Bioénergétique

ENZYMO- METABO

Partie : thermodynamique-bioénergétique

Qu’est-ce que l’enzymologie ?

Enzymologie est la partie quantitative de la biochimie

Elle est la branche qui nous permet de comprendre, mesurer, peser, quantifier tous les processus d’une cellule, d’un tissu, d’un organe et d’un organisme.

Elle lie les caractéristiques microscopiques aux paramètres macroscopiques.

Champs d’application :

• Diagnostic clinique
• Environnement
• Agroalimentaire
• Chimie
• Hygiène
• Energie
• Informatique
• Recherche fondamentale et translationnelle

Pourquoi un module de thermodynamique- bioénergétique ?

L’énergie est fondamentale pour la (sur)vie des êtres vivants.

Pour comprendre de manière quantitative comment des organismes arrivent à fonctionner dans la biosphère, il faut étudier les principes de l’énergétique :

• Thermodynamique
• Cinétique
• Mécanique statistique

La thermodynamique étudie les transformations de l’énergie, en partant des propriétés macroscopiques du système : elle est indépendante de la composition à l’échelle microscopique

La cinétique étudie la vitesse des transformations d’énergie : elle dépend du mécanisme d’action et donc de la composition microscopique du système.

La mécanique statistique :voir cours

Les lois de la thermodynamique dévrivent les flux de l ‘énergie entre les systèmes

Un système thermodynamique est la partie de l’univers qu’on veut décrypter.

Un système possède des limites qui le séparent de l’enviro

Comment définir un système thermo ?

• Système isolé : pas d’échange de matière et énergie
• Fermé : échange juste énergie
• Ouvert : échange tout (être vivant)
• Adiabatique : n’échange pas matière et énergie mais du travail

Un système est défini par ses propriétés :

• Intensives : indépendantes des dimensions du système
• Extensives : dépendantes des dimensions

Ces propriétés sont des fonctions d’état par qu’elles dépendent de l’état du système et non du parcours fait pour attendre le dit état

Les fonctions d’état corrélées par des équations d’état : P.V=n.R.T R=(P.V)/n.T

1ère loi :

• Energie totale de l’univers est cste
• On ne peut pas la créer ou la détruire mais seulement la convertir entre différentes formes et entre système-enviro
• Energie mécanique d’un système est la somme de l’E potentielle et de l’E cinétique
• Joule a démontré que la chaleur dérivant de la friction correspondait à multiplier une cste par le travail effectué contre les forces de friction : la chaleur était une forme d’énergie
• L’E totale qui est conservée est la somme du travail et de la chaleur : voir formule

• Energie potentielle associée aux forces d’attraction et répulsion entre tous les noyaux et les électrons du système, incluant des liaisons intra et intermoléculaire

• Energie cinétique associée aux mouvements des atomes des ions et molécule

• Si chaleur est transférée de l’environnement au système q>0 => U augmente

• Si chaleur transférée du système à l’environnement q<0 => U diminue

• Si le travail est effectué par l’environnement sur le système w>0 => U augmente

• Si le travail est effectué par le système sur l’environnement w<0 =>U diminue

• Les machines thermo construites vérifie la 1ère loi en utilisant converstion de chaleur en énergie mécanique

• Le travail était donc lié à des variations de volume suite à des changements de tension => w=force x distance = PxSxd= PxΔV  

• MAIS la quasi totalité des réactions des êtres vivants P= constante => il faut un autre type de fonction d’état
• L’enthalpie : quantité d’energie thermique en conditions isobares et on peut facilement la mesurer dans processus chimiques et physique
• ΔH < 0 → exothermique : l'énergie est transférée du système à l'environnement  
• ΔH > 0 → endothermique : l'énergie est transférée de l'environnement au système  

• Les valeurs de ΔH :

                –  Sont spécifiques pour chaque réactant et produit ;  

                –  Sont spécifiques pour chacun des états physiques de la matière (gaz, liquide, solide) ;  

                –  Sont numériquement les mêmes pour les réactions directe et inverse, mais avec un signe opposé ;  

                –  Dépendent des quantités molaires des réactants et produits  

• Voir exemple

• ΔU = q + w = ΔH + PΔV

La différence entre U et H est la quantité d'énergie  transférée comme travail sur ou par le système  

La variation de volume dans les réactions biologiques est négligeable → ΔV ≈ 0 → ΔU ≈ ΔH  

L'Energie interne et l'Enthalpie sont des fonctions d'état : ni la chaleur ni le travail le sont, mais leur addition est une fonction d'état  

2ème loi :

• La 1ère loi démontre la relation entre travail et chaleur  

Joule démontra qu'on ne peut pas convertir toute la chaleur en travail → une grosse partie est dissipée comme surchauffe de l'environnement  

L'énergie thermique (mouvement désordonné des molécules) est différente de l'énergie cinétique (toutes les molécules ont la même vélocité) → différence entre énergie de basse et de haute qualité  

Seul une énergie de haute qualité peut être utilisée pour accomplir du travail utile (c.à.d. des réactions chimiques).

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