WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 ||

Однако, говоря о роли энтропии как меры возможности процесса, необходимо отметить, что “мудрость живых систем” проявляется и здесь. Энергетический обмен у них организован таким образом, что они могут обходить энтропийный термодинамический критерий и в них протекают не только возможные, но и невозможные с термодинамической точки зрения реакции. Это все реакции, при которых энтропия уменьшается, а свободная энергия увеличивается, – биосинтез различных веществ, работа систем активного транспорта и т.д. Каким об- Рис. 3. Модель сопряжения двух реакций разом это удается делать биологическим объектам Это оказывается возможным благодаря механизму меньше порядка в системе, то есть чем меньше гратак называемого энергетического сопряжения. Суть диенты энергии, тем больше ее энтропия.

этого сопряжения состоит в том, что возможная с Особенно четко связь энтропии с упорядоченточки зрения энтропийного критерия реакция сопрягается с реакцией термодинамически невоз- ностью системы проявляется в формуле Планка– Больцмана, которая связывает энтропию с термоможной и дает для нее энергию (рис. 3). Два условия динамической вероятностью:

необходимы для осуществления энергетического сопряжения: 1) свободная энергия, даваемая терS = klnW, (3) модинамически возможной реакцией, должна превышать энергию, потребляемую реакцией термогде S – энтропия, k – постоянная Больцмана, равдинамически невозможной, то есть должен быть ная 1,38 10- 23 Дж К- 1, или 3,31 10- 24 энтропийных некоторый избыток энергии с учетом вероятных единиц (1 энтропийная единица равна 1 кал град- 1), потерь при ее передаче; 2) обе сопрягаемые реакции и W – термодинамическая вероятность, то есть чисдолжны иметь общий компонент. Такими комполо способов, которыми достигается данное состоянентами в биологических системах могут быть фосние. Она всегда больше единицы. В общем виде она фат, электрохимический градиент протона и др.

равна:

Энергетическое сопряжение в биосистемах – N! это выдающееся изобретение природы. Оно осущеW = ------------------------------, (4) ствляется обычно при участии структурных элемен- N1!N2!…Ni! тов клетки. Наиболее ярким примером такого сопряжения являются процессы окислительного и где (если речь идет о молекулах) N – общее число фотосинтетического фосфорилирования, протека- молекул, Ni – число молекул в i-м фазовом объеме.

ющие при участии соответственно сопрягающих Допустим, у нас есть система, состоящая из трех митохондриальных и фотосинтетических мембран.

отсеков. В системе находятся девять молекул. ПолКак известно, в ходе этих процессов за счет энергии ный беспорядок в такой системе будет тогда, когда переноса электронов по дыхательной или фотосинмолекулы распределены равномерно, то есть в кажтетической цепи осуществляется синтез богатых дом отсеке будет по три молекулы (рис. 4). Термодиэнергией молекул АТФ (фосфорилирование АДФ), намическая вероятность такой системы равна:

используемых для совершения самой разнообразной работы.

9! W = --------------- = 1680.

Энтропия как мера упорядоченности системы. Мы 3!3!3! уже говорили, что энтропия отражает ту часть энергии системы, которая деградировала, то есть равно- Полный порядок в системе наблюдается при мерно рассеялась в виде тепла. Таким образом, чем нахождении всех девяти молекул в одном из трех..

Энергодающая реакция С р о о п т р к я а г а ф ю й щ и Энергопотребляющая реакция ленные биологические функции. Увы, энтропию аб это вовсе не интересует. Таким образом, использование энтропии как меры упорядоченности в применении к биосистемам лишено смысла.

У М.В. Волькенштейна в его книге “Энтропия и W = 1680 W = информация” [2] есть такие строки:

Энергия – миров царица, Рис. 4. При переходе системы от полного беспоНо черная за нею тень рядка (а) к полному порядку (б) меняется термодинамическая вероятность W, а следовательно, и Непререкаемо влачится, энтропия S, которая в соответствии с уравнениУравнивая ночь и день, ем Планка–Больцмана равна S = klnW. Чем больВсему уничтожая цену, ше упорядоченность системы, тем меньше ее энВсе превращая в дымный мрак… тропия Ведь энтропия неизменно Изображалась только так.

отсеков (рис. 4). Термодинамическая вероятность Но ныне понято, что тени такой системы будет Не будет, не было и нет, Что в смене звездных поколений 9! W = --------------- = 1.

Лишь энтропия – жизнь и свет.

0!9!0! Мы не хотим включаться в спор о том, что важТаким образом, чем больше упорядоченность в даннее – энергия или энтропия. Будем считать свою ной системе, тем меньше ее термодинамическая везадачу выполненной, если у читателя сложится роятность, и, следовательно, тем меньше энтропия представление о важности такой интересной тер(см. формулу Планка–Больцмана).

модинамической функции, как энтропия, и той роВ какой мере энтропия как мера упорядоченнос- ли, которую она играет в биосистемах.

ти приложима к биосистемам. Ответ на этот вопрос в определенной степени дают расчеты Л.А. Блюмен фельда [3], который вычислил, насколько меняется 1. Рубин А.Б. Термодинамика биологических процесэнтропия при образовании организма человека из сов. М.: Изд-во МГУ, 1984. 283 с.

элементов, его составляющих (мономеров, полиме2. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. М.:

ров, клеток). Оказалось, что упорядоченность челоНаука, 1986. 192 с.

веческого организма можно оценить приблизитель3. Блюменфельд Л.А. Информация, термодинамика и но в 300 энтропийных единиц. Много это или мало конструкция биологических систем // Соросовский Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно сказать, Образовательный Журнал. 1996. № 6. С. 88–92.

что настолько меняется энтропия стакана воды при ее испарении. С чем связан такой парадокс Дело в * * * том, что энтропия оценивает только физическую, энергетическую сторону упорядоченности. Она со- Владимир Александрович Опритов, доктор биовершенно не затрагивает качественной ее стороны. логических наук, профессор, зав. кафедрой биофиУникальность биологической структуры состоит не зики Нижегородского государственного универсив том, сколько энергии в ней содержится и насколь- тета им. Н.И. Лобачевского, заслуженный деятель ко изменилась энтропия при ее образовании, а в науки РФ. Автор более 200 научных работ и двух том, что эта структура имеет качественные особен- монографий в области биоэлектрогенеза и мембности, позволяющие ей выполнять вполне опреде- ранного транспорта.

, ‹6,

Pages:     | 1 ||










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.