Məlumat

5.1: Çox az termodinamika - Biologiya

5.1: Çox az termodinamika - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Orqanizmlərin müxtəlifliyi və hər bir fərdi orqanizmin özünəməxsus xüsusiyyətləri milyardlarla il əvvəl başlanmış təkamül proseslərinin məhsulu olsa da, böyümə və hüceyrə bölünməsindən tutmuş düşüncə və hisslərə qədər bütün bioloji sistemlərin və proseslərin itaət etdiyini qəbul etmək eyni dərəcədə vacibdir. kimya və fizikanın qaydalarını və xüsusilə termodinamika qanunlarını. Beləliklə, davam etməzdən əvvəl bir sistemin tarazlıqda olduğunu və məcburi qeyri-tarazlıq vəziyyətində olduğunu söylədikdə bunun nə demək olduğunu və nəzərdə tutduğunu aydın şəkildə bilməliyik.

Termodinamik tarazlığın mənasını anlamaq üçün biz dünyaya fərqli baxmağı öyrənməli və bir sıra sözlərin yeni mənalarını öyrənməliyik. Əvvəlcə bilavasitə qavradığımız makroskopik dünya ilə elmi müşahidələr və nəticələrə əsaslanaraq başa düşə biləcəyimiz submikroskopik, molekulyar dünya arasındakı fərqi aydınlaşdırmalıyıq - bioloji sistemlər kontekstində xüsusilə vacib olan bu molekulyar dünyadır. . Makroskopik və molekulyar dünyalar çox fərqli davranırlar. Bu nöqtəni göstərmək üçün nəzərdən keçirmək istədiyimiz, lakin bioloji sistem qədər mürəkkəb olmayan əsas davranışları göstərən daha sadə bir modeldən istifadə edəcəyik. Bizim vəziyyətimizdə qızıl külçəsi olan masanın olduğu kiçik, yaxşı izolyasiya edilmiş hava ilə dolu bir otağı nəzərdən keçirək - biz qızıldan istifadə edirik, çünki o, kimyəvi cəhətdən olduqca təsirsizdir, yəni qeyri-reaktivdir. Məsələn, dəmir barmaqlıqlar paslana bilər, bu da işləri çətinləşdirir. Modelimizdə otaq əvvəlcə rahat 70 ºF (~21 ºC) və qızıl külçəsi 200ºC-dir. Nə olacaq? Sistemin zamanla necə davranacağını təsvir edən bir qrafik yarada bilərsinizmi? İlk vəzifəmiz sistemi, yəni kainatın bizi maraqlandıran hissəsini müəyyənləşdirməkdir. Sistemi qızıl külçə və ya qızıl külçəsi olan otaq kimi təyin edə bilərik. Diqqət yetirin, sistemin necə olması, onun tarixi bizi maraqlandırmır. Əgər istəsək, sistemin tarixinin onun gələcək davranışına heç bir təsir göstərməyəcəyini tam inandırıcı şəkildə nümayiş etdirə bilərdik – bu, bioloji və sadə fiziki-kimyəvi sistemlər arasında kritik fərqdir. Hələlik biz izolyasiya edilmiş otaqdan sistem kimi istifadə edəcəyik, lakin sistemin nə olduğunu dəqiq müəyyən etdiyimiz müddətcə bunun heç bir əhəmiyyəti yoxdur.

Sağlam düşüncə bizə enerjinin qızıl külçədən və otağın qalan hissəsindən ötürüləcəyini və qızıl külçənin temperaturunun zamanla azalacağını söyləyir; sistemin davranışı müvəqqəti bir istiqamətə malikdir. Sizcə niyə belədir? Niyə isti bar daha qızmır və otaq soyuyur? Bu suala tezliklə qayıdacağıq. O qədər də aydın olmayan odur ki, otaq temperaturu da bir qədər artacaq. Nəhayət, qızıl bloku və otaq eyni temperatura çatacaq və sistemin tarazlıqda olduğu deyilir.

Yadda saxlayın ki, biz sistemi kainatın qalan hissəsindən təcrid olunmuş kimi təyin etdik, lakin bu nə deməkdir? Əsasən, heç bir maddə və ya enerji otağa və ya otaqdan kənara keçmir - belə bir sistemin qapalı sistem olduğu deyilir. Qapalı sistem olduğu üçün sistem son temperatura, NºC-ə çatdıqdan sonra əlavə makroskopik dəyişiklik baş verməyəcək. Ancaq bu, heç bir şeyin getmədiyi demək deyil. Əgər molekulyar səviyyəyə baxa bilsək, görərik ki, hava molekulları hərəkət edir, davamlı olaraq bir-biri ilə toqquşur, çubuq və masa daxilində molekullarla toqquşur. Çubuğun və masanın içərisindəki molekullar da titrəyir. Bu toqquşmalar toqquşan molekulların sürətlərini dəyişə bilər. (Otaqda hava olmasa nə olar? Bu, sistemin davranış qrafikinizi necə dəyişdirərdi?) Bu molekulyar hərəkətlərin sürəti temperaturun funksiyasıdır, temperatur nə qədər yüksək (və ya aşağı) olarsa, bir o qədər sürətli ( və ya daha yavaş) bu hərəkətlər olardı. Daha sonra nəzərdən keçirəcəyimiz kimi, sistemdəki bütün molekulların hərəkət enerjisi olan kinetik enerjisi var. Onların qarşılıqlı təsiri nəticəsində hər hansı bir xüsusi molekulun kinetik enerjisi daim dəyişəcək. Molekulyar səviyyədə sistem dinamikdir, baxmayaraq ki, makroskopik səviyyədə statikdir. Bioloji sistemlərlə bağlı mülahizələrimizdə bu anlayışa dəfələrlə qayıdacağıq.

Tarazlıq vəziyyətində olan sistem üçün vacib olan budur: o, statikdir. Hətta molekulyar səviyyədə, hələ də hərəkət olsa da, heç bir xalis dəyişiklik yoxdur. İki toqquşan molekulun enerjisi toqquşmadan sonra əvvəlki kimi eynidir, baxmayaraq ki, enerji toqquşan molekullar arasında fərqli şəkildə paylana bilər. Bütövlükdə sistem həqiqətən heç nə edə bilməz. Fiziki cəhətdən o, işləyə bilməz - heç bir makroskopik dəyişiklik mümkün deyil. Bu qəribə fikirdir, çünki (molekulyar səviyyədə) işlər hələ də hərəkətdədir. Beləliklə, makroskopik olaraq hərəkət etmək, böyümək, düşünmək və bu kimi bir çox şeyi açıq şəkildə edə bilən canlı sistemlərə qayıtsaq, onların tarazlıqda ola bilməyəcəyi aydındır.

Soruşa bilərik ki, bir sistemin tarazlığa çatmaması üçün nə lazımdır? Ən açıq cavab (inanırıq) odur ki, bizim xəyali qapalı otaq sistemimizdən fərqli olaraq qeyri-tarazlıq sistemi açıq olmalıdır, yəni enerji və maddə ona daxil olub çıxa bilməlidir. Açıq sistem artıq kainatın qalan hissəsindən təcrid olunmur, onun bir hissəsidir. Məsələn, radiasiya şəklində enerjinin otağımıza daxil olub çıxa biləcəyi bir sistem təsəvvür edə bilərik. Çubuğu işıqlandırmaq və bütövlükdə otaqdan istiliyi çıxarmaqla bar və otaq arasındakı temperatur fərqini saxlaya bilərdik. Çubuğun və otaq arasındakı temperatur fərqi o zaman (nəzəri olaraq) istilik mühərriki kimi tanınan və işləyə bilən (yəni makroskopik dəyişiklik yarada bilən) bir blok yarada bilər. sistemin qalan hissəsində işimizi davam etdirə bilərik, yəni makroskopik olaraq müşahidə edilə bilən dəyişikliklər baş verə bilər.

Kriptobioz: Bu nöqtədə biz orqanizmləri dinamik, açıq, qeyri-tarazlıq sistemləri kimi xarakterizə etdik. Həyatın dinamik aspektinin açıq bir istisnası, ümumiyyətlə kriptobioz kimi tanınan kifayət qədər xüsusi fenotipik uyğunlaşma nümayiş etdirən orqanizmlərdir. Tardigrad (və ya su ayısı) kimi orqanizmlər dondurularaq qurudula bilər və onilliklər ərzində dayandırılmış animasiya vəziyyətində qala bilər. Bununla belə, qeyd etmək vacibdir ki, bu kriptobiotik vəziyyətdə orqanizm tarazlıqda deyil, eyni şəkildə havadakı bir ağac parçası tarazlıqda deyil, reaksiya verə bilər. Orqanizm normal vəziyyətə qayıtdıqda reanimasiya edilə bilər147. Kriptobioz, istehsal etmək üçün enerji alan və stazdan çıxmaq üçün enerji istifadə edən genetik əsaslı uyğunlaşmadır. Tardigradların davranışı həddindən artıq olsa da, bir çox orqanizmlər düşmən ətraf mühit şəraitində sağ qalmağa imkan verən bir sıra uyğunlaşma davranışları nümayiş etdirir.


5. Termodinamik¶

Statistik mexanika mayelərin və qazların istilik xassələri ilə məşğul olan termodinamika adlanan daha əvvəlki bir sahədən yarandı. Ətrafında böyüdü və sonra onu əhatə etdi. İndi “klassik termodinamika” adlandırdığımız şey bir neçə yüz il ərzində işlənib hazırlanmışdır, lakin ən mühüm işlərin çoxu 1820-ci ildən 1850-ci illərə qədər cəmi bir neçə onillik ərzində görülmüşdür. Bu fəallığın sənaye inqilabı və lokomotivin inkişafı ilə üst-üstə düşməsi, əlbəttə ki, heç də təsadüfi deyil. Klassik termodinamika əsasən daha yaxşı buxar mühərrikləri hazırlamağı öyrənmək istəyən insanlar tərəfindən hazırlanmışdır.

Statistik mexanika bu təvazökar başlanğıclardan çox uzun bir yol keçmişdir, lakin termodinamika hələ də özlüyündə vacib bir sahədir. Bu fəsildə klassik termodinamikanın ən mühüm nəticələrindən bəzilərini müasir statistik baxımdan nəzərdən keçirəcəyəm.


4.1 Enerji və Maddələr mübadiləsi

Alimlər hüceyrələr kimi canlı sistemlər vasitəsilə enerji axını anlayışını (Şəkil 4.2) təsvir etmək üçün bioenergetika terminindən istifadə edirlər. Mürəkkəb molekulların qurulması və parçalanması kimi hüceyrə prosesləri mərhələli kimyəvi reaksiyalar vasitəsilə baş verir. Bu kimyəvi reaksiyaların bəziləri kortəbii olur və enerji buraxır, digərləri isə davam etmək üçün enerji tələb edir. Canlılar enerji ehtiyatlarını artırmaq üçün davamlı olaraq qida istehlak etməli olduğu kimi, hüceyrələr də davamlı olaraq baş verən bir çox enerji tələb edən kimyəvi reaksiyaların istifadə etdiyi enerjini doldurmaq üçün davamlı olaraq daha çox enerji əldə etməlidirlər. Enerji istehlak edən və ya yaradanlar da daxil olmaqla, hüceyrələrdə baş verən bütün kimyəvi reaksiyalar birlikdə hüceyrənin metabolizması adlanır.

Metabolik yollar

Şəkər mübadiləsini nəzərdən keçirin. Bu, enerjidən istifadə edən və istehsal edən bir çox hüceyrə prosesindən birinin klassik nümunəsidir. Canlılar şəkəri əsas enerji mənbəyi kimi istehlak edirlər, çünki şəkər molekulları öz bağlarında çoxlu enerji saxlayır. Əksər hallarda, bitkilər kimi fotosintez edən orqanizmlər bu şəkərləri istehsal edir. Fotosintez zamanı bitkilər karbon qazını (CO) çevirmək üçün enerjidən (əvvəlcə günəş işığından) istifadə edirlər.2) şəkər molekullarına (qlükoza kimi: C6H12O6). Onlar karbon qazını istehlak edir və tullantı məhsul kimi oksigen istehsal edirlər. Bu reaksiya belə ümumiləşdirilir:

Bu proses enerji saxlayan molekulun sintezini nəzərdə tutduğundan, davam etmək üçün enerji girişi tələb olunur. Fotosintezin işıq reaksiyaları zamanı enerji bütün hüceyrələrin əsas enerji valyutası olan adenozin trifosfat (ATP) adlı molekul tərəfindən təmin edilir. Dollar mal almaq üçün valyuta kimi istifadə edildiyi kimi, hüceyrələr də dərhal iş görmək üçün ATP molekullarından enerji valyutası kimi istifadə edirlər. Bunun əksinə olaraq, qlükoza kimi enerji saxlayan molekullar yalnız enerjilərini istifadə etmək üçün parçalanmaq üçün istehlak edilir. Yaşamaq üçün oksigenə ehtiyacı olan hüceyrələrdə şəkər molekulunun enerjisini toplayan reaksiya, fotosintezə əks reaksiya ilə ümumiləşdirilə bilər. Bu reaksiyada oksigen istehlak edilir və karbon qazı tullantı məhsul kimi buraxılır. Reaksiya aşağıdakı kimi ümumiləşdirilir:

Bu reaksiyaların hər ikisi bir çox mərhələləri əhatə edir.

Şəkər molekullarının yaradılması və parçalanması prosesləri metabolik yolların iki nümunəsini göstərir. Metabolik yol, başlanğıc molekulu götürən və bir sıra metabolik ara məhsullar vasitəsilə addım-addım dəyişdirən və nəticədə son məhsul verən bir sıra kimyəvi reaksiyalardır. Şəkər mübadiləsinin nümunəsində ilk metabolik yol şəkəri daha kiçik molekullardan sintez edirdi, digər yol isə şəkəri daha kiçik molekullara parçalayır. Bu iki əks proses - birincisi enerji tələb edən və ikincisi enerji istehsal edən - müvafiq olaraq anabolik yollar (polimerlərin qurulması) və katabolik yollar (polimerlərin monomerlərinə parçalanması) adlanır. Deməli, maddələr mübadiləsi sintez (anabolizm) və deqradasiyadan (katabolizm) ibarətdir (Şəkil 4.3).

Metabolik yolların kimyəvi reaksiyalarının öz-özünə baş vermədiyini bilmək vacibdir. Hər bir reaksiya mərhələsi ferment adlanan zülal tərəfindən asanlaşdırılır və ya katalizlənir. Fermentlər bütün növ bioloji reaksiyaları kataliz etmək üçün vacibdir - enerji tələb edənlər və enerji buraxanlar.

Enerji

Termodinamika fiziki maddənin iştirakı ilə enerji və enerji ötürülməsinin öyrənilməsinə aiddir. Müəyyən bir enerji ötürülməsi halına aid olan maddə sistem adlanır və bu maddədən kənarda olan hər şey ətraf adlanır. Məsələn, sobada su qazanını qızdırarkən sistemə soba, qazan və su daxildir. Enerji sistem daxilində (soba, qazan və su arasında) ötürülür. İki növ sistem var: açıq və qapalı. Açıq sistemdə enerji ətrafı ilə mübadilə edilə bilər. Soba sistemi açıqdır, çünki istilik havaya itirilə bilər. Qapalı sistem ətrafı ilə enerji mübadiləsi edə bilməz.

Bioloji orqanizmlər açıq sistemlərdir. Fotosintez etmək və ya enerji saxlayan molekulları istehlak etmək üçün günəş enerjisindən istifadə etdikləri və iş görərək və istilik buraxaraq ətraf mühitə enerji buraxdıqları üçün enerji onlar və ətrafları arasında mübadilə edilir. Fiziki aləmdəki hər şey kimi, enerji də fiziki qanunlara tabedir. Termodinamikanın qanunları enerjinin kainatdakı bütün sistemlərdə və sistemlər arasında ötürülməsini tənzimləyir.

Ümumiyyətlə, enerji iş görmək və ya bir növ dəyişiklik yaratmaq qabiliyyəti kimi müəyyən edilir. Enerji müxtəlif formalarda mövcuddur. Məsələn, elektrik enerjisi, işıq enerjisi və istilik enerjisi müxtəlif enerji növləridir. Enerjinin bioloji sistemlərə daxil olub-olmamasını qiymətləndirmək üçün enerjini idarə edən fiziki qanunlardan ikisini anlamaq vacibdir.

Termodinamika

Termodinamikanın birinci qanunu kainatdakı enerjinin ümumi miqdarının sabit və qorunub saxlanıldığını bildirir. Başqa sözlə, kainatda həmişə eyni miqdarda enerji olub və olacaq. Enerji çox müxtəlif formalarda mövcuddur. Termodinamikanın birinci qanununa görə, enerji bir yerdən yerə köçürülə və ya müxtəlif formalara çevrilə bilər, lakin onu yaratmaq və ya məhv etmək mümkün deyil. Enerjinin ötürülməsi və çevrilməsi ətrafımızda hər zaman baş verir. Ampullər elektrik enerjisini işıq və istilik enerjisinə çevirir. Qaz sobaları kimyəvi enerjini təbii qazdan istilik enerjisinə çevirir. Bitkilər yer üzündə ən bioloji cəhətdən faydalı enerji çevrilmələrindən birini həyata keçirirlər: günəş işığının enerjisini üzvi molekullarda saxlanılan kimyəvi enerjiyə çevirməkdir (Şəkil 4.2). Enerji çevrilmələrinin bəzi nümunələri Şəkil 4.4-də göstərilmişdir.

Bütün canlı orqanizmlər üçün problem ətraflarından enerjini iş görmək üçün ötürə və ya istifadə edilə bilən enerjiyə çevirə biləcək formalarda əldə etməkdir. Canlı hüceyrələr bu problemi həll etmək üçün inkişaf etmişdir. Şəkər və yağlar kimi üzvi molekullarda saxlanılan kimyəvi enerji bir sıra hüceyrə kimyəvi reaksiyaları vasitəsilə ATP molekulları daxilində enerjiyə çevrilir və çevrilir. ATP molekullarındakı enerji iş görmək üçün asanlıqla əldə edilə bilər. Hüceyrələrin görməli olduğu iş növlərinə misal olaraq mürəkkəb molekulların qurulması, materialların daşınması, kirpiklərin və ya flagellaların hərəkətini gücləndirmək və hərəkət yaratmaq üçün əzələ liflərini büzmək daxildir.

Canlı hüceyrənin əsas vəzifələri iş görmək üçün enerji əldə etmək, dəyişdirmək və istifadə etmək sadə görünə bilər. Bununla belə, termodinamikanın ikinci qanunu bu vəzifələrin niyə göründüyündən daha çətin olduğunu izah edir. Bütün enerji köçürmələri və çevrilmələri heç vaxt tam səmərəli olmur. Hər bir enerji ötürülməsində bir qədər enerji istifadə edilə bilməyəcək şəkildə itirilir. Əksər hallarda bu forma istilik enerjisidir. Termodinamik olaraq istilik enerjisi işləməyən bir sistemdən digərinə ötürülən enerji kimi müəyyən edilir. Məsələn, bir lampa yandırıldıqda, elektrik enerjisindən işıq enerjisinə çevrilən enerjinin bir hissəsi istilik enerjisi kimi itirilir. Eynilə, hüceyrə metabolik reaksiyaları zamanı enerjinin bir hissəsi istilik enerjisi kimi itirilir.

Fiziki sistemlərdə vacib bir anlayış nizam və nizamsızlıq anlayışıdır. Bir sistem tərəfindən ətrafa nə qədər çox enerji itirilirsə, sistem bir o qədər az nizamlı və daha təsadüfi olur. Alimlər sistem daxilində təsadüfilik və ya nizamsızlıq ölçüsünü entropiya adlandırırlar. Yüksək entropiya yüksək nizamsızlıq və aşağı enerji deməkdir. Molekullar və kimyəvi reaksiyalar da müxtəlif entropiyaya malikdir. Məsələn, bir yerdə yüksək konsentrasiyada olan molekullar yayıldıqca və yayıldıqca entropiya artır. Termodinamikanın ikinci qanunu deyir ki, enerji hər zaman enerji ötürülməsi və ya çevrilmələri zamanı istilik kimi itiriləcək.

Canlılar çox nizamlıdır, aşağı entropiya vəziyyətində saxlanılması üçün daimi enerji girişi tələb olunur.

Potensial və Kinetik Enerji

Bir cisim hərəkətdə olduqda, o cisimlə əlaqəli enerji var. Bir dağıdıcı topu düşünün. Hətta yavaş-yavaş hərəkət edən dağıdıcı top digər obyektlərə böyük zərər verə bilər. Hərəkətdə olan cisimlərlə əlaqəli enerjiyə kinetik enerji deyilir (Şəkil 4.5). Sürətlə atan güllə, yeriyən insan və havadakı molekulların sürətli hərəkəti (istilik əmələ gətirir) hamısının kinetik enerjisi var.

İndi eyni hərəkətsiz dağıdıcı top kranla yerdən iki mərtəbə yuxarı qaldırılsa nə olar? Əgər asılmış dağıdıcı top hərəkətsizdirsə, onunla əlaqəli enerji varmı? Cavab bəli. Qırıcı topun qaldırılması üçün tələb olunan enerji itmədi, lakin indi öz mövqeyinə və ona təsir edən cazibə qüvvəsinə görə sökülən topda saxlanılır. Bu enerji növü potensial enerji adlanır (Şəkil 4.5). Əgər top düşsəydi, top yerə söykənən zaman potensial enerjinin hamısı tükənənə qədər potensial enerji kinetik enerjiyə çevriləcəkdi. Qırıcı toplar da yelləncək vasitəsilə sarkaç kimi yellənir, potensial enerjinin (yelləncəyin yuxarı hissəsində ən yüksək) kinetik enerjiyə (yelləncəyin altındakı ən yüksək) daimi dəyişməsi var. Potensial enerjinin digər nümunələrinə bəndin arxasında saxlanılan suyun enerjisi və ya təyyarədən paraşütlə tullanmaq üzrə olan adam daxildir.

Potensial enerji təkcə maddənin yeri ilə deyil, həm də maddənin quruluşu ilə bağlıdır. Hətta yerdəki yay, sıxılmış halda, dartılmış rezin də potensial enerjiyə malikdir. Molekulyar səviyyədə, molekulların atomlarını bir yerdə saxlayan bağlar potensial enerjiyə malik olan xüsusi bir quruluşda mövcuddur. Unutmayın ki, anabolik hüceyrə yolları daha sadə olanlardan mürəkkəb molekulları sintez etmək üçün enerji tələb edir və katabolik yollar mürəkkəb molekullar parçalandıqda enerji buraxır. Müəyyən kimyəvi bağların parçalanması ilə enerjinin ayrıla bilməsi bu bağların potensial enerjiyə malik olmasını nəzərdə tutur. Əslində, yediyimiz bütün qida molekullarının bağlarında saxlanılan və nəticədə istifadə üçün istifadə edilən potensial enerji var. Bunun səbəbi, bu bağların qırıldığı zaman enerji buraxa bilməsidir. Kimyəvi bağlar daxilində mövcud olan və bu bağlar qırıldıqda sərbəst buraxılan potensial enerji növü kimyəvi enerji adlanır. Kimyəvi enerji canlı hüceyrələri qidadan enerji ilə təmin etməkdən məsuldur. Enerjinin sərbəst buraxılması qida molekulları içərisindəki molekulyar bağlar pozulduqda baş verir.

Fəaliyyətdə olan konsepsiyalar

Hərəkətdə olan sarkacın dəyişən kinetik və potensial enerjisini görmək üçün sayta daxil olun və “İş və Enerji” menyusundan “Pendulum” seçin.

Pulsuz və Aktivləşdirmə Enerjisi

Kimyəvi reaksiyaların enerji yığan bağlar qırıldığı zaman enerji buraxdığını öyrəndikdən sonra növbəti vacib sual aşağıdakılardır: Bu kimyəvi reaksiyalarla əlaqəli enerji necə ölçülür və ifadə olunur? Bir reaksiyadan ayrılan enerjini digər reaksiyanın enerjisi ilə necə müqayisə etmək olar? Bu enerji köçürmələrinin kəmiyyətini müəyyən etmək üçün sərbəst enerjinin ölçülməsindən istifadə olunur. Yada salaq ki, termodinamikanın ikinci qanununa görə, bütün enerji köçürmələri istilik kimi istifadə olunmayan formada müəyyən miqdarda enerjinin itirilməsini nəzərdə tutur. Sərbəst enerji, xüsusi olaraq, itkilər hesablandıqdan sonra mövcud olan kimyəvi reaksiya ilə əlaqəli enerjiyə aiddir. Başqa sözlə, pulsuz enerji istifadə edilə bilən enerji və ya iş görmək üçün mövcud olan enerjidir.

Kimyəvi reaksiya zamanı enerji ayrılırsa, ∆G (delta G) kimi işarələnən sərbəst enerjinin dəyişməsi mənfi ədəd olacaqdır. Sərbəst enerjinin mənfi dəyişməsi həm də o deməkdir ki, reaksiya məhsulları reaktivlərə nisbətən daha az sərbəst enerjiyə malikdir, çünki onlar reaksiya zamanı müəyyən qədər sərbəst enerji buraxırlar. Sərbəst enerjidə mənfi dəyişiklik olan və nəticədə sərbəst enerji buraxan reaksiyalara ekzerqonik reaksiyalar deyilir. Düşünün: məserqonik enerji deməkdir məssistemi işə salır. Bu reaksiyalara həm də kortəbii reaksiyalar deyilir və onların məhsulları reaktivlərdən daha az enerjiyə malikdir. Spontan termini ilə kimyəvi reaksiyanın dərhal baş verməsi fikri arasında mühüm fərq qoyulmalıdır. Termin gündəlik istifadəsindən fərqli olaraq, kortəbii reaksiya birdən və ya tez baş verən reaksiya deyil. Dəmirin paslanması yavaş-yavaş, yavaş-yavaş, zamanla baş verən spontan reaksiyaya misaldır.

Kimyəvi reaksiya enerjini tarazlıqda buraxmaq əvəzinə enerji udursa, bu reaksiya üçün ∆G müsbət qiymət olacaqdır. Bu halda məhsullar reaktivlərdən daha çox sərbəst enerjiyə malikdir. Beləliklə, bu reaksiyaların məhsullarını enerji saxlayan molekullar kimi düşünmək olar. Bu kimyəvi reaksiyalara enderqonik reaksiyalar deyilir və onlar özbaşına baş vermir. Sərbəst enerji əlavə edilmədən enderqonik reaksiya öz-özünə baş verməyəcək.

Vizual əlaqə

Göstərilən proseslərin hər birinə baxın və onun enderqonik və ya ekzerqonik olduğuna qərar verin.

Enderqonik və ekzerqonik reaksiyalarla bağlı nəzərə alınmalı olan başqa bir mühüm anlayış var. Ekzerqonik reaksiyalar, enerji buraxma addımlarına davam etməzdən əvvəl hərəkətə keçmək üçün az miqdarda enerji girişi tələb edir. Bu reaksiyalar enerjinin xalis sərbəst buraxılmasına malikdir, lakin hələ də başlanğıcda bəzi enerji girişini tələb edir. Bütün kimyəvi reaksiyaların baş verməsi üçün lazım olan bu az miqdarda enerji girişinə aktivləşmə enerjisi deyilir.

Fəaliyyətdə olan konsepsiyalar

Sərbəst enerjidən reaksiyanın keçid vəziyyətinə keçidin animasiyasını izləyin.

Fermentlər

Kimyəvi reaksiyanın baş verməsinə kömək edən maddə katalizator, biokimyəvi reaksiyaları kataliz edən molekullara isə fermentlər deyilir. Əksər fermentlər zülallardır və hüceyrə daxilində kimyəvi reaksiyaların aktivləşmə enerjilərini azaltmaq kimi kritik vəzifəni yerinə yetirirlər. Canlı hüceyrə üçün kritik reaksiyaların əksəriyyəti normal temperaturda hüceyrə üçün heç bir fayda verə bilməyəcək qədər yavaş baş verir. Bu reaksiyaları sürətləndirən fermentlər olmasa, həyat davam edə bilməzdi. Fermentlər bunu reaksiyaya girən molekullara bağlayaraq və onları kimyəvi bağ qırma və əmələ gətirmə proseslərini daha asan həyata keçirəcək şəkildə saxlayırlar. Yadda saxlamaq lazımdır ki, fermentlər reaksiyanın ekzerqonik (spontan) və ya enderqonik olmasını dəyişmir. Bunun səbəbi, reaktivlərin və ya məhsulların sərbəst enerjisini dəyişdirməməsidir. Onlar yalnız reaksiyanın irəli getməsi üçün tələb olunan aktivləşmə enerjisini azaldırlar (Şəkil 4.7). Bundan əlavə, fermentin özü kataliz etdiyi reaksiya ilə dəyişməz qalır. Bir reaksiya kataliz edildikdən sonra ferment digər reaksiyalarda iştirak edə bilir.

Bir fermentin bağlandığı kimyəvi reaktivlərə fermentin substratları deyilir. Xüsusi kimyəvi reaksiyadan asılı olaraq bir və ya bir neçə substrat ola bilər. Bəzi reaksiyalarda tək reaktiv substrat çoxlu məhsullara parçalanır. Digərlərində daha böyük molekul yaratmaq üçün iki substrat birləşə bilər. İki reaktiv də reaksiyaya girə bilər və hər ikisi dəyişdirilə bilər, lakin onlar reaksiyanı iki məhsul kimi tərk edirlər. Substratın bağlandığı ferment daxilində yer fermentin aktiv yeri adlanır. Aktiv sayt “hərəkətin” baş verdiyi yerdir. Fermentlər zülal olduğundan, aktiv ərazidə amin turşusu yan zəncirlərinin unikal birləşməsi mövcuddur. Hər bir yan zəncir müxtəlif xüsusiyyətlərlə xarakterizə olunur. Onlar böyük və ya kiçik, zəif turşu və ya əsas, hidrofilik və ya hidrofobik, müsbət və ya mənfi yüklü və ya neytral ola bilər. Yan zəncirlərin unikal birləşməsi aktiv sahədə çox xüsusi kimyəvi mühit yaradır. Bu xüsusi mühit bir xüsusi kimyəvi substrata (və ya substratlara) bağlanmaq üçün uyğundur.

Aktiv saytlar yerli mühitin təsirinə məruz qalır. Ətraf mühitin temperaturunun artırılması ümumiyyətlə ferment katalizli və ya başqa şəkildə reaksiya sürətini artırır. Bununla belə, optimal diapazondan kənar temperaturlar fermentin reaksiyanı katalizləmə sürətini azaldır. İsti temperaturlar nəticədə fermentlərin denatürasiyasına, üçölçülü formada və buna görə də fermentin funksiyasında geri dönməz dəyişikliyə səbəb olacaq. Fermentlər həmçinin müəyyən bir pH və duz konsentrasiyası diapazonunda ən yaxşı işləmək üçün uyğundur və temperaturda olduğu kimi, həddindən artıq pH və duz konsentrasiyası fermentlərin denatürasiyasına səbəb ola bilər.

Elm adamları uzun illərdir ki, ferment-substrat bağlanmasının sadə bir “kilid və açar” üsulu ilə baş verdiyini düşünürdülər. Bu model fermentin və substratın bir ani addımda mükəmməl uyğunlaşdığını iddia edirdi. Bununla belə, cari tədqiqat induksiya edilmiş uyğunluq adlanan modeli dəstəkləyir (Şəkil 4.8). İnduksiya edilmiş uyğunluq modeli, ferment və substrat arasında daha dinamik bir əlaqəni təsvir etməklə kilid və açar modelini genişləndirir. Ferment və substrat bir araya gəldikdə, onların qarşılıqlı təsiri fermentin strukturunda cüzi dəyişikliyə səbəb olur ki, bu da ferment və substrat arasında ideal bir bağlayıcı quruluş təşkil edir.

Fəaliyyətdə olan konsepsiyalar

Ferment öz substratını bağladıqda ferment-substrat kompleksi əmələ gəlir. Bu kompleks reaksiyanın aktivləşmə enerjisini azaldır və bir çox mümkün yollardan birində onun sürətli irəliləyişinə kömək edir. Əsas səviyyədə fermentlər substratları reaksiya üçün optimal oriyentasiyada bir araya gətirərək birdən çox substratı əhatə edən kimyəvi reaksiyaları təşviq edir. Fermentlərin substratlarının reaksiyasını təşviq etməsinin başqa bir yolu, reaksiyanın baş verməsi üçün aktiv ərazidə optimal mühit yaratmaqdır. Aktiv sahə daxilində amin turşusu R qruplarının xüsusi düzülüşündən yaranan kimyəvi xüsusiyyətlər fermentin spesifik substratlarının reaksiya verməsi üçün mükəmməl mühit yaradır.

Ferment-substrat kompleksi həmçinin bağlanma strukturunu pozaraq aktivləşdirmə enerjisini azalda bilər ki, onu qırmaq daha asan olsun. Nəhayət, fermentlər kimyəvi reaksiyanın özündə iştirak edərək aktivləşdirmə enerjilərini də azalda bilər. Bu hallarda, reaksiyanın başa çatması ilə fermentin həmişə orijinal vəziyyətinə qayıdacağını xatırlamaq lazımdır. Fermentlərin fərqləndirici xüsusiyyətlərindən biri də katalizlədikləri reaksiyalarla nəticədə dəyişməz qalmalarıdır. Bir ferment reaksiyanı katalizlədikdən sonra məhsul(lar)ını buraxır və yeni reaksiyanı kataliz edə bilər.

Bir orqanizmin bütün fermentlərinin bol miqdarda mövcud olduğu və bütün hüceyrə şəraitində, bütün hüceyrələrdə, hər zaman optimal şəkildə fəaliyyət göstərdiyi bir ssenariyə sahib olmaq ideal görünür. Lakin müxtəlif mexanizmlər bunun baş verməməsini təmin edir. Hüceyrə ehtiyacları və şərtləri daim hüceyrədən hüceyrəyə dəyişir və zamanla fərdi hüceyrələrdə dəyişir. Mədə hüceyrələrinin tələb olunan fermentləri yağ saxlama hüceyrələrindən, dəri hüceyrələrindən, qan hüceyrələrindən və sinir hüceyrələrindən fərqlənir. Bundan əlavə, bir həzm orqanının hüceyrəsi yeməkdən sonra bir çox saatlarla müqayisədə qida maddələrini emal etmək və parçalamaq üçün daha çox işləyir. Bu hüceyrə tələbləri və şərtləri fərqli olduğundan, müxtəlif fermentlərin miqdarı və funksionallığı da dəyişməlidir.

Biyokimyəvi reaksiyaların sürətləri aktivləşmə enerjisi ilə idarə olunduğundan və fermentlər kimyəvi reaksiyalar üçün aktivləşdirmə enerjilərini aşağı salıb müəyyən etdiyindən, hüceyrə daxilində fermentlərin müxtəlifliyinin nisbi miqdarı və fəaliyyəti son nəticədə hansı reaksiyaların və hansı sürətlə davam edəcəyini müəyyən edir. Bu təyinetmə hüceyrələrdə sıx şəkildə idarə olunur. Müəyyən hüceyrə mühitlərində ferment fəaliyyəti qismən pH, temperatur, duz konsentrasiyası və bəzi hallarda kofaktorlar və ya koenzimlər kimi ətraf mühit amilləri ilə idarə olunur.

Fermentlər həmçinin ferment fəaliyyətini təşviq edən və ya azaldan yollarla tənzimlənə bilər. Ferment funksiyasını maneə törədən və ya təşviq edən bir çox növ molekul və bunu edən müxtəlif mexanizmlər var. Fermentin inhibəsinin bəzi hallarda inhibitor molekulu substrata kifayət qədər bənzəyir ki, o, aktiv sahəyə bağlana bilər və sadəcə substratın bağlanmasını maneə törədir. Bu baş verdikdə, ferment rəqabətli inhibə yolu ilə inhibə edilir, çünki bir inhibitor molekulu aktiv sahəyə bağlanmaq üçün substratla rəqabət aparır.

Digər tərəfdən, rəqabətsiz inhibədə, inhibitor molekulu, allosterik sahə adlanan aktiv ərazidən başqa bir yerdə fermentə bağlanır, lakin yenə də substratın aktiv sahəyə bağlanmasının qarşısını alır. Bəzi inhibitor molekulları fermentlərə elə bir yerdə bağlanır ki, onların bağlanması fermentin aktivliyini azaldan konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur, çünki o, substratın məhsula çevrilməsini artıq effektiv şəkildə kataliz etmir. Bu cür inhibəyə allosterik inhibə deyilir (Şəkil 4.9). Allosterik olaraq tənzimlənən fermentlərin əksəriyyəti birdən çox polipeptiddən ibarətdir, yəni onların birdən çox protein alt bölməsi var. Allosterik inhibitor bir fermentin bir bölgəsinə bağlandıqda, zülal alt bölmələrindəki bütün aktiv yerlər bir qədər dəyişdirilir ki, substratlarını daha az effektivliklə bağlayırlar. Allosterik aktivatorlar və inhibitorlar var. Allosterik aktivatorlar fermentin aktiv yerindən uzaqda yerləşən yerlərinə bağlanaraq, onun substrat(lar)ına fermentin aktiv yer(lər)inin yaxınlığını artıran konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur (Şəkil 4.9).

Karyera Əlaqəsi

Əczaçılıq Dərman Tərtibatçı

Fermentlər metabolik yolların əsas komponentləridir. Fermentlərin necə işlədiyini və onların necə tənzimlənə biləcəyini başa düşmək bu gün bazarda bir çox əczaçılıq dərmanlarının inkişafının əsas prinsipləridir. Bu sahədə çalışan bioloqlar digər elm adamları ilə əməkdaşlıq edərək dərman preparatlarını tərtib edirlər (Şəkil 4.10).

Məsələn, statinləri nəzərdən keçirin - statinlər xolesterol səviyyəsini azalda bilən bir dərman sinfinə verilən addır. Bu birləşmələr bədəndəki lipidlərdən xolesterolu sintez edən ferment olan HMG-CoA reduktaza fermentinin inhibitorlarıdır. Bu fermenti maneə törətməklə orqanizmdə sintez olunan xolesterinin səviyyəsini azaltmaq olar. Eynilə, Tylenol markası altında populyar olaraq satılan asetaminofen, siklooksigenaz fermentinin inhibitorudur. Qızdırma və iltihabı (ağrı) aradan qaldırmaq üçün istifadə edilsə də, onun təsir mexanizmi hələ də tam başa düşülməyib.

Narkotiklər necə aşkar edilir? Dərman kəşfində ən böyük problemlərdən biri dərman hədəfini müəyyən etməkdir. Dərman hədəfi sözün əsl mənasında dərmanın hədəfi olan bir molekuldur. Statinlər vəziyyətində, HMG-CoA reduktaza dərmanın hədəfidir. Dərman hədəfləri laboratoriyada zəhmətli tədqiqatlar nəticəsində müəyyən edilir. Təkcə hədəfi müəyyən etmək kifayət deyil, elm adamları hədəfin hüceyrə daxilində necə hərəkət etdiyini və xəstəlik halında hansı reaksiyaların yanlış getdiyini də bilməlidirlər. Hədəf və yol müəyyən edildikdən sonra dərman dizaynının faktiki prosesi başlayır. Bu mərhələdə kimyaçılar və bioloqlar müəyyən reaksiyanı blok edə və ya aktivləşdirə bilən molekulları layihələndirmək və sintez etmək üçün birlikdə işləyirlər. Bununla belə, bu yalnız başlanğıcdır: Əgər dərman prototipi öz funksiyasını yerinə yetirməkdə müvəffəq olarsa, o zaman ABŞ Qida və Dərman İdarəsindən icazə almadan əvvəl in vitro təcrübələrdən klinik sınaqlara qədər bir çox sınaqlara məruz qalır. bazar.

Bir çox fermentlər, digər spesifik qeyri-zülal köməkçi molekullara bağlanmadıqca, optimal və ya ümumiyyətlə işləmir. Onlar ya müvəqqəti olaraq ion və ya hidrogen bağları vasitəsilə, ya da daha güclü kovalent bağlar vasitəsilə daimi olaraq bağlana bilərlər. Bu molekullara bağlanma onların müvafiq fermentlərinin optimal formasını və funksiyasını təşviq edir. Bu tip köməkçi molekulların iki nümunəsi kofaktorlar və koenzimlərdir. Kofaktorlar dəmir və maqnezium ionları kimi qeyri-üzvi ionlardır. Koenzimlər, karbon və hidrogendən ibarət əsas atom quruluşuna malik olan üzvi köməkçi molekullardır. Fermentlər kimi, bu molekullar özləri dəyişdirilmədən reaksiyalarda iştirak edir və nəticədə təkrar emal olunur və təkrar istifadə olunur. Vitaminlər koenzimlərin mənbəyidir. Bəzi vitaminlər koenzimlərin prekursorlarıdır, digərləri isə birbaşa koenzim kimi fəaliyyət göstərir. Vitamin C mühüm birləşdirici toxuma olan kollagenin qurulmasında iştirak edən bir çox fermentlər üçün birbaşa koenzimdir. Buna görə də, ferment funksiyası qismən orqanizmin pəhrizi ilə təmin oluna bilən və ya bəzi hallarda orqanizm tərəfindən istehsal oluna bilən müxtəlif kofaktorların və koenzimlərin bolluğu ilə tənzimlənir.

Metabolik yollarda əks əlaqənin qarşısının alınması

Molekullar ferment funksiyasını bir çox yolla tənzimləyə bilər. Ancaq əsas sual qalır: Bu molekullar nədir və haradan gəlirlər? Bəziləri, öyrəndiyiniz kimi, kofaktorlar və koenzimlərdir. Hüceyrədəki başqa hansı molekullar allosterik modulyasiya, rəqabətli və qeyri-rəqabətli inhibə kimi fermentativ tənzimləməni təmin edir? Fermentativ hüceyrə mübadiləsi ilə əlaqədar tənzimləyici molekulların bəlkə də ən uyğun mənbələri hüceyrə metabolik reaksiyalarının məhsullarıdır. Hüceyrələr ən səmərəli və zərif bir şəkildə ferment fəaliyyətinin əks əlaqəsini maneə törətmək üçün öz reaksiyalarının məhsullarından istifadə etmək üçün təkamülə keçdilər. Əks əlaqənin qarşısının alınması, özünün sonrakı istehsalını tənzimləmək üçün reaksiya məhsulunun istifadəsini nəzərdə tutur (Şəkil 4.11). Hüceyrə anabolik və ya katabolik reaksiyalar zamanı istehsalı yavaşlatmaqla məhsulun bolluğuna cavab verir. Bu cür reaksiya məhsulları yuxarıda təsvir edilən mexanizmlər vasitəsilə onların istehsalını kataliz edən fermentləri maneə törədə bilər.

Həm amin turşularının, həm də nukleotidlərin istehsalı əks əlaqənin qarşısının alınması ilə idarə olunur. Bundan əlavə, ATP şəkərin katabolik parçalanmasında iştirak edən bəzi fermentlərin allosterik tənzimləyicisidir, ATP yaradan prosesdir. Bu şəkildə, ATP bol ehtiyatda olduqda, hüceyrə ATP istehsalının qarşısını ala bilər. Digər tərəfdən, ADP ATP tərəfindən inhibə edilən eyni fermentlərin bəziləri üçün müsbət allosterik tənzimləyici (allosterik aktivator) rolunu oynayır. Beləliklə, ADP-nin nisbi səviyyələri ATP ilə müqayisədə yüksək olduqda, hüceyrə şəkər katabolizmi vasitəsilə daha çox ATP istehsal etməyə başlayır.


NEET Paper Analysis 2019

Ərizəçilərin fikrincə, NEET 2019 sual kağızı idi orta dərəcədə çətin. Bəzi tələbələr tapdılar uzun. Hər üç hissə bir qədər çətin idi. Fizika bölməsi bir az çətin idi. Kimya bölməsi də orta dərəcədə çətin tapıldı. Biologiya bölməsi digər bölmələrlə müqayisədə asan idi, lakin bəzi suallar çətin idi.

NEET 2019 Fizika Kağız Təhlili

  • Fizika budur ən çətin hissə NEET 2019 imtahanında üç bölmə arasında.
  • Abituriyentlər imtahanda konseptual əsaslı və çətin suallara cavab verməlidirlər.
  • Fizika sualları adətən kritik idi və abituriyentlər bunu etməli idilər ağır hesablamalar.

NEET 2019 Kimya Kağız Təhlili

  • Kimya bölməsi idi orta dərəcədə mürəkkəbdir. Beləliklə, abituriyentlər NCERT dərsliyindən birbaşa suallar aldılar.
  • Bu idi bal bölməsi NEET 2019 imtahanında.
  • Ekspertin dərin NEET təhlilinə görə, NEET 2019 kimyası idi nisbətən asandır əvvəlki illərə nisbətən.

NEET 2019 Biologiya Kağız Təhlili

  • Adətən, Biologiya kimi qəbul edilir ən asan bölmə, lakin keçən il Biologiya bölməsi o qədər də asan deyildi.
  • NEET 2019 Biologiya suallarının trendi oldu vaxt aparan və təsviri.
  • NEET 2019 biologiya bölməsinin yüksək çəkili fəsilləri İnsan Rifahında və Hüceyrədəki Mikroblardan idi. Bunlar müvafiq olaraq Botanika və Zoologiya fəsilləridir.
  • Biologiya bölməsində yüksək bal toplamaq üçün abituriyentlərdən anlayışları dərindən bilməsi tələb olunur.

NEET 2019 Topic Wise Analysis (Physics & Chemistry)

Topics Asan Orta Çətin % Portion
Fizika
Mexanika 3 4 2 22%
Mayelər 1 0 0 1%
Thermal Physics 1 3 2 15%
SHM & Waves 1 0 0 5%
Electrodynamics 2 3 5 22%
Optics 4 2 1 12%
Modern & Electronics 4 2 1 16%
kimya
Inorganic 4 5 3 50%
Fiziki 5 3 2 30%
Üzvi 7 5 1 35%

NEET 2019 Topic Wise Analysis (Biology)

Botanika

Topics Asan Orta Çətin Ümumi
Plant Diversity 2 5 1 8
Ekologiya 3 8 0 11
Cell Biology and Cell division 1 4 0 5
Plant Morphology 2 0 0 2
Biomolecule 0 1 0 1
Bitki fiziologiyası 3 3 1 7
Bitki çoxalması 3 2 0 5
Genetics & Biotechnology 9 7 0 16
Bitki anatomiyası 3 1 0 4
Ümumi 26 31 2 59

Zoologiya

Topics Asan Orta Çətin Ümumi
Heyvan müxtəlifliyi 2 2 0 4
Structural Organisation in Animal 1 0 0 1
İnsan fiziologiyası 8 6 1 15
Human Reproduction and Reproductive health 3 0 2 5
Origin and Evolution 3 0 0 3
Human Health and Diseases 2 0 1 3
Ümumi 19 8 4 31

NEET 2019 Paper Analysis by Allen Kota

According to Allen Kota’s experts, NEET 2019 paper ranked moderate to easy paper. Physics and Chemistry were easy according to Allen Kota analysis whereas the Biology paper of NEET 2019 UG exam, was somewhat lengthy. Below given table represents subject-wise difficulty level analysis by Allen Kota:

Mövzu No. of Easy Questions No. of Medium Questions No. of Difficult Questions
Fizika 21 21 3
kimya 27 13 5
Botanika 32 17 1
Zoologiya 24 11 5

NEET 2019 Paper Analysis by Resonance

As per analysis by Resonance, the difficulty of Physics in NEET 2019 was higher than Chemistry and Biology. Among the total 45 multiple choice questions in Physics, 9 were difficult and tricky whereas Chemistry had only one very difficult question. The Biology section had a total of 17 difficult questions out of 90 multiple choice questions.

Overall NEET 2019 was found to be quite easier as compared to NEET 2018.The subject matter experts of Resonance said that questions from all subjects were found to be easier than the exam conducted in the last three years, therefore the cutoff should increase and is expected to be around 565 to 570.


Laws of Thermodynamics in Bioenergetics (With Diagram)

Thermodynamics is the study of energy changes, that is, the conversion of energy from one form into an­other. Such changes obey the first two laws of thermo­dynamics.

The First Law of Thermodynamics:

The first law is concerned with the conversion of en­ergy within a “system,” where a system is defined as a body (e.g., a cell or an organism) and its surround­ings.

This law, which applies to both biological and non-biological systems, states the following: Energy cannot be created or destroyed but can be converted from one form into another: during such a conversion, the total amount of the energy of the system remains constant.

This law applies to all levels of organization in the liv­ing world it applies to organisms, cells, organelles, and to the individual chemical reactions that char­acterize metabolism. In practice, it is difficult to measure the energy possessed by cells (i.e., to limit the “system” to an individual cell), because energy may escape into the environment surrounding the cell during the measurement.

Similarly, energy may be ac­quired by the cell from its environment for example, a photosynthesizing cell absorbs energy from its envi­ronment in the form of light. A cell’s acquisition of en­ergy from its environment (or its loss to the environment) should not be confused with the destruc­tion or creation of energy, which according to the first law of thermodynamics does not occur.

From a biological viewpoint, the first law of thermo­dynamics indicates that at any given moment a cell possesses a specific quantity of energy.

This energy takes several forms it includes:

(1) Potential energy (e.g., the energy of the bonds that link atoms together in a molecule or the pressure-volume relationships within the cell as a whole or within membrane- enclosed intracellular components)

(2) Electrical en­ergy (e.g., the distribution of different amounts of electrical charge across cellular membranes) and

(3) Thermal energy (e.g., the temperature-dependent constant and random motions of molecules and at­oms).

According to the first law, these forms of energy may be inter-converted for example, some of the cell’s potential energy can be converted into electrical or thermal energy, but the cell cannot create or destroy energy. When a cell breaks down a polysaccharide to ultimately form CO2 və H2O, some of the potential energy present in the carbohydrate is conserved as potential energy by phosphorylating ADP, thereby forming ATP.

The ATP so produced represents a new energy source (and also one that is of greater immedi­ate utility for the cell). However, not all of the energy of the original carbohydrate is conserved as potential energy some of it becomes thermal energy and is transferred to the surroundings as heat. It is impor­tant to recognize that none of the energy is destroyed and it should be possible to account for all of the en­ergy originally present in the polysaccharide in other forms within the system (i.e., in the ATP that is pro­duced and in the heat that is released).

Termodinamikanın ikinci qanunu:

The first law of thermodynamics tells us that the total energy of an isolated system consisting of a cell (or or­ganism) and its surroundings is the same before and after a series of events or chemical reactions has taken place. What the first law does not tell us is the direction in which the reactions proceed.

This prob­lem can be illustrated using a simple example. Sup­pose we place a small cube of ice in a liter of hot water, seal the combination in an insulated container (e.g., a vacuum bottle), and allow the system (i.e., the ice and the water) to reach an equilibrium.

In such a system, we would not be surprised to find that the ice melts and that this is accompanied by a decrease in the tem­perature of the water. When we later examine the sys­tem, we find that we are left only with water (no ice) and that the water is at a reduced temperature.

The flow of heat, which is thermal energy, from the hot wa­ter to thrice thereby causing the ice to melt is sponta­neous and the energy that is “lost” by the water is “gained” by the melting ice so that the total energy of the system remains the same.

We certainly would not expect ice to form spontaneously in a sealed system that contains warm water, even though such an eventu­ality is not prohibited by the first law. Consequently, the important lessons to be learned from this illustra­tion are that energy changes have direction and may be spontaneous.

To anticipate the spontaneity of a reaction and pre­dict its direction, one must take into account a func­tion called entropy. Entropy is a measure of the de­gree of randomness or disorder of a system, the entropy increasing with increasing disorder. Accord­ingly, the second law of thermodynamics states: In all processes involving energy changes within a system, the entropy of the system increases until an equilibrium is attained.

In the illustration that was presented above, the highly ordered distribution of energy (i.e., large amounts of energy in the hot water and smaller amounts of energy in the ice) was lost as the ice melted to form water. In the resulting warm water, the energy was more randomly and uniformly distrib­uted among the water molecules.

The units of entropy are J/mole (or cal/mole), indi­cating that entropy is measured in terms of the amount of substance present. When equal numbers of moles of a solid, liquid, and gas are compared at the same temperature, the solid has less entropy than the liquid and the liquid has less entropy than the gas (the gaseous state is the state of greatest disorder).

En­tropy can be thought of as the energy of a system that is of no value for performing work (i.e., it is not “use­ful” energy). For example, the catabolism of sucrose or other sugars by a cell is accompanied by the forma­tion of energy-rich ATP.

Although superficially it may appear as though useful energy has increased in the form of the ATP gained by the cell, the total amount of useful energy has actually decreased and the amount of unavailable energy increased. It is true that some of the potential energy of the sugar has been converted to potential energy in the form of ATP, but some has also been converted to thermal energy, which tends to raise the temperature of the cell and therefore its en­tropy.

Suggestions that cells can decrease entropy by carrying out photosynthesis are misleading. Although it is true that during photosynthesis cells convert mol­ecules with very little potential energy (CO2 və H2O) into larger molecules with considerably more poten­tial energy (sugars) and that there is an accompanying decrease in the entropy of the cell, energy in the form of light was absorbed from the cell’s environment.

Be­cause the light energy consumed during photosynthe­sis is a part of the whole system (i.e., the cell and its surroundings), it is clear that there has actually been an overall decrease in useful energy and an increase in entropy (see Fig. 9-4).

The entropy change during a reaction may be quite small. For example, when sucrose undergoes hydroly­sis to form the sugars glucose and fructose, much of the potential energy of the original sucrose is present in the resulting glucose and fructose molecules. Changes in entropy are extremely difficult to calcu­late, but the difficulty can be circumvented by employ­ing two other thermodynamic functions: enthalpy or heat content (denoted H) and free energy (denoted G).

The change in a system’s enthalpy (∆H) is a measure of the total change in energy that has taken place, whereas the change in free energy (∆G) is the change in the amount of energy available to do work. Changes in entropy (∆S), enthalpy, and free energy are related by the equation in which T is the absolute temperature of the system.

The change in free energy can also be defined as the total amount of free energy in the products of a reac­tion minus the total amount of free energy in the reactants, that is,

∆G = G (products) – G(reactants) …(9-2)

A reaction that has a negative ∆G value (i.e., the sum of the free energy of the products is less than that of the reactants) will occur spontaneously, a reaction for which the ∆G is zero is at equilibrium and a reaction that has a positive AG value will not occur spontane­ously and proceeds only when energy is supplied from some outside source.

The hydrolysis of sucrose

Sucrose + H2O → glucose + fructose

has a negative AG value, and therefore when sucrose is added to water, there is the spontaneous conversion of some of the sucrose molecules to glucose and fruc­tose. However, the reverse reaction

glucose + fructose →sucrose + H2O

has an equal but positive ∆G value and therefore does not occur without an input of energy. Hence, special attention must be paid to the direction in which the reaction is written (i.e., the direction of the arrow) and the sign of the ∆G value. If 5 moles of sucrose are mixed with water, the formation of glucose and fruc­tose will take place spontaneously and the ∆G may be determined this value is, of course, greater than if 4 or 2 miles of sucrose are used.

Thus, ∆G values are dependent on the amounts and concentrations of reac­tants and products. More uniform standards of refer­ence that have been established by convention are the standard free energy changes, ∆G 0 and ∆G 0 ‘ values. ∆G 0 represents the change in free energy that takes place when the reactants and products are maintained at 1.0 molar concentrations (strictly speaking, 1.0 molar) during the course of the reaction and the reaction proceeds under standard conditions of temperature (25°C) and pressure (1 atmosphere) and at pH 0.0.

The ∆G 0 ‘ value is a much more practical term for use with biological systems in which reactions take place in an aqueous environment and at a pH that usually is either equal or close to 7.0. The ∆G 0 ‘ value is defined as the standard free energy change that takes place at pH 7.0 when the reactants and products are main­tained at 1.0 molar concentration (Table 9-2).

The changes in standard free energy are indepen­dent of the route that leads from the initial reactants to the final products. For example, glucose can be con­verted to carbon dioxide and water either by combus­tion in the presence of oxygen or through the actions of cellular enzymes.

Changes in standard free energy are the same, regardless of the method that is used thus, the value of the standard free energy change provides no information about the reaction sequence by which the change has taken place. By the same to­ken, the values obtained for changes in standard free energy tell us nothing about the rate at which the changes have taken place.

The ∆G 0 ‘ can be calculated from the equilibrium constant, K’ek, of a reaction using the relationship

Where R is the gas constant (8.314 J/mole/degree), T is the absolute temperature (in degrees Kelvin), -and K’ek is the equilibrium constant. Table 9-3 lists a num­ber of ∆G 0 ‘ values for common reactions.

The equilibrium constant is defined as

Where [A] and [J3] are the concentrations of the reac­tants and [C] and [D] are the concentrations of the products. If the equilibrium constant is 1.0, then the ∆G 0 ‘ value equals zero. If the equilibrium constant is greater than 1.0, then the ∆G 0 ‘ value is negative (e.g., -11.41 kJ/mole for a K’ek value of 100), and the reac­tion is said to be exergonic (i.e., “energy releasing”) because it proceeds spontaneously in the direction written when starting with unimolar concentrations of reactants and products.

When the K’ek value is less than 1.0, the ∆G 0 ‘ value is positive (e.g., 5.71 kJ/mole for a K’ek of 0.1), and the reaction is said to be endergonic (i.e., “energy consuming”) because it does not proceed spontaneously in the direction written when starting with unimolar concentrations of reactants and products.

Calculations of AG 0 ‘ values are usually based on ex­perimental measurements of isolated reactions, that is, with reactions that take place independently of other reactions and that are not associated with cells. ∆G 0 and ∆G 0 ‘ values do not provide information about the free energy changes of reactions as they might take place in cells or under conditions in which the concentrations of reactants and prod acts, pH, etc., may change. This may be dramatically illustrated by considering the following example. At pH 7.0 and 25°C, the equilibrium constant for the reaction dihydroxyacetone phosphate → glyceraldehyde-3-phosphate is 0.0475. Therefore, using equation 9-3,

= – 2.303 (8.314 J/mole/degree) (298) log10 (0.0475)

The positive value indicates that this reaction does not proceed spontaneously in the direction written. How­ever, in cells, this reaction is but one of a series of re­actions in a metabolic pathway called glycolysis. Other reactions of glycolysis that occur prior to this one and that have negative ∆G 0 ‘ values produce additional substrate (i.e., dihydroxyacetone phosphate) and reactions with negative ∆G 0 ‘ values that occur after this step remove the product glyceraldehyde-3-phosphate.

As a result, the reaction proceeds in the direction written under the conditions specified above, even though the ∆G 0 ‘ value is positive. This example illustrates the important point that the ∆G 0 ‘ value for a specific biological reaction cannot be used to predict reliably whether or not that particular reaction is actually taking place within the cell.


Bu əşyanı alan müştərilər də alıblar

Baxış-icmal

&ldquoThe second law of thermodynamics may be the most poorly understood and taught of all of our laws. This bold book meets this admirable challenge, explaining thermodynamics to a popular audience.&rdquo&mdashJohn Wettlaufer, Yale University

&ldquoThis concise and lucid book pays tribute to the utility and majesty of thermodynamics, evolved from puffs of steam to rank among the mightiest of the sciences.&rdquo&mdashDudley Herschbach, Nobel Laureate in Chemistry, 1986

&ldquoThe author draws on his mastery of thermodynamics to produce a valuable contribution that is entertaining, informative, and eminently readable.&rdquo&mdashDavid J. Wales FRS, University of Cambridge

&ldquoThis is a fascinating, thoughtful, and carefully constructed journey through the concepts, development, and significance of a fundamental part of science, its interdependence on technological development, and science&rsquos continuing evolution.&rdquo&mdashIlan Chabay, Institute for Advanced Sustainability Studies

&ldquoWhether you&rsquore new to this fundamental science or a seasoned pro, this terrific book makes thermodynamics come alive.&rdquo&mdashHarry Gray, California Institute of Technology


Theoretical Foundations of Molecular Magnetism

2.2.2 Heat capacities

In classical thermodynamics dealing with the volume work, two types of heat capacity are distinguished: CVCsəh. The specific heat cV [J g − 1 K − 1 ] and the molar heat capacity CV [J mol − 1 K − 1 ] are interrelated through

harada Mr is the molar mass.

The difference between CVCsəh for solids is

Making use of the relationship among state variables səh = səh(V, T) in the differential form

at constant pressure, dp = 0, and thus we get

Then the difference between the molar heat capacities becomes

harada Vm is the molar volume. The isothermal compressibility, measured at constant temperature, is introduced through the formula

coefficient of volumetric expansion edir

For isotropic solids, β is related to the coefficient of linear thermal expansion α tərəfindən

harada l is the dimension of a cube of the solid. The mechanical stability of a solid requires KT > 0 and consequently CsəhCV. Although data on linear thermal expansion are available for many solids over a broad interval of temperature, experimental values of compressibility are often known around room temperature only.

By introducing the adiabatic compressibility measured at constant entropy

one can derive an expression

In thermodynamics dealing with the magnetic work the following types of heat capacity are defined

It is of interest to express CHCMCH/CM in terms of observables (Η, Μ, T). Making use of expressions for entropy

and taking into account the relationships listed in Table 2.3 , we get

This equation can be rewritten as

and compared with the identity

The same coefficients of dM require the validity of

The boundary between observables allows us to eliminate

and finally we arrive at the formula

The second expression for entropy can also be written in the form of

and compared with the identity

yielding the same coefficient at dH, i.e.

The first expression for entropy can be rearranged as

and again compared with the identity

giving the same coefficient at dM, viz.

The ratio of the magnetic heat capacities stands

Now we introduce the isothermal susceptibility (measured at constant temperature)

adiabatic susceptibility (measured at constant entropy)

The ratio of the magnetic heat capacities is just the ratio of the magnetic susceptibilities

Important relationships among heat capacities are collected in Table 2.4 . It is worth noting that the relations between heat capacities and compressibilities in classical thermodynamics have an analogy in the relations between magnetic heat capacities and magnetic susceptibilities.

Cədvəl 2.4. Relationships for heat capacities

Function a Heat capacityİfadə
(a) Volume work
U(S,V) C V = ∂ U ∂ T V C V = N A ∂ ∂ T k T 2 ∂ ln Z ∂ T V V
E(S, səh) C p = ∂ E ∂ T p C p = N A ∂ ∂ T k T 2 ∂ ln Z ∂ T V + k T ∂ ln Z ∂ ln Z T p
CsəhCV T ∂ p ∂ T V ∂ V ∂ T p = − T ∂ p ∂ V T ∂ V ∂ T p 2
Csəh/CV ∂ V ∂ p T / ∂ V ∂ p S = K T / K S
S(T, V) d S = C V T d T + ∂ p ∂ T V d V
S(T, səh) d S = C p T d T − ∂ p ∂ T p d p
(b) Magnetic work
U(S, M) C M = ∂ U ∂ T M C M = N A ∂ ∂ T k T 2 ∂ ln Z ∂ T M M
E(S, H) C H = ∂ E ∂ T H C H = N A ∂ ∂ T k T 2 ∂ ln Z ∂ T M + k T ∂ ln Z ∂ ln M T H
CHCM − μ 0 T ∂ H ∂ T M ∂ M ∂ T H = μ 0 T ∂ H ∂ M T ∂ M ∂ T H 2
CH/CM ∂ M ∂ H T / ∂ M ∂ H S = χ T / χ S
S(T, M) d S = C M T d T − μ 0 ∂ H ∂ T M d M
S(T, H) d S = C H T d T + μ 0 ∂ M ∂ T H d H

Biologiya və Tibbdə Fizika

Physics in Biology and Medicine, Fourth Edition, covers topics in physics as they apply to the life sciences, specifically medicine, physiology, nursing and other applied health fields. This is a concise introductory paperback that provides practical techniques for applying knowledge of physics to the study of living systems and presents material in a straightforward manner requiring very little background in physics or biology. Applicable courses are Biophysics and Applied Physics.

This new edition discusses biological systems that can be analyzed quantitatively, and how advances in the life sciences have been aided by the knowledge of physical or engineering analysis techniques. The volume is organized into 18 chapters encompassing thermodynamics, electricity, optics, sound, solid mechanics, fluid mechanics, and atomic and nuclear physics. Each chapter provides a brief review of the background physics before focusing on the applications of physics to biology and medicine. Topics range from the role of diffusion in the functioning of cells to the effect of surface tension on the growth of plants in soil and the conduction of impulses along the nervous system. Each section contains problems that explore and expand some of the concepts. The text includes many figures, examples and illustrative problems and appendices which provide convenient access to the most important concepts of mechanics, electricity, and optics in the body.

Physics in Biology and Medicine will be a valuable resource for students and professors of physics, biology, and medicine, as well as for applied health workers.


Babies with very low or very high birth weight are less likely to survive. The graph shows the percentage of babies bom at different weights. % Babies Born at Different Weights - Babies Born in that Kateqoriya 53.5 lb I56-06 10.0 10.5 1b 4.0-4.5 5.0-5.5 lb 6.0-6.5 in 7.0-7.5 lb Which statement is a valid claim that could be made using the data in the graph? Directional selection is occurring because the graph favors an extreme. Mark this and return Save and Exit Next Submit

Stabilizing selection is occurring because the average is favored.

There are different types of natural selection: sexual selection, stabilizing selection, directional selection, frequency-dependent selection, and disruptive selection.

Balancing selection, also called Stabilizing selection, eliminates individual with extreme traits and favors individual that exhibit medium-range characteristics, that gets to survive.

In the exposed example, babies with very low or very high birth weight have fewer possibilities to survive. Stabilizing selection eliminates individuals with extreme weight and favors individuals that exhibit medium weight, which are the ones that get to survive.

The information provided clearly shows that the babies with average weights form a stable selection, the average is favoured.

Stabilizing selection is occurring because the average is favored.

Concluding Part of the question

A graph entitled Percentage of Babies born at Different Weights has weight in pounds on the horizontal axis, and percentage on the vertical axis. A small percentage of babies are born at the low and higher birth weights, and a greater amount are around 7 to 8 pounds.

Which statement is a valid claim that could be made using the data in the graph?

A) Directional selection is occurring because the graph favors an extreme.

B) Disruptive selection is occurring because the two extremes are favored.

C) Stabilizing selection is occurring because the average is favored.

D) Biodiversity variation is occurring because there is an increase in trait variation.

Stabilizing selection represents a form of natural selection where the intermediate variants of a trait, that is the non-extreme trait values are the ones that ensure the survival and subsequent formation of stable population of the species with this average traits.

In this question, it is given through the data from the graph that babies with very low or very high weights are less likely to survive.

And it is logical as very low weight babies are most likely to be very weak, fragile and susceptible to being on the wrong side of natural selection and very high weight babies have all sorts of overweight issues plus the fact that they have to literally be squeezed out of the womb through a very narrow canal, really pushing their oversight bodies to its limits very early making them also susceptible to being on the wrong side of natural selection.

The average weight babies on the other hand do not experience any of the issues discussed in the last paragraph, they are usually healthy and thus have a high survival rate. So, it is evident to see that the population of babies stabilizes based on a particular non-extreme trait value (baby weight) through stabilizing selection.


Maximum entropy production principle in physics, chemistry and biology

The tendency of the entropy to a maximum as an isolated system is relaxed to the equilibrium (the second law of thermodynamics) has been known since the mid-19th century. However, independent theoretical and applied studies, which suggested the maximization of the entropy production during nonequilibrium processes (the so-called maximum entropy production principle, MEPP), appeared in the 20th century. Publications on this topic were fragmented and different research teams, which were concerned with this principle, were unaware of studies performed by other scientists. As a result, the recognition and the use of MEPP by a wider circle of researchers were considerably delayed. The objectives of the present review consist in summation and analysis of studies dealing with MEPP. The first part of the review is concerned with the thermodynamic and statistical basis of the principle (including the relationship of MEPP with the second law of thermodynamics and Prigogine's principle). Various existing applications of the principle to analysis of nonequilibrium systems will be discussed in the second part.


Videoya baxın: Portativ mobil mini kondisioner necə hazırlanır? Çadır Kondisioner (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Pol

    çox rahat! məsləhət vermək

  2. Xerxes

    I advise you to look at the website where there are many articles on this matter.

  3. Arlin

    Üzr istəyirəm, amma səhv etdiyinizi düşünürəm. PM-də mənə e-poçt göndərin, danışacağıq.

  4. Yosida

    İstirahətimizə nəzər salaq

  5. Claude

    Siz bunu görə bilərsiniz!

  6. Maujora

    Has come on a forum and has seen this theme. Allow to help you?



Mesaj yazmaq