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

10273. Антропосоциогенез - процесс перехода от биологической формы движения материи к социальной 14.35 KB
  Антропосоциогенез процесс перехода от биологической формы движения материи к социальной являющейся неразрывным единством превращения животного в человека и объединения животных в человеческое общество. Антропогенез и социогенез не два самостоятельных параллельн
10274. БЕРКЛИ, ДЖОРДЖ - англо-ирландский философ 12.01 KB
  БЕРКЛИ ДЖОРДЖ англоирландский философ. Философия Беркли имевшая сильную религиозную почву явилась в то же время выражением нового быстро вытеснявшего схоластику духа. Беркли пытался преодолеть модный скептицизм и Атеизм и создать учение в котором бы гармонично соч
10275. Френсис Бекон 13.48 KB
  Френсис Бекон разработал доктрину философии основанную на опытном знании. он считал что все проблемы общества можно разрешить на основе научнотехнического прогресса. Критиковал схоластику призывал анализировать вещи. Обосновал индуктивную концепцию научного позна
10276. Познание - совокупность процессов, процедур и методов приобретения знаний о явлениях и закономерностях объективного мира 13.95 KB
  Познание совокупность процессов процедур и методов приобретения знаний о явлениях и закономерностях объективного мира. Познание является основным предметом гносеологии теории познания. Чувственное и рациональное познание Познание распадается как бы на две половин
10277. Принцип действительности и возможности 11.53 KB
  Принцип действительности и возможности является как бы подытоживанием пройденного отрезка пути поскольку интегрирует в себе рассмотренные до сих пор модификации материи содержит их в себе в снятом виде выражает собою диалектическое развитие этого отрезка в целом в е
10278. Георг Гегель 12.14 KB
  Георг Гегель исходя из принципа развития дает впечатляющую модель бытия во всех его проявлениях уровнях и стадиях развития. Именно он конструирует диалектику как систему основных взаимосвязей и категорий применительно к развитию абсолютной идеи. Рассматривая соотно...
10279. ГНОСЕОЛОГИЯ - критика и теория познания 39.57 KB
  ГНОСЕОЛОГИЯ философская дисциплина занимающаяся исследованиями критикой и теориями познания теория познания. В отличие от эпистемологии гносеология рассматривает процесс познания с точки зрения отношений субъекта познания исследователя к объекту познания
10280. Томас Гоббс - английский мыслитель 12.28 KB
  Томас Гоббс английский мыслитель последовательный материалист. Гоббс создал первую законченную систему механистического материализма соответствовавшего характеру и требованиям естествознания того времени. Природа представляется Гоббсу совокупностью протяжённых ...
10281. Движение - понятие, охватывающее в самом общем виде всякое изменение и превращение 13.97 KB
  Движение понятие охватывающее в самом общем виде всякое изменение и превращение. Во-вторых движение в философии определяется как любое изменение. Движение в применении к материи – утверждал Ф. Энгельс это изменение вообще. В диалектическом материализме движение ...