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CM BIOCHIMIE LBG LENERGETIQUE BIOLOGIQUE. I) INTRODUCTION.

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1 CM BIOCHIMIE LBG LENERGETIQUE BIOLOGIQUE

2 I) INTRODUCTION

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4 Energie, travail, énergétique Lénergie est une propriété de la matière qui permet à celle-ci de se transformer en travail, ou à linverse de se former comme résultat dun travail. Le terme dénergie provient des mots grecs (dans) et jaccomplis) et signifie propriété dagir contenue dans un corps.

5 LEnergétique est la science qui étudie les échanges dénergie et son application aux êtres vivants est lénergétique biologique

6 Thermodynamique Le terme de thermodynamique provient de (chaleur) et de (pouvoir faire). Son sens initial était donc : travail obtenu à laide de la chaleur. La thermody- namique a dabord concerné létude des machines à vapeur et serait la discipline qui étudie les échanges entre travail et chaleur; mais on utilise actuellement ce mot dans un sens plus large équivalent à celui dénergétique

7 LA CHALEUR On la définit de façon assez abstraite comme la forme dénergie qui passe dun corps à un autre sous linfluence dune différence de température Cest une énergie en transit

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9 A B F F A W = F.l.cos l

10 LENERGIE CHIMIQUE Elle est due à la structure même des molécules. Chaque fois quune molécule se transforme ou réagit avec une autre, il se produit des échanges énergétiques et une réaction ne peut avoir lieu que si les échanges dénergie qui laccompagnent se font dans un sens qui la favorise : les produits finaux détiennent moins dénergie que les produits initiaux.

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12 Les types trophiques Aliments Minéraux Organiques Autotrophes Hétérotrophes L PHOTOTROPHES Photolithotrophes Photoorganotrophes Végétaux et bactéries à chlorophylle Quelques bactéries à chlorophylle C CHIMIOTROPHES Chimiolithotrophes Chimioorganotrophes Bactéries des chimiosynthèses Animaux, nombreux champignons et nombreuses bactéries

13 1 ER PRINCIPE Il repose sur la conservation de lénergie : lors de toute modification physique ou chimique, la quantité totale dénergie dans lunivers demeure constante, même si la forme de lénergie peut être modifiée

14 ENERGIE INTERNE Lénergie contenue dans un système constitué de molécules est la somme des énergies de translation, vibration, rotation (énergies cinéti- ques provoquées par des déplacements) ou de répulsion et attraction des atomes ou des molé- cules (énergies potentielles dépendant des char- ges).Lensemble de ces énergies, toutes difficiles à mesurer, est appelé énergie interne du système noté E. On ne sait mesurer que ses variations E

15 Supposons quon fournisse de la chaleur à un système et que cela lui fasse produire un travail (cas du chauffage dun gaz dont les molécules vont circuler plus vite et frapper plus souvent les parois du récipient, augmentant ainsi la pression). Alors E = Q – W Q est positif car la chaleur est fournie, W est négatif car le travail est fourni par le système. Dans un système isolé, pour passer de létat initial A à létat final B, E est toujours la même quelle que soit la voie suivie entre A et B.

16 ENTHALPIE Si une réaction chimique se produit à la fois à pression et volume constants, les particules du système ne changent ni de vitesse ni de parcours entre létat initial et létat final. Il ny a donc pas de travail mis en jeu et on peut écrire que la variation dénergie interne est égale à la variation de chaleur. Par définition, la variation de chaleur dune réaction à pression et volume constants est appelée variation denthalpie et notée H

17 Enthalpie vient du grec (dans) et (cha- leur) et est donc la chaleur présente dans la molécule. Dans le cas des réactions qui mettent en jeu des liquides et des solides, la variation de volume est très faible. Cest le cas en particulier chez les êtres vivants : on peut considérer que les réac- tions se produisent à pression et volume constants et de ce fait on peut confondre les valeurs de lenthalpie et de lénergie interne : E = H = Q

18 ENTHALPIE DE FORMATION Pour pouvoir mesurer H, on a défini par convention un niveau de base de lenthalpie de toute molécule en lui assignant la valeur 0 : létat standard. Une molécule ou un élément est à létat standard quand il est sous sa forme physique la plus stable et par convention une molécule dans son état standard a une enthalpie nulle à 25°C. A partir de létat standard on peut calculer la valeur de lenthalpie de chaque élément à une température autre que 25°C.On peut également grâce à ladditivité des enthalpies en calculer les variations au cours dune réaction à partir des enthalpies des atomes ou des molécules qui se combinent : cest ce quon appelle lenthalpie de formation des molécules.

19 ENERGIE OU ENTHALPIE DE LIAISON –De même, connaissant les enthalpies des divers atomes constituant une molécule, on peut calculer la variation de chaleur se produisant théoriquement lorsquun atome se sépare dun autre atome auquel il était attaché par une liaison chimique : cest ce quon appelle lénergie de liaison.

20 2 ème PRINCIPE Il dit que lunivers tend toujours vers de plus en plus de désordre : lors de tous les phénomènes naturels, lentropie de lunivers augmente

21 ENTROPIE Cest la mesure du degré de désordre dun système et est notée S. Le mot provient de et (évoluer, changer). Lentropie dun cristal, asssemblage parfaitement régulier datomes et de molécules est nulle au zéro absolu. Lensemble des phénomènes thermodynamiques physiques qui se produisent spontanément dans lunivers ont tendance à faire augmenter lentropie, alors que les phénomènes de la vie qui font augmenter lordre et lorganisation de la matière la font diminuer dans les organismes vivants. La vie sexerce donc à lencontre de lentropie.

22 Quelques exemples dentropie

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24 ENERGIE LIBRE La variation dénergie interne E qui se produit au cours de toute réaction se décompose en deux parties, lune qui produit du travail et lautre qui compense la variation dentropie. On a donc fait apparaître une autre fonction caractéristique de létat énergétique dun système, lenthalpie libre, appelée aussi travail maximum utilisable et noté G. Energie libre, enthalpie et entropie sont liées par la relation : G = H - T S

25 ENERGIE LIBRE standard et calcul Comme on ne peut calculer que des variations dénergie libre, pour chaque réaction élémentaire, on définit une valeur standard G° : concentration Molaire, pH = 0 et t = 25°C. Soit la réaction : A + B -----> C + D, on a alors G = G° + RTLn[(C)(D)/(A)(B)] R = 8,314 J.°K.M Toutefois, dans le milieu cellulaire, le pH est différend de 0 et on définit une nouvelle valeur standard à pH = 7 notée G° qui nous permet de calculer les variations dénergie interne G dans des conditions physiologi- ques.

26 Réactions doxydo réduction

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33 Forme universelle dénergie libre

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44 LATP, SYSTÈME STATIONNAIRE DYNAMIQUE


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