89657

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ К ЖИВЫМ ОРГАНИЗМАМ

Доклад

Биология и генетика

В этой связи уравнение согласно которому изменение системы равно ее обмену энергии с окружающей средой имеет вид: Организм животных имеет постоянную температуру и химический состав его в среднем не изменяется поэтому такого организма. Следует заметить что первичным источником энергии служит Солнце. Следовательно поток энергии извлекаемый зелеными растениями из солнечного света имеет порядка Вт.

Русский

2015-05-13

66.28 KB

1 чел.

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ К ЖИВЫМ ОРГАНИЗМАМ

В отличие от тепловых машин, живые организмы производят не за счет тепловой энергии, а за счет использования химической энергии пищевых продуктов, усвоенных ими. В этой связи уравнение, согласно которому изменение системы равно ее обмену энергии с окружающей средой, имеет вид:

,

Организм животных имеет постоянную температуру, и химический состав его в среднем не изменяется, поэтому такого организма. Следовательно, изменение . Тогда данное уравнение имеет вид:

Поскольку существует множество видов работ и обмена тепла с окружающей средой, то уравнение можно представить:

- первое начало термодинамики применительно к живым организмам.

Следует заметить, что первичным источником энергии служит Солнце. Мощность солнечного излучения примерно составляет Вт, но только небольшая ее часть, примерноВт достигает поверхности Земли, а из этой части, 0,02 % поглощается зелеными растениями и запасается ими в процессе фотосинтеза. Следовательно, поток энергии, извлекаемый зелеными растениями из солнечного света, имеет порядка Вт. За счет этой энергии работают все тепловые машины и осуществляются все процессы жизнедеятельности.

Однако, способы преобразования в работу солнечной энергии, аккумулированной зелеными растениями в форме химической энергии, в принципе не одинаковы в тепловых машинах и биологических системах. Различия термодинамических процессов можно рассмотреть следующей схемой:

В тепловой машине:

В биологической системе:

Как уже отмечалось, источником для всех живых существ

служит Солнце. Земные растения (аутотрофы) за счет фотосинтеза, создают в течение года примерно тонн питательных веществ. Гетеротрофы сами не могут питаться светом, они получают , поедая друг друга или питаясь растениями. Пищеварение обеспечивается поступлением в клетки продуктов гидролиза пищи, то есть, углеводов, белков, жиров, в которых заключена солнечного света.

Основным способом использования питательных веществ организмом является их биологическое окисление. Оно происходит главным образом на внутренней мембране митохондрий, где сосредоточены ферменты, катализирующие биологическое окисление (клеточное дыхание). Поэтому митохондрии часто называют энергетическим цехом клетки.

Энергия, извлекаемая из химических связей питательных веществ при их биологическом окислении, в некоторых случаях может быть непосредственно использована для осуществления жизнедеятельности, но основная ее часть идет на синтез так называемых макроэнергетических соединений, среди которых наиболее важным является АТФ.

Энергия, запасенная в макроэргах, используется организмом для совершения различных видов работ, причем механическая (мышечная работа) не является самой энергоемкой. В жизни человека огромные затраты энергии идут на синтез сложных биомолекул. Так, для синтеза одного моля белка, требуется от 12000 до 200 тыс. кДж . "В сборке" одной молекулы белка участвуют от 1000 до 16 тыс. молекул АТФ (КПД примерно 40 %) Для синтеза молекулы РНК необходимо примерно 6 тыс. молекул АТФ, еще большей энергии требуется для образования ДНК, так, на создание одной молекулы ДНК тратится молекул АТФ. Однако, количество синтезирующихся молекул белка значительно больше, чем нуклеиновых кислот, в силу разнообразия его функций и постоянного быстрого обновления. В результате, именно синтез белка в организме наиболее энергоемок, по сравнению с другими биосинтетическими процессами, так, в течение каждого часа жизни у млекопитающих белок клеток обновляется примерно на 1%. А белки-ферменты на 10%. У человека, массой 70 кг, ежечасно обновляется примерно 100 грамм белка.

Другой важной "статьей" расхода в организме является поддержание физико-химических градиентов на клеточных мембранах. Внутри живой клетки концентрация ионов и вещества, отличается от межклеточной среды, то есть, на клеточной мембране существует градиент концентрации. Различие концентрации ионов и молекул вызываются появлением и других градиентов: остматического, электрического, фильтрационного и т. д.

Наличие градиентов вызывает непрерывный перенос вещества через клетки мембран (пассивный транспорт). Пассивный транспорт должен был бы уменьшить величину градиентов, то есть, выровнять концентрацию и другие физико-химические параметры. Однако, в нормальных условиях функционирования клетки, градиенты на мембране стабильно поддерживаются на определенном уровне, что обусловлено способностью биологической системы переносить вещества против градиентов. Такой транспорт называется активным транспортом. Активный транспорт нуждается в затратах на него, которое в большинстве случаев черпается из АТФ следовательно активный транспорт представляет собой одну из форм работы биологической системы с КПД примерно 20-25%. КПД мышечного сокращения организма не превышает 20%.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52747. Люди перестають мислити, коли перестають читати. Інтерактивне навчання 3.76 MB
  На сучасному етапі навчання літератури значну роль відведено вихованню вдумливого читача людини з розвиненим критичним мисленням здатної оцінювати себе і навколишній світ що не можливо без формування базових якостей особистості розвитку її активного начала. Над проблемою Критичне мислення як засіб розвитку творчої особистості учня в процесі соціалізації працюю з 2007 року. У дзеркалі соціології читання відображає наші цінності та погляди стереотипи свідомості та алгоритми мислення реакцію на своє оновлення та духовне...
52748. Біоадекватна технологія як умова розвитку творчого мислення школярів 59 KB
  Проект Концепції літературної освіти в 11річній загальноосвітній школі визначає головною метою літературної освіти виховання читацької особистості з розвиненим естетичним смаком самостійним критичним мисленням гуманістичним світоглядом. Обєкт літературної освіти особистість учня його духовноемоційний світ моральні цінності та орієнтації творче мислення уява читацькі компетенції мовлення. Вивчення літератури за біологічно адекватною технологією БАТ якраз і сприяє розвязанню таких завдань як формування в...
52749. Формування у молодших школярів мотивації до навчання 48.5 KB
  Проблема розвитку мотивації навчання в останній час стає все більш актуальною. свідчать що основи мотивації навчання закладаються у початковій школі тому саме молодший шкільний вік має великі резерви формування мотиваційної сфери учнів. Зусилля практиків та науковців сьогодні спрямовані на дослідження певних організаційних форм та змістових компонентів навчальної діяльності за яких відбувається посилення мотивації навчання що оптимізує весь навчальновиховний процес.
52750. Організація дитчого самоврядування 119 KB
  З цією метою у школі сформована певна діюча структура органів самоврядування. Провідна ідея: всебічне виховання учнів через участь в органах самоврядування. Пріоритетні напрями діяльності: навчальна робота; виховна робота; інформаційно методична робота; розвиток учнівського самоврядування. Організація самоврядування побудована на інноваційних підходах: задоволення учнівської природної потреби у...
52751. Розвиток критичного мислення учнів на уроках математики як важливого елементу продуктивної технології навчання 147.5 KB
  Кривий Ріг Україна Розвиток критичного мислення учнів на уроках математики як важливого елементу продуктивної технології навчання У статті розкрито розвиток критичного мислення учнів на уроках математики як важливого елементу продуктивної технології навчання. Як відомо у шкільній освіті існує безліч методів навчання різні типи уроків які переслідують одну єдину мету засвоєння знань учнями. Учень і вчитель є рівноправними субєктами навчання. Організація інтерактивного навчання припускає моделювання життєвих ситуацій використання...
52753. Розробка і виготовлення композицій за творами О.Довженка на уроках трудового навчання з теми «Художня обробка деревини» 2.71 MB
  Із творчістю одного з таких митців – письменника, художника, кінемотографіста, дуже талановитої людини - Олександра Петровича Довженка, діти продовжують знайомство на уроках праці, розробляючи і виготовляючи композиції за його творами. Батьківщина Олександра Петровича – це золотаві соняшники, жовтогарячі колоски пшениці, синє волошкове поле, мальовничі луки, Біла круча на Десні, пісня солов’я...Саме про це й говоримо на уроках. Зачитуємо епізоди з творів письменника, а потім виконуємо завдання: створити композицію за уривками
52754. ХОЧЕШЬ СТАТЬ МИЛЛИОНЕРОМ? DO YOU WANT TO BE A MILLIONAIRE? 142.81 KB
  Начало викторины. Организационный момент. Игра дает шанс поиграть каждому из 7 участников по очереди. Они сидят на стульях перед сценой, спиной к зрительному залу. Ведущий задает вопросы в порядке увеличения трудности вопроса и его стоимости. У участников есть 1 подсказка - помощь друга. В случае ошибки ему выдается стоимость предыдущего вопроса (в евромонетах), а затем принимается следующий игрок. Правильные ответы приветствуются аплодисментами. В конце игры объявляются победители. Great Britain is divided into ... (10 «евро») a) three parts; b) five parts; c) four parts; d) two parts. 2. What is a Picadilly Circus? (20 «евро») a) a circus; b) a square; c) a street; d) a house. 3. What is the Tower of London now? (50 «евро») a) a prison; b) a museum; c) a house; d) a fortress.
52755. Інтегрований урок. Українська література + фізична культура. 5 клас 195.5 KB
  Завдання: прочитати речення з певними інтонаціями: Спочатку із захопленням потім з осудом Ну і богатир Із захватом із розчаруванням Оце так козак Зачудовано із зневагою Яка красуня Домашнє завдання 3хв. Перевірка домашнього завдання Що ви знаєте про речення Як ви розумієте епіграф до нашого уроку Мотивація навчання школярів 45хв. Завдання: створити словесний образ слова здоровя або 2. Завдання: Скласти 5 речень з ключовими словами: Діти Небезпека Правила Здоровя Оголошення теми і мети уроку 1хв.