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

27325. Память и способы запоминания 34.5 KB
  По содержанию образная память моторная память эмоциональная память; по организации запоминания эпизодическая память семантическая память процедурная память; по временным характеристикам долговременная декларативная память кратковременная память ультракратковременная память; по физиологическим принципам определяемая структурой связей нервных клеток она же долговременная и определяемая текущим потоком электрической активности нервных путей она же кратковременная по наличию цели произвольная и непроизвольная; по наличию...
27326. Мышление как особый психологический процесс 35.5 KB
  К формам мышления относятся: Понятие это форма мышления отражающая существенные свойства связи и отношения предметов и явлений. Суждения это форма мышления позволяющая устанавливать простейшие связи между познаваемыми явлениями как связи и отношения между предметами и явлениями окружающего мира их свойствами и признаками. Умозаключение форма мышления в которой из одного или нескольких суждений выводится новое суждение. Виды мышления чаще всего мышление подразделяют на теоретическое понятийное и образное и практическое...
27327. Педагогика в системе гуманитарных знаний и наук о человеке 20.18 KB
  Педагогика начального образования как наука о воспитании образовании и развитии младших школьников Педагогика с греческого означает детоводство дитяведение. Педагогика наука о воспитании человека совокупность теоретических и прикладных наук изучающих воспитание образование и обучение. Педагогика это относительно самостоятельная дисциплина имеющая свой объект и предмет изучения. Педагогика в широком смысле влияние всех внешних воздействий естественной и социальной среды.
27328. Методология и методика педагогического исследования, Методологическая культура учителя 30.65 KB
  Методы обучения т. В свою очередь возможность исследователя сформировать новые методы и подходы в своей педагогической деятельности является показателем его высокой методологической культуры. Теоретические и эмпирические методы педагогического исследования Пути способы познания объективной реальности принято называть методами исследования. Различают теоретические и эмпирические методы педагогического исследования.
27329. Система образования и ее характеристика 23.22 KB
  Ведущую роль в области образования играют принципы государственной политики. Создавать условия для общедоступности образования приспособления системы образования к уровням и особенностям развития и подготовки обучающихся воспитанников. Носить демократический характер образования и допускать автономность обр.
27330. Целостный педагогический процесс 42.13 KB
  Раскрывая вторую характерную черту педагогического процесса усовершенствование он пишет: Усовершенствование же имеет три направления: 1 устранение препятствий с пути естественного развития сил отрицательная сторона; 2 прямое положительное содействие правильному развитию наличных способностей положительная сторона; 3 искоренение недостатков и насаждений ценных свойств усовершенствование в тесном смысле. Понятие структура и функции педагогического процесса Педагогическим процессом называется развивающиеся взаимодействие...
27331. Воспитательный процесс и его характеристика 17.82 KB
  Сложность воспитательного процесса Сложность воспитательного процесса состоит и в том что его результаты не так явственно ощутимы и не так быстро обнаруживают себя как например в процессе обучения. Одна из особенностей воспитательного процесса его непрерывность. Процесс воспитания комплексный что означает единство целей задач содержания форм и методов воспитательного процесса подчиненное идее целостности формирования личности.
27332. Концепция духовно-нравственного развития и воспитания личности гражданина России 21.42 KB
  Принципы: Организация социально открытого пространства духовнонравственного развития и воспитания личности гражданина России нравственного уклада жизни обучающихся осуществляется на основе: нравственного примера педагога; социальнопедагогического партнёрства; индивидуальноличностного развития; интегративности программ духовнонравственного воспитания; социальной востребованности воспитания. Нравственность учителя моральные нормы которыми он руководствуется в своей профессиональной деятельности и жизни его отношение к своему...