Разные решённые билеты (1123252), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Немаловажно и то,что в стационарном состоянии биосистемы обладают способностью к авторегуляции. Другойинтересной особенностью стационарного состояния является определенная степень его устойчивости.Если стационарное состояние достаточно устойчиво, то после не очень сильного отклонения от него,вызванного каким-либо возмущающим воздействием, система может вновь вернуться в исходноеположение. Типичный пример такой устойчивости - содержание глюкозы в крови человека. Какизвестно, оно достаточно постоянно, но это постоянство поддерживается за счет непрерывного притокаи оттока глюкозы. Если ввести в кровь какое-то количество этого углевода, то его содержаниеувеличится.
Однако через некоторое время содержание глюкозы в крови вернется к исходному уровню..И. Пригожин. Если обозначить dS / dt - скорость изменения энтропии открытой системы, diS / dt скорость образования энтропии в системе за счет внутренних необратимых процессов, deS / dt скорость обмена энтропией с внешней средой, то уравнение Пригожина имеет видпричем член diS / dt, по определению, всегда положителен, а член deS / dt может быть какположительным, так и отрицательнымСтационарным называется такое состояние открытой системы, при котором основныемакроскопические параметры системы остаются постоянными.В состоянии равновесия в системе прекращаются все процессы, кроме теплового движения молекул;соответственно, выравниваются все градиенты.
В стационарном состоянии идут химические реакции,диффузия, перенос ионов и другие процессы, но они так сбалансированы, что состояние системы вцелом не изменяется. В стационарном состоянии существуют градиенты между отдельными частямисистемы, но они сохраняют постоянные значения. Это возможно только при условии, что система изокружающей среды получает вещество и свободную энергию, а отдает продукты реакций ивыделяющееся тепло.Термодинамическим критерием (условием) стационарного состояния является равенство междупродукцией энтропии организмом и потоком энтропии из него в окружающую среду:(diS/dt)=-(deS/dt), а полное изменение энтропии равно нулю: dS/dt=0Понятно, что термодинамическому равновесию свойственно отсутствие потока веществ междусистемой и средой, тогда как стационарное состояние открытой системы поддерживается благодаряобмену веществом и энергией со средой.
Именно в окружающей среде открытая система черпаетсвободную энергию, необходимую для поддержания стационарного состояния. Для сохранениятермодинамического равновесия затрачивать свободную энергию не нужно.В биологической системе термодинамическое равновесие устанавливается только при наступлениисмерти.
В обычных условиях жизни организм поддерживает стационарное состояние, котороехарактеризуется не отсутствием процессов, а таким их течением (обычно весьма активным инапряженным), при котором они сбалансированы настолько, что основные параметры системысохраняются неизменными, создавая внешнее впечатление «покоя».ТЕОРЕМА ПРИГОЖИНА,В стационарном состоянии продукция энтропии имеет постоянное и.
минимальное из всех возможныхзначений:Теорема Пригожина показывает, что в стационарном состоянии диссипация свободной энергиипроисходит с меньшей скоростью, чем в любых других состояниях. Стало быть, в стационарномсостоянии свободная энергия системы расходуется наиболее экономно и поэтому требуетсяминимальная компенсация ее затрат. Другими словами, КПД системы в стационарном состояниимаксимален.5.Второй закон термодинамики.
Энтропия. Изменение энтропии в открытых системах.Диссипация энергии.При прохождении в изолированной системе самопроизвольных процессов энтропия системывозрастает или энтропия изолированной истемы стремиться к максимуму, т.к. самопроизвольныепроцессы всегда будут происходить пока есть перепады температуры. Если система неизолированнаили в нее поступает тепло, ее энтропия будет увеличиваться еще больше (dS=dQ\dt)Энтропия—это физическая величина, характеризующая значение связанной энергии данной системы,приходящееся на единицу температуры (1 К).Связанная энергия (Wсвяз) зависит от степени неупорядоченности молекулярного движения, а ееколичественной мерой служит температура. Поэтому Wсвяз пропорциональна Т. Однако величинасвязанной энергии в разных системах, имеющих одинаковую температуру, не всегда одинакова.Следовательно, степень неупорядоченности молекулярного движения зависит не только оттемпературы, но и от еще каких-то свойств системы.Эти свойства Клаузиус (1865) выразил в виде коэффициента, который однозначно связывает значенияWсвязь и Т.
Коэффициент принято обозначать буквой S и называть энтропией. С вводом энтропиизависимость связанной энергии системы от ее температуры выглядит так: Wсвяз =S•T, откуда S= Wсвяз/T [Дж•К-1].Практический интерес представляет не сама по себе свободная энергия, а ее изменение. При V=const иT=const∆F=∆U-T•∆SЕсли объем изменяется, то изменение свободной энергии определяется по формуле∆G=∆U-T•∆S+p•∆VТаким образом, энергия в различных формах имеет практическую ценность тем выше, чем большуючасть этой энергии можно преобразовать в работу, то есть чем меньше доля связанной энергии, меройкоторой служит энтропия.Следовательно, чем ниже энтропия системы, тем выше ценность свойственной ей внутреннейэнергии.Энтропия является функцией состояния системыРассмотрим теперь, как практически можно вычислить значение энтропии.
Согласно положениямтермодинамики, изменение энтропии при элементарном обратимом процессе определяетсявыражением:dQdS=Tили, при обратимом переходе из некоторого состояния (1) в состояние (2):2dQ∆S12= T1Превращение свободной энергии в связанную называют диссипацией (рассеянием) энергии. Такимпревращением сопровождается любое преобразование более ценной формы энергии в менее ценную.Например, преобразование химической энергии, заключенной в биологических макромолекулах, втепловую есть диссипация энергии.Второе начало термодинамики: в изолированной системе общее изменение энтропии всегдаположительно. Основное значение второго начала состоит в предсказании направления процессов всистеме.
Второе начало термодинамики дает единый алгоритм изучения самых различных явлений.6.Регулирование скорости реакции в организме. Принцип узкого места. Особенностимеханизмов ферментативных реакций.7.Кинетика простейших реакций ферментативного катализа. Уравнение Михаэлиса-Ментена.Влияние модификаторов на кинетику ферментативных реакций.8.Влияние температуры на скорость реакций в биологических системах.Для оценки зависимости процесс от температуры используется температурный коэффициент ВантГоффа Q10. Он показывает изменение скорости при изменении температуры на 10 градусов. Дляпроцессов, протекающих с преодолением потенц.барьера, характерна сильная зависимость оттемпературы.
Чем выше энергия активации. Тем больше коэффициент. Для реакций, протекающих попринципу изменения энтропийного фактора, коэффициент низкий.9.Явления переноса в биологических системах, потоки и обобщенные силы. Их роль вфункционировании организма как стационарной термодинамической системы.Во многих случаях скорости процессов прямо пропорциональны соответствующим обобщенным силам(Xi), характеризующим причины возникновения соответствующего процесса: dxi/dt=Ai ·Xi Этоуравнение показывает многие процессы: диффузия, перенос заряда, биоперенос, теплоперенос.В процессе теплопроводности dQ/dt=AQgradТ, где AQ = К·s, К—коэффициент теплопроводности, s —площадь, через которую переносится тепло.Скорость химической реакции, dν /dt=Aμ·μx, где Aμ - Коэффициент хим.сродстваДвижении электрических зарядов dq/dt = Aэ·gradU= Aэ·E, где Aэ = σ ·s.Диффузия dm/dt=-D·s·(C1-C2)/l, где D — коэффициент диффузии.Или dm/dt=AD·gradC – уравнение Фика.В частности, между разными одновременно текущими процессами происходит обмен энергией.
Такиепроцессы принято называть термодинамически сопряженными.В результате сопряжения скорость каждого процесса будет зависеть не только от «своей» обобщеннойсилы, но и от всех обобщенных сил, действующих в системе. уравнения переноса записываются в такойформе:dx1/dt=A11·X1+A12·X2+…+A1n·Xn,dx2/dt=A21·X1+A22·X2+…+A2n·Xn,dxn/dt=An1·X1+An2·X2+…+Ann·Xn.Транспорт веществ через клеточные мембраны также осуществляется благодаря термодинамическомусопряжению разнообразных процессовdm/dt=A11gradC+A12gradU+A13x;dq/dt=A21gradC+A22gradU+A23x;d/dt=A31gradC+A32gradU+A33x.
Величины коэффициентов Aik можно определить расчетнымпутем или экспериментально.Величины коэффициентов Aik можно определить расчетным путем или экспериментально.10.Тепловой баланс организма. Способы теплообмена. Уравнение теплового баланса.Вся энергия, полученная организмом, кроме той, что идет на мех. Работу, превращается в тепло,которая отдается окружающей среде.Теплоотдача – процесс отдачи тепла организмом человека осуществляется:– теплопроводностью (кондукцией) - Теплопроводностью (кондукцией) осуществляется теплопередачаот поверхности тела человека к соприкасающимся с ним твердых твердым предметам или материаламвнешней среды.;– конвекцией (проведением) - Конвекцией осуществляется передача тепла с поверхности тела илиодежды человека движущемуся около него воздуху.;– радиацией (излучением) - Теплоотдача радиацией – это передача тепла в форме лучистой энергии споверхности тела человека на окружающие поверхности, имеющее более низкую температуру, или вокружающее пространство.
Количество тепла, отдаваемого излучением, зависит от температурыповерхности тела (одежды), температуры окружающих тело стен и поверхностей, их способностиизлучать тепло, величины площади тела и окружающих поверхностей, расстояния и взаимногорасположения тела и окружающих его поверхностей.;– дыханием и испарением пота и влаги в легких - При испарении пота у организма человека отнимаетсятепло, являющееся скрытой теплотой парообразования.Теплоотдача в процессе дыхания:нагревание воздуха и испарение влагиКоличество тепла, отдаваемого телом человека на нагревание воздуха в легких, зависит от количествапрошедшего воздуха и его температуры при входе и выходе. А количество тепла, отдаваемого наиспарение влаги, зависит от количества воздуха, прошедшего через легкие при дыхании и отсодержания влаги во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.M + J = Qрад.
+ Qконв. + Qисп. + Qдых. + Z, гдеM – энергия, вырабатываемая в организме человека (теплопродукция), ккал/час;Z – тепло, которое расходуется на механическую работу;Qрад. – потери тепла радиацией (излучение), ккал/ч;Qконв. – потеря тепла теплопроводностью и конвекцией;Qисп. – потеря тепла испарением влаги с кожи и верхних дыхательных путей, ккал/ч;Qдых. – потеря тепла на нагрев вдыхаемого воздуха, ккал/ч;J – адсорбция тепла радиацией, ккал/ч..11.Термодинамическое сопряжение реакций и тепловые эффекты в биологическихсистемах. Механизмы теплообразования и регуляции температуры в живых организмах.12.Энерготраты организма. Основной обмен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
