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

45969. Механическая обработка металлов. Станки для обработки металлов резанием. Технологические возможности способов резания: точения, сверления, протягивания, фрезерования, шлифования, хонингования 95.99 KB
  Технологические возможности способов резания: точения сверления протягивания фрезерования шлифования хонингования. Обработка резанием это процесс получения детали требуемой геометрической формы точности размеров взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска в виде стружки рис. К инструменту прикладывается усилие резания равное силе сопротивления материала резанию и сообщается перемещение относительно заготовки со...
45970. Резьбовые соединения. Основные виды, конструктивные формы, расчетные зависимости 31.5 KB
  Различают резьбы цилиндрические и конические. В зависимости от назначения применяемые резьбы можно разбить на три группы: крепежная. Крепежная и крепежноуплотняющая резьбы как правило имеют треугольный профиль обеспечивающий высокую прочность резьбы и наиболее благоприятные условия от самоотвинчивания. Резьбы треугольного профиля подразделяют на два основных типа: 1.
45971. Шпоночные и шлицевые соединения. Типы, основные параметры соединений. Расчеты на прочность 31 KB
  Шпоночными называют разъемные соединения составных частей изделия с применением шпонок. Шпоночные соединения могут быть неподвижными и подвижными и служат обычно для предотвращения относительного поворота ступицы и вала при передаче вращающего момента. Шпоночные соединения широко применяют во всех отраслях машиностроения.
45972. Ременные передачи. Разновидности. Типы ремней и конструкции шкивов. Расчет основных параметров ременной передачи 27.5 KB
  По форме различают плоские клиновые поликлиновые и круглые ремни. Плоские ремни в поперечном сечении имеют форму прямоугольника шириной значительно превосходящей толщину. Клиновые ремни в сечении представляют собой трапецию. Эти ремни благодаря клиновому взаимодействию со шкивами характеризуются повышенному взаимодействию повышенной тяговой способностью.
45973. Цилиндрические зубчатые передачи 126 KB
  Кроме того различают индексы относящиеся: w к начальной окружности; b к основной окружности; к окружности вершин зубьев; f к окружности впадин зубьев. Параметры относящиеся к делительной окружности дополнительного индекса не имеют. 3 называют кривую которую описывает точка В прямой NN перекатываемой без скольжения по окружности с диаметром db. Производящая прямая NN является касательной к основной окружности и нормалью ко всем производимым ею эвольвентам.
45974. Редукторы - продукция материально-технического назначения 38 KB
  Наибольшее распространение в промышленности получили планетарные и цилиндрические моторредукторы выполненные по соосной схеме взаимного расположения электродвигателя и выходного вала. А также червячные моторредукторы с расположением электродвигателя под 90град. К моторредукторам общемашиностроительного применения относят: цилиндрические моторредукторы планетарные моторредукторы спироидные моторредукторы червячные и цилиндрическочервячные моторредукторы волновые моторредукторы моторредукторы специального назначения. Облсть...
45975. Конструкция и назначение червячных передач. Кинематический и прочностной расчеты 29.5 KB
  Червячные передачи это передачи за счет зацепления витков червяка и зубьев червячного колеса. При вращении червяка его витки входят в зацепление с зубьями червячного колеса. Расстояние между одноименными точками боковых сторон смежных витков червяка измеренное параллельно оси называют шагом червяка р. Делительный диаметр червяка dx = qm.
45976. Механические характеристики электродвигателей 86.95 KB
  Скорость почти всех электродвигателей является убывающей функцией момента двигателя, то есть с увеличением момента скорость уменьшается [чил 33]. Но степень изменения скорости у разных электродвигателей различна и характерезуется параметром жесткость механические характеристик.
45977. Правовой режим предвыборной агитации и ответственность за нарушение законодательства 39 KB
  Агитация предвыборная предвыборная агитация деятельность осуществляемая в период избирательной кампании и имеющая целью побудить или побуждающая избирателей к голосованию за кандидата кандидатов список кандидатов или против него них. Предвыборная агитация может принимать следующие формы: а призывы голосовать за или против кандидата списка кандидатов; б выражение предпочтения какомулибо кандидату избирательному объединению в частности указание на то за какого кандидата за какой список кандидатов за какое избирательное...