18.4 Concept de composé à potentiel énergétique élevé
307
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Solution
a) Le bilan stœchiométrique de la transformation étudiée peut s’écrire à partir des deux réactions
suivantes :
1,3-Bisphosphoglycérate ϩ H 2 O ϭ 3-Phosphoglycérate ϩ P i ∆ r G˚ m (1) ϭ – 49,1 kJ.mol –1
ADP ϩ P i ϭ ATP ϩ H 2 O
∆ r G˚ m (2) ϭ 32,2 kJ.mol –1
1,3-Bisphosphoglycérate + ADP ϭ 3-Phosphoglycérate ϩ
ATP ∆ r G˚ m (310 K)
La transformation étudiée est donc caractérisée, à 310 K et dans les conditions thermodynamiques de référence, par l’enthalpie libre molaire de réaction suivante :
∆ r G˚ m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (1) ϩ ∆ r G˚ m (2) ϭ – 49,1 kJ.mol –1 ϩ 32,2 kJ.mol –1 ϭ – 16,9 kJ.mol –1
Le composé 1,3-Bisphosphoglycérate joue le rôle d’un composé à potentiel énergétique élevé et
permet la phosphorylation de l’ADP, entraînant ainsi la production d’ATP.
b) La valeur de la constante d’équilibre est calculée à partir de l’enthalpie libre molaire de réaction de référence comme dans le cas des exercices précédents :
∆ r G˚ m (310 K) ϭ – R.(310 K).ln K˚ et K˚ ϭ exp (–∆ r G˚ m (310K) / R.(310K))
Il vient : K˚ ϭ 917
c) Le rendement R, dans les conditions de référence, est donc égal à 32,2.10 3 / 49,1.10 3 .100 ϭ
65 %
Afin de connaître ce rendement dans les conditions cellulaires, il faut au préalable calculer les
enthalpies libres molaires des réactions de couplage.
– Pour la réaction (1) : 1,3-Bisphosphoglycérate ϩ H 2 O ϭ 3-Phosphoglycérate ϩ P i
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K) ϩ (310 K).R.ln[3-Phosphoglycérate].[P i ]/[1,3-Bisphosphoglycérate]
∆ r G m (1,310 K) ϭ – 68,6 kJ.mol –1
– Pour la réaction (2) : ADP ϩ P i ϭ ATP ϩ H 2 O
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K) + (310 K).R.ln [ATP] / [ADP].[Pi]
∆ r G m (2,310 K) ϭ 56,6 kJ.mol –1
On peut alors calculer le rendement de ce couplage dans les conditions cellulaires :
R ϭ ∆ r G m (2) / ∆ r G m (1) ϭ 82 %
On peut donc conclure que le rendement est meilleur dans les conditions cellulaires que
dans les conditions thermodynamiques de référence.
d) Pour la transformation : POCH 2 CHOHCOO – ϭ POCH 2 CCOO – ϩ H 2 O
L’enthalpie libre molaire de réaction pour les conditions thermodynamiques de référence est :
∆ r G˚ m (310 K) ϭ –(310 K).R.ln K˚ ϭ 6,2.10 3 kJ.mol –1
e) On peut en déduire l’enthalpie libre molaire de réaction à 37 ˚C
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K) ϩ (310 K).R.ln [POCH 2 CCOO – ] / [POCH 2 CHOHCOO – ]
∆ r G m (310 K) ϭ – 6 J.mol –1 : le système est alors pratiquement à l’équilibre chimique.
f) Bilan stœchiométrique de la transformation du pyruvate :
POCH 2 CCOO – ϩ H 2 O ϭ CH 3 CCOO –
ϩ
P i ∆ r G˚ m (1) ϭ – 61,9 kJ.mol –1
ADP ϩ P i ϭ ATP ϩ H 2 O
∆ r G˚ m (2) ϭ 32,2 kJ.mol –1
POCH 2 CCOO – ϩ ADP ϭ CH 3 CCOO –
ϩ
ATP ∆ r G˚ m (310 K)
g) La transformation est donc caractérisée, dans les conditions thermodynamiques de référence,
par une enthalpie libre molaire de réaction telle que :
∆ r G˚ m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (1) ϩ ∆ r G˚ m (2) ϭ – 61,9 kJ.mol –1 ϩ 32,2 kJ.mol –1 ϭ – 29,7 kJ.mol –1
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Solution
a) Le bilan stœchiométrique de la transformation étudiée peut s’écrire à partir des deux réactions
suivantes :
1,3-Bisphosphoglycérate ϩ H 2 O ϭ 3-Phosphoglycérate ϩ P i ∆ r G˚ m (1) ϭ – 49,1 kJ.mol –1
ADP ϩ P i ϭ ATP ϩ H 2 O
∆ r G˚ m (2) ϭ 32,2 kJ.mol –1
1,3-Bisphosphoglycérate + ADP ϭ 3-Phosphoglycérate ϩ
ATP ∆ r G˚ m (310 K)
La transformation étudiée est donc caractérisée, à 310 K et dans les conditions thermodynamiques de référence, par l’enthalpie libre molaire de réaction suivante :
∆ r G˚ m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (1) ϩ ∆ r G˚ m (2) ϭ – 49,1 kJ.mol –1 ϩ 32,2 kJ.mol –1 ϭ – 16,9 kJ.mol –1
Le composé 1,3-Bisphosphoglycérate joue le rôle d’un composé à potentiel énergétique élevé et
permet la phosphorylation de l’ADP, entraînant ainsi la production d’ATP.
b) La valeur de la constante d’équilibre est calculée à partir de l’enthalpie libre molaire de réaction de référence comme dans le cas des exercices précédents :
∆ r G˚ m (310 K) ϭ – R.(310 K).ln K˚ et K˚ ϭ exp (–∆ r G˚ m (310K) / R.(310K))
Il vient : K˚ ϭ 917
c) Le rendement R, dans les conditions de référence, est donc égal à 32,2.10 3 / 49,1.10 3 .100 ϭ
65 %
Afin de connaître ce rendement dans les conditions cellulaires, il faut au préalable calculer les
enthalpies libres molaires des réactions de couplage.
– Pour la réaction (1) : 1,3-Bisphosphoglycérate ϩ H 2 O ϭ 3-Phosphoglycérate ϩ P i
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K) ϩ (310 K).R.ln[3-Phosphoglycérate].[P i ]/[1,3-Bisphosphoglycérate]
∆ r G m (1,310 K) ϭ – 68,6 kJ.mol –1
– Pour la réaction (2) : ADP ϩ P i ϭ ATP ϩ H 2 O
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K) + (310 K).R.ln [ATP] / [ADP].[Pi]
∆ r G m (2,310 K) ϭ 56,6 kJ.mol –1
On peut alors calculer le rendement de ce couplage dans les conditions cellulaires :
R ϭ ∆ r G m (2) / ∆ r G m (1) ϭ 82 %
On peut donc conclure que le rendement est meilleur dans les conditions cellulaires que
dans les conditions thermodynamiques de référence.
d) Pour la transformation : POCH 2 CHOHCOO – ϭ POCH 2 CCOO – ϩ H 2 O
L’enthalpie libre molaire de réaction pour les conditions thermodynamiques de référence est :
∆ r G˚ m (310 K) ϭ –(310 K).R.ln K˚ ϭ 6,2.10 3 kJ.mol –1
e) On peut en déduire l’enthalpie libre molaire de réaction à 37 ˚C
∆ r G m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (310 K) ϩ (310 K).R.ln [POCH 2 CCOO – ] / [POCH 2 CHOHCOO – ]
∆ r G m (310 K) ϭ – 6 J.mol –1 : le système est alors pratiquement à l’équilibre chimique.
f) Bilan stœchiométrique de la transformation du pyruvate :
POCH 2 CCOO – ϩ H 2 O ϭ CH 3 CCOO –
ϩ
P i ∆ r G˚ m (1) ϭ – 61,9 kJ.mol –1
ADP ϩ P i ϭ ATP ϩ H 2 O
∆ r G˚ m (2) ϭ 32,2 kJ.mol –1
POCH 2 CCOO – ϩ ADP ϭ CH 3 CCOO –
ϩ
ATP ∆ r G˚ m (310 K)
g) La transformation est donc caractérisée, dans les conditions thermodynamiques de référence,
par une enthalpie libre molaire de réaction telle que :
∆ r G˚ m (310 K) ϭ ∆ r G˚ m (1) ϩ ∆ r G˚ m (2) ϭ – 61,9 kJ.mol –1 ϩ 32,2 kJ.mol –1 ϭ – 29,7 kJ.mol –1