Сабақ барысында берілген ақпараттарды белсенді қабылдау


Термодинамиканың І – заңының биологиялық жүйелерде орындалуы



бет6/8
Дата18.04.2016
өлшемі1.02 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8

Термодинамиканың І – заңының биологиялық жүйелерде орындалуы


Бақылау сұрақтары


  1. Дененің немесе термодинамикалық жүйенің ішкі энериясы дегеніміз не?

  2. Термодинамиканың І – заңының тұжырымдамасы қалай айтылады?

  3. Термодинамиканың І – заңының биологиялық жүйелерде орындалуына қандай экспериментальды дәлелдер бар ?

  4. Метоболиттік процесстердің термодинамикасы қандай заңмен сипатталады?

  5. Адам организмінің қоршаған ортамен жылу алмасуы қалай жүзеге асады?

№5. ОБСӨЖ

ОБСӨЖ тақырыбы: Тірі жүйелерде болатын стационарлық күй.


1. Энтропия өзгерісінің құрам бөліктері

2. Стационарлық күй. Оның термиялық тепе-теңдіктен айырмашылығы.

3. Энтропия ағындары. Теріс және оң энтропия
Термодинамиканның ІІ заңын ашық жүйелерге қолдану бір қатар қиындықтар туғызады. Изоляцияланған жүйелерде өздігінен жүретіін процестердің бағытының кретериі энтропияның өсуі болып табылады. Ал соңғы күйіне тепе – теңдік күйі жатады. Ал ашық жүйелер бірінші кезекте, биологиялық жүйелер, тепе – теңдік жағдайда өмір сүруін токтатады. Ашық жүйелерде тепе – теңдік күйлердің сақталуы оларда зат пен энергия ағынының арқасында ғана мүмкін болады. Сонымен ашық жүйелер тепе – теңдік күйінде болады. Бұл күйдің параметрлері мен қасиеттері уақыттың функциясы болады.Ашық жүйенің энтропиясының өзгеруі 2 бөліктен құралады.

d s = de S + d si (7)

Мұндағы de S – жүйенің сыртқы ортамен алмасу процестері нәтижесіндегі энтропия өзгерісі, ал d si - жүйенің ішкі қайтымсыз процестердің нәтижесіндегі энтропия өзгерісі.

(7) теңдеу қайтымсыз процес тер термодинамикасының бастапқы ережесі болып табылады. Егерде жүйенің ішінде қайтымды өзгерістер жүрсе, онда энтропия туындамайды.

dі S = 0

Ал барлық қайтымсыз процес тер үшін dі S > 0


Изоляцияланған жүйелерде de S = 0 Олар үшін (7) теңдеу мынадай түрге айналады: d s = de S>0 (8)

Бұл теңдеу классикалық термодинамиканың ІІ заңына сай келеді. (7) теңдеуді дифферциалдаймыз d s/ dt = de S/ dt + d si / d t (9)

Бұл теңдеу жүйенің энтропиясының өзгеру жылдамдығы жүйе мен қоршаған орта арасындағы энтропия алмасу жылдамдығына және жүйенің ішінде энтропияның түзілу жылдамдығының қосындысына теңдігін көрсетеді

de S /dt – мүшесі оң және теріс болуы мүмкін. Сондықтан d si/dt >0 болғанда 3 түрлі жағдай болуы мүмкін:



    1. d S /dt >0 егер de S /dt>0

    2. d S /dt <0 егер de S /dt<0 бірақ de S /dt> d i S /dt

    3. d S /dt >0 егер de S /dt<0 және de S /dt=d i S /dt (10)

Соңғы 3–ші жағдай жүйеде стационарлық күй туындауына сәйкес келеді немесе энтропияның түзілуі оң энтропияның сыртқы ортаға таралуымен конпенсацияланады нәтижеде энтропиялық өзгерісі 0-ге тең.

d s = de S + d si= 0 (11)

Осындай күйді жүйеде энтропияның өзгерісі болмайтын оң энтропиямен теріс энтропия біріне – бірі конпенсацияланатын күйді стационарлық күй деп атайды.

(11) – теңдеудің негізінде биологиялық жүйелердің жалпы қасиеттерін талдау жасау классикалық термодинамиканың ІІ заңымен организмдердің тіршілік әрекеті арасындағы қайшылықтарды түсіндіруге болады. Организмнің өсуі мен дамуы олардың ұйымдастырушылық деңгейінің көтерілуімен қабаттаса жүреді.Сөйтіп классикалық термодинамика тұрғысынан тірі жүйелердің энтропиясы өздігінен азаятын сияқты болып көрінеді.Бірақ бұл қайшылық сырт жағынан ғана себебі өздігінен жүретін процестердің жүру бағыты энтропияның өсуімен анықталатындығы тек қана изоляцияланған жүйелер үшін ғана дұрыс болып табылады. Ал тірі организмдер ашық жүйелерге жатады. Олар үшін


de S /dt<0 ; de S /dt> d i S /dt
Осындай реал жағдайларда организмнің энтропия шамасының төмендеуімен қабаттаса жүретін даму процесі сыртқы ортаның басқа учаскелеріндегі энтропияның өсуі арқылы жүреді. Жердегі организмнің жалпы энтропия алмасуын қарапайым түрде фотосинтез процес інде көмірқышқыл газымен судан күрделі органикалық молекулалардың түзілуі және тыныс алу кезінде фотосинтез өнімдерінің ыдырауы деп қарастырса болады. Дәл осы энергия алмасуы жеке организмнің және жер бетіндегі тіршіліктің болуын қамтамасыз етеді. Осы көзқарас тұрғысынана тірі жүйелердегі тіршілік әрекеті нәтижесіндегі энтропияның кемуі организмнің жарық квантын жұтуымен конпенсацияланады. Ал жарық квантын шығаратын күн жұлдыздарында ядролық реакциялар нәтижесінде оң энтропия түзіледі.

Бұл принцип барлық тірі организмдерге қатысты. Оларға қоректік заттармен бірге түсетін теріс энтропия сыртқы ортада осы қоректік заттар түзілгенде оң энтропияның түзілуімен қабаттаса жүреді нәтижеде жалпы организм + сыртқы орта жүйесіндегі энтропияның өзгерісі әр қашанда оң болады.


№ 6 ОБСӨЖ

Тапсырма 3


Тірі жүйелерде болатын стационарлық күй. Пригожин принципі

Реферат тақырыптары


  1. Адам организмінің қоршаған ортамен жылу алмасуы

  2. Термодинамиканың І – заңы және оның биологиялық жүйелерде орындалуы


  3. Гесс заңы

  4. Термодинамиканың ІІ заңы

  5. Тірі жүйелерде болатын стационарлық күй.

№ 7 ОБСӨЖ

ОБСӨЖ тақырыбы:

Ашық жүйеде болатын энтропия және бос энтропия байланысы.



  1. Ашық жүйедегі энтропияның қайтымсыз процестер нәтижесіндегі құраушысын есептеу проблемасы.

  2. Биологиялық құрылымдардағы энтропияның жұмсалу жолдары.

  3. Пригожин теоремасы және оның тірі жүйедегі орындалуы.

Биохимиялық синтез жүріп жататын клетка бөлігіндегі энтропияның кемуі организмнің басқа бөліктеріндегі немесе сыртқы ортадағы энтропияның арқасында жүретін тірі жүйелерде қоректік заттар мен күн энергиясын пайдалану нәтижесіндегі энтропияның кемуі оларда бос энергияның өсуіне алып келеді. Сыртқы ортадан келетін теріс энтропияның ағыны тірі жүйелердің ұйымдасуын көтеріп қоректік заттардың ұйымдасуын төмендетіп қана қоймайды. Сонымен бірге осы заттардың деградациялануы ыдырауы организмге қажетті бос энергияның түзілуін қамтамасыз етеді. Заттардың химиялық құрамы өзгеріп тұратын процес тер өтетін ашық жүйелерде d i S мәнін есептеп шығару басты проблема болын табылады. Егерде ашық жүйеде температураның таралуы тұрғысында тепе – теңдік орнаса (бірақ реагенттің химиялық құрамы тұрғысынан тепе – теңсіздік болса) онда мұндай жүйе біршама тепе – теңсіздік күйде болады. Энтропияның жалпы өсуі бұл жағдайда


d s = de S + d i S (13)
Мұндағы de S= d Q /T

ашық жүйенің қоршаған ортамен тепе - тең жылу алмасу нәтижесінде өзгеретін энтропия d i S химиялық реакциялар нәтижесінде болатын энтропиянның өздігінен өсуі заттар алғашқы тепе – теңсіздік күйде болып, нәтижесінде пайдалы жұмыс атқарылады.Онда

d i S = d S - de S = d S- d Q /T (14)
Термодинамиканың І заңы
de S=dU + pdv (15)
Максимальды пайдалы жұмыс

dA=-( dĞ) Т,Р.

Термодинамика потенциалы деген ұғым бар

Ğ=UТРV-TS


Осыдан келтірілген теңдеулерге сәйкес тұрақты температура мен , қысымда ашық жүйелерде энтропияның түзілу жылдамдығы оның термодинамикалық потенциалының кему жылдамдығына тура пропорционал.

Біршама тепе – теңсіздік жүйеде қайтымсыздықтың жалғыз себебі оның термодинамикалық потенциалының азаюы , энтропиясының өсуінің себебі химиялық реакциялар болып табылады. Бұл реакцияның өздігінен жүруі жүйенің химиялық құрамының өзгеруіне және пайдалы жұмыстың орындалуына септігін тигізеді.Химиялық түрленулер үшін

d i S /dt=(1/Т)Аv >0 (16)

Мұндағы


v-химиялық реакцияның жылдамдығы ,А- химиялық реакцияның қозғаушы күші,

ол бастапқы және соңғы өнімдердің химиялық потенциалының айырмасы:


А= -Σ MRVR

R

MR- Химиялық потенциал



VR- R реагенттінің стехиометриялық коэффиценті

Демек, (16) теңдеуге сәйкес процестердің қозғаушы күші А реагенттердің бастапқы және соңғы химиялық потенциалдардың айырмасына байланысты болады.

Химиялық процестерде энтропияның түзілуі жылдамдылығы қозғаушы күш пен реакция жылдамдығына тура пропорционал. (16) теңдеу жүйеде әрқайсысының жылдамдығы мен қозғаушы күші әр түрлі бірнеше қайтымсыз процестер жүргенде де тура болады.

Биологиялық құрыдымдарда қор ретінде жинақталған энергияның бір бөлігі энтропия түзілуін кемітуге жұмсалады және реакцияның тізбектелу дәрежесімен анықталады.Сонымен бірге биологиялық процестердің маңызды айырмашылығы реакцияға қатысатын заттардың өздері құрылымдық өзгерістерге ұшырайды.Бұл реагенттердің өздерінің реакция барысында энтропиясының өзгеруіне алып келеді

Пригожин теоремасы :

“Біршама жартылай теңдестірілген ашық жүйелерде өзгермейтін орта жағдайларында термодинамикалық тепе теңдікке жақын стационарлық күйде энтропияның ішкі қайтымсыз процестер нәтижесінде өсу жылдамдығының мәні нөлден өзге тұрақты минималдық оң шамаға тең болады”

Энтропияныңөсуінің минимум принципы немесе Пригожин теоремасы ашық жүйеде өздігінен жүретін өзгерістердің жалпы бағытын көрсететін сандық критерий немесе басқаша айтқанда жүйенің эволюциясының критерийі болып табылады.Әр секундтағы энтропия өсімінің мәнінің өзгеруі бойынша жүйенің соңғы стационарлық күйге өтуін болжауға болады.

Айтылған термодинамикалық қайтымсыз процестер негізінде биологиялық құбылыстарды анализдеуге арналған көптеген жұмыстар бар.Бұл теорияларға сай организдердің өсуі мен дамуы өздігінен және үздіксіз жүреді ,соңғы стационарлық күйге жетуге бағытталған боладынәтижесінде энтропияның түзілу жылдамжығы азаяды да соңғы стационарлық күйде минималды мәнге ие болады.


№ 8. ОБСӨЖ

Тапсырма 4


Биологиялық жүйелердің термодинамикасы
Коллоквиум сұрақтары

  1. Термодинамика негіздері, термодинамикалық жүйелер.

  2. Энергия ұғымы.Оның құраушы бөліктері.

  3. Термодинамикалық жүйенің ішкі энергиясы. Энергия сақталу заңы.

  4. Жылу. Жұмыс. Қуат ұғымдары.

  5. Термодинамикалық жүйелердің жіктелуі.




  1. Термодинамиканың І – заңының тұжырымдамасы.

  2. Термодинамиканың І – заңының биологиялық жүйелерде орындалуына экспериментальды дәлелдер.

  3. Метоболиттік процесстердің термодинамикасы.

  4. Адам организмінің қоршаған ортамен жылу алмасуы .Табиғаттағы прооцестердің бағыты және жүру мүмкіндігі.

  5. Термодинамиканың ІІ заңының тұжырымдамасы.

  6. Жылу машинасының ПӘК і

  7. Энергия ұғымы. Изоляцияланған жүйеде энергияның өсу заңдары.

  8. Ашық жүйелер термодинамикаcы

  9. Энтропия өзгерісінің құрам бөліктері

  10. Стационарлық күй. Оның термиялық тепе-теңдіктен айырмашылығы.

  11. Энтропия ағындары. Теріс және оң энтропия

  12. Ашық жүйедегі энтропияның қайтымсыз процестер нәтижесіндегі құраушысын есептеу проблемасы.

  13. Биологиялық құрылымдардағы энтропияның жұмсалу жолдары.

  14. Пригожин теоремасы және оның тірі жүйедегі орындалуы.

№ 9 ОБСӨЖ

ОБСӨЖ тақырыбы:

Әрекет потенциалы



1 . Әрекет потенциалының ашылу тарихы ,Гальвани мен Вольта еңбектері

2. Ходжкин мен Хакслидің әрекет потенциалын зерттеудегі еңбектері

3. Әрекет потенциалының қасиеттері.

Әрекет потенциалы тарихи тыныштық потенциалынан ертерек ашылған.Жануар электрлері бұрыннан белгілі болатын.Электрлі балықтардың электр разрядтарын ертедегі Римде подагра,бас ауру,эпилепсия ауруларын емдеуге қолданған.

Электрлі нерв импульсін Болонья қаласының анатомия профессоры Луиджи Гальвани ашты .Ол 1791 жылы «бұлшық ет қозғалыстары кезіндегі электрлік күштер туралу трактат деген еңбегінде» бақа препаратының бұлшық етінің жиырылуы электр импульстері әсерінен жиырыла алатындығын және тірі жүйенің өзі электр импульсін тудыра алатындығын айтып кетті. Гальванидің ұлы ғылыми жаңалығы физика , электротехника, электрохимия, физиология, биофизика, медицинаның дамуында үлкен роль атқарды. Гальванидің замандасы физика профессоры Алессандро Вольта жануар идеясының қарсыласы болды.

Гельмгольц ХІХ ғасырды нерв импульсінің таралу жылдамдығы 1-100 м\с өткізгіштің бойымен электр импульсінің таралу жылдамдығынан 3000000км\с кем сондықтан ол нерв импульстері электр тогы импульсі болуы мүмкін емес деген жорамал жасады.

Нерв импульстері электр тогы импульсі болып табылатындығы ХХ ғасырдың орта кезінде негізінен ағылшын физиологы Ходжкин мен оның әріптестерінің жұмыстары арқылы толық дәлелденді. 1963 жылы Ходжкин мен Хакслиге биопотенциалдар саласындағы ұлы жаңалықтары үшін Нобель сыйлығы берілді.

Әрекет потенциалы деп мембрананың иондық өткізгіштігі өзгеруі нәтижесінде түзілген және осыған байланысты жүйке мен бұлшық еттерде толқын түрінде таралатын электр импульсін айтады.

Әрекет потенциалын зерттеу кальмардың алып аксонын объект ретінде қолдану,жоғары сезімтал өлшегіштерді қолдану, сонымен бірге таңбаланған атомдар әдісін қолдану арқылы жүргізілді.

Әрекет потенциалын зерттеу тәжірибелерінде кальмардың алып аксонына енгізілген 2 микроэлекртрод қолданылған. Бірінші электродқа генератордан V амплитудалы импульс беріледі , бұл импульс мембрандық потенциалды өзгертеді . Мембрандық потенциал екінші электрод көмегімен жоғары сезімтал кернеу регистрімен өлшенеді .

Қоздырушы импульс мембрандық потенциалдың азғана уақытқа өзгеруіне алып келеді. Ол тез жоғалып тыныштық потенциалы орнына келеді. Қоздырушы импульс теріс мәнді болса мембрана деполяризацияланады. .

Импульс оң (деполяризациялаушы) бірақ оның амплитудасы табалдырық мәнінен Vтабалд төмен болса әрекет потенциалы туындамайды.

Әрекет потенциалының қасиеттері .

1. Деполяризациялаушы потенциалдың табалдырық мәнінің болуы.

2.“Бәрі немесе ештеңе емес” принципі яғни табалдырық мәнінен жоғары деполяризациялаушы потенциал болса әрекет потенциалы туындайды және ол қоздырғыш импулстің амплитудасына байланысты болмайды.

3.Рефрактерлық периодтың болуы, яғни әрекет потенциалы даму кезінде мембрананың қозғыштығы жойылады.

4.Мембрананың кедергісі кенет кемиді . Мысалы кальмар аксонының мембранасының тыныштықтағы кедергісі 0,1 ом *м2 қозғандағысы 0,0025 ом *м2 .

Оң реверсия потенциалы натрий табиғатты себебі натрий иондарының диффузиясы мембрананың ішкі және сыртқы беттерінің арасында оң айырма береді .

Натрийдің радиоактивті изотобымен жүргізілген тәжірибелер қозған жағдайда мембранада натрий ионына деген өткізгіштік кенет жоғарылайтынын көрсетті .

Тыныштық кезіндегі кальмар аксоны мембрананың әртүрлі иондары үшін өтімділік коэффиценттерінің қатынасы тыныштық жағдайда бір басқа қозу жағдайында бір басқа болады, Яғни натрий үшін өтімділік 500 есе артады.

Ходжкин ,Хоксли, Бейкер, Шоу деген ғалымдар жүргізген эксперименттерде мембрандық потенциялды табалдырық мәнінен жоғары көтергенде алғашқы ток клетка ішіне одан соң клетка сыртына ағатыны анықталды.

№ 10. ОБСӨЖ

Тапсырма 5

Биопотенциалдар

Тест
1 Нерв импульсінің таралу жылдамдығы

А. 15-30 км/сағ

В.300000 км/сағ

С. 1-100м/сек

Д.250-350 м/сағ

Е.450-500км/сағ


2. Әрекет потенциалының қасиеттеріне жатпайды?

А. Табалдырық мәні болу

В.“Бәрі немесе ештеңке емес” принципі

С. Рефрактерлік периоды болуы

Д.Импульстің амплитудасына байланысты болуы

Е.Мембрананың кедергісінің кенет кемуі


3. Клетка ішінде қандай иондардың концентрациясы жоғары?

  1. Na+

  2. CL-

  3. Каталог: CDO -> OBSOJ
    OBSOJ -> Білім және ғылым министрлігі
    OBSOJ -> Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
    OBSOJ -> Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
    OBSOJ -> 1 обсөж тақырып: Әдеби тілдің жалпыхалықтық тілмен арақатынасы
    OBSOJ -> Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
    OBSOJ -> ²àçàºñòàí Ðåñïóáëèêàñû Áiëiì æ¸íå ¹ûëûì ìèíèñòðëiãi “Ñûðäàðèÿ” óíèâåðñèòåòi
    OBSOJ -> Сабақ барысында берілген ақпараттарды белсенді қабылдау
    OBSOJ -> «Мәдениеттану» пәнінен СӨЖ сабақтарының
    OBSOJ -> Сабақ барысында берілген ақпараттарды белсенді қабылдау


    Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет