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Mode d’action d’un médicament anti-inflammatoire, l’ibuprofène

jeudi 19 juillet 2012, par Agnès Burtin, Thibaud Roy

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné TS obligatoire
Partie du programme : Thème 3 :Corps humain et santé A-1-La réaction inflammatoire, exemple de réponse innée.
PLACE DANS LA PROGRESSION
Activité élève venant après la découverte de cellules et de molécules impliquées dans la réaction inflammatoire
PROBLEME A RESOUDRE
Comment la prise d’ibuprofène (Advil, Nurofen…) aboutit-elle à une diminution des symptômes de l’inflammation ?
NOTIONS, COMPETENCES
Notions La réaction inflammatoire aigüe met en jeu des molécules à l’origine de symptômes stéréotypés (rougeur, chaleur, gonflement, douleur) ; mode d’action d’un anti-inflammatoire.
Compétences
- Utiliser les fonctionnalités du logiciel Rastop
- -Exploiter des données expérimentales et extraire des informations sur les effets des médicaments antiinflammatoires.
- Communiquer des résultats (capture d’écran, annotation de l’image obtenue)
ACTIVITE
  • Matériel et ressources :
    - Ordinateur avec logiciel RASTOP et fichier « Cox-Acide arachidonique »
    Zip - 98.1 ko

- Document 1 : la chaîne de biosynthèse des prostaglandines

Parmi les molécules synthétisées lors de la réaction inflammatoire aigüe, certaines prostaglandines provoquent une vasodilatation et une augmentation de la perméabilité vasculaire, et contribuent ainsi à l’apparition des symptômes inflammatoires. Les étapes de la synthèse des prostaglandines à partir de molécules de la membrane d’une cellule sécrétrice sont représentées sur le document suivant :
- NB :chaque transformation chimique ne peut se produire spontanément :chacune dépend l’activité d’une enzyme spécifique.
PNG - 32.6 ko

D’après http://www.rhumatologie-bichat.com/… http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossi…

- Document 2 : les conditions de synthèse de la cyclo-oxygénase (COX ) dans les monocytes ou granulocytes

Des chercheurs travaillant sur la réaction inflammatoire se sont intéressés à l’enzyme cyclooxygénase (=COX).

EXPERIENCE :On fait incuber un nombre défini de monocytes et de granulocytes en présence d’une concentration de 10 µg/mL de LPS (molécule de la paroi de nombreuses bactéries) pendant différents temps :0, 1, 2,5 et 4,5 heures. On traite ensuite la culture de manière à récupérer le cytoplasme des cellules, et on effectue une électrophorèse destinée à séparer les molécules de COX des autres protéines cytoplasmiques. La coloration des protéines COX donne les résultats suivants :

Séparation des enzymes COX du cytoplasme de granulocytes et de monocytes après action du LPS à 10 µg/ml pendant différentes durées

D’après http://www.futura-sciences.com


- Document 3 : Mode d’action moléculaire des enzymes et de l’ibuprofène

3a. Généralités sur le mode d’action moléculaire des enzymes
- les enzymes sont des protéines constituées de centaines d’acides aminés
- Pour agir, l’enzyme doit rentrer en contact avec la molécule de substrat qui lui est spécifique pour former un complexe enzyme-substrat. Cette liaison avec la molécule de substrat est suivie de la libération des produits de la réaction Ce contact s’établit au niveau d’une zone particulière de l’enzyme, zone en creux et complémentaire de forme d’une partie de la molécule de substrat que l’on nomme le site actif. Le site actif est constitué de quelques acides aminés qui assurent une liaison temporaire avec le substrat spécifique ce qui permet le déroulement de la réaction

3b. Visualisation du complexe COX-acide arachidonique Charger le complexe Enzyme- substrat « COX – Acide arachidonique » (la COX est nommée chaine A ; l’acide arachidonique est appelé ACD 700 ) et utiliser la fiche technique du logiciel pour mettre en évidence judicieusement certaines parties des molécules affichées.

- Document 4 : influence de l’ibuprofène sur l’activité de la COX

4a : données expérimentales On mesure de l’activité de l’enzyme COX en présence de concentrations croissantes d’ibuprofène (10-7 à 10-3 µM).
PNG - 12.6 ko

En absence d’ibuprofène, on mesure l’activité d’une quantité ‘Q’ de COX et on lui attribue la valeur 100% d’activité. On ajoute ensuite à la même quantité ‘ Q’ de COX une quantité ‘q ‘ d’ibuprofène, puis on mesure l’activité de l’enzyme (c’est à dire la synthèse de prostaglandine à partir de l’acide arachidonique).

http://www.futura-sciences.com/fr/d…)

4b – données fournies par les études de biologie moléculaire Des études de biologie moléculaire ont montré que la molécule d’ibuprofène se fixe sur les acides aminés 120 (Arginine) de la COX et de ce fait interagit avec les acides aminés 385 (tyrosine) et 530 (sérine) de l’enzyme .

  • Déroulement de l’activité - consignes :

1 – Présenter, à partir de l’exploitation des documents 1, 2 et 3 les conditions de la production des prostaglandines inflammatoires. (on attend une visualisation 3D du complexe enzyme-substrat grâce à l’utilisation du logiciel Rastop)

2 - A partir de l’exploitation des documents 4 et de l’utilisation des fonctionnalités du logiciel Rastop, recherchez une explication à l’activité anti-inflammatoire de l’ibuprofène . Répondre au problème posé selon les modalités que vous choisirez ; votre réponse devra comporter une image légendée ( à partir d’une capture d’écran Rastop) permettant de comprendre l’action anti-inflammatoire de l’ibuprofène

COMMUNICATION DES RÉSULTATS, OBSERVATIONS, RECHERCHES

Résultats attendus :

Question 1 :

(doc 2 ) LPS bactérie = PAMP → activation PRR monocytes et granulocytes →synthèse de COX →(doc 1) synthèse de prostaglandines → vasodilatation…

Question 2 :

on attend à ce que les élèves :
- distinguent par une couleur différente la COX et son substrat (ACD 700)
- distinguent par une couleur/mode de représentation les 3 acides aminés (ici en bleu) 120,385 et 530 sur lesquels se fixe l’ibuprofène
- constatent que ces 3 aa sont à proximité immédiate du substrat dans le complexe (ici en rouge), dans un « trou », et donc doivent constituer des aa aminés du site actif de la COX → l’ibuprofène , en bloquant le site actif de la COX, inhibe son mode d’action sur son substrat

PNG - 147.4 ko

Agnès Burtin, Thibaud Roy



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