Главная Обратная связь

Дисциплины:






Особенности живых организмов как термодинамических систем. Закон Гесса как следствие из 1-го закона термодинамики, его применение к биопроцессам и практическое значение



Все живые существа являются открытыми системами, т.е. обмениваются с окружающей средой и веществом, и энергией.

Равновесное состояние для живого организма недопустимо, так как в этом случае невозможно прохождение никаких направленных процессов, кроме случайных отклонений от положения равновесия. Поэтому в термодинамике биологических процессов основным понятием является стационарное состояние системы. В стационарном состоянии параметры также не меняются с течением времени, но могут отличаться в различных частях системы. Это возможно только за счет притока энергии или вещества из окружающей среды.

Закон Гесса: тепловой эффект химической реакции не зависит от пути реакции, а определяется лишь только разностью внутренних энергий исходных веществ и продуктов реакции (при V = const ) или разностью энтальпий (при р = const). В биологических системах процессы совершаются при постоянном давлении, следовательно, тепловой эффект биохимических реакций равен изменению энтальпии в ходе реакции.

В 1780 году Антуан Лавуазье и Пьер Лаплас доказали справедливость первого закона термодинамики для биологических объектов. Они измеряли количества теплоты (по скорости таяния льда) и углекислого газа, выделяемых морской свинкой в процессе жизнедеятельности, и сравнивали эти величины с тепловым эффектом реакции сжигания потребленных продуктов до СО2. Полученные результаты показали равенство внутренней энергии продуктов питания и выделяемой теплоты. Это доказывает, что живые организмы не являются независимым источником энергии, а только осуществляют превращение одних видов энергии в другие.

Окислительно-восстановительный потенциал переносчиков электронов, его измерение (уравнение Нернста). Особенности и биологическое значение транспорта электронов. Сходства и отличия ЦПЭ в митохондриях и хлоропластах.

Окислительно-восстановительный потенциал — мера способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться).

Окислительно-восстановительный потенциал определяют электрохимическими методами с использованием стеклянного электрода с red-ox функцией и выражают в милливольтах (мВ) относительно стандартноговодородного электрода в стандартных условиях.

Уравнение Нернста - уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциаламиокислительно-восстановительных пар.

· — электродный потенциал, — стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах; — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K); — абсолютная температура; — постоянная Фарадея, равная 96485,35 Кл·моль−1; — число молей электронов, участвующих в процессе;



Уравнение Нернста из книги по биофизике !!!

Биологическое значение транспорта электронов (=биологическое значение окисления)

Окисление биологическое (клеточное или тканевое дыхание) — окислительно-восстановительные реакции, протекающие в клетках организма, в результате которых сложные органические вещества окисляются при участии специфических ферментов кислородом, доставляемым кровью. Конечными продуктами биологического окисления являются вода и двуокись углерода.

Процессы биологического окисления, связанные с циклом Кребса и цепью дыхательных ферментов, протекают преимущественно в митохондриях и локализованы на их мембранах.
Таким образом, процессы биологического окисления, связанные с циклом Кребса, имеют значение как при образовании соединений, богатых энергией, так и для осуществления связи углеводного, жирового и белкового обмена. Другие виды биологического окисления, по-видимому, имеют более узкое значение, например энергообеспечение клеток.

Цепь переноса электронов митохондрий

Перенос электронов в мембранах митохондрий осуществляется последовательно системой переносчиков, которые объединяются в высокоорганизованные комплексы белковых молекул, входящих в состав мембран. На каждом этапе электрон переходит при понижении свободной энергии от одной молекулы к другой.

Молекула, отдающая электрон, называется донором (восстановителем), молекула, принимающая электрон, называется акцептором (окислителем). Процесс передачи электрона сопровождается окислением донора и восстановлением акцептора. Отрыв атома водорода от молекулы называется дегидрированием.

Кислород, поступающий в митохондрии из крови, связывается с атомом железа в геме цитохрома a3 в форме молекулы O2. Каждый из атомов кислорода присоединяет по два электрона и два протона и превращается в молекулуводы.

Цепь переноса электронов хлоропластов:электрон-транспортная цепь хлоропластов организованна в мембране тилакоидов и состоит из трёх полипептидных трансмембранных белковых комплексов (Фотосистема II, Цитохромный b/f-комплекс, Фотосистема I), с расположенными на них переносчиками, а также включает подвижные переносчики электронов (пулпластохинонов, пластоцианин и ферредоксин), обеспечивающие транспорт электронов между комплексами.Существует несколько возможных путей транспорта электронов в ЭТЦ, которые реализуются в соответствующих физиологических условиях:

-Линейный поток электронов

-Циклический поток электронов в фотосистеме I

-Циклический поток электронов в фотосистеме II

-Псевдоциклический поток электронов (реакция Мелера; активируется при высоких интенсивностях света).





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...