TD Bioénergétique : équilibre des réactions biochimiques et variation d'énergie libre de Gibbs
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Exercice N°1

1. Le clivage d'un composé A donne les produits B et C. La réaction est caractérisée par une variation d'énergie libre standard de -1 kJ.mol-1.
Écrire cette réaction et calculez la constante d'équilibre.

2. On couple la formation de A (à partir de B et C) à l'isomérisation d'un composé D en E. Cette isomérisation est également caractérisée par une variation d'énergie libre standard de -1 kJ.mol-1.
Ecrire la réaction globale. Calculer la constante d'équilibre de la réaction globale.

Données: T = 10°C ; R = 8,32 J.°K-1.mol-1 

Exercice N°2

La valeur de la constante d'équilibre de la réaction de formation de l'ATP à partir de l'ADP et du Pi est 4,432 10-6 à 25°C.
Celle de l'hydrolyse du phosphoenolpyruvate (PEP) en pyruvate et Pi est 7,135 1010

Calculer la variation d'énergie libre standard du couplage de l'hydrolyse du PEP à la formation de l'ATP en utilisant comme données numériques les valeurs des constantes d'équilibre.  

Exercice N°3

1. Écrire la réaction catalysée par la glucokinase.

2. Pour cette réaction, ΔG°' = - 4,16 kcal.mol-1. Calculer la constante d'équilibre (veiller aux unités).

3. On mesure les concentrations réelles, c'est-à-dire les concentrations physiologiques au sein de la cellule, des substrats et des produits de cette réaction. Les valeurs trouvées (en µM) sont les suivantes : [ATP]φ = 1850 ; [ADP]φ = 138 ; [D-glucose-6-phosphate]φ = 83 ; [D-glucose]φ = 5000

Les concentrations physiologiques sont-elles comparables aux concentrations à l'équilibre ?

4. Calculer la variation d'énergie libre de cette réaction. Cette réaction est-elle réversible in vivo ?

Données: T = 37°C ; R = 1,99 cal.°K-1.mol-1 

Exercice N°4

Soient les réactions suivantes et leur variation d'énergie libre standard :

(1) fumarate + H2O    <=>    malate                           ΔG°' =  -   0,9 kcal.mol-1
(2) malate + 1/2 O2    <=>   oxaloacétate + H2O     ΔG°' =  - 45,3 kcal.mol-1
(3) NAD+ + H2O        <=>    NADH + H+ + 1/2 O2 ΔG°' = + 52,4 kcal.mol-1

La pression partielle de l'oxygène est de 1 atm (l'activité, donc la concentration en oxygène, est de 1).

1. Si on ne considère que la réaction (2), quelle est la valeur du rapport [oxaloacétate] / [malate] à l'équilibre ?

2. Les réactions (2) et (3) sont couplées. Si [NAD] = [NADH], quelle doit être la valeur du rapport [oxaloacétate] / [malate] pour que la variation d'énergie libre de ce couplage soit nulle ? (On ne tiendra pas compte de la concentration en H+).

Données: T = 30°C ; R = 1,99 cal.°K-1.mol-1 

Exercice N°5

Montrer que pour qu'une réaction quelconque (A <=> B) s'effectue dans le sens de formation de B, la relation : [B]φ / [A]φ < Keq doit être satisfaite (la démonstration est simple).

[A]φ et [B]φ sont les concentrations physiologiques par opposition aux concentrations à l'équilibre (eq).  

Exercice N°6

1. Ecrire la réaction catalysée par la pyruvate kinase.

2. La variation d'énergie libre de Gibbs dans les conditions standard (0) et dans les conditions physiologiques (φ) sont respectivement: - 7500 cal.mol-1 et - 4,0 kcal.mol-1.
Sachant que dans la cellule, [ATP]φ = [ADP]φ = 10 mM, calculez le rapport:  [pyruvate]φ /[phosphoénol pyruvate]φ.

3. Si [ATP]φ et [ADP]φ ne sont pas modifiées, quelle devrait être la valeur de ce rapport pour que la réaction dans la cellule soit endergonique ?

Données: R = 1,99 cal.K-1.mol-1 ; T = 37°C  

Exercice N°7

Dans la voie de la glycolyse l'aldolase catalyse la coupure d'un ose en C6 en 2 oses en C3 : D-fructose 1,6-diphosphate <=> D-glycéraldéhyde 3-phosphate + dihydroxyacétone phosphate

La variation d'énergie libre standard de formation des deux trioses est de + 5,79 kcal/mol.

1. In vivo les concentrations de ces composés sont les suivantes:
[D-fructose 1,6-diphosphate]φ = 31 µM ; [D-glycéraldéhyde 3-phosphate]φ = 18,5 µM ; [dihydroxyacétone phosphate]φ = 138 µM

Les conditions de concentrations in vivo sont-elles voisines des conditions de concentration à l'équilibre?

2. Cette réaction est-elle facilement réversible in vivo ?

Données: R = 1,99 cal.K-1.mol-1 ; T = 37°C  

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