Qu'est-ce que « pH, acide, base, pKa » ? — Biologie

Définition 8.7 Biologie universitaire — 1re année · Chapitre 8 — L’eau et les petites biomolécules

L’eau se dissocie faiblement, $\mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H^+} + \mathrm{OH^-}$ , avec $[\mathrm{H^+}][\mathrm{OH^-}] = K_w = 10^{-14}\,\mathrm{mol}^{2}/\mathrm{L}^{2}$ à $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Le pH vaut $-\log_{10}[\mathrm{H^+}]$ : 7 pour l’eau pure, plus bas pour les acides, plus haut pour les bases. Un acide $\mathrm{HA}$ libère un proton, $\mathrm{HA} \rightleftharpoons \mathrm{H^+} + \mathrm{A^-}$ , avec la constante de dissociation $K_a = [\mathrm{H^+}][\mathrm{A^-}]/[\mathrm{HA}]$ et un p $K_a$ $= -\log_{10}K_a$ ; sa base conjuguée $\mathrm{A^-}$ en accepte un. Un acide fort (HCl) est totalement dissocié ; les acides de la cellule (acides carboxyliques, phosphates, ammonium) sont faibles, de p $K_a$ compris entre 2 et 10.

Exemples

Exemple 8.6 (Fondre une double hélice)

Les deux brins de l’ADN sont tenus par deux ou trois liaisons hydrogène par paire de bases, plus l’empilement (van der Waals) des paires voisines ; une paire isolée se séparerait aussitôt, mais mille paires à la suite tiennent jusqu’à une température d’environ $90\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , et se rejoignent, exactement dans le même registre, quand on la rabaisse (Chapitre 11). Spécifique, forte par le nombre, réversible.

Exemple 8.11 (Le sang)

Le sang artériel contient $24\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ de bicarbonate et du $\mathrm{CO_2}$ dissous à $1.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ (fixé par les poumons) : $\mathrm{pH} = 6.1 + \log(24/1.2) = 6.1 + 1.30 = 7.4$ . L’ajout de $5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ d’acide transforme $5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ de bicarbonate en $\mathrm{CO_2}$ ; si les poumons chassent ce $\mathrm{CO_2}$ et maintiennent la valeur dissoute, le pH devient $6.1 + \log(19/1.2) = 7.30$ ; dans un ballon fermé, le $\mathrm{CO_2}$ monterait à $6.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ et le pH tomberait à $6.1 + \log(19/6.2) = 6.59$ . Ce sont les poumons qui font la différence.

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Exemples

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