Thermodynamique biologique

Principes

1er principe : conservation de l'énergie. ΔU = Q + W. L'énergie totale de l'univers est constante.
2e principe : l'entropie de l'univers augmente toujours. ΔS(univers) ≥ 0.

Énergie libre de Gibbs

ΔG = ΔH - TΔS. Si ΔG < 0 : réaction spontanée (exergonique). Si ΔG > 0 : non spontanée (endergonique). Si ΔG = 0 : équilibre. Relation avec la constante d'équilibre : ΔG° = -RT ln(Keq).

ATP et couplage énergétique

Hydrolyse de l'ATP : ATP + H₂O → ADP + Pi. ΔG°' = -30.5 kJ/mol.
In vivo : ΔG ≈ -50 kJ/mol (concentrations réelles).
Couplage : une réaction exergonique (ATP → ADP) fournit l'énergie pour une réaction endergonique. Ex : phosphorylation du glucose par l'hexokinase.
Autres molécules à haut potentiel de transfert : phosphoénolpyruvate (-61.9), 1,3-bisphosphoglycérate (-49.4), créatine-phosphate (-43.1).

Oxydoréduction biologique

E° (potentiel standard de réduction). Plus E° est négatif, plus le réducteur est fort. NAD⁺/NADH : E° = -0.32V. O₂/H₂O : E° = +0.82V. ΔG° = -nFΔE° (transfert d'e⁻ de NADH vers O₂ = exergonique → ATP).

Point clé concours : La chaîne respiratoire couple l'oxydation du NADH (exergonique) au pompage de protons → gradient H⁺ → ATP synthase (chimiosmose de Mitchell). ~2.5 ATP par NADH, ~1.5 par FADH₂.