnO₂ (cm³) | Foie bouilli (cm³) | Sans catalyseur (cm³) |
|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 30 | 45 | 55 | 1 | 0 |
| 60 | 75 | 85 | 2 | 1 |
| 120 | 100 | 104 | 3 | 1 |
Exemple corrigé : le maximum de dioxygène possible
Quelle quantité de dioxygène 10 cm³ de peroxyde d'hydrogène à 3 % peuvent-ils donner à température ambiante ?
- 3 % signifie 3 g dans 100 cm³, donc 10 cm³ contiennent 0,30 g de H₂O₂.
- Masse molaire de H₂O₂ = 2 + 32 = 34 g/mol, donc quantité de matière = 0,30 ÷ 34 = 0,0088 mol.
- D'après l'équation, 2 mol de H₂O₂ donnent 1 mol de O₂, donc O₂ = 0,0044 mol.
- Une mole de gaz occupe environ 24 dm³ à température ambiante : 0,0044 × 24 = 0,106 dm³ = environ 106 cm³.
Dans le tableau, le foie frais et le MnO₂ ont donc presque terminé la réaction après 2 minutes, alors que le foie bouilli a à peine commencé.
Où voit-on cela dans la vie réelle ?
Les centres de santé nettoient parfois les petites plaies avec de l'eau oxygénée diluée. Elle mousse sur la peau parce que la catalase du sang et des cellules abîmées la décompose en dioxygène. Vous pouvez refaire l'expérience avec de la pomme de terre crue ou de la banane du marché : elles contiennent aussi de la catalase, mais moins que le foie.
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Commencer le laboratoire →Questions fréquentes
Le foie bouilli fonctionne-t-il à nouveau une fois refroidi ?
Non. La dénaturation est définitive : la forme de l'enzyme ne revient pas en refroidissant.
Quel gaz est produit ?
Du dioxygène. Il rallume une bûchette incandescente.
Le catalyseur est-il consommé ?
Non. Un catalyseur accélère la réaction et se retrouve intact à la fin. On peut filtrer le MnO₂, le sécher et le réutiliser.
Quelle température convient le mieux à la catalase ?
La catalase des mammifères, comme les vaches ou les chèvres, agit le mieux près de la température du corps, environ 37 °C. Elle ralentit quand il fait plus froid et est détruite quand il fait beaucoup plus chaud.
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Écrit par BIZIYAREMYE Donat, enseignant principal de physique et de STEM, Rwanda. Une erreur ? Écrivez sur WhatsApp au 0788 804 242. Autres explications · Tous les laboratoires interactifs