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

14750. Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем. Структуры и алгоритмы обработки данных 1.73 MB
  Пособие содержит большое число примеров фрагментов программ, а также задания для самостоятельного практического решения. Выполнение практических заданий является абсолютно необходимым...
14751. Демонстрация работы среды Micro-CAP 149 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Демонстрация работы среды MicroCAP по дисциплине Электротехника и электроника Цель работы Приобретение навыков моделирования электронных схем на примере схемы амплитудного детектора Ознакомление методической рекомендации по выпол...
14752. Форматы графических файлов .BMP и .PCX. Групповое кодирование изображения в этих форматах 242.5 KB
  Лабораторная работа №3 Тема: Форматы графических файлов .BMP и .PCX. Групповое кодирование изображения в этих форматах. Название: Microsoft Windows Bitmap Известен также как: BMP DIB Windows BMP Windows DIB Compatible Bitmap Тип: Растровый Цвета: 1 4 8 16 24 и 32битовые Сжатие: RLE без сжати
14753. ИЗУЧЕНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В WINDOWS 144.25 KB
  Лабораторная лабота №1 Изучение представления графической информации в Windows Цель работы: Написать программу реализующую просмотр графического файла формат BMP. Программа должна: загружать и выводить на экран произвольный файл с использованием файловых функ
14754. УВЕЛИЧЕНИЕ И УМЕНЬШЕНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 469.1 KB
  Лабораторная лабота №2 увеличение и уменьшение графических изображений Цель работы: Изучить методы увеличения и уменьшения цифровых изображений и применить полученные знания на практике. Задание: написать программу способную производить увеличение исходного и...
14755. ФИЛЬТРАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ 716.04 KB
  Лабораторная лабота №3 фильтрация изображения от импульсных помех Цель работы: фильтрация изображения от импульсных помех. Задание: Составить программу выполняющую фильтрацию изображения от импульсных помех методами функции рассеяния точки H1 H4 Код про...
14756. Написать программу, реализующую просмотр графического файла (формат BMP) 255.5 KB
  Цель работы: Написать программу реализующую просмотр графического файла формат BMP. Программа должна: загружать и выводить на экран произвольный файл с использованием файловых функций; читать все файлы с цветовой палитрой до 256 цветов black/whitegrey16256; выводи
14757. МАСШТАБИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ 683.18 KB
  Лабораторная лабота №2 Масштабирование изображений Цель: произвести уменьшение и увеличение изображения методами ближайшего соседа и билинейной интерполяцией. Текст программы: using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Linq; ...
14758. Мова, функції мови 3.37 MB
  Комунікативна функція. Цей найбільш універсальний засіб спілкування не здатні замінити всі інші — найсучасніші й найдосконаліші — навіть разом узяті. Мова, якою не спілкуються, стає мертвою і в історії людських мов дуже мало прикладів повернення мов до життя; народ, який втрачає свою мову, поступово зникає.