Закони біоенергетики
Перший закон біоенергетики
Жива клітина уникає прямого використання енергії зовнішніх ресурсів для здійснення корисної роботи. Вона спочатку перетворює її в одну з трьох конвертованих форм енергії. А саме в аденозінтріфос-форно кислоту (АТФ), натрієвий потенціал (Δ μNa +), протонний потенціал (Δ μН +).
Отримана в організмі енергія витрачається на здійснення різних енергоємних процесів і відіграє роль посередника між процесами запасання і її транспорту. Найпростішим прикладом конвертації енергії в запас може бути гліколіз або розщеплення вуглеводів до молочної кислоти: вуглевод + АДФ → молочна кислота + АТФ.
Якщо АТФ використовується для здійснення механічної роботи (у тварин для м’язового скорочення), то ланцюг процесів завершується розщепленням АТФ до АДФ і Н3РО4 скорочувальним білком актомиозином: АТФ + НОН → АДФ + Н3РО4 + механічна робота. Δ G0 = -29,2 кДж / моль.
Другий закон біоенергетики
Будь жива клітина завжди має як мінімум двома формами енергії: енергією макроергічних зв’язків АТФ і енергією, пов’язаної з мембраною (Δ μН + або Δ μNa +). Клітини рослин розташовують АТФ і Δ μН +. Δ μNa + може утворитися на плазмолемме і грає підлеглу роль. Тваринна клітина володіє всіма трьома формами енергії. Для плазмолеми характерний Δ μNa +, а для внутрішньоклітинних мембран – Δ μН +.
Третій закон біоенергетики
Енергетичні форми можуть перетворюватися одна в іншу. Тому отримання хоча б однієї з них за рахунок зовнішніх ресурсів достатньо для підтримки життєдіяльності. Взаємоперетворення АТФ, Δ μNa +, Δ μН + здійснюються спеціальними ферментами. Взаємопереходів АТФ ↔ Δ μNa + забезпечується Na + – АТФ-синтазою, перетворення АТФ ↔ Δ μH + каталізується Н + – АТФ-синтазою, а рівновага Δ μH + ↔ Δ μNa + здійснюється Н + / Na + – антіпортом.
Термодинаміка вивчає закони взаємного перетворення різних видів енергії при хімічних і фізичних процесах, пов’язаних з переходом енергії між тілами у формі теплоти і роботи.
Теплота – неупорядкована форма передачі енергії в результаті контакту безперервно рухаються мікрочастинок. Умовою передачі енергії у формі теплоти є наявність температурного градієнта, тоді теплота переходить з більш гарячою області в більш холодну.
Робота – упорядкована форма передачі енергії, пов’язана з подоланням зовнішнього опору.
Термодинаміка розглядає поведінку і властивості тіл, тобто макроскопічних систем, що складаються з великого числа молекул. Предметом вивчення термодинаміки є енергія і закони взаємних перетворень форм енергії в рівноважних системах.
Перший закон термодинаміки стверджує, що загальний запас внутрішньої енергії залишається постійним, якщо відсутня обмін з навколишнім середовищем, доводить еквівалентність різних форм енергії.
Енергія (від гр. Energeia – діяльність) – одне з основних властивостей матерії, міра її руху і взаємодії; міра переходу однієї форми руху в іншу; ступінь мінливості системи; здатність виконувати роботу.
Хімічна термодинаміка застосовує закони термодинаміки до вивчення складу, властивостей і поведінки речовин в хімічних процесах. Вона є теоретичною основою біоенергетики. У термодинаміки часто використовують поняття “термодинамічна система”.
Система – це тіло або сукупність тіл, виділених з простору. Все, що оточує систему, називають середовищем. Частина системи, що має однакові у всьому обсязі фізичні і хімічні властивості і відокремлена від інших частин поверхнею розділу, називається фазою.
Залежно від фазового складу розрізняють: 1) гомогенні системи – складаються з однієї фази (фізіологічний розчин, плазма крові); 2) гетерогенні системи – складаються з двох фаз або більше. На поверхні розділу фаз такої системи деякі властивості змінюються стрибкоподібно (суспензія крейди у воді, кров).
Залежно від характеру взаємодії системи з навколишнім середовищем розрізняють відкриті, закриті, ізольовані системи.
Відкриті системи можуть обмінюватися з навколишнім середовищем як речовиною, так і енергією. Прикладами можуть служити живий організм, розчин у відкритій колбі, хімічний завод. Закрита система може обмінюватися з навколишнім середовищем тільки енергією. Такі системи типові для хімічних експериментів і виробництв. Розчин хімічної речовини в колбі з пробкою, промислові установки і реактори, спроектовані з урахуванням виключення забруднень навколишнього середовища токсичними речовинами. В анатомічному музеї препарат у формі ізольованого органу теж являє собою закриту систему. В ізольованих системах відсутній всякий обмін з навколишнім середовищем, як речовиною, так і енергією. Насправді неможливо усунути обмін теплотою. Тому суворо ізольованих систем не існує. Як деяке наближення до ізольованій системі можна представити рідину, вміщену в термос.
Кількісно властивості системи оцінюють термодинамічними параметрами. Станом системи називається сукупність умов існування і складу системи.
Рівноважний стан проявляється, коли всі властивості системи залишаються постійними в часі і в системі відсутні потоки
Речовини і енергії. Якщо властивості системи постійні, але є потоки речовини та енергії, такий стан називають стаціонарним.
Посудина з двома закритими трубками має постійний рівень рідини – рівноважний стан. Якщо труби відкриті і рівень постійний, то через посудину проходить потік рідини – стаціонарний стан. Живий організм – відкрита стаціонарна система, основні параметри постійні. Якщо властивості системи змінюються в часі, стан називається перехідним (нерівновагим). Перехід системи з одного стану в інший називається процесом. Процеси бувають ізобарна – протікають при постійному тиску, ізохорно – протікають при постійному обсязі, ізотермічними – протікають при постійній температурі, адіабатичними – протікають без передачі теплоти (швидкі хімічні реакції). За причинності виділяють мимовільні і вимушені процеси.
Для створення таблиць термодинамічних властивостей речовин особливе значення має вибір стандартного стану. Стандартним станом речовини вважається стійка форма речовини при стандартних умовах: температурі 298,15 K (25 ° С) і тиску 105 Па (750,06 мм рт. Ст.). Також виділяють так звані нормальні умови для газів: температуру 273,15 K (0 ° С) і тиск 101325 Па = 1 атм. (760 мм рт. Ст.). Стандартним станом розчину вважається розчин, що знаходиться в стандартних умовах і має концентрацію розчиненої речовини 1 моль / л.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)