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18 • Application des principes de la thermodynamique aux systèmes biologiques
Le composé POCH 2 CCOO – , tout comme le composé 1,3-Bisphosphoglycérate dans la partie
précédente, joue le rôle d’un composé à potentiel énergétique élevé et permet la phosphorylation de l’ADP, entraînant ainsi la production d’ATP.
On comprend alors que cette phase puisse être appelée « Phase de Remboursement » dans le
sens où elle permet à deux reprises de former la molécule d’ATP.
Exercice 18.5 Réactions d’oxydoréduction en milieu cellulaire
Dans les mitochondries, le pyruvate est réduit en malate en présence de
carboxylase ; le bilan stœchiométrique de cette transformation s’écrit :
CH 3 -CO-COO – ϩ HCO 3
– ϩ NADH ϩ H +
ϭ – OOC-CH 2 -CHOH-COO - ϩ NAD + ϩ H 2 O
À 37 ˚C, les concentrations du système cellulaire sont les suivantes :
c(CH 3 -CO-COO – , HCO 3
– ) ϭ 60 mmol.L –1 ;
c( – OOC-CH 2 -CHOH-COO – ) ϭ 12 µmol.L –1
c(NADH) ϭ 0,65 µmol.L –1 ; c(NAD + ) ϭ 65 µmol.L –1 .
a) Écrire les demi-réactions électrochimiques permettant cette transformation.
b) Dans ce chapitre, nous avons introduit les conditions biologiques de référence en mettant en évidence la présence des ions H + dans l’expression de la
variation d’enthalpie libre molaire. Nous avons ainsi défini l’enthalpie libre
molaire de réaction dans les conditions biologiques de référence ∆ r G˚’ m . Sur
le même raisonnement, à partir des demi-réactions électrochimiques précédentes, définir le potentiel de référence biologique E˚’ du couple (NAD + /
NADH, H + ) en fonction du potentiel de référence E˚. Établir cette même relation pour le couple (CH 3 COCOO – / – OOCCH 2 CHOHCOO – ).
c) Dans l’état biologique de référence, l’enthalpie libre molaire de réaction
est égale à 1,50 kJ.mol –1 . Montrer que, dans cet état, le potentiel de référence
biologique
du
couple
d’oxydoréduction
(CH 3 COCOO – /
– OOCCH 2 CHOHCOO – ) est égal à – 0,328 V.
d) Déterminer l’enthalpie libre molaire de réaction dans les conditions cellulaires mesurées à 37 ˚C.
e) Donner l’expression de l’enthalpie libre molaire de réaction en fonction du
pH. En déduire le domaine de pH dans lequel la réduction du pyruvate est
exergonique à 37 ˚C.
Données :
Potentiel de référence biologique du couple d’oxydoréduction
(NAD + / NADH, H + ) ϭ – 0,320 V
Solution
a) Écrivons les demi-réactions électrochimiques conduisant à cette transformation :
CH 3 -CO-COO – ϩ HCO 3
– ϩ 2 e – ϩ 2 H + ϭ – OOC-CH 2 -CHOH-COO – ϩ H 2 O
NADH ϭ NAD + ϩ 2e – ϩ H +
CH 3 -CO-COO – ϩ HCO 3
– ϩ NADH ϩ H + ϭ – OOC-CH 2 -CHOH-COO – ϩ NAD + ϩ H 2 O
18 • Application des principes de la thermodynamique aux systèmes biologiques
Le composé POCH 2 CCOO – , tout comme le composé 1,3-Bisphosphoglycérate dans la partie
précédente, joue le rôle d’un composé à potentiel énergétique élevé et permet la phosphorylation de l’ADP, entraînant ainsi la production d’ATP.
On comprend alors que cette phase puisse être appelée « Phase de Remboursement » dans le
sens où elle permet à deux reprises de former la molécule d’ATP.
Exercice 18.5 Réactions d’oxydoréduction en milieu cellulaire
Dans les mitochondries, le pyruvate est réduit en malate en présence de
carboxylase ; le bilan stœchiométrique de cette transformation s’écrit :
CH 3 -CO-COO – ϩ HCO 3
– ϩ NADH ϩ H +
ϭ – OOC-CH 2 -CHOH-COO - ϩ NAD + ϩ H 2 O
À 37 ˚C, les concentrations du système cellulaire sont les suivantes :
c(CH 3 -CO-COO – , HCO 3
– ) ϭ 60 mmol.L –1 ;
c( – OOC-CH 2 -CHOH-COO – ) ϭ 12 µmol.L –1
c(NADH) ϭ 0,65 µmol.L –1 ; c(NAD + ) ϭ 65 µmol.L –1 .
a) Écrire les demi-réactions électrochimiques permettant cette transformation.
b) Dans ce chapitre, nous avons introduit les conditions biologiques de référence en mettant en évidence la présence des ions H + dans l’expression de la
variation d’enthalpie libre molaire. Nous avons ainsi défini l’enthalpie libre
molaire de réaction dans les conditions biologiques de référence ∆ r G˚’ m . Sur
le même raisonnement, à partir des demi-réactions électrochimiques précédentes, définir le potentiel de référence biologique E˚’ du couple (NAD + /
NADH, H + ) en fonction du potentiel de référence E˚. Établir cette même relation pour le couple (CH 3 COCOO – / – OOCCH 2 CHOHCOO – ).
c) Dans l’état biologique de référence, l’enthalpie libre molaire de réaction
est égale à 1,50 kJ.mol –1 . Montrer que, dans cet état, le potentiel de référence
biologique
du
couple
d’oxydoréduction
(CH 3 COCOO – /
– OOCCH 2 CHOHCOO – ) est égal à – 0,328 V.
d) Déterminer l’enthalpie libre molaire de réaction dans les conditions cellulaires mesurées à 37 ˚C.
e) Donner l’expression de l’enthalpie libre molaire de réaction en fonction du
pH. En déduire le domaine de pH dans lequel la réduction du pyruvate est
exergonique à 37 ˚C.
Données :
Potentiel de référence biologique du couple d’oxydoréduction
(NAD + / NADH, H + ) ϭ – 0,320 V
Solution
a) Écrivons les demi-réactions électrochimiques conduisant à cette transformation :
CH 3 -CO-COO – ϩ HCO 3
– ϩ 2 e – ϩ 2 H + ϭ – OOC-CH 2 -CHOH-COO – ϩ H 2 O
NADH ϭ NAD + ϩ 2e – ϩ H +
CH 3 -CO-COO – ϩ HCO 3
– ϩ NADH ϩ H + ϭ – OOC-CH 2 -CHOH-COO – ϩ NAD + ϩ H 2 O