[PDF] 4 TRANSFORMATIONS CHIMIQUES DANS LES CELLULES Bioénergétique

Enthalpie libre ; évolution et équilibre

Enthalpie libre ; évolution et équilibre I Enthalpie libre 1 Définition G = H – TS G fonction d’état extensive s’exprime en joule Rq : elle se calcule à l’aide des potentiels chimiques μ (sera vu en 3ème année) 2 Variation élémentaire d’enthalpie libre dG = dH – TdS – SdT dG = dU + PdV + VdP – TdS + SdT

Corrigé TD TC2 : Enthalpie libre et potentiel chimique

l' enthalpie libre de mélange Amé1G = Gmél + n2RT1n = —48, 3 J Cette enthalpie libre est négative, le mélange est un phénomène spontané et I L'enthalpie libre étant une grandeur extensive : Gim +G2 avec Gl (T, PI) et G2 = n2 (T, e ) On considère que les deux gaz peuvent être assimilés à des gaz parfaits et +RT1n—L +n2 +RT1n—

scan0001 - University of Ottawa

ce, H20(s) 1120(1), la variation clans I'enthalpie libre standard de Gibbs, AGO, sera négative ositive ou nulle? S VP encerclez votre réponse 9 points Pour la réaction la constante d'équilibre est 13 3 à 25 00C et 34 4 à 75 00C Faisant l'approximation que AHO et ASO ne

UE1 : Biochimie Chapitre 2 Thermodynamique du vivant

– Enthalpie libre de Gibbs – Constante d’équilibre, d’affinité • Exemples, oxydation du glucose, • Irréversibilité et régulation du métabolisme • Nouvelle définition thermodynamique du vivant et conséquences • Couplage énergétique

chaque chapitre est constitu de cinq rubriques : qui reprend

Enthalpie libre G : S e T e S e Q T e =-----S c S c 0 S c 0 Q = T e d STÐ e S c Remarques ¥ Pour une transfor-mation quasi statique r versible, avec P pression du syst me ¥ Dans certains cas, i l peut y avoir une autre forme de travail, par exemple le travail lectrique dans le cas dÕune pile P ext = P WP= Ð ext d V P ext d U = Q Ð P

ÉTUDE THERMODYNAMIQUE DE L’OXYDO-RÉDUCTION EN PHASE HUMIDE

Comme la variation infinitésimale de l’enthalpie libre vaut aussi ξ=∆ ⋅ξ ∂ξ ∂ d = d r d, G G G pT, on en déduit que ∆∆∆rG ====nFu À l’équilibre ( i =0 ), l’enthalpie libre de la réaction : ⇔ξ=Cte n2α1ox 1 +n β1 2 red 2 =n β2 1 red 1 +n1α2ox 2 est ainsi liée à la différence de potentiel u entre les

Enthalpie et énergie de liaison - Eklablog

Enthalpie et énergie de liaison Réaction chimique – Semestre 1 – Thermochimie – Chapitre 5 Page 3 De la même façon les enthalpies de dissociation successives du méthane, observées lors de la

4 TRANSFORMATIONS CHIMIQUES DANS LES CELLULES Bioénergétique

La variation d’enthalpie libre de réaction pour transformer un substrat est égale à la somme des variations d’enthalpie libre de chaque réaction successive 6 Calculer la variation d’enthalpie libre de la réaction couplée à 37°C, sachant que les concentrations d’ATP et d’ADP sont respectivement de 3,4 et 1,3 mmol L-1 7

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Thème 2 : Les systèmes vivants Ġchangent de la matiğre et de l'Ġnergie Activité Elève

Chapitre 1 : Utilisation des voies métaboliques

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4 TRANSFORMATIONS CHIMIQUES DANS LES CELLULES

Bioénergétique

Notion d'enthalpie libre de réaction

L'enthalpie libre d'un système est l'énergie disponible présente dans un système qui peut être utilisée ou

dispersée lors de réactions chimiques. Lorsque des réactions chimiques ont lieu, l'enthalpie libre, notée G,

varie. Cette variation ǻl'état final et l'état initial du système soit :

ǻrG = G(état final) G(état initial)

Soit la réaction r A + B = C + D, la variation d'enthalpie libre sera notée ǻrG avec :

Pourquoi calculer l ?

En reprenant la réaction r : A + B C + D

Î Etudier le signe de ǻrG permet de connaître le sens spontané d'une réaction. 3 cas sont possibles :

- Si ǻrG > 0 : le système contient plus

avoir lieue spontanément dans le sens 1. Il faudra apporter au système cette énergie supplémentaire.

endergonique dans le sens étudié. Spontanément, la réaction évoluera dans le sens inverse (sens 2). - Si ǻrG < 0

sens étudié. Les réactifs de la réaction se transforment en produits en libérant de l'énergie.

- Si ǻrG = 0 des réactifs et produits n'évoluent plus. Le système a atteint son . La réaction se déroule alors dans les 2 sens à des vitesses strictement égales. Î ǻrG on peut ainsi déterminer le sens d'une réaction et savoir si elle est totale ou

équilibrée.

Connaissances Capacités

Un organisme vivant est un système ouvert qui échange déroulent à une température et un pH maintenus constants. enthalpie libre standard de la réaction ǻrG° est négative. Une transformation chimique est favorisée à pH = 7,0 et à

37°C quand ǻrG°'

est négative. Certaines transformations chimiques sont favorisées par le

ǻrG°'<0) avec des

réactions endergoniquesǻrG°'>0). Analyser des exemples de réactions biochimiques pour : obtenue par couplage à partir des enthalpies libres de

ǻrG°' mises en jeu.

sens 1 sens 2

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Chapitre 1 : Utilisation des voies métaboliques

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ǻrG = Gf - Gi < 0 ǻrG > 0 ǻrG = 0

Le système :

Î Sens de la réaction :

Î Cette réaction spontanée est

dite exergonique.

Le système :

Î Sens de la réaction :

Î Cette réaction est dite

endergonique.

Î Sens de la réaction :

Î Le système est .

Les concentrations des réactifs et

produits n'évoluent plus. L'enthalpie libre standard de réaction chez les organismes vivants

environnement. Les organismes vivants ont également une particularité : ils maintiennent leurs constituants

à des concentrations stables au cours du temps (par exemple : le pH, la température).

état de référence ou état standard

pour pouvoir établir des comparaisons. ¾ En chimie avec des conditions spécifiques : о à une température constante de 25°C soit о à une pression de 1 atmosphère (105 Pascal) о pour une concentration à 1 mol/L de tous les solutés présents Néanmoins, ces conditions ne sont pas toujours applicables aux milieux biologiques.

¾ Pour les réactions biochimiques, se déroulant dans les systèmes vivants, il a été défini un état

standard apparent noté " 0'» :

о à une température constante

о à une pression de 1 atmosphère (105 Pascal) о pour une concentration à 1 mol/L de tous les solutés présents

Thème 2 : Les systèmes vivants Ġchangent de la matiğre et de l'Ġnergie Activité Elève

Chapitre 1 : Utilisation des voies métaboliques

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Comparaison des états de référence

Etat standard Etat standard apparent

Température

Pression

pH

Concentration des molécules

Calculs de ǻr et ǻro

système biologique :

ǻr :

ǻro :

R : T : Qr : - : alors La valeur de ǻro permet donc ddans les conditions standards.

Récapitulatif

Une réaction est donc favorisée quand thalpie libre standard de la réaction ǻr.

Etat initial standard Constante

prévisible ǻrG° = - R T ln K Type de réaction

Qr initial = 1

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Chapitre 1 : Utilisation des voies métaboliques

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Activité 1 : Relation entre ǻrG0 et K

Exercice 1 :

1. : ǻrG° = -12,5 kJ.mol-1 ǻrG° = 12,5 kJ.mol-1ǻrG° = -0,6 kJ.mol-1

2. Déduire de ces valeurs si la transformation chimique est totale, limitée ou impossible.

Données : T(°K) = T(°C) + 273 ; R = 8,31 J.mol-1.K-1 ; Température = 25°C

Exercice 2 :

Document 1

1. libre standard des réactions suivantes à partir des constantes

Données : T(°K) = T(°C) + 273 ; R = 8,31 J.mol-1.K-1 2.

Exercice 3 :

Complétez le tableau suivant (T=25°C) :

Réaction ǻrG0 (kJ/mol) Sens de réaction

G6P AE G1P

0,053

PEP + H2O AE Pyruvate + Pi 7,4. 1010

G1P + H2O AE Glycérol + Pi 41

G6P AE F6P + 1,7

Maltose + H2O AE 2 Glucose -15,5

ATP + H2O AE ADP + Pi - 30,5

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Chapitre 1 : Utilisation des voies métaboliques

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Exercice 4 :

La saponification est un processus permettant la fabrication de savons. Les savons sont des sels

(généralement sodiques ou potassiques) d'acides gras, utilisés depuis l'Antiquité pour leurs propriétés

détergentes. La saponification consiste à hydrolyser des triglycérides et d'ioniser les acides gras libérés

afin d'en faire du savon. L'hydrolyse de la fonction ester est partielle, à l'équilibre une partie des réactifs n'a

pas réagi. Le rendement, relativement faible, est d'environ 33%.

1. Écrire la réaction d'hydrolyse d'un ester.

2. ǻrG0 de cette réaction.

Activité 2

Exercice 1 :

concentrations en ATP, ADP et phosphate en mmol/L.

Document 2

Données : T(°K) = T(°C) + 273 ; R = 8,31 J.mol-1.K-1 ; ǻrGo (hydrolyse ATP) = - 30 kJ/mol

1.

2. Conclure.

Exercice 2 :

Document 3

1. inorganique à 37°C. Données : T(°K) = T(°C) + 273 ; R = 8,31 J.mol-1.K-1) oie métabolique

permettant de transformer le substrat A en produit E en plusieurs réactions successives (A AE B AE C

AE D AE E) et

Dans la cellule hépatique, les concentrations physiologiques sont les suivantes :

Glucose : 5,00 mmol.L-1

Phosphate : 5,00 mmol.L-1

Glucose -6-phosphate : 0,25 mmol.L-1

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Chapitre 1 : Utilisation des voies métaboliques

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2. par le phosphate

inorganique à 37°C.

3. Conclure.

Document 4

Dans la cellule, la phosphorylation du glucose est couplée à

4. Ecrire le bilan de la réaction couplée.

5. Calculer la variation

transformer un substrat chaque réaction successive. 6.

7. Conclure.

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Chapitre 1 : Utilisation des voies métaboliques

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4 - RECAPITULATIF COURS

Bioénergétique

Pour une transformation chimique, on peut définir une :

ǻrG = G état final G état initial

Cette variation représente .

ǻrG' =

ǻr -1

ǻr -1

R : constante des gaz parfaits (8,314 J.mol-1.K-1)

T : température absolue en Kelvin

Qr : quotient réactionnel.

¾ Prévision du sens de la réaction

. Si ǻr

ǻrGo' = K =

Qr,i < K

ǻr la réaction

Réaction possible

Réaction

Ö cas des réactions

Qr,i > K

ǻr

La réaction

Réaction possible

Réaction impossible

Réaction

Ö cas des réactions

Qr,i = K ǻr

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Chapitre 1 : Utilisation des voies métaboliques

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¾ Le couplage énergétique

Représentation mécanique du couplage entre une réaction exergonique et endergonique

ǻrGo1 ǻrGo2

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