Cu toate acestea, vorbind despre rolul entropiei ca măsură a posibilității procesului, trebuie remarcat faptul că "înțelepciunea sistemelor vii" se manifestă aici. metabolismul energetic la ei organizate, astfel încât acestea să poată obține criteriul entropiei termodinamice și apar nu numai posibil, dar, de asemenea, imposibil din punct de vedere termodinamic al reacției. Toate acestea sunt reacții în care entropia scade, iar creșterea energiei libere - biosinteza diferitelor substanțe, activitatea sistemelor de transport active etc. Cum reușești să faci acest lucru obiectelor biologice? Acest lucru este posibil datorită mecanismului așa-numitei conjugări a energiei. Esența acestei împerechere este posibil din punct de vedere al reacției criteriul entropiei însoțită de reacția termodinamic imposibilă și furnizează energie (fig. 3) pentru ea. Două condiții sunt necesare pentru punerea în aplicare a cuplajului de energie: 1) energia liberă dată de reacția este termodinamic posibilă, trebuie să depășească energia consumată de reacția este termodinamic imposibilă, adică, trebuie să existe un exces de energie, luând în considerare pierderile potențiale în timpul transmiterii; 2) ambele reacții conjugate ar trebui să aibă o componentă comună. Astfel de componente în sistemele biologice pot fi fosfatul, gradientul electrochimic al protonilor etc.
Cuplarea energiei în biosisteme este o invenție extraordinară a naturii. Acesta este, de obicei, efectuat cu participarea elementelor structurale ale celulei. Exemplul cel mai frapant al unei astfel de conjugări sunt procesele de fosforilare oxidativă și fotosintetică, prin participarea membranelor mitocondriale și fotosintetice corespunzătoare. Este cunoscut faptul că în timpul acestor procese datorate pentru lanțul de transfer de electroni respirator sau fotosintetice de energie sinteza moleculelor ATP bogate în energie (ADP fosforilare) utilizat pentru a face o gamă largă de muncă.
Entropia ca măsură a ordinii sistemului. Am spus deja că entropia reflectă acea parte a energiei sistemului care a degradat, adică este dispersată uniform sub formă de căldură. Astfel, cu cât ordinea în sistem este mai mică, cu atât sunt mai mici gradientele de energie, cu atât entropia este mai mare.
conexiune în special în mod clar entropia cu sistem de comandă este prezentat în formula Planck-Boltzmann, care face legătura cu entropia termodinamică probabilitate:
unde S - entropia, k - constanta Boltzmann egal cu 1,38 '10 - 23 J "K-1, sau 3,31" entropie 10- 24 unități (1 unitate este egală cu 1 entropică cal „deg-1) și W - probabilitatea termodinamică, adică numărul de moduri în care se realizează această stare. Este întotdeauna mai mult decât unul. În formă generală, acesta este egal cu:
unde (în cazul moleculelor), N este numărul total de molecule și Ni este numărul de molecule din volumul fazei i.
Să presupunem că avem un sistem format din trei compartimente. Există nouă molecule în sistem. O mizerie completă într-un astfel de sistem va fi atunci când moleculele sunt distribuite uniform, adică în fiecare compartiment vor exista trei molecule (Figura 4). Probabilitatea termodinamică a unui astfel de sistem este:
O ordine completă în sistem este observată atunci când toate cele nouă molecule se găsesc într-unul din cele trei compartimente (Figura 4). Probabilitatea termodinamică a unui astfel de sistem va fi
Astfel, ordinea mai mare în sistem, cu atât mai puțin probabilitatea termodinamică, și, prin urmare, entropia mai mică (a se vedea Ec. Planck-Boltzmann).
În ce măsură entropia ca măsură de ordine este aplicabilă biosistemelor. Răspunsul la această întrebare este într-o anumită măsură dat de LA. Blumenfeld [3], care a calculat cât de mult se schimbă entropia atunci când un corp uman este format din elementele care îl compun (monomeri, polimeri, celule). Sa dovedit că ordonarea corpului uman poate fi estimată la aproximativ 300 de unități entropice. E ceva mai mult sau mai puțin? Pentru a răspunde la această întrebare, este suficient să spunem că entropia unui pahar de apă se schimbă atât de mult în timpul evaporării. Care este motivul unui astfel de paradox? Faptul este că entropia estimează doar aspectul fizic, energetic al ordinii. Nu afectează deloc aspectul său calitativ. Unicitatea structurii biologice nu este cât de mult energia pe care o conține și modul în care sa schimbat entropia de formare, și că această structură are caracteristicile de calitate care îi permit să îndeplinească funcții biologice foarte specifice. Din păcate, acest lucru nu interesează deloc entropia. Astfel, utilizarea entropiei ca măsură a ordinii în aplicarea la biosisteme nu are sens.
În MV Wolkenstein în cartea sa "Entropia și informația" [2] este o astfel de linie:
Energia - regina lumii,
Dar umbra neagră din spatele ei
Echitând noaptea și ziua,
Toate distrugând prețul,
Totul se transformă într-un întuneric fumător
La urma urmei, entropia este invariabil
A fost reprezentată doar așa.
Dar acum se înțelege că umbrele
Nu va fi, nu a fost și nu,
Cum rămâne cu schimbarea generațiilor stelare
Numai entropia este viața și lumina.
Nu vrem să intrăm într-o dispută despre ceea ce este mai important - energie sau entropie. Vom considera sarcina îndeplinită dacă cititorul are o idee despre importanța unei astfel de funcții termodinamice interesante ca entropia și rolul pe care îl joacă în biosisteme.
1. Rubin A.B. Termodinamica proceselor biologice. M. Izd-vo MGU, 1984. 283 p.
2. M.Volkenstein. Entropie și informații. M. Nauka, 1986. 192 p.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: