164 DeUXiÈMe partie La cellule
l’énergie libre et l’équilibre, y compris l’équilibre chimique.
Nous avons vu que la plupart des réactions chimiques sont
réversibles et qu’elles s’effectuent jusqu’à ce que les réactions
directe et inverse se produisent à la même vitesse. On dit
alors qu’elles ont atteint l’équilibre chimique. Lorsque c’est le
cas, les réactifs et les produits demeurent toujours dans les
mêmes proportions.
L’énergie libre du mélange de réactifs et de produits diminue lorsque la réaction tend vers l’équilibre. Inversement, elle
augmente lorsque la réaction s’éloigne de son point d’équilibre,
comme ce sera le cas si on enlève une partie des produits (ce qui
change leur concentration par rapport à celle des réactifs). Dans
une réaction en équilibre, la valeur de DG est à son minimum
pour le système. Le moindre changement par rapport à l’équilibre correspond à une valeur de DG positive et à un changement non spontané. C’est pourquoi les systèmes ne s’éloignent
jamais spontanément de leur point d’équilibre. Comme il ne
peut pas changer spontanément, un système en équilibre ne
peut pas produire de travail. Seul un processus qui se dirige vers
son point d’équilibre est spontané et peut effectuer du travail.
Énergie libre et métabolisme
Nous pouvons maintenant appliquer le concept d’énergie libre
à la chimie de la vie.
Les réactions exergoniques et endergoniques
dans le métabolisme
Selon les variations d’énergie libre qu’elles entraînent, les réactions chimiques sont soit exergoniques (« énergie vers l’extérieur »), soit endergoniques (« énergie vers l’intérieur »). Une
réac tion exergonique s’accompagne d’un dégagement net
d’énergie libre (figure 8.6a). Comme le mélange chimique
m Figure 8.5 Les rapports entre énergie libre, stabilité, changement
mentpouratteindreunétatplusstable(illustrationsdubas).Ilestpossibled’utilisercettediminutiond’énergiepourproduiredutravail.
(a)
Lors d’un changement spontané :
•
•
•
L’énergie libre du système
diminue (6G < 0).
Le système devient plus stable.
La portion de l’énergie libre
qui correspond à la diminution
de l’énergie libre du système
peut servir à effectuer un travail.
•
•
•
Énergie libre réduite (G plus faible)
Stabilité accrue
Capacité de travail réduite
•
•
•
Énergie libre accrue (G plus élevée)
Stabilité réduite
Capacité de travail accrue
Mouvement gravitationnel.
Les objets se déplacent
spontanément du haut
vers le bas.
(b) Diffusion. Les molécules
d’une goutte de colorant
diffusent jusqu’à ce qu’elles
soient dispersées au hasard.
(c) Réaction chimique. Dans une
cellule, une molécule de glucose
est dégradée en molécules
plus simples.
m Figure 8.6 Les variations de l’énergie libre dans les réactions
exergoniques et endergoniques.
(a) Réaction exergonique (énergie libérée, spontanée)
(b) Réaction endergonique (énergie requise, non spontanée)
Sens de la réaction
Sens de la réaction
Énergie libre
Réactifs
Produits
Quantité
d’énergie
libérée
(∆G < 0)
Quantité
d’énergie
libérée
(∆G > 0)
Énergie
Énergie
Produits
Réactifs
Énergie libre
l’énergie libre et l’équilibre, y compris l’équilibre chimique.
Nous avons vu que la plupart des réactions chimiques sont
réversibles et qu’elles s’effectuent jusqu’à ce que les réactions
directe et inverse se produisent à la même vitesse. On dit
alors qu’elles ont atteint l’équilibre chimique. Lorsque c’est le
cas, les réactifs et les produits demeurent toujours dans les
mêmes proportions.
L’énergie libre du mélange de réactifs et de produits diminue lorsque la réaction tend vers l’équilibre. Inversement, elle
augmente lorsque la réaction s’éloigne de son point d’équilibre,
comme ce sera le cas si on enlève une partie des produits (ce qui
change leur concentration par rapport à celle des réactifs). Dans
une réaction en équilibre, la valeur de DG est à son minimum
pour le système. Le moindre changement par rapport à l’équilibre correspond à une valeur de DG positive et à un changement non spontané. C’est pourquoi les systèmes ne s’éloignent
jamais spontanément de leur point d’équilibre. Comme il ne
peut pas changer spontanément, un système en équilibre ne
peut pas produire de travail. Seul un processus qui se dirige vers
son point d’équilibre est spontané et peut effectuer du travail.
Énergie libre et métabolisme
Nous pouvons maintenant appliquer le concept d’énergie libre
à la chimie de la vie.
Les réactions exergoniques et endergoniques
dans le métabolisme
Selon les variations d’énergie libre qu’elles entraînent, les réactions chimiques sont soit exergoniques (« énergie vers l’extérieur »), soit endergoniques (« énergie vers l’intérieur »). Une
réac tion exergonique s’accompagne d’un dégagement net
d’énergie libre (figure 8.6a). Comme le mélange chimique
m Figure 8.5 Les rapports entre énergie libre, stabilité, changement
mentpouratteindreunétatplusstable(illustrationsdubas).Ilestpossibled’utilisercettediminutiond’énergiepourproduiredutravail.
(a)
Lors d’un changement spontané :
•
•
•
L’énergie libre du système
diminue (6G < 0).
Le système devient plus stable.
La portion de l’énergie libre
qui correspond à la diminution
de l’énergie libre du système
peut servir à effectuer un travail.
•
•
•
Énergie libre réduite (G plus faible)
Stabilité accrue
Capacité de travail réduite
•
•
•
Énergie libre accrue (G plus élevée)
Stabilité réduite
Capacité de travail accrue
Mouvement gravitationnel.
Les objets se déplacent
spontanément du haut
vers le bas.
(b) Diffusion. Les molécules
d’une goutte de colorant
diffusent jusqu’à ce qu’elles
soient dispersées au hasard.
(c) Réaction chimique. Dans une
cellule, une molécule de glucose
est dégradée en molécules
plus simples.
m Figure 8.6 Les variations de l’énergie libre dans les réactions
exergoniques et endergoniques.
(a) Réaction exergonique (énergie libérée, spontanée)
(b) Réaction endergonique (énergie requise, non spontanée)
Sens de la réaction
Sens de la réaction
Énergie libre
Réactifs
Produits
Quantité
d’énergie
libérée
(∆G < 0)
Quantité
d’énergie
libérée
(∆G > 0)
Énergie
Énergie
Produits
Réactifs
Énergie libre