Живые организмы как отрытая термодинамическая система. Стационарное состояние биологических систем. Принцип минимума производства энтропии. Теорема Пригожина

Понятие о химическом и электрохимическом потенциале веществ. Уравнение для расчета химического и электрохимического потенциалов веществ.

. Понятие о мембранном транспорте, его биозначение, виды и особенности. Химический и электрохимический потенциалы.

Транспорт – перенос веществ через мембрану.

Виды: 1) пассивный – (DG<0)осуществляется в результате диффузии в сторону меньшего m и mDs 0 - процесс самопроизвольный:

а) обычная диффузия:

Для электролитов-уравление Нернста- Планка:

Для неэлектролитов: уравнение Фика:

б) транспорт с помощью переносчиков - за счет диффузии переносчика вместе с веществом за счет эстафетной передачи от одной молекулы переносчика к другой; Уравнение Михаэлиса-Ментэн:

в) по каналам.

2) Активный транспорт. Осуществляется при затрате химической энергии против m и m (DG>0), т.е. активный транспорт – это сопряженный процесс. В зависимости от вида сопряжения различают два вида активного транспорта: а) за счет гидролиза АТФ и окислительно-востановительных реакций (первичный активный транспорт) б) за счет энергии, выделямой при движении веществ по градиенту m и m (вторично активный транспорт)

3) Цитоз – уникальный способ поглощения клетки крупн.в-в и частиц и их выделение с помощью изменения структуры, формы и размеров мембраны. Явление переноса – это необратимые процессы, в результате которых в физической сстеме происходит пространственное перемещение массы, импульса, заряда, энергии и т.д.

m и m и их уравнение

Движущей силой диффузии служит разность m или m- данного вещества в 2-х областях между которыми происходит диффузия. Dm =m₀ + RT *lnC, где

m0 –стандартный химпотенциал, зависящий от природы растворителя;

Dm - движущая сила для незаряженных частиц, т.е. их движение будет зависить от разности C в двух областях.

m - вводится для ионов, движение которых зависит не только от C, но и от потенциала поля.

m=m₀ + RT * lnC + Z*Fj

m - мера работы, необходимой для переноса 1 моль ионов из раствора с данной С и данным потенциалом в бесконечно удаленную точку в вакууме. Она складывается из работы по преодолению хим.взаимодействия и работы эл. поля.

Стационарное состояние – состояние, при котором параметры системы при взаимодействии с окружающей средой не меняются с течением времени.

Живые организмы – открытые ТД системы, далеки от равновесного и не находящиеся в стационарном состоянии.

Несмотря на то, что в стационарном состоянии необратимые процессы, протекающие в системе увеличивают энтропию, энтропия не изменяется и чтобы понять это противоречие:

Изменение энтропии:

∆S = ∆S_i+∆S_e

∆S_i – изменение обусловленное необратимыми процессами в системе

∆S_e– вызвано взаимодействием системы с внешними телами

Необратимость процессов приводит к ∆S_i>0

Стационарность состояния к ∆S=0, следовательно, ∆S_e=∆S-∆S_i<0 или ∆S_e=-∆S_i

В изолированной системе не могут протекать такие процессы, которые приводят к уменьшению энтропии системы (еще одна формулировка второго начала тд)

Согласно принципу Пригожина в системе при стационарном состоянии внутренние необратимые процессы протекают так, что ежесекундный прирост S минимален это означает что система не может выйти из стационарного состояния за счет внутреннего необратимого процесса.При изменении внешних условий система переходит из одного стационарного состояния в другое, т. е. адаптируется к внешним условиям.

Принцип минимума производства энтропии – в стационарном состоянии системы скорость возникновения энтропии вследствие необратимых процессов имеет минимальное значение при данных внешних условиях, препятствующих достижению системой равновесного состояния (∆S_i/∆t>0 минимальна)

Дата добавления: 2015-04-24