Biofizika faniga muqaddima

Biologik jarayonlar termodinamikasi
Termodinamik jarayon haqida umumiy tushuncha
Termodinamikaning qisqacha tarixi Termodinamika bilan bog'liq ba'zi bir asosli ishlar 1600 yillarning boshlarida ishlab chiqilgan . Robert Boyl tomonidan ishlab chiqilgan Boyl qonuni bosim va hajm o'rtasidagi munosabatni aniqladi , natijada Charlz qonuni va Gay - Lyussak qonuni bilan birlashganda ideal gaz qonuni paydo bo'ldi . 1798 yilga kelib issiqlik Rumford issiqlik energiyasi haqida malumotlar keltirib o'tgan . 1800 - yilga kelib termodinamik jarayonda qaytarilish g'oyasini ishlab chiqishda juda ko'p ishlarni amalga oshirdi . Keyinchalik Rudolf Klauziy termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlarini shakllantird.
Termodinamika fizikaning - bu issiqlik energiyasining uzatilishi tufayli fizik tizimlarda mavjud bo'lgan narsalarni o'rganadigan bir bo'limi . Uning rivojlanishida Rudolf va Jeyms Klerk kabi fiziklarni ishlarini keltirish mumkin . "Termodinamika`` so'zi yunoncha termos- issiqlik degan ma'noni anglatadi va dinamikos - kuchli degan ma'noni anglatadi , bu harakatdagi issiqlik energiyasini o'rganadi .
Termodinamik jarayonlar va tizimlar . Organizmda moddalar almashinuvi energiyaning bir turdan ikkinchi turga o'tish jarayonlari bilan birga davom etadi . Energiya va moddalar almashinuvi hayot faoliyatining asosida yotgan yagona jarayondir . Tirik organizm oziq moddalarning kimyoviy energiyasini sarflaydi va energiyaning shu turini organizm tomonidan bajariladigan barcha ish jarayonlari energiyasiga aylantirib ortiqcha miqdordagi issiqlikni tashqariga chiqaradi . Termodinamik tizimlar izolyasiyalangan , yopiq va ochiq tizimlarga bo'linadi . Izolyasiyalangan tizimlar shunday tizimlarki , ular tashqi muhit bilan modda ham energiya ham almashmaydi . Ularda massa va energiya o'zgarmay qoladi . Yopiq tizimlar tashqi muhit bilan faqat energiya almashinib turadigan tizimlardir . Bunday tizimlarning massasi doimiy bo'ladi - yu , lekin energiyasi o'zgarib turishi mumkin . Atrofdagi muhit harorati ko'tarilganda atrofdan issiqlik oladigan muhit harorati pasayganda esa issiqlik chiqaradigan har qanday jismni yopiq tizim deb qarash mumkin , yopiq tizim unga tashqi muhitdan o'tgan energiya hisobiga yoki o'zining ichki energiyasi hisobiga ish bajaradi . Ochiq tizimlar boshqa tizimlar bilan modda ham , energiya ham almashina oladigan tizimlardir , ya'ni bunday tizimlarda massa ham energiya ham o'zgarib turadi . Tirik organizmlar ochiq termodinamik tizimlar jumlasiga kiradi , chunki ularning o'ziga xos xususiyati atrofdagi muhit bilan modda va energiya almashinib turadi . Biroq tirik organizmlarni faqat ochiq tizimlar deb qarash uncha to'g'ri emas , chunki ular ayrim asosiy belgilari bilan boshqa ochiq tizimlardan farq qiladi
Termodinamikaning birinchi qonuni
Termodinamikaning 1- qonuniga binoan, sistema tomonidan tashq muhitdan yutilgan issiqlik Q uning ichki energiyasini ozgartish dU va sistema tomonidan bajariladigan (hajmini ozgartish dV uchun tashqi P - bosimga qarshi bajariladigan ish PdV hamda kimyoviy ozgarishlar bilan kechadigan maksimal foydali (Amax ishdan iborat) umumiy ish A ga sarflanadi: Q = dU + A, bu yerda ish A = pdV + A max yoki: Q = dU + pdV + Amax Bunda, sistemadagi issiqlik miqdoriga mos, yangi holat funksiyasi entalpiya . (H = U + pV) ni kiritish foydali, yani dH = dU + pdV . Aynan mana shu yangi funksiya, termokimyo qonuni (Gess qonuni) asosida yotib, unga binoan, kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti -Q reaksiyaning dastlabki moddadan reaksiya mahsulotigacha bosib otadigan yoli emas, faqat oxirgi va dastlabki holatlar entalpiyalariaro farq bilan bengilanadi. Mazkur qonun yordamida organizmda kechadigan murakkab biokimyoviy reaksiyalarning issiklik effektini, uning bosqichlari haqida tasavvurga egabolmasdan turib, faqat dastlabki va oxirgi mahsulaotlarga doir malumotlar asosida aniq hisoblab topish mumkin. Gess qonuni ovqat mahsulotlarining kaloriyasini hisoblashda ham qo`llaniladi. Termodinamikaning birinchi qonunining tajribada tekshirilishi, maxsus kalorimetrlarda metabolizm jarayonida organizmdan tashqariga chiqariladigan issiqlikni olchash yoli bilan amalga oshirilgan. Malum boldiki, organizm tomonidan bir sutka davomida ajratilgan issiqlik (1859 kkan), uning qabul qilgan ovqat mahsulotlarida mujassamlangan energiyaga (1879 kkan) mos keladi. Shu tarzda isbotlangan 1-qonun organizm bu u yoki bu xildagi energiyaning mustaqil manbai emas degan xulosaga olib keldi.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni
Muvozanatlanuvchi (qaytar) jarayonlarda entropiyaning kichik miqdorda ozgarishi dS - sistema tomonidan yutilgan issiqga Q/T teng, yani dS=0, bolsa, muvozanatnanmagan (qaytmas) jarayonlarda esa undan katta yani dS >- Q/T. Demak, izomerlangan sistemalarda kechadigan qaytar jarayonlarda dQ=0, qaytmas jarayonlarda esa dS>0 bolishi bilan xarakterlangan. Aynan mana shuning ozi izomerlangan sistemalarida entropiyaning maksimal miqdor tomon osa borib, termodinamik muvozanat qaror topishi bilan tamomlanadigan qaytmas jarayonlar evonyusiyasining kriteriysidir. Entropiyaning osishi sistema tartiblanganligining kamayishini bildiradi.
1.Klauzius ta'rifi : issiqlik o'z - o'zidan harorati past jismdan harorati yuqori bo'lgan jismga o'ta olmaydi . 2.Tomson tarifi : ikkinchi tur abadiy divigatel bo'lishi mumkin emas yani bir jismning sovishi hisobiga issiqlikning ishga aylanishi mumkin bo'lgan yagona davriy jarayon bo'lishi mumkin emas .
Entropiyaning ehtimolli xarakteri.
Entropiya sistemaning makroskopik darajadagi betartibligigina emas, molekulyar massasining ham olchovidir. N.Bonsmal har qanday makroskopik holat entropiyasi S, osha holat joriy etilishining ehtimolligi bilan bogliq deb faraz qiladi. Bitta makroholat kop sonni makroholatlar evaziga amalga oshadi. Aynan osha son (w) - termodinamik ehtimollik . deb ataladi. (U matematik ehtimollikdan farqlanib, butun va katta sonlar bilan ifodalanadi) Entropiya bilan termodinamik ehtimollik ortasidagi aloqa formula S=klnw orqali ifodalanib, bu yerda k-Bonsman doimiysi (k=1,3806x10 -23 Dj/K).
Muvozanatga yaqin jarayonlar termodinamikasining bazi parametrlarga bogliqligi. Klassik termodinamikaning vaqt omilini chetlab otadi, chunki vaqt cheksizlikka intiladi. Ammo, tirik organizmda kechadigan barcha jarayonlar tezligi ozaro kuchli darajada farqlanadi. Masalan, diffuziya glikoliz yoki nerv (muskul) qozgalishiga nisbatan sekin kechadi. Ammo ochiq sistemaning stasionar holatida tezlik ozgarmas kattalikga ega boib, vaqt davomida doimiy bolib qoladi. Aynan mana shunday hol stasionar holatdagi sistema xossalarining ozgarmasdan saqlanishi bilan xarakterladigan termodinamik muvozanat bilan oxshashligini tashkil etadi. Izonirlangan sistemaning evolyusiyasi , termodinamik muvozanat tomon yolalib entropiyaning maksimumga,(S ( max), erkin energiyaning esa minimumga ((G0 ( 0) intinishi bilan borib oxirgi natijada bunday hol sistemali inqirozga olib keladi.