Биологиялық жүйелердегі процестерді анализдеуде термодинамиканың 1-2 заңдарын қолдану

Жоспар
Кіріспе

I. КІРІСПЕ
II. НЕГІЗГІ БӨЛІМ
А) ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕРІ.
В) ПРОЦЕС.ТЕРДІҢ ҚАЙТЫМДЫЛЫҒЫ МЕН ҚАЙТЫМСЫЗДЫҒЫ.
ЭНТРОПИЯ ӨЗГЕРУІ.
С) БИОЛОГИЯДАҒЫ ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ БІРІНШІ
БАСТАМАСЫ.
БИОЛОГИЯДАҒЫ ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ ЕКІНШІ БАСТАМАСЫ.
Д) ГАЗ ЗАҢДАРЫ
Г) Изопроцесс
ІІІ. ҚОРЫТЫНДЫ
IV. ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

Термодинамика - физика ғылымындағы жылудың жұмыс және басқа энергия түрлерімен арадағы қарым-қатынасын зерттейтін тармағы. Термодинамика — тәжірибелерден жинақталған нәтижелерге сүйенетін феноменологиялық ғылым. Ол көптеген құрамдас бөліктерден тұратын макроскопиялық жүйелер - термодинамикалық жүйелерді зерттейді. Мұндай жүйелерде жүретін процестер макроскопиялық шамалар, мысалға қысым немесетемпература арқылы сипатталады және олар мол екулярлық деңгейде қолдануға келмейді.
Биоэлектрлік потенциалдар деп жануарлардың, адамдардың тканінде, клеткаларында пайда болатын потенциалдар айырмасын айтамыз. Тірі организмдегі потенциалдар айырмасының қалай пайда болатынын түсіну үшін ерітінділердегі потенциалдардың қалай пайда болатынын қарастыра кетейік.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ДЕНСАУЛЫҚ САҚТАУ МИНИСТРЛІГІ

ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК ФАРМАЦЕВТИКА АКАДЕМИЯСЫ

РЕФЕРАТ

Тақырыбы: Биологиялық жүйелердегі процестерді анализдеуде
термодинамиканың 1-2 заңдарын қолдану

Орындаған:
Тобы:
Қабылдаған:

Шымкент 2015 ж

Жоспар

I. Кіріспе
II. Негізгі бөлім

А) Термодинамиканың негізгі түсініктері.

В) процес-тердің қайтымдылығы мен қайтымсыздығы.

Энтропия өзгеруі.

С) Биологиядағы термодинамиканың бірінші

бастамасы.

Биологиядағы термодинамиканың екінші бастамасы.

Д) Газ заңдары

Г) Изопроцесс

ІІІ. Қорытынды

IV. Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

◆ Термодинамика - физика ғылымындағы жылудың жұмыс және
басқа энергия түрлерімен арадағы қарым-қатынасын зерттейтін тармағы.
Термодинамика — тәжірибелерден жинақталған нәтижелерге сүйенетін
феноменологиялық ғылым. Ол көптеген құрамдас бөліктерден тұратын
макроскопиялық жүйелер - термодинамикалық жүйелерді зерттейді. Мұндай
жүйелерде жүретін процестер макроскопиялық шамалар,
мысалға қысым немесетемпература арқ ылы сипатталады және олар мол
екулярлық деңгейде қолдануға келмейді.
◆ Биоэлектрлік потенциалдар деп жануарлардың, адамдардың тканінде,
клеткаларында пайда болатын потенциалдар айырмасын айтамыз. Тірі
организмдегі потенциалдар айырмасының қалай пайда болатынын түсіну
үшін ерітінділердегі потенциалдардың қалай пайда болатынын қарастыра
кетейік.

1 Термодинамиканың негізгі түсініктері.
Термодинамика физиканың материя қозғалысының жылулық формасын және
сонымен байланысты физикалық құбылыстарды зерттейтін бөлімі.
Термодинамикадағы басты орында тұрған ол энергия мен жұмыс арасындағы
қатынас. Термодинамикалық жүйе деп өзара бір-бірімен және басқа денелермен
зат, энергия алмаса алатын макроскопиялық денелер жиынтығын айтады. Егер
осындай алмасулар жүйеге енетін денелер арасында ғана болса, ондай жүйе
оңашаланған жүйе деп аталады. Егер жүйе сыртқы ортамен осындай алмасулар
жасайтын болса, ондай жүйе ашық жүйе деп аталады. Ал жүйе өзін қоршаған
ортамен тек қана энергия алмаса алатын болса, онда оны тұйық жүйе деп
атайды. Жүйенің күйі макроскопиялық физикалық шамалардың өзгеруін
көрсететін параметрлермен беріледі. Маңызды параметрлерге көлем,
температура, қысым, сонымен қоса электрлік поляризация, магниттеліну және
т.б. жатады. Жүйенің жалпылама күй теңдеуі

Күй теңдеуіне мысал ретінде идеал газға арналған Менделеев- Клапейрон
теңдеуін алуға болады:

Тепе-теңдік күй немесе термодинамикалық тепе-теңдік күйге дене
жеткілікті уақыт өткеннен кейін өздігінен өзі келеді, егер жүйе
оңашаланған болса. Тепе-теңдік күйде барлық қайтымсыз процестер
тоқталады, жүйе күйін сипаттайтын параметрлер уақытқа байланысты өзгеріссіз
қалады. Жүйенің бір күйден екінші күйге өтуі термодинамикалық процесс деп
аталады.
Бірақ табиғаттағы барлық процестер қайтымсыз процестер. Энергияның
біраз бөлігі жылуға айналатын болса, ондай процесс қайтымсыз, себебі жылу
қайтадан энергияға айнала алмайды. Сонымен, кез келген процесс қайтымды
болу үшін үйкеліс болмауы керек, Қайтымсыз процестер тек бір ғана бағытта
жүреді.
Ішкі энергия жүйеге кіретін барлық бөлшектердің кинетикалық және
потенциалық энергияларының қосындысы. Термодинамикада ішкі энергия
ұғымының өзі емес, оның өзгерісі басты роль атқарады.
Энтропия энергияның қайтымсыз шашырауының өлшем бірлігі және
термодинамикалық жүйе күйі функциясы болып табылады. Процестерді зерттеген
кезде оның өзгерісі ерекше қызығушылық тудырады. Энтропия мынаған тең

Қайтымды процестер үшін энтропия тұрақты, ал қайтымсыз процестер үшін
өседі.
Сонымен,
Бұл Клуазиус теңсіздігі. Энтропия жүйедегі ретсіздік өлшемі болып
табылады. Оны былайша да өрнектеуге болады:

Мұндағы -Больцман тұрақтысы, -жүйе күйінің термодинамикалық
ықтималдылығы. Бұл Больцман формуласы деп аталады. Жүйені макрокүйге түсіру
қанша микро күйден өткенін көрсететін санды жүйе жүйенің термодинамикалық
ықтималдығы деп атайды.
Еркін энергия бұл жүйенің ішкі энергиясының бір бөлігі, осының
есебінен жүйе қайтымды изотермиялық процесте жұмыс жасауы мүмкін.

мұндағы шамасын кейде байланысқан энергия деп те атайды. Егер жүйе
тепе-теңдік күйге жетсе, онда еркін энергия минимал, ал энтропия максимал
болады. Термодинамикалық тепе-теңдік күйде барлық макроскопиялық
процестер тоқтайды да, жүйедегі денелерге ортақ температура орнайды.
Термодинамиканың бірінші заңы энергияның сақталу заңы болып табылады.
Жүйеге берілген жылу оның ішкі энергиясын арттыруға және сыртқы күштерге
қарсы жұмыс істеуге кетеді:

Егер жүйе бернеше күйлерде бола отырып, өзінің алғашқы күйіне қайтып келсе,
онда ішкі энергия нолге тең

Сонымен жүйе оған берілген жылу мөлшері есебінен ғана жұмыс жасай
алады.
Термодинамиканың бірінші заңы табиғатта болып жатқан процестердің
бағыты жөнінде ешқандай мағлұмат бермейді. Термодинамиканың екінші заңы
өмірде болатын процестердің бағыты жөнінде мағлұмат береді. Анықтамалары:
Жылу ешқашан да суық денеден ыстық денеге берілмейді.
Мәңгі двигательдің екінші түрін жасау мүмкін емес.
Термодинамика заңдарын тірі табиғатқа да қолдануға болады.
Организмге келіп түскен тамақтан пайда болатын энергияның мөлшері организм
жұмыс істегенде кететін энергияның мөлшеріне тең екені анықталды. Шамамен
алғанда берілген энергия (7854 кДж) денеден бөлінген энегияға (7771 кДж)
тең екен. Олай болса организм энергияның жаңа көзі болып саналмайды екен.
Осыдан келіп, термодинамиканың бірінші бастамасы биологиялық жүйелерге де
жарай береді деген қорытындыға келеміз. Жан-жануарлардың организмінен
бөлініп шыққан энергия оны қоршаған ортаға таралып кетеді.
Жан-жануар организміне түскен тамақтың күрделі биохимиялық реакцияға
түсетіні мәлім. Соның нәтижесінде ол тамақ әсерінен қанша энергия бөлініп
шығатынын қалай табуға болады дегне заңда сұрақ туады. Бұл сұраққа 1836
жылы ашылған Гесс заңы жауап береді.
Көптеген сатылардан өтіп келген химиялық реакцияның жылулық эффектісі
реакцияның жүріп өткен жолына байланысты болмайды, ол тек қана химиялық
жүйенің бастапқы күйдегі энергиясы мен соңғы күйдегі энергиясының
айырмасына байланысты болады:

Мұндағы - реакцияның бастапқы энергиясы
-реакцияның соңғы энергиясы
Ол үшін тамақты өртейді. Ол құралды калориметриялық бомба деп атайды.
Сонда бөлініп шыққан жылуды өлшеп алады. Ал осы тамақты адам жесе, онда
тамақ организмде биохимиялық реакцияға түсіп, жылу бөліп шығарады. Гесс
заңы бойынша осы екі жылу біріне-бірі тең болуға тиіс.
Тірі организмдердегі энергияның түрленулері

Түрленетін энергия түрлері Осы түрленулер өтетін организм бөліктері
Химиялық энергия механикалықБұлшық еттерде
энергияға
Химиялық энергия электр Барлық клеткаларда
энергиясына
Химиялық энергия жарық Балықтар мен жәндіктердің сәуле шығаратын
энергиясына еттері
Жарық энергиясы химиялық Көз қарашығы фоторецепторлары, тері
энергияға клеткалары, бактериялар, өсімдіктер
жапырақтары
Акустикалық толқындардың Ішкі құрақтағы Корти органында
механикалық энергиясының
электр энергиясына
Барлық энергия түрлерінің Барлық клеткалар мен еттерде
жылу энергиясына

1 Термодинамикалық стационар күй.
Термодинамика заңдарын биологиялық жүйелерге қолданғанда тірі
организмнің ерекшеліктеріне аса көңіл бөлу керек: 1) заттар мен энергия
ағынына биологиялық жүйелер ашық; 2)Тірі жүйелердегі процесстер қайтымсыз;
3) тірі жүйелер тепе-теңдіктен алыс; 4) биологиялық жүйелер гетерофазалы,
құрылымдық және жеке фазалары аздаған молекулалар санынан тұруы мүмкін.
Биологиялық жүйелер қасиеттерін нақты түрде сипаттау үшін қайтымсыз
процестер термодинамикасы теориясы қолданылады. Оның негізіг салушылар
Л.Онгазер мен И. Пригожин. Процестің уақытқа тәуелділігіне мысал ретінде:
иондарының концентрациясы клетканың ішіне қарағанда сыртында көп.
Бірақ концентрациясы градиенті мен потенциалодар айырмасының болуы
индарының ішке еніп кетуіне әкеледі, сондықтан концентрациясы тұрақты болып
қалады.
Стационарлық күй сипаттамалары:
Жүйеге енген зат мен одан бөлініп шыққан заттың тұрақтылығы;
Еркін энергия шығынының тұрақтылығы, олар жүйедегі заттар
концентрациясын тұрақты етіп ұстап тұрады.
Стационар күйдегі термодинамикалық параметрлердің тұрақтылығы.
Ашық жүйе стационар күйде зат мен электр зарядтары ағыны есебінен
ғана өмір сүре алады.
Сызықты тепе-тең емес термодинамика негізін қалаған Л.Онзагер мен
И.Пригожин болды. Ол тепе-тең күйге жақын процестерді қарастырады,
процестерден пайда болған жылдамдықтар мен күштердің арасында сызықтық
байланыстар болған кездегі.
Биологиялық жүйелер градиент санының артықтығымен сипатталады
(осмостық, электрлік, концентрлік және т.б.
Қандай да бір термодинамикалық параметрдің градинті ара қашықтыққа
байланысты өзгереді.

– үлкен параметрден кіші параметрге дейінгі бағыт.
Биологиялық жүйе оның градиенті болса, онда оның жұмыс істей алу
мүмкіндігі бар. Градиентті энергия қоймасы деп айтуға болады.
Еркін энергия

- термодинамикалық параметрлердің 1-ші және 2-ші нүктелердегі
мәні.

Жүйенің жұмыс істеуі осы еркін энергияны жұмсауына байланысты. Егер
жұмыс істелетін болса, онда градиент кемиді, себебі оның энергиясы
есебінен жұмыс жасалады, бірақ параллель оған қарама-қарсы бағытта екінші
градиент пайда болады. Қайтымсыз процестерде екінші градиенттің шамасы
бірінші градиентке қарағанда аз болады.

1. Биоэлектрлік потенциалдардың сипаттамалары және пайда болуының негізгі
себептері.
Биоэлектрлік потенциалдар деп жануарлардың, адамдардың тканінде,
клеткаларында пайда болатын потенциалдар айырмасын айтамыз. Тірі
организмдегі потенциалдар айырмасының қалай пайда болатынын түсіну үшін
ерітінділердегі потенциалдардың қалай пайда болатынын қарастыра кетейік.
Ерітінділерде пайда болатын потенциалдар электронды және ионды болып
екіге бөлінеді. Айталық, ерітіндіге мыс және және мырыш салынсын. Мыс
еріген кезде ьос электрондар бөліп шығарып, өзі оң зарядталса, мырыш ол
электрондарды қабылдайды да теріс зарядталады. Сөйтіп ерітіндіде
потенциалдар айырымы пайда болады. Ерітінділердегі иондардың әсерінен пайда
болатын потенциалдарды ион типті потенциалдар деп атайды. Ион типті
потенциалдар диффузиялық, мембраналық және фазааралық болып үшке бөлінеді.

Диффузиялық потенциалдар айырмасы Гендерсон формуласымен анықталады:

Мұндағы - катион мен анион қозғалғыштығы, -Кельвин шкаласындағы
температура, - универсаль газ тұрақтысы, - сұйықтар
концентрациясы, иондар валенттілігі.
болса, онда Гендерсон теңдеуі мына түрге келеді:

Бұл Нернст теңдеуі деп аталады.
Клеткалардың цитоплазмасында және сыртқы ортада негізінен калий ,
натрий , хлор иондар мен аминқышқыл аниондары жүреді.
Клетканың ішінде калий, хлор және аминқышқыл аниондары, ал клетканың
сыртында калий , және хлор иондары бар дейік. Калий және хлор
иондары мембрананың ішкі және сыртқы жағына еркін өтіп жүретін болса,
аминқышқыл анионы клетка ішінде қалып қояды. Мембрананың ішкі және сыртқы
жағындағы иондардың концентрациясының көбейтіндісі біріне-бірі тең болады
да, оны Доннан тепе-теңдігі деп атайды, яғни:
немесе
мұндағы - мембрананың ішіндегі калий және хлор иондары, ал -
мембрананың сыртындағы калий және хлор иондары. Сонда Нернст теңдеуі
былайша өрнектеледі:

Фазааралық потенциалдар араласпайтын екі сұйықтың шекарасында
потенциалдар пайда болады. Клетканың цитоплазмасын көп фазалы
микрогетерогенді жүйе деп қарастыратын болсақ, онда фазалар шекарасында
потенциалдар айырмасы пайда болады. Оны фазааралық потенциалдар деп
атайды.
Электродтық потенциалдлар шамасы мына формуламен анықталады:

мұндағы -металдың электродтық потенциалы, - қалыпты электродтық
потенциалы, - ерітінді концентрациясы, - металдағы ионның
концентрациясы, ол , бұл Нернст теңдеуі деп аталады. Қалыпты
электродтық потенциалдың шамасы кестеден алынады. Кейбір металдардың
қалыпты электродтық потенциалы мына кестеде берілген.

Элемент
-3,0 -2,96 -2,76 -0,76 0,00 +0,34 +0,80 +1,36 +2,6
2. Тыныштық потенциалы.
Жануарлар мен адамдардың клеткаларында, тканінде биоэлектрлік
потенциалдар пайда болады дедік. Бұл биоэлектрлік потенциалдар тыныштық
потенциалы, әсер потенциалы, постинаптикалық және генераторлық болып
бөлінеді. Тыныштық потенциалын мембраналық тыныштық потенциалы деп те
атайды. Тірі клетканың тыныштық күйінде тұрғанда оның (клетканың) ішіндегі
зат пен сыртындағы ерітіндінің арасында потенциалдар айырмасы пайда болады.
Оны тыныштық потенциалы деп атайды. Тыныштық потенциалының шамасы 50-100 В
тең. Бұл потенциал мембрананың бетіне жиналады. Мембрананың ішкі беті
сыртқы бетіне қарағанда теріс зарядталады. Тыныштық потенциалының пайда
болуы мембрана арқылы калий иондарының өзіне байланысты болады.
Протоплазмадағы калий концентрациясы клетка сыртындағы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.