La cinquième saveur

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Structure et transformation de la matière
Type : Exercice | Année : 2017 | Académie : Pondichéry


Pondichéry • Avril 2017

Exercice 3 • 5 points • 55 min

La cinquième saveur

Les thèmes clés

Représentation spatiale des molécules • Transformation en chimie organique Réaction chimique par échange de protons

 

Il existe une autre saveur que le salé, le sucré, l’acide et l’amer : l’umami. Cette saveur a été découverte au début du xxe siècle par le professeur japonais Kikunae Ikeda. Ce mot, contraction de umai (« délicieux ») et mi (« goût »), se traduit littéralement par « goût délicieux ».

Le secret de l’effet umami tient en trois acides aminés : les acides glutamique, guanylique et inosinique. Ces espèces chimiques, naturellement présentes dans certaines viandes, légumes, poissons, crustacés et dans les aliments fumés, fermentés ou vieillis, sont responsables de cette sapidité* qui fait « wizz » en bouche.

D’après https://lexpress.fr

*Sapidité : qualité de ce qui a de la saveur.

Données

Quelques acides aminés naturels

pchT_1704_12_00C_01a

pchT_1704_12_00C_01b

pchT_1704_12_00C_01c

pchT_1704_12_00C_01d

Table simplifiée de données pour la spectroscopie infrarouge

Liaison

Nombre d’onde (cm–1)

O-H alcool lié

3 200-3 400

N-H amine

3 100-3 500

C-H

2 800-3 000

O-H acide carboxylique

2 500-3 200

C=O

1 600-1 820

N-H amine ou amide

1 560-1 640

Élément

Hydrogène (H)

Carbone (C)

Azote (N)

Oxygène (O)

Numéro atomique Z

1

6

7

8

Électronégativité χ

2,2

2,5

3,0

3,4

1. l’acide glutamique 20 min

1 L’acide glutamique est l’une des espèces chimiques qui participent à la saveur « umami ».

Justifier que l’acide glutamique est un acide aminé. (0,5 point)

2 Dans le tableau ci-dessous, on donne trois représentations de CRAM (notées A, B et C) de l’acide glutamique.

A

B

C

pchT_1704_12_00C_02a

pchT_1704_12_00C_02b

pchT_1704_12_00C_02c

Indiquer si les molécules A et B, puis A et C, représentées ci-dessus, sont identiques, énantiomères ou diastéréoisomères. (0,5 point)

3 Synthèse de Strecker de l’acide glutamique

Une succession de réactions chimiques permet la synthèse d’un acide aminé à partir d’un aldéhyde. On fait réagir l’aldéhyde avec du chlorure d’ammonium (NH4Cl) en présence de cyanure de potassium (KCN) pour former un α-aminonitrile. Celui-ci est ensuite hydrolysé pour donner l’acide aminé désiré selon le schéma ci-après.

pchT_1704_12_00C_03

1. Dans le cas de la synthèse de l’acide glutamique, donner la formule semi-développée du groupement R intervenant dans le schéma ci-dessus. (0,25 point)

2. Une étape du mécanisme réactionnel d’une réaction de synthèse d’un acide aminé est reproduite ci-dessous.

pchT_1704_12_00C_04

Recopier cette étape et représenter les flèches courbes qui permettent de rendre compte de cette étape. (0,5 point)

3. Associer à cette étape de la synthèse, en justifiant votre choix, une catégorie de réaction. (0,25 point)

2. Le dipeptide GLU-SER 35 min

L’acide glutamique GLU et son dérivé le glutamate monosodique (MSG) couramment utilisé comme exhausteur de goût ne sont pas les seuls composés à contribuer à la saveur umami. En 1973, dans le cadre de travaux sur le goût, le biochimiste japonais S. Arai a synthétisé quatre dipeptides « umami », dont le dipeptide GLU-SER.

On envisage de synthétiser en laboratoire ce dipeptide GLU-SER :

pchT_1704_12_00C_05

1 Écrire l’équation de la réaction conduisant au dipeptide GLU-SER à partir de deux acides aminés naturels, en utilisant des formules topologiques ou semi-développées. (0,5 point)

2 Quelle est la fonction créée lors de la formation d’un dipeptide ? (0,5 point)

3 Entourer sur les formules des molécules des deux réactifs apparaissant dans l’équation précédente les groupes caractéristiques à protéger. (0,75 point)

4 Analyse de la composition d’un dipeptide par électrophorèse

L’analyse de la composition d’un dipeptide commence par une hydrolyse qui permet de réaliser l’opération inverse de la synthèse peptidique et d’obtenir un mélange d’acides aminés. Ces acides aminés peuvent ensuite être séparés et analysés par électrophorèse.

L’électrophorèse est une technique chromatographique qui s’effectue en présence d’un champ électrique. L’échantillon « mélange » à analyser est déposé au centre d’un support solide conducteur (le plus simple étant un papier imbibé d’une solution ionique conductrice), soumis à un champ électrique entre ses deux extrémités.

pchT_1704_12_00C_06a

Les ions de charge positive migrent donc vers le pôle négatif, les ions de charge négative migrent vers le pôle positif et les espèces neutres ne migrent pas.

pchT_1704_12_00C_06b

On désire séparer par électrophorèse un mélange aqueux tamponné de sérine SER et d’acide glutamique GLU.

À l’aide de vos connaissances et des trois documents suivants, déterminer la solution tampon à choisir pour séparer la sérine de l’acide glutamique par électrophorèse. (1 point)

La démarche suivie et l’analyse des données seront correctement présentées. Toute démarche même partielle sera valorisée.

document 1 Solutions « tampon » disponibles

pchT_1704_12_00C_07

document 2 Diagramme de prédominance de la sérine

pchT_1704_12_00C_08

document 3 Diagramme de distribution et représentations topologiques des espèces acidobasiques de l’acide glutamique en fonction du pH

a. Diagramme de distribution de l’acide glutamique

pchT_1704_12_00C_09

b. Représentations topologiques des espèces acido-basiques de l’acide glutamique en fonction du pH

A+

pchT_1704_12_00C_10a

A

pchT_1704_12_00C_10b

A

pchT_1704_12_00C_10c

A2–

pchT_1704_12_00C_10d

5 Suite à la séparation de ces deux acides aminés, peut-on distinguer la sérine de l’acide glutamique en spectroscopie infrarouge ? (0,5 point)

Les clés du sujet

Partie 1

2 Cherchez si deux des molécules ne sont pas identiques.

3 Raisonnez par identification.

Partie 2

1 Écrivez l’équation à l’aide des formules topologiques données dans l’énoncé. Une 2e molécule est produite. Ne l’oubliez pas !

4 Il faut raisonner par étapes :

Comprendre le principe de l’électrophorèse.

Déterminer quelles sont les formes prépondérantes des deux molécules selon les zones de pH proposées.

Conclure.

5 Cherchez les différences de structure entre les deux molécules.

Corrigé

Corrigé

1. l’acide glutamique

1 Reconnaître des groupes caractéristiques

Par définition un acide aminé est un acide carboxylique qui possède également un groupe fonctionnel amine. On voit que l’acide glutamique possède à la fois le groupement acide –COOH et amine –NH2. C’est donc un acide aminé.

2 Reconnaître des stéréoisomères

Les molécules A et B sont identiques.

Les molécules A et C ne sont pas superposables et sont images l’une de l’autre dans un miroir. A et C sont donc énantiomères.

3 1. Reconnaître un groupement fonctionnel

pchT_1704_12_00C_11bis

La formule semi-développée de l’acide glutamique est représentée ci-dessous.

pchT_1704_12_00C_11

Par identification avec la formule semi-développée de l’acide aminé représentée dans l’équation de synthèse d’un acide aminé à partir d’un aldéhyde (énoncé), on voit que R correspond au groupement représenté ci-contre, de formule semi-développée :

– CH2 – CH2 – COOH.

2. Représenter un mécanisme réactionnel

pchT_1704_12_00C_12

3. Définir une catégorie de réaction

La réaction précédente correspond à une réaction d’addition. Le réactif possédant une double liaison la perd pour s’attacher un nouveau groupement.

2. Le dipeptide GLU-SER

1 Écrire une équation de réaction

pchT_1704_12_00C_13b

2 Reconnaître une fonction organique

pchT_1704_12_00C_13

Lors de la formation d’une liaison peptidique, il se forme une fonction amide représentée ci-contre.

3 Trouver les groupes caractéristiques à protéger

Notez bien

On parle de groupements « à protéger » quand ceux-ci se trouvent à la fois dans les produits et les réactifs.

La réaction doit utiliser une des deux fonctions COOH de l’acide glutamique sans abîmer ni l’autre ni celle de la sérine. Elle ne doit pas non plus abîmer la fonction NH2 de l’acide glutamique. Les 3 groupes à protéger sont entourées en rouge ci-dessous.

pchT_1704_12_00C_14

4 Déterminer une solution tampon permettant une séparation par électrophorèse

L’électrophorèse est une technique de séparation s’appuyant sur la propriété conductrice des ions. Pour que les acides aminés se séparent, il faut qu’ils possèdent des charges électriques opposées. Un acide aminé possède des propriétés acido-basiques : suivant le pH de la solution, les acides aminés ne possèdent pas les mêmes charges.

Nous avons à notre disposition 3 solutions tampon différentes :

pH 12,0 • pH 7,0 • pH 2,0.

D’après les diagrammes donnés, on peut déterminer sous quelles formes sont les deux acides aminés à ces différents pH.

pH

Sérine

Signe de la charge de la sérine

Acide glutamique

Signe de la charge de l’acide glutamique

12,0

pchT_1704_12_00C_15a

négatif

A2–

négatif

7,0

pchT_1704_12_00C_15b

neutre

A

négatif

2,0

pchT_1704_12_00C_15c

positif

mélange A+/A

non défini

La zone de pH permettant une séparation par électrophorèse est donc la zone pH = 7,0. En effet la sérine ne migrera pas (charge nulle) mais l’acide glutamique va migrer puisqu’il possède une charge négative.

5 Utiliser la spectroscopie IR pour distinguer 2 acides aminés

La spectroscopie IR permet d’identifier les groupes fonctionnels des molécules organiques. Sérine et acide glutamique possèdent les mêmes groupes caractéristiques –COOH et –NH2. Mais la sérine possède en plus un groupe alcool –OH.

Seule la sérine présente un pic aux environs de 3 200-3 400 cm–1.