Chapitre 10 et 11: Biochimie et Thermodynamique PDF

Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page1 Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page2 Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent le...

Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page1 Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page2 Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page3 Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page4 Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page5  Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page6 Enzymes Les enzymes sont des catalyseurs biologiques ; ➔ C'est-a-dire qu'il s'agit de proteines qui diminuent l’énergie d'activation des réactions chimiques qui ont lieu a l’intérieur de la cellule. Le rôle des enzymes est essentiel a la vie ; ➔ Comme nous l'apprendrons dans les prochaines présentations, il est impossible d'extraire 100% de l’énergie chimique qui se trouve dans une molécule ; ➔ Une partie de cette énergie accumulée est perdue sous forme de chaleur. ➔ Si de la chaleur était libérée brusquement dans une cellule, il y aurait une augmentation de la température qui serait fatale pour la cellule (et pour l'organisme, si la cellule fait partie d'un organisme). De plus, dans les prochaines présentations, nous apprendrons ce qu'est la température et ce qu'est la chaleur. Enzymes Les enzymes sont des catalyseurs biologiques ; C'est-à-dire qu'il s'agit de protéines qui diminuent l'energie d'activation des reactions chimiques qui ont lieu à l'intérieur de la cellule. Ainsi, dans les cellules, la combustion du glucose ne se produit pas directement, mais est effectuée par de nombreuses réactions ordonnées et séquentielles, qui sont toutes catalysées par une enzyme et qui, ensemble, sont appelées glycolyse aérobie : de cette façon, il est possible d'extraire l'énergie du glucose et d'éviter une augmentation brutale de la température. Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page7 Rajout : En=293*17,2= 5039,6kJ.……….. ………….. Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page8 L'energie chimique dans le corps humain Équivalent énergétique de l'oxygène La calorimétrie directe a été appliquée, non seulement à la combustion d'un aliment en laboratoire,mais aussi à une personne effectuant un exercice physique. Ainsi, l'équivalent énergétique de l'oxygène (moyenne) d'une personne a été mesuré à 20,2 KJ/L, c'est-à-dire qu'en mesurant la quantité d'oxygène qu'une personne consomme pendant l'exercice physique, nous pouvons savoir combien d'energie a été consommée.  Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page9 Rajout par moi : calcul E= V(O2) *Ee= 249,5*20,2= 5039,9 kJ Rajout : 1 mole d’ATP ► 30,6 kJ x mole ► 5039,9 kJ x= 5039,9/30,6= 164,69 moles  Chapitre 10:principes physiques sur lesquels reposent les transformations de l’énergie biologique.Rôle des enzymes,page10 Rajout : calcul 23 1 mole de molécules d’ATP► 6,022*10 molécules 164,69 moles ► x molécules x= 9,9 *1025 molécules fin Chapitre 11,page1  Chapitre 11,page2 L'énergie interne (U) est une fonction d'état qui est définie comme la somme des énergies de toutes les particules d'un système. Si notre système de référence est un cylindre rempli d'un gaz parfait et fermé par un piston qui peut se déplacer si le gaz se contracte ou se dilate, par définition, dans ce gaz ses molécules n'interagissent pas. Par conséquent, la seule énergie interne est l'énergie cinétique de ses molécules. L'énergie interne, comme toutes les énergies, est mesurée en joules dans le système international. Rajout : dans un gaz parfait, par définition, les molécules n’interagissent pas entre elles  Chapitre 11,page3 2. Le premier principe de la thermodynamique  Énergie interne Les systèmes thermodynamiques peuvent subir des transformations, ou ils passent d'un etat initial (avec certaines valeurs de P1, T1 et V1) à un etat final (ou les fonctions d'etat peuvent changer de valeur : P2, T2 et V2). Comme l’énergie interne est également fonction de l'état, lors d'une transformation, il y aura également une variation de l'énergie interne (AU), qui est définie comme la différence d’énergie interne entre l’état 2 (U2) et l'etat 1 (U1) : Le premier principe de la thermodynamique établit la relation qui existe dans une transformation thermodynamique entre la chaleur et le travail avec la variation de l’énergie interne que subit le système. Et il est donc établi que la variation de l’énergie interne d'un système thermodynamique est egale a la quantite de chaleur que le systeme recoit moins la quantite de travail qu'il effectue. Chapitre 11,page4  Chapitre 11,page5 3. Métabolisme humain Le premier principe de la thermodynamique appliqué au métabolisme humain Au sein du travail mené, il y a toutes les formes de travail que l'on peut qualifier de « biologiques » : ►travail chimique pour synthétiser les biomolécules qui composent le corps, ► travail mécanique pour effectuer le mouvement, à la fois microscopique et macroscopique, ►travail électrique, travail de transport... Comme nous le verrons dans le deuxième principe de la thermodynamique, lorsqu'un moteur thermique ou un système biologique effectue un travail à partir d'une source d'énergie, l'efficience de ce processus n'est pas de 100% puisque l'énergie est perdue ou dissipée sous forme de chaleur. De même, tout le travail effectué par le corps dissipe la chaleur ; une petite partie est utilisée pour maintenir la température corporelle, mais la grande majorité de cette chaleur doit être éliminée (voir Thème Thermologie). Les rendements du corps humain sont faibles et atteignent rarement 30%. rajout : ►efficience=Capacité d'un individu ou d'un système de travail d'obtenir de bonnes performances dans un type de tâche donné ; ►presque toute l’énergie interne de l’organisme se transforme en chaleur Le premier principe de la thermodynamique décrit les flux de chaleur qui se produisent dans un système thermodynamique, étant une déclaration du principe universel de la conservation de l'énergie. Le deuxième principe de la thermodynamique, en revanche, établit quels processus thermodynamiques sont possibles et lesquels ne le sont pas. - Flux de chaleur d'un corps avec une température plus élevée vers un corps avec une température plus basse. (rajout : irréversible dans un sens et pas dans l’autre) - La dissolution du sel dans l'eau.(rajout : irréversible dans un sens et pas dans l’autre) - La chute libre d'un corps.(rajout : irréversible dans un sens et pas dans l’autre) Rajout : dans le 2eme principe de la thermodynamique , les transformations d’énergie peuvent se faire dans une direction mais pas dans l’autre  Chapitre 11,page6 L'entropie (S) est une fonction d'etat qui sert a mesurer le degré d'organisation du système. L'entropie d'un système thermodynamique est définie comme la partie de l’énergie du système qui ne peut pas être utilisée pour effectuer un travail par unité de température. Comme il s'agit d'une fonction d'etat, lors d'une transformation, il y aura également une variation d'entropie (AS), qui est définie comme la différence d'entropie entre l'état 2 (S2) et l'état 1 (S1). Dans un processus thermodynamique isotherme, la variation de l'entropie est definie comme la quantité de chaleur par unité de température mesurée en Kelvin. Rajout : Le 2eme principe de la thermodynamique énonce que lors d’un processus thermodynamique naturel ,l’entropie totale augmente toujours (même si l’entropie d’un système diminue, l’entropie du milieu extérieur augmente plus  Chapitre 11,page7,FIN Le deuxième principe de la thermodynamique stipule que, parce que lors d’un processus thermodynamique, les systèmes evoluent d'une configuration plus ordonnée à une configuration plus désordonnée, car en partie cette configuration est statistiquement plus probable. Le deuxième principe de la thermodynamique stipule qu'un système tend vers un état de plus grand désordre. Cependant, cela ne signifie pas qu'il n'est pas possible de revenir a un état plus ordonné, mais qu'il est nécessaire de fournir de l'énergie pour que cela se produise. ►En fait, si nous considérons une cellule (ou un animal comme un ensemble de cellules), il utilise beaucoup d’énergie pour se maintenir en tant que systeme ordonne. ►Pourtant, bien que l'ordre d'un système puisse augmenter, selon le deuxième principe de la thermodynamique, l'entropie totale de l'univers doit augmenter. ►Par conséquent, même si l'entropie diminue dans un système, cela doit être compensé par une augmentation de l'entropie dans l'environnement qui l'entoure. FIN