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

38748. Экономика фирмы. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 247.5 KB
  68 Экономика программа Экономика фирмы подготовка и защита магистерской диссертации Ижевск 2012 УДК 330:001. Рецензент: Редакция авторов В методических рекомендациях рассмотрены вопросы организации итоговой аттестации магистрантов требования к подготовке выполнению и защите магистерской диссертации. Выбор и формулировка темы магистерской диссертации. Утверждение темы магистерской диссертации.
38749. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ ПО НАПРАВЛЕНИЮ МЕНЕДЖМЕНТ 465 KB
  Шубин МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 080200 МЕНЕДЖМЕНТ Рекомендовано к изданию Редакционноиздательским советом института ОБНИНСК 2011 УДК 336 Методические указания по выполнению магистерской диссертации по направлению 080200 Менеджмент Сост. Методические рекомендации предназначены для студентов очной очнозаочной и заочной форм обучения по магистерским образовательным программам направления 080200 Менеджмент для оказания помощи при подготовке выпускной квалификационной работы ...
38750. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ. Менеджмент 320 KB
  БОРЗЕНЕЦ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по подготовке и защите магистерской диссертации Направление менеджмент 080200. Методические указания по подготовке и защите магистерской диссертации: направление менеджмент 080200.36 Методические указания предназначены для оказания помощи студентам первого и второго года обучения в магистратуре по организации научных исследований и написанию магистерской диссертации на соискание степени магистра по направлению менеджмент 080200. Контроль за написанием магистерской диссертации [2] Организация работы по выполнению...
38752. СИЛА МОМЕНТА РУКОВОДСТВО ПО ДУХОВНОМУ ПРОСВЕТЛЕНИЮ 986.5 KB
  ДИКАРЛО ВВЕДЕНИЕ ПЕРВОПРИЧИНА ЭТОЙ КНИГИ ИСТИНА КОТОРАЯ ВНУТРИ ТЕБЯ ГЛАВА ПЕРВАЯ: ТЫ ЭТО НЕ ТВОЙ УМ САМОЕ БОЛЬШОЕ ПРЕПЯТСТВИЕ НА ПУТИ К ПРОСВЕТЛЕНИЮ ОСВОБОЖДЕНИЕ СЕБЯ ОТ УМА ПРОСВЕТЛЕНИЕ: ВОСХОЖДЕНИЕ НАД МЫШЛЕНИЕМ ЭМОЦИЯ: РЕАКЦИЯ ТЕЛА НА СОСТОЯНИЕ УМА ГЛАВА ВТОРАЯ: СОЗНАНИЕ: ПУТЬ ПРОЧЬ ОТ БОЛИ ПЕРЕСТАНЬ СОЗДАВАТЬ БОЛЬ В НАСТОЯЩЕМ БОЛЬ ИЗ ПРОШЛОГО: РАСТВОРЕНИЕ ТЕЛА БОЛИ ОТОЖДЕСТВЛЕНИЕ ЭГО С ТЕЛОМ БОЛИ ПЕРВОПРИЧИНА СТРАХА КАК ЭГО ИЩЕТ ЦЕЛОСТНОСТЬ ГЛАВА ТРЕТЬЯ: УГЛУБЛЯЯСЬ В МОМЕНТ СЕЙЧАС НЕ ИЩИ СЕБЯ В УМЕ ПОКОНЧИ С ИЛЛЮЗИЕЙ ВРЕМЕНИ НИЧТО НЕ...
38756. Осторожно! Вредные продукты 2.96 MB
  Когда начинаешь говорить о последствиях наступивших в результате употребления некоторых продуктов питания которых и продуктамито назвать затруднительно люди часто отмахиваются: Да ведь живем же. Вообще история развития диетологии напоминает политический детектив: различные виды продуктов то подвергались гонениям то возводились на пьедестал. Но ныне диетология остепенилась и окончательно стала тем чем собственно она всегда и была мощным средством одурачивания в руках недобросовестных производителей продуктов питания. Но На...