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18 • Application des principes de la thermodynamique aux systèmes biologiques
Le quotient de réaction est très proche de la valeur de la constante d’équilibre. Les concentrations cellulaires des produits et du réactif sont donc pratiquement égales à celles qu’on
obtiendrait à l’équilibre.
c) Afin de vérifier la valeur précédente, on peut aussi calculer l’enthalpie libre molaire de réaction dans les conditions cellulaires :
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K) ϩ (310 K).R.ln[G 3 P].[DAHP]/[POCH 2 -C 4 H 6 O 4 -CH 2 OP]
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K)
ϩ (310 K).R.ln (18,5.10 –6 mol.L –1 .138.10 –6 mol.L –1 / 31.10 –6 mol.L –1 )
∆ ∆ ∆
∆ r G m (310 K) ϭ – 38 J.mol –1 ≈ 0
Le système est donc pratiquement à l’équilibre chimique.
Exercice 18.3 Conditions thermodynamiques de référence et conditions
biologiques de référence
Une fois ingéré, l’éthanol (CH 3 CH 2 OH) doit être éliminé par l’organisme.
Mais auparavant, ce dernier doit être transformé. Cette transformation, ou
métabolisation, de l’alcool implique deux étapes majeures.
Lors de la première étape, il est oxydé en un composé intermédiaire, l’acétaldéhyde, grâce à l’action de deux enzymes, l’alcool déshydrogénase et la catalase.
Au cours de cette première étape du métabolisme de l’alcool, la coenzyme
nicotinamide-adénine-dinucléotide, ou NAD + , est réduite en NADH-H + dans
une transformation dont le bilan stœchiométrique s’écrit :
CH 3 CH 2 OH ϩ NAD + ϭ CH 3 COH ϩ NADH ϩ H +
Cette transformation a été étudiée à 25 ˚C dans des milieux tamponnés. À
l’équilibre chimique, la concentration de chacun des constituants de la réaction, a été mesurée en fonction du pH et notée dans le tableau suivant.
a) Montrer que la valeur de la constante d’équilibre thermodynamique K˚ de
la transformation est indépendante de la valeur du pH du milieu réactionnel.
b) Montrer que la valeur de la constante d’équilibre apparente K˚’ de la transformation dépend de la valeur du pH du milieu réactionnel.
c) Donner l’expression qui lie l’enthalpie libre molaire de réaction calculée
dans les conditions thermodynamiques de référence à l’enthalpie libre
molaire de la réaction calculée dans les conditions biologiques de référence à
298 K. Que peut-on conclure de cette expression ?
pH
c(CH 3 CH 2 OH)/
mmol.L –1
c(NAD + )/
µmol.L –1
c(CH 3 COH)/
mmol.L –1
c(NADH)/
µmol.L –1
5,2
38,1
240,1
304,0
13,5
6,2
39,2
54,1
195,5
47,4
7,2
1,9
540,3
390,4
120,6
8,2
9,8
6 500,3
7 800,2
3 600,5
18 • Application des principes de la thermodynamique aux systèmes biologiques
Le quotient de réaction est très proche de la valeur de la constante d’équilibre. Les concentrations cellulaires des produits et du réactif sont donc pratiquement égales à celles qu’on
obtiendrait à l’équilibre.
c) Afin de vérifier la valeur précédente, on peut aussi calculer l’enthalpie libre molaire de réaction dans les conditions cellulaires :
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K) ϩ (310 K).R.ln[G 3 P].[DAHP]/[POCH 2 -C 4 H 6 O 4 -CH 2 OP]
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K)
ϩ (310 K).R.ln (18,5.10 –6 mol.L –1 .138.10 –6 mol.L –1 / 31.10 –6 mol.L –1 )
∆ ∆ ∆
∆ r G m (310 K) ϭ – 38 J.mol –1 ≈ 0
Le système est donc pratiquement à l’équilibre chimique.
Exercice 18.3 Conditions thermodynamiques de référence et conditions
biologiques de référence
Une fois ingéré, l’éthanol (CH 3 CH 2 OH) doit être éliminé par l’organisme.
Mais auparavant, ce dernier doit être transformé. Cette transformation, ou
métabolisation, de l’alcool implique deux étapes majeures.
Lors de la première étape, il est oxydé en un composé intermédiaire, l’acétaldéhyde, grâce à l’action de deux enzymes, l’alcool déshydrogénase et la catalase.
Au cours de cette première étape du métabolisme de l’alcool, la coenzyme
nicotinamide-adénine-dinucléotide, ou NAD + , est réduite en NADH-H + dans
une transformation dont le bilan stœchiométrique s’écrit :
CH 3 CH 2 OH ϩ NAD + ϭ CH 3 COH ϩ NADH ϩ H +
Cette transformation a été étudiée à 25 ˚C dans des milieux tamponnés. À
l’équilibre chimique, la concentration de chacun des constituants de la réaction, a été mesurée en fonction du pH et notée dans le tableau suivant.
a) Montrer que la valeur de la constante d’équilibre thermodynamique K˚ de
la transformation est indépendante de la valeur du pH du milieu réactionnel.
b) Montrer que la valeur de la constante d’équilibre apparente K˚’ de la transformation dépend de la valeur du pH du milieu réactionnel.
c) Donner l’expression qui lie l’enthalpie libre molaire de réaction calculée
dans les conditions thermodynamiques de référence à l’enthalpie libre
molaire de la réaction calculée dans les conditions biologiques de référence à
298 K. Que peut-on conclure de cette expression ?
pH
c(CH 3 CH 2 OH)/
mmol.L –1
c(NAD + )/
µmol.L –1
c(CH 3 COH)/
mmol.L –1
c(NADH)/
µmol.L –1
5,2
38,1
240,1
304,0
13,5
6,2
39,2
54,1
195,5
47,4
7,2
1,9
540,3
390,4
120,6
8,2
9,8
6 500,3
7 800,2
3 600,5