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CINÉTIQUE ENZYMATIQUE
2.3.4. L’entropie dans les systèmes vivants et les réactions couplées
Conformément à la deuxième loi de la thermodynamique, l’entropie 1 est reliée à
l’organisation du système et est donc directement liée à l’évolution du système. Par
exemple un cristal est caractérisé par une entropie faible, quasiment nulle, parce
que les atomes sont organisés entre eux dans l’espace. Lorsqu’il y a évaporation à
partir du cristal, chaque atome acquiert la possibilité d’occuper différentes positions dans l’espace et donc l’entropie du système augmente. Pour qu’un processus
puisse se dérouler spontanément, il faut que DS > 0.
Dans un système biologique, une augmentation du désordre, et donc de l’entropie,
conduit à la mort biologique, suggérant que toute cette théorie ne fonctionne pas.
En réalité, les systèmes biologiques ne sont pas des systèmes à l’équilibre, mais des
systèmes ouverts où chaque processus est associé à une augmentation globale de
l’entropie de l’univers. Les enzymes n’échappent pas à ce principe sine qua non de
la vie cellulaire: ils utilisent l’entropie de l’univers pour diminuer l’entropie de la
cellule. Ce principe de base est également central dans le fonctionnement des
systèmes couplés, où une diminution d’entropie associée à une organisation
moléculaire peut être compensée par l’augmentation d’entropie associée à une
autre réaction.
2.3.5. L’énergie de GIBBS
En pratique, l’utilisation de l’entropie comme critère de spontanéité pose un
problème puisque cette propriété n’est pas facilement mesurable et que son
utilisation nécessite de déterminer à la fois la variation d’entropie du système et
celle de son environnement. Il est préférable de définir le sens spontané d’évolution
d’un processus à partir d’une propriété intrinsèque du système. Ces difficultés sont
évitées en utilisant une propriété thermodynamique également introduite par
J.W. GIBBS : l’énergie libre ou énergie de GIBBS. Si nous combinons la première et
la deuxième loi :
Première loi :
dq
dE p dV
réel =+
[2.15]
Deuxième loi :
dq
T dS
rev =
[2.16]
et si nous tenons compte du fait qu’un processus spontané se caractérise par
dq
dq
rev
réel
≥
, nous obtenons l’équation suivante en substituant l’équation [2.16]
dans l’équation [2.15] :
dE p dV T dS
+−≤ 0
[2.17]
1. Une relation peut également être établie entre l’information contenue dans un
système et son entropie. L’information réduit l’incertitude concernant la réalisation
d’un événement et donc constitue une forme d’organisation du système. Par
exemple, l’information contenue dans un texte provient de la disposition précise
des caractères. L’information peut être considérée comme une forme d’énergie que
l’on appelle « l’entropie négative » ou négentropie du système (SCHRÖDINGER, 2000).
CINÉTIQUE ENZYMATIQUE
2.3.4. L’entropie dans les systèmes vivants et les réactions couplées
Conformément à la deuxième loi de la thermodynamique, l’entropie 1 est reliée à
l’organisation du système et est donc directement liée à l’évolution du système. Par
exemple un cristal est caractérisé par une entropie faible, quasiment nulle, parce
que les atomes sont organisés entre eux dans l’espace. Lorsqu’il y a évaporation à
partir du cristal, chaque atome acquiert la possibilité d’occuper différentes positions dans l’espace et donc l’entropie du système augmente. Pour qu’un processus
puisse se dérouler spontanément, il faut que DS > 0.
Dans un système biologique, une augmentation du désordre, et donc de l’entropie,
conduit à la mort biologique, suggérant que toute cette théorie ne fonctionne pas.
En réalité, les systèmes biologiques ne sont pas des systèmes à l’équilibre, mais des
systèmes ouverts où chaque processus est associé à une augmentation globale de
l’entropie de l’univers. Les enzymes n’échappent pas à ce principe sine qua non de
la vie cellulaire: ils utilisent l’entropie de l’univers pour diminuer l’entropie de la
cellule. Ce principe de base est également central dans le fonctionnement des
systèmes couplés, où une diminution d’entropie associée à une organisation
moléculaire peut être compensée par l’augmentation d’entropie associée à une
autre réaction.
2.3.5. L’énergie de GIBBS
En pratique, l’utilisation de l’entropie comme critère de spontanéité pose un
problème puisque cette propriété n’est pas facilement mesurable et que son
utilisation nécessite de déterminer à la fois la variation d’entropie du système et
celle de son environnement. Il est préférable de définir le sens spontané d’évolution
d’un processus à partir d’une propriété intrinsèque du système. Ces difficultés sont
évitées en utilisant une propriété thermodynamique également introduite par
J.W. GIBBS : l’énergie libre ou énergie de GIBBS. Si nous combinons la première et
la deuxième loi :
Première loi :
dq
dE p dV
réel =+
[2.15]
Deuxième loi :
dq
T dS
rev =
[2.16]
et si nous tenons compte du fait qu’un processus spontané se caractérise par
dq
dq
rev
réel
≥
, nous obtenons l’équation suivante en substituant l’équation [2.16]
dans l’équation [2.15] :
dE p dV T dS
+−≤ 0
[2.17]
1. Une relation peut également être établie entre l’information contenue dans un
système et son entropie. L’information réduit l’incertitude concernant la réalisation
d’un événement et donc constitue une forme d’organisation du système. Par
exemple, l’information contenue dans un texte provient de la disposition précise
des caractères. L’information peut être considérée comme une forme d’énergie que
l’on appelle « l’entropie négative » ou négentropie du système (SCHRÖDINGER, 2000).