Термодинаміка біологічних систем. Предмет та термінологія.

Термодинамічною системою називають тіло або сукупність тіл,умовно відокремлених від навколишнього середовища, яким властиві процеси, що супроводжуються перетворенням теплової енергії в інші види енергії та навпаки. Термодинаміка заснована на трьох законах: перший закон описує кількісно та якісно процеси перетворення, а другий закон говорить про напрям цих процесів, третій стверджує неможливість досягнення абсолютного нуля температури. Розрізняють 3 види систем: Ізольована система- коли між системою і навколишнім середовищем не відбувається обмін ні речовиною ні енергією.

Замкнена система-обмін з середовищем відбувається лише енергією. Тобто маса такої система стала, а енергія змінна.

Відкрита система- відбувається обмін із навколишнім середовищем і енергією, і речовиною.

Перший закон (закон Гесса): тепловий ефект хім.. реакції не залежить від шляху реакції, а визначається лише різницею ентальпій вихідних речовин і продуктів реакції (при р=const), або різницею внутрішніх енергій (при V=const). У біологічних системах процеси відбуваються при постійному тиску, отже, тепловий ефект біохімічних реакцій дорівнює зміні ентальпії в ході реакції.
Існування живого організму вимагає підтримки його в нерівноважному стані, що неможливий без припливу енергії ззовні. Тварини як джерело енергії використовують їжу, тобто хімічну енергію, що закладена в органічних речовинах. Ця енергія виділяється у вигляді теплоти при окисненні речовин, що супроводжується споживанням кисню і виділенням вуглекислого газу. Енергія продуктів харчування і теплота, що виділяється з біологічного об є кта є рівними. Це свідчить про те, що живі організми не можуть бути незалежним джерелом енергії, а тільки здійснюють перетворення одних видів енергії в інші.

Другий закон термодинаміки: зміна ентропії (dS) більша або дорівнює поглиненій системою елементарній приведеній теплоті (dQ/T)

У зворотних (рівноважних) процесах ентропія залишається незмінною, у незворотних – зростає до максимального значення. Отже, система прагне прагне досягти кінцевого рівноважного стану з максимальною ентропією. Якщо внаслідок флуктуацій у системі відбудеться зменшення ентропії на деяку величину, то в ній мимоволі відбудуться такі процеси, що повернуть систему в стан із максимальною ентропією. Таким чином, другий закон термодинаміки вказує напрямок перебігу процесу в системі. Живий організм перебуває протягом деякого проміжку часу в стаціонарному стані, у якому значення ентропії підтримується на постійному рівні і відмінне від мінімального. Оскільки біологічна система є не ізольованою, а відкритою, то загальна зміна ентропії у ній може відбуватися за рахунок виділення теплоти в результаті незворотних процесів у самій системі, так і за рахунок надходження теплоти ззовні. Загалом, розвиток живих організмів відбувається за рахунок зменшення впорядкованості навколишнього середовища.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: