химический каталог




Биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

ыдущих главах рассказано, как химическая энергия, вапасенная в клетке в молекулах АТФ, трансформируется в осмотическую и электрическую работу. Теперь мы обратимся к механохимическим процессам, в которых химическая энергия преобразуется в механическую работу.

Жизнь невозможна без механического движения. Клетки и организмы выполняют механическую работу, двигаясь как целое и перемещая свои функциональные части в поле тяготения, преодолевая сопротивление воздушной или жидкой среды и т. д. Механическая работа производится в изотермических и изобарических условиях. Тем самым она совершается не за счет тепловой, а за счет химической энергии.

Конформационные превращения белков означают пространственное перемещение атомов, образующих макромолекулы. Если оно происходит в поле внешних сил, то совершается механическая работа. Ее источником может быть свободная энергия, выделяемая в ходе ферментативной реакции. Можно, следовательно, трактовать конформационное превращение белка как механохи-мический процесс. Однако пока речь идет о ферментативной реакции в растворе, такое толкование не имеет смысла. В любой химической реакции происходит перемещение атомов, но это еще не дает оснований называть реакцию механохимическим процессом.

Говоря о механической работе, мы имеем в виду надмолекулярную, макроскопическую систему. Если молекулы фермента входят в состав такой системы, то при надлежащей ее организации она может осуществлять механическое движение и производить работу за счет свободной энергии ферментативной реакции. Следовательно, рабочие вещества механохимических систем в живых организмах могут быть белками — ферментами. Более того, они должны ими быть. Источник механохимической работы — химическая энергия. Но любые биохимические реакции протекают с непременным участием ферментов. Механохимия живых систем есть ферментативная механохимия.

Механохимический процесс может выполняться циклически работающей машиной, возвращающейся после каждого цикла в исходное состояние. Переходы рабочих веществ от одного химического потенциала к другому с одновременным производством работы происходят в среде, внешней по отношению к машине. Такой машиной может быть, например, полимерное, полиэлектролитное волокно, длина которого изменяется при изменении рН среды.

Общее изменение внутренней энергии системы

dE=TdS — dW + S + ij) & + ... (12.1)

г

Здесь dW—работа, производимая системой, dnf— количество вещества i, введенного из резервуара в систему при химическом потенциале ц.,, г|) de — электрическая работа. Ограничимся термическими, механическими и химическими процессами и отвлечемся от ij) de и последующих членов уравнения. Будем рассматривать однородное волокно длины I, растягиваемое сплои /. Имеем

dE =* Т dS —р dV + / dl + 2 щйщ, (12.2)

г

Интегральная форма этого уравнения

E=~TS-pV + fl + % + \iqnqf (12.3)

г

где щ — число молекул, образующих волокно.

Допустим, что имеется лишь одна реагирующая компонента. Тем самым при постоянных р и Т система имеет две степени свободы, скажем, / и р. Можно изобразить рабочий цикл меха-нохимической машины на плоскости /, I, Каждому значению ii будет отвечать кривая 1(f), которую можно назвать изопотен-циалом (подобно изотерме на плоскости р, V для теплового двигателя). Все точки такой кривой могут быть получены из механического опыта, проводимого при постоянном значении ц.. Наоборот, кривая 1(f) при постоянном значении п подобна адиабате. Такая кривая именуется изофорой. На плоскости ц, п нзо-потенциалы и изофоры представятся прямыми линиями, параллельными осям координат (рис. 12.1). Кривые \i(n) на такой плоскости можно назвать изотоническими при постоянной силе и изометрическими при постоянной длине образца.

Цикл на плоскости /, I изображен на рис. 12.2. Работа представится выражением

W = — (j) / dl = \ р dn + j u. dn — (\1г — р2) Are, (12.4)

сходным с выражением для работы в цикле Карно

W = (j) pdV = (Тг — Т2) AS.

Существенное отличие состоит в том, что механохимическая машина не может быть охарактеризована коэффициентом полезного

действия, подобным

Лтерм = (^1 Т^/Т1у

так как химический потенциал не имеет абсолютного нуля. К. п. д. механохимического процесса можно представить отношением

л?

./IF

'F*2

Л

Рис. 12.1. Мехапохимический цикл па плоскости р, п

работы, полученной в реальном цикле, к работе идеального обратимого цикла

г|' == — ф / DLJ^\IDN. (12.5)

Перейдем к неравновесной термодинамике. Растяжение полимерного механохимического волокна в изобарическом и изотермическом процессах дает изменение свободной энергии

{DG)TTP = JDL-ADL, (12.6)

где $Ф — сродство, | — координата химической реакции. Уравнение (12.6) определяет внутреннюю механохимическую силу и сродство

'=(ЈLr. <12-7>

В равновесном состоянии эти величины равны нулю. Имеем

(Й.-'-(?Г«ЧЙГ«-(*Ь«*(*)1*

DL JL

Ы JL

Здесь значок eq относится к равновесному состоянию; 6J, Ь% — отклонения I и % от равновесных значений. Из написанных соотноше

страница 146
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228

Скачать книгу "Биофизика" (6.44Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
agq3.1a27 руководство
курс на монтажников в ижевске
спасибо за оказанную помощь
медекаментозный аборт цена

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(12.12.2017)