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Chapitre 2

Le métabolisme

3ème partie

plan

PLAN3. Notions de thermodynamique.

3.1. Energie de réaction.

3.2. Equilibre.

3.3. Relation entre énergie et équilibre.

3.4. Couplage énergétique.

3.4.1. Réactions en parallèle.

3.4.2. Réactions en série.

3.1

3. Notions de thermodynamique. 3.1. Energie de réaction.

si DG > 0 La réaction consomme de l’Eg.

si DG < 0 La réaction dégage de l’Eg.

L’énergie est nommée DG, variation d’énergie libre de Gibbs.

DG = Gfinal - Ginitial

glucose

CH2O

O

OH

OH

OHOH

PO

O-

O

O

glucose 6 phosphate

CH2OH

O

OH

OH

OHOH

ATP ADP

Elle est endergonique

Elle est exergonique

en kJ.mol-1

DG = - 8,0 kJ.mol-1

Elle est difficile

Elle est spontanée

PLAN

3.1

3. Notions de thermodynamique. 3.1. Energie de réaction.

La valeur de DG dépend des conditions de la réaction.

glucose

CH2O

O

OH

OH

OHOH

PO

O-

O

O

glucose 6 phosphate

CH2OH

O

OH

OH

OHOH

ATP ADP* La température. Les biologistes travaillent à 25°C ou 298 K

* Les concentrations des réactifs. Avec les valeurs réelles DG

Toutes les concentrations = 1 mol.L-1 DG°

* Le pH. Les chimistes travaillent à pH0 DG ou DG°

Les biologistes travaillent à pH7 DG’ ou DG°’

Toutes ces valeurs de DG sont différentes.

DG = -8,0 kJ. mol-1

DG° = -4,0 kJ. mol-1

Quel intérêt ?

C’est le plus juste, mais il est difficilement mesurable.

Il est artificiel mais c’est une méthode pour comparer les

réactions entre elles.

Conditions standards

PLAN

Lorsque la réaction est à l’équilibre:

Kéq = (Cpdt / Créact)

3.2

3. Notions de thermodynamique. 3.2. Equilibre.

Les réactions biologiques sont des équilibres. Elles se produisent dans les deux sens en fonctions des conditions (concentrations des réactifs). Celles-ci sont caractérisées une constante.

A tout moment de la réaction:

K = (Cpdt / Créact)

Fructose 1,6 diP DHP G3P

Ce qui ne veut pas dire que les concentrations sont

égales (K = 1) de chaque « côtés » de la réaction !

Si l’on modifie les concentrations, on modifie K et la réaction se produit dans le sens le plus favorable.

La réaction se déroule dans le sens qui compense la variation de concentration « pour revenir comme avant ! »

Henry de Le Chatelier (1850 -1936)a formalisé ce phénomène: « Toute

modification d’un facteur d’un équilibre chimique provoque, si elle se produit seule, un déplacement de l’équilibre dans un sens

qui tend à s ’opposer à la variation du facteur considéré. »

Ca marche aussidans l’autre sens.

K < KéqK > Kéq

K =[DHP].[G3P]

[F1,6dP]

PLAN

3.3

3. Notions de thermodynamique. 3.3. Relation entre énergie et équilibre.

DG = DG°' + R.T.Ln (Cpdt / Créact)

DG = DG°' + R.T.Ln KR = 8,314 J.mol-1.deg-1 T = 298 °K1 kJ = 1 000 J

DG = DG°' + 2,48.Ln K

DG = DG°' + 5,7.log K

Ln = 2,303 log

K influence le sens de la réaction.

DG influence le sens de la réaction.Il existe une relation entre K et DG.

C’est l’équationde Nernst.

Tout est à savoirpar cœur !

PLAN

Réaction

favorable

Réaction

défavorable

3.4.1

3. Notions de thermodynamique. 3.4. Couplage énergétique. 3.4.1. Réactions en parallèle.

+ PiDG°’ = +13,8 kJ.mol-1

ATP + PiDG°’ = -30,5 kJ.mol-1 ADP

Certaines réactions non spontanées utilisent l’énergie dégagée par des réactions plus favorables.

Voici le cas de la première réaction de la glycolyse, la phosphorylation du glucose par l’hexokinase.

Cette valeur élevée (en valeur absolue) sous-entend que la réaction est très violente. Le

Pi est éjecté avec force.

En s’hydrolysant, l’ATP projette violement contre le glucose, le Pi qui pénètre dans le nuage électronique et

forme une liaison covalente.

CH2OH

O

OH

OH

OHOH

CH2PO4

O

OH

OH

OHOH

PLAN

3.4.1

3. Notions de thermodynamique. 3.4. Couplage énergétique. 3.4.1. Réactions en parallèle.

DG°’ = +13,8 kJ.mol-1

DG°’ = -30,5 kJ.mol-1

DG°’ = SDG°’ = -16,7 kJ.mol-1

Certaines réactions non spontanées utilisent l’énergie dégagée par des réactions plus favorables.

Voici le cas de la première réaction de la glycolyse, la phosphorylation du glucose par l’hexokinase.

En s’hydrolysant, l’ATP projette violement contre le glucose, le Pi qui pénètre dans le nuage électronique et

forme une liaison covalente.

+ Pi

ATP + PiADP

CH2OH

O

OH

OH

OHOH

CH2PO4

O

OH

OH

OHOH

ATP ADP

CH2OH

O

OH

OH

OHOH

CH2PO4

O

OH

OH

OHOH

PLAN

3.4.2

3. Notions de thermodynamique. 3.4. Couplage énergétique. 3.4.2. Réactions en série.

Lorsque deux réactions sont en série, le substrat de la deuxième est le produit de la première.

La première réaction modifie la constante d’équilibre de la deuxième.

CH2OH

O

OH

OH

OHOH

CH2PO4

O

OH

OH

OH

OH

CH2PO4 O

OH

OH

OH

CH2OH CH2PO4 O

OH

OH

OH

CH2PO4

PLAN