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18 • Application des principes de la thermodynamique aux systèmes biologiques
Exercice 18.4 Concept de composé à potentiel énergétique élevé
➤ Au cours de la glycolyse aérobie dans la phase dite de remboursement, la
phosphoglycérate kinase catalyse la déphosphorylation du composé 1,3
Bisphosphoglycérate en 3-Phosphoglycérate en régénérant la molécule
d’ATP. Cette transformation peut se produire à 37 ˚C.
a) Montrer que cette transformation peut être décrite par le couplage de deux
réactions dans les conditions thermodynamiques de référence.
b) Calculer la valeur de la constante d’équilibre thermodynamique de cette
réaction.
c) Montrer que le rendement énergétique de cette réaction est meilleur dans
les conditions cellulaires que dans les conditions biologiques de référence.
➤ Le 3-Phosphoglycérate est ensuite transformé en phosphoénolpyruvate
selon la réaction dont l’équation stœchiométrique s’écrit :
POCH 2 CHOHCOO – ϭ POCH 2 CCOO – ϩ H 2 O
d) Calculer l’enthalpie libre molaire de cette réaction dans les conditions thermodynamiques de référence à 37 ˚C.
e) En déduire l’enthalpie libre molaire de cette réaction à 37 ˚C.
Le pyruvate (CH 3 -CO-COO – ) est le produit terminal de la glycolyse en
présence de la pyruvate kinase qui se traduit par la formation de la molécule
d’ATP.
f) Écrire la réaction chimique de cette dernière transformation.
g) Comment comprenez-vous maintenant la terminologie « Phase de
Remboursement » attribuée à cette partie de la glycolyse ?
Données :
La déphosphorylation du composé 1,3-Bisphosphoglycérate en 3-Phosphoglycérate est caractérisée par une enthalpie libre molaire de réaction de référence égale, à 37 ˚C, à – 49,1 kJ.mol –1 .
L’hydrolyse de l’ATP est caractérisée par une enthalpie libre molaire de
réaction de référence égale, à 37 ˚C, à – 32,2 kJ.mol –1 .
On considérera le système cellulaire suivant :
c(1,3-Bisphosphoglycérate) ϭ 31 µmol.L –1
c(3-Phosphoglycérate) ϭ 16 µmol.L –1
c(ATP) ϭ 1,8 mmol.L –1
c(ADP) ϭ 140 µmol.L –1
c(P i ) ϭ 1 mmol.L –1
La formation du phosphoénolpyruvate est caractérisée par une constante
d’équilibre thermodynamique égale à K ° ϭ 9.10 –2 .
Les conditions cellulaires, à 37 ˚C, sont les suivantes :
c(POCH 2 CCOO – ) ϭ 9 mmol.L –1
c(POCH 2 CHOHCOO – ) ϭ 100 mmol.L –1
L’enthalpie libre molaire de réaction de référence de la déphosphorylation du
phosphoénolpyruvate est égale, à 37 ˚C, à – 61,9 kJ.mol –1 .
18 • Application des principes de la thermodynamique aux systèmes biologiques
Exercice 18.4 Concept de composé à potentiel énergétique élevé
➤ Au cours de la glycolyse aérobie dans la phase dite de remboursement, la
phosphoglycérate kinase catalyse la déphosphorylation du composé 1,3
Bisphosphoglycérate en 3-Phosphoglycérate en régénérant la molécule
d’ATP. Cette transformation peut se produire à 37 ˚C.
a) Montrer que cette transformation peut être décrite par le couplage de deux
réactions dans les conditions thermodynamiques de référence.
b) Calculer la valeur de la constante d’équilibre thermodynamique de cette
réaction.
c) Montrer que le rendement énergétique de cette réaction est meilleur dans
les conditions cellulaires que dans les conditions biologiques de référence.
➤ Le 3-Phosphoglycérate est ensuite transformé en phosphoénolpyruvate
selon la réaction dont l’équation stœchiométrique s’écrit :
POCH 2 CHOHCOO – ϭ POCH 2 CCOO – ϩ H 2 O
d) Calculer l’enthalpie libre molaire de cette réaction dans les conditions thermodynamiques de référence à 37 ˚C.
e) En déduire l’enthalpie libre molaire de cette réaction à 37 ˚C.
Le pyruvate (CH 3 -CO-COO – ) est le produit terminal de la glycolyse en
présence de la pyruvate kinase qui se traduit par la formation de la molécule
d’ATP.
f) Écrire la réaction chimique de cette dernière transformation.
g) Comment comprenez-vous maintenant la terminologie « Phase de
Remboursement » attribuée à cette partie de la glycolyse ?
Données :
La déphosphorylation du composé 1,3-Bisphosphoglycérate en 3-Phosphoglycérate est caractérisée par une enthalpie libre molaire de réaction de référence égale, à 37 ˚C, à – 49,1 kJ.mol –1 .
L’hydrolyse de l’ATP est caractérisée par une enthalpie libre molaire de
réaction de référence égale, à 37 ˚C, à – 32,2 kJ.mol –1 .
On considérera le système cellulaire suivant :
c(1,3-Bisphosphoglycérate) ϭ 31 µmol.L –1
c(3-Phosphoglycérate) ϭ 16 µmol.L –1
c(ATP) ϭ 1,8 mmol.L –1
c(ADP) ϭ 140 µmol.L –1
c(P i ) ϭ 1 mmol.L –1
La formation du phosphoénolpyruvate est caractérisée par une constante
d’équilibre thermodynamique égale à K ° ϭ 9.10 –2 .
Les conditions cellulaires, à 37 ˚C, sont les suivantes :
c(POCH 2 CCOO – ) ϭ 9 mmol.L –1
c(POCH 2 CHOHCOO – ) ϭ 100 mmol.L –1
L’enthalpie libre molaire de réaction de référence de la déphosphorylation du
phosphoénolpyruvate est égale, à 37 ˚C, à – 61,9 kJ.mol –1 .