QCM : Thermodynamique pour la biochimie — 16 questions

Questions et réponses du QCM

1. Concernant l’énergie et le fonctionnement du vivant :

Une partie de l’énergie issue du glucose est dissipée sous forme de chaleur.
L’oxydation du glucose humain fournit de l’énergie chimique pour fabriquer de l’ATP.
Le vivant récupère l’énergie environnementale, puis la transforme en formes utilisables.
La production d’énergie par le vivant précède sa transformation et son transfert.
Les phototrophes tirent leur énergie principale de molécules organiques ingérées.

Une partie de l’énergie issue du glucose est dissipée sous forme de chaleur. · L’oxydation du glucose humain fournit de l’énergie chimique pour fabriquer de l’ATP. · Le vivant récupère l’énergie environnementale, puis la transforme en formes utilisables.

Explication

L’être vivant ne crée pas l’énergie : il la récupère dans son environnement, la transforme et la transfère sous des formes utilisables. Chez l’être humain, l’oxydation du glucose fournit de l’énergie chimique pour produire de l’ATP, tandis qu’une autre partie est dissipée sous forme de chaleur ; les phototrophes, eux, utilisent la lumière.

2. Parmi les propositions suivantes concernant les sources d’énergie du vivant, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Le vivant produit une énergie nouvelle avant de la transférer à la cellule.
Chez l’être humain, les glucides peuvent constituer une source d’énergie.
Les organismes phototrophes utilisent principalement l’énergie des protéines alimentaires.
La photosynthèse permet aux organismes phototrophes d’utiliser l’énergie lumineuse.
Les organismes chimiotrophes obtiennent leur énergie de molécules chimiques.

Chez l’être humain, les glucides peuvent constituer une source d’énergie. · La photosynthèse permet aux organismes phototrophes d’utiliser l’énergie lumineuse. · Les organismes chimiotrophes obtiennent leur énergie de molécules chimiques.

Explication

Les organismes phototrophes utilisent la lumière grâce à la photosynthèse. Les chimiotrophes, dont l’être humain, obtiennent leur énergie de molécules chimiques telles que les glucides, les lipides et les protéines ; le vivant transforme donc une énergie reçue plutôt qu’il ne la crée.

3. Concernant la cellule comme système ouvert :

Une cellule échange de l’énergie sans échange de matière avec l’extérieur.
Un système ouvert échange de la matière et de l’énergie avec son environnement.
Une cellule rejette des déchets vers son environnement.
Une cellule est un système isolé lorsqu’elle transforme des nutriments.
Une cellule reçoit notamment du glucose, de l’oxygène et des ions.

Un système ouvert échange de la matière et de l’énergie avec son environnement. · Une cellule rejette des déchets vers son environnement. · Une cellule reçoit notamment du glucose, de l’oxygène et des ions.

Explication

Un système ouvert échange avec son environnement à la fois de la matière et de l’énergie. Une cellule reçoit notamment du glucose, de l’oxygène et des ions, rejette des déchets et échange de l’énergie ; elle n’est donc pas un système fermé.

4. Les caractéristiques d’une cellule considérée comme système ouvert comprennent :

La réception de glucose provenant de l’environnement extracellulaire.
Le rejet de déchets issus de son activité métabolique.
L’absence d’échanges énergétiques avec le milieu extérieur.
L’entrée d’oxygène et d’ions nécessaires à son fonctionnement.
L’absence de transfert de matière entre la cellule et son environnement.

La réception de glucose provenant de l’environnement extracellulaire. · Le rejet de déchets issus de son activité métabolique. · L’entrée d’oxygène et d’ions nécessaires à son fonctionnement.

Explication

La cellule est un système ouvert, car elle échange simultanément de la matière et de l’énergie avec son environnement. Elle reçoit du glucose, de l’oxygène et des ions, puis rejette notamment des déchets ; ces échanges excluent les modèles fermé et isolé.

5. À propos du rôle et des limites de la thermodynamique, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Une transformation favorable sur le plan thermodynamique est nécessairement rapide.
Elle mesure la vitesse à laquelle une réaction thermodynamiquement favorable se déroule.
Elle permet d’identifier l’état d’équilibre accessible au système.
La thermodynamique détermine si un système peut évoluer.
Elle indique le sens possible d’une évolution du système.

Elle permet d’identifier l’état d’équilibre accessible au système. · La thermodynamique détermine si un système peut évoluer. · Elle indique le sens possible d’une évolution du système.

Explication

La thermodynamique indique si une évolution est possible, dans quel sens elle se déroule et vers quel état d’équilibre elle peut tendre. Elle ne renseigne pas sur la vitesse de cette évolution, qui relève de la cinétique ; une réaction favorable peut donc être très lente.

6. Concernant les limites de la thermodynamique, quelles sont les réponses exactes au sujet d’une réaction chimique ?

Une réaction favorable thermodynamiquement peut être extrêmement lente.
La thermodynamique détermine la durée nécessaire à une réaction.
La vitesse d’une réaction relève de l’étude cinétique.
Une réaction favorable thermodynamiquement atteint rapidement son équilibre.
La thermodynamique permet de prévoir l’état d’équilibre accessible.

Une réaction favorable thermodynamiquement peut être extrêmement lente. · La vitesse d’une réaction relève de l’étude cinétique. · La thermodynamique permet de prévoir l’état d’équilibre accessible.

Explication

La thermodynamique étudie la possibilité, le sens et l’issue d’une évolution, mais pas sa vitesse. Une réaction favorable peut être extrêmement lente ; la vitesse relève de la cinétique, et la rapidité n’est donc pas garantie par la thermodynamique.

7. Parmi les propositions suivantes concernant la conservation de l’énergie et l’entropie, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Le premier principe associe l’entropie au contenu énergétique du système.
Une transformation spontanée d’un système isolé augmente l’entropie totale de l’Univers.
Une augmentation du désordre s’accompagne d’une augmentation de l’entropie.
Une transformation énergétique correspond à une création nette d’énergie.
L’entropie est notée SS dans le cadre de la thermodynamique étudiée.

Une transformation spontanée d’un système isolé augmente l’entropie totale de l’Univers. · Une augmentation du désordre s’accompagne d’une augmentation de l’entropie. · L’entropie est notée $$S$$ dans le cadre de la thermodynamique étudiée.

Explication

L’entropie, notée SS, est associée au degré de désordre et augmente lorsque celui-ci augmente. Le premier principe concerne la conservation et la transformation de l’énergie, alors que, pour un système isolé, la spontanéité s’accompagne d’une augmentation de l’entropie totale de l’Univers.

8. Concernant le calcul de la variation d’enthalpie libre de Gibbs, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

La relation de Gibbs s’écrit ΔG=ΔH+TΔS\Delta G=\Delta H+T\Delta S.
La température utilisée dans cette relation est exprimée en kelvins.
La relation de Gibbs s’écrit ΔG=ΔH−TΔS\Delta G=\Delta H-T\Delta S.
La variation d’enthalpie libre dépend de ΔH\Delta H, de TT et de ΔS\Delta S.
La température est introduite dans la formule en degrés Celsius.

La température utilisée dans cette relation est exprimée en kelvins. · La relation de Gibbs s’écrit $$\Delta G=\Delta H-T\Delta S$$. · La variation d’enthalpie libre dépend de $$\Delta H$$, de $$T$$ et de $$\Delta S$$.

Explication

La relation de Gibbs est ΔG=ΔH−TΔS\Delta G=\Delta H-T\Delta S, avec une température exprimée en kelvins. Une température en degrés Celsius ne respecte pas la convention indiquée pour cette formule.

9. Concernant l’équilibre et la réversibilité, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Une réaction irréversible est généralement très éloignée de l’équilibre biochimique.
À l’équilibre, les réactions directe et inverse se poursuivent à des vitesses égales.
Une réaction réversible possède nécessairement un ΔG\Delta G nul dans toutes les conditions.
Les variations de concentration peuvent influencer le sens d’une réaction réversible.
À l’équilibre, les réactions moléculaires directe et inverse sont arrêtées.

Une réaction irréversible est généralement très éloignée de l’équilibre biochimique. · À l’équilibre, les réactions directe et inverse se poursuivent à des vitesses égales. · Les variations de concentration peuvent influencer le sens d’une réaction réversible.

Explication

À l’équilibre dynamique, les réactions directe et inverse continuent au niveau moléculaire, mais à vitesses égales, ce qui annule l’évolution nette. Une réaction réversible peut être déplacée par les concentrations et ne signifie pas que ΔG=0\Delta G=0 hors équilibre ; une réaction irréversible est généralement très éloignée de l’équilibre et présente un ΔG\Delta G fortement négatif dans le sens considéré.

10. Parmi les propositions suivantes concernant la distinction entre réaction réversible et réaction irréversible, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Une réaction irréversible possède généralement un ΔG\Delta G fortement positif dans le sens considéré.
Une réaction réversible peut voir son sens influencé par les concentrations des réactifs.
Une réaction irréversible est généralement très éloignée de l’équilibre biochimique.
Une réaction réversible est définie par l’arrêt des réactions directe et inverse.
Une réaction réversible présente nécessairement un ΔG\Delta G nul hors équilibre.

Une réaction réversible peut voir son sens influencé par les concentrations des réactifs. · Une réaction irréversible est généralement très éloignée de l’équilibre biochimique.

Explication

Une réaction réversible peut changer de sens selon les concentrations, tandis qu’une réaction irréversible est généralement très éloignée de l’équilibre avec un ΔG\Delta G fortement négatif dans le sens considéré. La réversibilité ne signifie donc pas que ΔG=0\Delta G=0 ; cette égalité caractérise l’équilibre.

11. Les notations des variations d’enthalpie libre standard correspondent aux conditions suivantes :

Les conditions standard biochimiques fixent généralement le pH à 0.
À pH 7, la concentration en ions hydrogène vaut 10−7 mol⋅L−110^{-7}\ \text{mol·L}^{-1}.
ΔG∘\Delta G^\circ se rapporte aux conditions standard chimiques.
ΔG∘\Delta G^\circ désigne exclusivement les conditions standard biochimiques.
ΔG∘′\Delta G^{\circ'} se rapporte aux conditions standard biochimiques.

À pH 7, la concentration en ions hydrogène vaut $$10^{-7}\ \text{mol·L}^{-1}$$. · $$\Delta G^\circ$$ se rapporte aux conditions standard chimiques. · $$\Delta G^{\circ'}$$ se rapporte aux conditions standard biochimiques.

Explication

ΔG∘\Delta G^\circ désigne la variation dans les conditions standard chimiques, alors que ΔG∘′\Delta G^{\circ'} correspond aux conditions standard biochimiques, avec notamment un pH fixé à 7. À pH 7, la concentration en ions hydrogène vaut 10−7 mol⋅L−110^{-7}\ \text{mol·L}^{-1} ; le pH 0 appartient aux conditions standard chimiques.

12. Concernant les concentrations et l’énergie réelle d’une réaction cellulaire, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Les concentrations cellulaires ne modifient pas la valeur de ΔG\Delta G.
La relation cellulaire s’écrit ΔG=ΔG∘′+RTln⁡Q\Delta G=\Delta G^{\circ'}+RT\ln Q.
Le quotient QQ dépend des concentrations réelles des réactifs et des produits.
Les concentrations réelles peuvent parfois changer le signe de ΔG\Delta G.
La variation réelle d’enthalpie libre correspond toujours à ΔG∘′\Delta G^{\circ'}.

La relation cellulaire s’écrit $$\Delta G=\Delta G^{\circ'}+RT\ln Q$$. · Le quotient $$Q$$ dépend des concentrations réelles des réactifs et des produits. · Les concentrations réelles peuvent parfois changer le signe de $$\Delta G$$.

Explication

Dans la cellule, ΔG\Delta G est calculée à partir de ΔG∘′\Delta G^{\circ'} et du terme RTln⁡QRT\ln Q, où QQ dépend des concentrations réelles. Ces concentrations peuvent modifier la valeur de ΔG\Delta G et parfois en inverser le signe ; l’énergie standard ne décrit donc pas à elle seule l’état cellulaire.

13. Une variation des concentrations métaboliques peut modifier le sens favorisé d’une réaction cellulaire :

Les concentrations réelles des métabolites peuvent changer le signe de ΔG\Delta G.
Le couple lactate/pyruvate dépend notamment des concentrations de lactate et de pyruvate.
La variation réelle d’enthalpie libre est indépendante du quotient réactionnel QQ.
Les concentrations de NAD+^+ et de NADH peuvent participer à la modification du sens favorisé.
Le sens du couple lactate/pyruvate dépend uniquement de la concentration en lactate.

Les concentrations réelles des métabolites peuvent changer le signe de $$\Delta G$$. · Le couple lactate/pyruvate dépend notamment des concentrations de lactate et de pyruvate. · Les concentrations de NAD$$^+$$ et de NADH peuvent participer à la modification du sens favorisé.

Explication

Les concentrations réelles des métabolites interviennent dans QQ et peuvent donc modifier ΔG\Delta G, jusqu’à changer son signe. Pour le couple lactate/pyruvate, le sens favorisé dépend notamment des concentrations de lactate, de pyruvate, de NAD+^+ et de NADH ; il n’est pas fixé par une seule concentration.

14. Concernant la constante d’équilibre de la réaction A⇌BA\rightleftharpoons B, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La constante d’équilibre dépend du rapport des concentrations avant l’établissement de l’équilibre.
La constante s’écrit K=[A]eˊquilibre[B]eˊquilibreK=\frac{[A]_{\text{équilibre}}}{[B]_{\text{équilibre}}}.
La constante compare les concentrations de B et de A mesurées à l’équilibre.
La constante est reliée à l’énergie libre standard par K=e−ΔG∘′/RTK=e^{-\Delta G^{\circ'}/RT}.
La constante compare les concentrations cellulaires de B et de A à un instant quelconque.

La constante compare les concentrations de B et de A mesurées à l’équilibre. · La constante est reliée à l’énergie libre standard par $$K=e^{-\Delta G^{\circ'}/RT}$$.

Explication

La constante compare les concentrations de B et de A à l’équilibre, selon K=[B]eˊquilibre[A]eˊquilibreK=\frac{[B]_{\text{équilibre}}}{[A]_{\text{équilibre}}}. Elle ne se calcule pas avec des concentrations cellulaires quelconques, et la relation énergétique correcte est K=e−ΔG∘′/RTK=e^{-\Delta G^{\circ'}/RT}.

15. La constante d’équilibre et l’énergie libre standard biochimique sont reliées par quelle relation ?

K=e−RT/ΔG∘′K=e^{-RT/\Delta G^{\circ'}}
K=e−ΔG∘′/RTK=e^{-\Delta G^{\circ'}/RT}
K=e−ΔG∘′RTK=e^{-\Delta G^{\circ'}RT}
K=eΔG∘′RTK=e^{\Delta G^{\circ'}RT}
K=eΔG∘′/RTK=e^{\Delta G^{\circ'}/RT}

$$K=e^{-\Delta G^{\circ'}/RT}$$

Explication

La relation thermodynamique correcte est K=e−ΔG∘′/RTK=e^{-\Delta G^{\circ'}/RT}. Les expressions proposées avec un signe positif ou une inversion de la température ne correspondent pas à la relation donnée.

16. Concernant les réactions thermodynamiques et la combustion complète du glucose :

Une réaction exergonique est définie par ΔH<0\Delta H<0.
Une réaction exergonique est définie par ΔG<0\Delta G<0.
Une réaction exothermique est définie par ΔH<0\Delta H<0.
La combustion complète du glucose produit globalement du dioxyde de carbone et de l’eau.
La combustion complète du glucose possède un ΔG∘\Delta G^{\circ} fortement négatif.

Une réaction exergonique est définie par $$\Delta G<0$$. · Une réaction exothermique est définie par $$\Delta H<0$$. · La combustion complète du glucose produit globalement du dioxyde de carbone et de l’eau. · La combustion complète du glucose possède un $$\Delta G^{\circ}$$ fortement négatif.

Explication

Une réaction exothermique est caractérisée par ΔH<0\Delta H<0, alors qu’une réaction exergonique est caractérisée par ΔG<0\Delta G<0. La combustion complète du glucose est un exemple de réaction exergonique, car son ΔG∘\Delta G^{\circ} est fortement négatif.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 43 flashcards sur Thermodynamique pour la biochimie.

Le vivant crée-t-il de l'énergie ?

Le vivant ne crée pas d'énergie.

Comment le vivant obtient-il son énergie ?

Il récupère l'énergie de son environnement.

Que fait le vivant avec l'énergie récupérée ?

Il la transforme et la transfère sous forme utilisable par la cellule.

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