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

1255. Проектирование двухэтажного жилого здания 164 KB
  Объемные строительные системы, имеющие надземную и (или) подземную части, включающие в себя помещения, сети инженерно-технического обеспечения и системы инженерно-технического обеспечения. Здание в плане имеет неправильную форму . Здание двухэтажное с высотой этажа3,3м. Размеры здания в осях 14,3х13,5м. Отметка подошвы фундамента -1,85 м. Грунтовые воды отсутствуют.
1256. Создание предприятия ИП Британ 73.5 KB
  Наименование предприятия, его специализация форма собственности и адрес. Схема действующего гаражно-технологического процесса, его описание. Описание методов организации технологических процессов ТО и ремонта ПС. Ведомость оборудования и оснастки на предприятии по форме.
1257. Соціально-психологічне дослідження ревнощів чоловiкiв 115.5 KB
  Науково-теоретичні підходи до розуміння та дослідження почуття ревнощів чоловіків. Літературно-філософські підході до розуміння природи ревнощів. Методика емпірико-практичного дослідження почуття ревнощів у чоловіків. Емпірико-практичне дослідження особливостей почуття ревнощів у чоловіків. Експериментальне дослідження співвідношення ревнощів з іншими почуттями та емоціями.
1258. Технология изготовления детали подъемника (вала редуктора) 91.5 KB
  Тихоходный вал редуктора, массой 11 кг., является телом вращения. Вал считается жёстким, поскольку отношение длины к максимальному диаметру меньше 15. Выбор заготовки и метод её изготовления. Определение групп допусков на исходные размеры заготовки.
1259. Разработка технических требований к сборочной единице 349.5 KB
  Техническое описание сборочной единицы. Выбор степени точности зубчатой передачи и класса точности подшипников. Выбор посадок шлицевых соединений и резьбовых соединений. Выбор исполнительных размеров калибров и их расчет. Выбор параметров точности зубчатого колеса.
1260. Анализ рынка. Абсолютная доля рынка по сегментам 375 KB
  Абсолютная доля рынка по сегментам. Уровень овладения рынком или горизонтальное проникновение. Уровень приверженности марке. Модель формирования позиции отдельного потребителя по отношению к продукту. Средняя важность атрибута.
1261. Економічне обґрунтування діяльності підприємства 497 KB
  Дані методичні вказівки покликані допомогти студентам напряму Архітектура, Реставрація творів мистецтва і Дизайн (рівень бакалавра) в написанні, а головне у виконанні тих певних обчислень, які необхідні для визначення вартості підприємницького проекту та обґрунтуванні виробничої програми.
1262. Всесторонняя характеристика рынка ценных бумаг РФ 460.5 KB
  Понятие рынка ценных бумаг, его место в системе рынков. Функции РЦБ и особенности ценообразования на рынке ценных бумаг. Участники и виды профессиональной деятельности на рынке ЦБ. Особенности первичного и вторичного рынка ценных бумаг. Проблемы регулирования Российского рынка ценных бумаг в России.
1263. Учет основных средств Ейского филиала ФГУП Росморпорт 398.5 KB
  Теоретические аспекты бухгалтерского учета основных средств. Оценка и переоценка основных средств. нализ основных финансовых показателей деятельности ФГУП Росморпорт. Документарное оформление и аналитический учет основных средств. Порядок проведения и учет результатов инвентаризации основных средств.