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CINÉTIQUE ENZYMATIQUE
Dans l’analyse thermodynamique, il est particulièrement important de considérer
les systèmes cycliques puisqu’ils permettent de représenter le fonctionnement des
machines, y compris des machines moléculaires que sont les enzymes. Dans un
processus cyclique, une série de réactions successives ramène le système dans son
état initial. Dans ce cas, toutes les propriétés doivent retourner à leur valeur initiale.
Par exemple, la somme des variations d’énergie du système pour toutes les étapes
d’un cycle doit être égale à zéro :
DE =
∑
0
cycle
[2.7]
Par contre, la chaleur et le travail n’étant pas des variables d’états, la somme de ces
grandeurs ne doit pas obligatoirement être égale à zéro, ce que nous pouvons
exprimer par les deux équations suivantes :
w ≠
∑
0
cycle
[2.8a]
q ≠
∑
0
cycle
[2.8b]
2.3.2. La définition de l’entropie et du critère de spontanéité
Le premier principe de la thermodynamique établit que l’énergie est conservée lors
d’une réaction, cependant il ne définit pas le sens spontané de la réaction. Certaines
réactions se déroulent spontanément malgré un DE > 0, en absorbant de la chaleur à
partir de l’environnement. Un critère de spontanéité est fourni par la deuxième loi
de la thermodynamique qui utilise une nouvelle propriété introduite par Rudolf
CLAUSIUS en 1850 : l’entropie. L’entropie est souvent présentée comme une
mesure du désordre d’un système, qui augmente lorsque le désordre du système
augmente. La deuxième loi de la thermodynamique stipule qu’un système isolé
évolue jusqu’à atteindre un état d’équilibre caractérisé par un état de désordre
maximal et donc une valeur maximale d’entropie. Dans un système ouvert, un
processus a lieu spontanément, uniquement si l’entropie de l’univers, donnée par la
somme des entropies du système et de l’environnement, augmente au cours du
processus en accord avec l’inégalité suivante :
DD SS système
environnement
+≥ 0
[2.9]
Selon l’équation [2.9], l’entropie du système peut diminuer au cours d’un
processus spontané à condition que l’entropie de l’environnement augmente de
sorte que la somme des variations soit positive. Par exemple, la formation d’une
structure biologique hautement organisée, implique une diminution de l’entropie,
mais ce processus est possible uniquement s’il s’accompagne d’une augmentation
de l’entropie de l’environnement.
L’entropie a été introduite sur la base de l’analyse du rendement d'un moteur
thermique. Dans un moteur thermique, une quantité de chaleur passe d’un réservoir
CINÉTIQUE ENZYMATIQUE
Dans l’analyse thermodynamique, il est particulièrement important de considérer
les systèmes cycliques puisqu’ils permettent de représenter le fonctionnement des
machines, y compris des machines moléculaires que sont les enzymes. Dans un
processus cyclique, une série de réactions successives ramène le système dans son
état initial. Dans ce cas, toutes les propriétés doivent retourner à leur valeur initiale.
Par exemple, la somme des variations d’énergie du système pour toutes les étapes
d’un cycle doit être égale à zéro :
DE =
∑
0
cycle
[2.7]
Par contre, la chaleur et le travail n’étant pas des variables d’états, la somme de ces
grandeurs ne doit pas obligatoirement être égale à zéro, ce que nous pouvons
exprimer par les deux équations suivantes :
w ≠
∑
0
cycle
[2.8a]
q ≠
∑
0
cycle
[2.8b]
2.3.2. La définition de l’entropie et du critère de spontanéité
Le premier principe de la thermodynamique établit que l’énergie est conservée lors
d’une réaction, cependant il ne définit pas le sens spontané de la réaction. Certaines
réactions se déroulent spontanément malgré un DE > 0, en absorbant de la chaleur à
partir de l’environnement. Un critère de spontanéité est fourni par la deuxième loi
de la thermodynamique qui utilise une nouvelle propriété introduite par Rudolf
CLAUSIUS en 1850 : l’entropie. L’entropie est souvent présentée comme une
mesure du désordre d’un système, qui augmente lorsque le désordre du système
augmente. La deuxième loi de la thermodynamique stipule qu’un système isolé
évolue jusqu’à atteindre un état d’équilibre caractérisé par un état de désordre
maximal et donc une valeur maximale d’entropie. Dans un système ouvert, un
processus a lieu spontanément, uniquement si l’entropie de l’univers, donnée par la
somme des entropies du système et de l’environnement, augmente au cours du
processus en accord avec l’inégalité suivante :
DD SS système
environnement
+≥ 0
[2.9]
Selon l’équation [2.9], l’entropie du système peut diminuer au cours d’un
processus spontané à condition que l’entropie de l’environnement augmente de
sorte que la somme des variations soit positive. Par exemple, la formation d’une
structure biologique hautement organisée, implique une diminution de l’entropie,
mais ce processus est possible uniquement s’il s’accompagne d’une augmentation
de l’entropie de l’environnement.
L’entropie a été introduite sur la base de l’analyse du rendement d'un moteur
thermique. Dans un moteur thermique, une quantité de chaleur passe d’un réservoir