Chapitre 10 : BIOÉNERGÉTIQUE
10.1. Introduction
La bioénergétique est l'étude de la façon dont l'énergie est produite, stockée et utilisée par les
cellules vivantes. Toute activité biologique, comme le métabolisme, le mouvement, ou la
reproduction, nécessite de l'énergie.
Chez les êtres vivants, cette énergie provient indirectement de la lumière solaire, captée par les
plantes. Les animaux, eux, obtiennent leur énergie en consommant des plantes ou d’autres
animaux.
L'énergie est la capacité de produire un travail. Elle est indispensable à la vie. Un déficit
énergétique sévère, comme dans le cas du jeûne ou de la malnutrition (marasme), peut
entraîner la mort. À l'inverse, un excès mène à l'obésité.
Les principales sources d’énergie sont les glucides, les lipides et les protéines. Ces nutriments
sont oxydés dans l’organisme en présence d’oxygène, produisant du CO2, de l’eau, de l’urée,
etc.
La bioénergétique repose sur des principes de thermodynamique, des interactions enzyme-
substrat, et des régulations métaboliques permettant à l’organisme de produire les
macromolécules nécessaires et de fournir de l’énergie.
10.2. Thermodynamique
La thermodynamique étudie les transformations de l’énergie et les relations entre ses
différentes formes. Elle permet de savoir si une réaction est spontanée et d’évaluer l’énergie
impliquée.
Un système thermodynamique peut être une cellule, une réaction ou un organisme. Le reste
constitue l’environnement. Les échanges entre le système et son environnement peuvent
concerner la matière et/ou l’énergie.
Les variables d’état décrivent l’état d’un système :
- Température (T) et pression (P) : variables intensives (indépendantes de la matière).
- Volume (V) et masse (m) : variables extensives (dépendent de la matière).
La variation d’une fonction d’état dépend uniquement des états initial et final. Le travail n’est
pas une fonction d’état car il dépend du chemin suivi.
10.2.1. Premier principe de la thermodynamique
Il affirme que l’énergie totale de l’univers est constante. L’énergie peut changer de forme
(chimique → mécanique, thermique, etc.), mais elle n’est ni créée ni détruite.
L’énergie interne (U) d’un système est une fonction d’état. Sa variation : ∆U = Ufinal - Uinitial.
Lors d’un échange d’énergie, on a : ∆U = Q - W, où Q est la chaleur reçue, et W le travail
effectué.
À pression constante, on a : ∆U = Q - P∆V. Dans un système isolé (aucun échange), ∆U = 0, donc
Q = -W.
10.2.1.2. Enthalpie
L’enthalpie (H) est la chaleur échangée à pression constante. Elle est définie par : ∆H = ∆U +
P∆V.
Une réaction est :
- Exothermique si ∆H < 0 : elle libère de la chaleur.
- Endothermique si ∆H > 0 : elle absorbe de la chaleur.
La thermodynamique est centrée sur la chaleur car elle est facilement mesurable. Cependant,
elle ne dit rien sur la spontanéité, d’où la nécessité d’un second principe.
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