Свободная энергия

Законы термодинамики

Биологическое окисление

Процессы катаболизма в клетках животных сопровождаются потреблением кислорода, который необходим для реакций окисления.

В результате этих реакций происходит освобождение энергии, которая необходима организмам в процессах жизнедеятельности для осуществления различных видов работы.

Небиологические системы могут совершать работу за счёт тепловой энергии. Биологические системы функционируют в изотермическом режиме и для осуществления процессов жизнедеятельности используют химическую энергию.

Изучением превращений энергии, сопровождающих химические реакции, занимается биоэнергетика, или биохимическая термодинамика.

Живые организмы с точки зрения термодинамики – открытые системы. Между системой и окружающей средой возможен обмен энергии, который происходит в соответствии с законами термодинамики.

Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии. Его можно сформулировать так: общая энергия системы и окружающей среды – величина постоянная. Внутри рассматриваемой системы энергия может переходить от одной её части к другой или превращаться из одной формы в другую.

Второй закон термодинамики гласит, что все физические и химические процессы в системе стремятся к необратимому переходу полезной энергии в хаотическую, неуправляемую форму. Мерой перехода или неупорядоченности системы служит величина, называемая энтропией (S), она достигает максимума, когда система приходит в истинное равновесие с окружающей средой.

Каждое органическое соединение, поступающее в организм извне или входящее в состав живой материи, обладает определённым запасом внутренней энергии (Е). Часть этой внутренней энергии может быть использована для совершения полезной работы. Такую энергию системы называют свободной энергией (G).

При постоянных температуре и давлении соотношение между изменением свободной энергии системы (ΔG) и изменением энтропии (ΔS) можно представить следующим уравнением:

ΔG = ΔH – T • S,

где ΔH – изменение энтальпии (внутренней энергии или теплоты, содержащейся в системе); Т – абсолютная температура.

В условиях, при которых протекают биохимические реакции, ΔH приблизительно равно ΔE (изменению внутренней энергии системы в результате реакции).

Для биологических систем измерение свободной энергии производят обычно при стандартный условиях, когда рН 7,0, температура 25оС, все растворы находятся в концентрации 1 моль/л, а все газы при давлении в 1 атм.

Дата добавления: 2015-05-08