Свободная энергия и биологическое окисление. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Свободная энергия и биологическое окисление.



Движение и перемещение в пространстве живого микроскопического, как бактерия, или макроскопического, как спортсмен, объекта, как и внутренние, невидимые невооруженному глазу, биохимические процессы, требуют затрат энергии (как любая работа). Необходимую для совершения работы энергию все живые биологические объекты получают с пищей, извлекая часть ее из химических связей молекул (пищи, конечно). Однако на полезную (понимай – созидательную) работу может быть затрачена не вся, а только свободная энергия (G) системы (например, молекулярной) при постоянной температуре и давлении. Обладание (кроме «занятой») некоторой долей свободной энергии – неотъемлемое (да и необходимое) свойство живой материи. Физикой живые биологические объекты рассматриваются как открытые, неравновесные системы, причем далекие от термодинамического равновесия, означающего для них – «смерть». В этом смысле человеческий спорт – способ быть подальше от «смертельного равновесия».

В биохимии, условимся, под свободной энергией системы понимать способность совершать полезную работу, такую, которая может быть затрачена на созидание – образование чего-то нового, более сложного и упорядоченного (на креатив, как теперь выражаются продвинутые).

На нашей планете главный источник свободной и доступной для использования живыми организмами энергии – Солнце – ближайшая звезда. В результате протекающих на Солнце ядерных реакций (вспоминайте, про синтез атомов гелия) огромное количество энергии в виде электромагнитного излучения (γ-лучей и ультрафиолета, видимого и инфракрасного – теплового, миллиметрового и далее) и элементарных частиц ежесекундно выбрасывается в окружающее пространство (и Земле достается лишь малая толика от него). Фотосинтезирующие системы растений ступенчато – порциями поглощают кинетическую энергию электронов, превращая ее в потенциальную энергию химических связей органических молекул – углеводов Фактически, растения накапливают и удерживают электромагнитную энергию Солнца, а вся зеленая (и не зеленая), наземная (и подземная) растительная биомасса Земли это огромный «аккумулятор», рис. 2. К примеру, картофель накапливает энергию «про запас», конечно, себе, а не нам, поэтому заполняет клубни крахмалом, а не мышечным гликогеном («спортивно» устрашающего культуриста).

Рис. 2. Солнце – первичный источник энергии живых организмов, в том

числе, спортсменов.

Окисляя («сжигая») органические вещества растений (крахмал и другие) многие живые организмы на Земле (из них и колорадские жуки, и животные, и люди) «пристрастились» использовать выделяющуюся энергию, не позволяя ей полностью (и попусту) рассеяться. (Таким образом, энергию, заработанную, между прочим, упорным трудом фотосинтезирующих систем картофельной ботвы, так называемые высшие фактически отбирают у растений, заодно приобретая массу биологического строительного вещества, да еще безвозмездно. А может и «возмездно», если вспомнить про культурное земледелие).

Окисление веществ в природе (вне живого) в ходе химических реакций (коррозия железной конструкции на воздухе, «прение» осенних листьев, горение пропан-бутановой смеси в газовой горелке или пожар, «упаси …») – это свободное окисление (с участием кислорода). Оно сопровождается выделением тепла в окружающую среду,

При свободном окислении, подчиняющемся законам термодинамики (и химии) величина свободной энергии –ΔG, которая могла бы быть потрачена на совершение полезной работы, «теряется». (А вот дома, чтобы эта –ΔG не «терялась», Вы используете систему – газовую горелку, и часть выделяющегося тепла направляете другой системе – чайнику).

Процесс окисления в биологической системебиологическое окисление, подчиняется тем же законам природы, что и свободное. Оно протекает на клеточном уровне и при участии ферментативных систем. И это окисление уже «не свободное», а «целевое» – жизнеобеспечивающее. Процесс биологического окисления в живых организмах «запрограммирован» генетически и постоянно контролируется самой биологической системой (во времени и в пространстве). По сути, он является процессом обратным фотосинтезу (поэтому пока растения растут, животные жуют).

Требования живого к биологическому окислению понятны: минимум затрат и потерь, удовлетворительный выход энергии, хороший КПД (чем больше, тем лучше), возможность контролировать процесс тепловыделения (тут «гореть» на работе ни к чему). Живым организмам энергия нужна для осуществления множества самых разнообразных процессов. На микроуровне энергообеспечение необходимо для биохимических реакций синтеза, процессов ионного переноса, создания потенциалов. На макро уровне без затрат энергии невозможны движение (вращение жгутиков, взмах крыльев или плавников, перестановка ног и бег), труд, творчество, спорт, и, в целом, разумное поведение (последнее одними только затратами энергии не определяется).



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-20; просмотров: 425; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.211.243.190 (0.004 с.)