Chapitre 10 : Transformations de l'Énergie Biologique 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,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*** ; | +-----------------------------------------------------------------------+ | ***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 | | | | 1 mole de molécules d'ATP► 6,023\*10^23^ molécules | | | | 164,69 moles ► x molécules | | | | x= 9,919 \*10^25^ 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 *l**a | | 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 s***ert 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 | +-----------------------------------------------------------------------+