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Principes de thermodynamique Les êtres vivants sont le si è ge d un flux constant d é nergie. Les plantes transforment l é nergie du rayonnement solaire.

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1 Principes de thermodynamique Les êtres vivants sont le si è ge d un flux constant d é nergie. Les plantes transforment l é nergie du rayonnement solaire en é nergie chimique contenue dans des glucides. Les plantes et animaux m é tabolisent ces substances pour la synth è se des biomol é cules, le maintien de gradients et la contraction musculaire. Ces processus transforment lénergie en chaleur.

2 La thermodynamique Relation entre les différentes formes d énergie et la manière dont lénergie influence la matière. Echelle macroscopique La thermodynamique nous permet de déterminer si un processus physique ou chimique est possible.

3 La thermodynamique permet de mieux comprendre: Repliement des macromolécules, Fonctionnement des voies métaboliques, Passage des molécules à travers des membranes biologiques, Force mécanique des muscles La thermodynamique ne donne pas dinformation sur la vitesse dune réaction, mais sur sa possibilité oui ou non.

4 Système thermodynamique Tout ensemble de molécules Une cellule vivante Un organisme vivant Système Environnement Un système peut être: ouvert fermé isolé

5 Fonctions détat Un système thermodynamique est caractérisé par une série de variables qui caractérisent le système mathématiquement et physiquement: Pression (P) Température (T) Concentration (C) Energie (U), Enthalpie (H), Energie libre de Gibbs (G) Sont toutes des fonctions détat

6 Les fonctions détat sont indépendant du chemin Fonction détat 2 B Fonction détat 1 A C D F E A B + énergie

7 Premier principe de la themodynamique LEnergie se conserve (lénergie ne peut pas être ni cr éé e ni d é truite) : U = U finale - U initiale = q - w U = énergie (fonction détat) q = chaleur reçue (pas de fonction détat) w = travail excercé (pas de fonction détat) La loi de conservation de lénergie Energie + A + B C + D

8 Via le travail vers lenthalpie On définit mathématiquement le travail comme: w = PV + w on sait déjà que U = q - w donc: q p = U + PV q p est la chaleur absorbée à pression constante. q p, étant la somme de deux fonctions détat, est aussi une fonction détat: q p = H ou lentalpie H = U + PV Dans la plupart des réactions biochimiques isolées w = 0. Aussi il ny a pas de changement de volume, donc H et U sont en pratique identique

9 Réactions exothermiques et endothermiques H < 0 : réaction exothermique. La chaleur est produite par le système et transférée au milieu H > 0 : réaction endothermique. La chaleur fournie par le milieu est absorbée par le système

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11 LEntropie Le second principe de la thermodynamique postule que dans tout processus spontané lentropie (S) de lunivers (système plus milieu environnant) saccro î t. Lentropie reflète le désordre, le hasard statistique Quelle que soit la variation que subit le système, lentropie de lunivers (système plus milieu) doit saccro î tre. S système + S environnement = S univers > 0 La propension qua lentropie à saccro î tre est la force qui pousse les syst è mes à é voluer vers leurs é quilibres

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13 Organismes vivants Les organismes vivants, qui sont particulièrement bien ordonnés, atteignent cet ordre en provoquant le désordre des nutriments quils consomment.

14 lEnergie libre de Gibbs Willard Gibbs a proposé une nouvelle fonction détat : la variation dénergie libre (G): G = H - TS T = température absolue Lenergie libre de Gibbs combine le premier et le second principe de la thermodynamique

15 Réactions exergoniques et endergoniques G < 0 : La réaction est spontanée. La réaction est exergonique. G > 0 : La réaction ne peut pas se dérouler spontanément. La réaction est endergonique. G = 0 : La réaction est en équilibre

16 G, G° et G° La G dune réaction dépend des conditions de la réaction: G°: état standard: 298°K (25°C), 1 atm, [réactants] à 1M et [H + ] = 1 M (pH=0) (situation non-biologique) Situation biologique: G°: pH=7,0, [H + ] = M

17 G = G° + 2,303 RT log[A] Avec G° = énergie libre standard R = constante des gaz parfaits Pour un réactif A Pour une réaction A + BC + D G = G° + 2,303 RT log [C][D]/[A][B] G = G° + 2,303 RT log K eq Avec G° = variation dénergie libre standard [Réactifs] = 1 M; Pression (gaz) : 1 atmosphère H2O = fraction molaire = 1; pH = 0 (G°) ; pH = 7 (G°) Influence des [réactifs] sur la valeur de G

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19 G° de formation dun réactif est indépendant du chemin. Les G° peuvent être mésurés ou calculés

20 Energies libres de référence pour lhydrolyse de lATP


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