89662

КИНЕТИКА БИОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. УРАВНЕНИЕ ПЕРЕНОСА

Доклад

Биология и генетика

Во многих случаях скорости процессов прямо пропорциональны соответствующим обобщенным силам которая характеризует причины возникновения соответствующего процесса тогда это можно представить в следующем виде: Рассмотрим примеры: В процессе теплопроводности обобщенной координатой является тепло а обобщенной силой – градиент температуры: площадь теплообмена коэффициент теплопроводности Химические реакции: химическое сродство число молей вещества вступивших в реакцию за еденицу времени. В реальных системах практически не бывает...

Русский

2015-05-13

95.79 KB

0 чел.

КИНЕТИКА БИОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

УРАВНЕНИЕ ПЕРЕНОСА

Термодинамический подход оказывается плодотворным и при описании кинетических процессов, то есть, скорости их протекания в различных условиях. Термодинамический анализ кинетики дает возможность рассматривать процессы разной природы с единой точки зрения, не вдаваясь в частные механизмы. Это является особенно важным в тех случаях, когда механизм явления очень сложен или вообще непонятен.

При описании любого явления переноса обобщенной координатой , скорость процесса выражается в виде ее производной по времени . Во многих случаях скорости процессов прямо пропорциональны соответствующим обобщенным силам -, которая характеризует причины возникновения соответствующего процесса, тогда это можно представить в следующем виде:

Рассмотрим примеры:

В процессе теплопроводности обобщенной координатой является тепло, а обобщенной силой – градиент температуры:

,

- площадь теплообмена

- коэффициент теплопроводности

Химические реакции:

 

- химическое сродство, -число молей вещества, вступивших в реакцию за еденицу времени.

- химический потенциал.

Перенос заряда:

, - закон Ома в дифференциальной форме.

; -удельная электропроводность; - переносимый заряд; U- разность потенициалов.

Диффузионные:

,

- масса переносимого вещества;

- коэффициент диффузии;

- площадь, через которую идет данный процесс;

-концентрация.

В реальных системах практически не бывает изолированных процессов. Они всегда протекают во взаимосвязи, в частности, между одновременно идущими процессами происходит обмен энергией. Такие процессы называют термодинамически сопряженными.

Термодинамическое сопряжение существенно влияет на кинетику биофизических и биохимических процессов, в результате сопряжения, скорость каждого из них будет зависеть не только от своей обобщающей силы, но и от всех обобщающих сил, действующих в системе. С учетом этого, уравнение переноса в общем виде записывается следующим образом:

Рассмотрим примеры:

Если в системе (например, в газе) поддерживается одновременно градиент температуры и градиент концентрации, то уравнение переноса записывается в следующем виде:

градиент и градиент - в данном случае являются обобщающими силами.

Если в какой-то части системы и вещества и выше, чем в другой, то градиент и градиент имеют одинаковые знаки, и процессы, происходящие под действием этих градиентов, усиливают друг друга, то есть масса переноса больше, чем в условиях существования только одного градиента. Если же градиенты и - разнонаправлены, то есть, имеют разные знаки, и при этом , то Это означает, что перенос вещества осуществляется против градиента .

Транспорт веществ, через клеточные мембраны осуществляется благодаря термодинамическому сопряжению различных процессов, только в тех случаях, когда молекулы транспортного вещества не имеют заряда, химически и осмотически инертны, то процесс массы переноса сводится к простой диффузии (закон Фика):

Фактически, такими свойствами в организме обладают только азот и инертные газы, и близко к этому кислород и углекислота. Во всех остальных случаях, например, при транспорте воды, солей, углеводов, жирных кислот и т. д., вместе с концентрационным градиентом действуют и другие градиенты. При транспорте ионов () по меньшей мере, присутствует три процесса:

1. Диффузия вещества.

2. Перенос заряда.

3. Химическая реакция (в частности, перенос фосфатной группы с АТФ).

В этой связи, уравнение переноса имеет следующий вид:

Обобщающими координатами в данной системе уравнений являются m, q и v число молей АТФ, которая обеспечивает энергией активный транспорт ионов, обобщенными силами являются: градиент , напряженность электрического поля, химических потенциал (АТФ).

Рассчитав коэффициент или определив их экспериментально, можно точно знать, в каком направлении идут кинетические процессы по перемещению ионов через биологическую мембрану (БМ).

Необходимо отметить, что все, выше рассмотренные уравнения, достаточно хорошо описывают процессы, которые не так далеко удалены от состояния равновесия. Так как все уравнения - линейные. Однако, при рассмотрении процессов, происходящих на БМ, приходится иметь дело с большими градиентами, что приводит к большим скоростям процессов. Для описания таких процессов желательно использовать нелинейную термодинамику.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11251. Производственная программа предприятия 60.5 KB
  Тема 4. Производственная программа предприятия 4.1. Понятие и порядок расчета производственной программы предприятия. Производственная программа план производства продукции определяется на основе объема продаж номенклатуры и ассортимента продукции ее качеств
11252. Основные производственные фонды предприятия 89.5 KB
  Тема 5. Основные производственные фонды предприятия 5.1. Понятие основных производственных фондов их классификация и структура. Основные производственные фонды используются в производственном процессе в течение длительного периода времени не изменяют своей нат
11253. Производственная мощность предприятия 38 KB
  Тема 6. Производственная мощность предприятия Объем ОПФ и степень их использования определяют величину производственной мощности предприятия ПМП – максимально возможный годовой сменный объем выпуска продукции определенного ассортимента продукции при комплексно...
11254. Оборотные средства предприятия. Понятие оборотных фондов и средств предприятия 117 KB
  Оборотные средства предприятия План: Понятие оборотных фондов и средств предприятия. Их кругооборот. Состав и структура оборотных средств. Источники формирования и пополнения оборотных средств. Нормирование оборотных средств. Пок
11255. Персонал предприятия. Производительность труда 96 KB
  Тема 8. Персонал предприятия. Производительность труда Требования к знаниям: знать структуру кадров и показатели производительности труда. Требования к умениям: рассчитывать показатели производительности труда. План: 8.1. Трудовые ресурсы кадры и персонал п...
11256. Оплата труда персонала 81 KB
  Тема 9. Оплата труда персонала 9.1. Сущность заработной платы и принципы ее организации. 9.2. Формы и системы оплаты труда. 9.3. Расчет заработной платы работников предприятия по тарифной штатноокладной и бестарифной системе. 9.1. Сущность заработной платы и принципы ...
11257. Формирование текущих затрат на призводство продукции 97.5 KB
  Тема 10. Формирование текущих затрат на призводство продукции Характеристика и классификация затрат. Расчет сметы затрат на производство продукции. Расчет калькуляции себестоимости единицы продукции. Расчет накладных расходов и их включение в себестоим...
11258. Основы формирования цены. Прибыль. Рентабельность 73 KB
  Тема 11. Основы формирования цены. Прибыль. Рентабельность 11.1. Понятие цены. Виды цен. Структура цены. 11.2. Экономическая сущность прибыли. Порядок формирования и использования прибыли. Пути увеличения суммы прибыли. 11.3. Рентабельность производства продукции деятел...
11259. Общая фамакология. Задачи фармакологии 75 KB
  Общая фамакология I Введение в предмет Фармакология pharmacon – лекарство logos учение – учение о лекарствах наука о лекарствах. Фармакология изучает лекарственные средства применяемые для лечения и профилактики различных заболеваний. В отличие от других фармацевти...