химический каталог




Молекулярная биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

рному состоянию. Всегда можно образовать такие линейные комбинации Vh и Ak, чтобы все Ah были независимы. В этом случае равенство dxa нулю означает, что в стационарном состоянии все v^ = 0. При возмущении стационарного состояния

vk = vf + 6vk = 6vk, Ak = Af + MA.

Вариация продукции энтропии, вызванная флуктуациями сродства, определяется соотношением

ТЬха = 2 vkbAk = 2 bvkbAk > 0, (142)

fe ft

или в общем случае

6xo=2 6Jk6Xk^0. (1,43)

ft

Это — условие стабильности стационарного состояния. Оно выполняется вблизи состояния равновесия в линейном приближении неравновесной термодинамики. В этом случае система, выведенная из стационарного состояния, возвращается к нему без осцилляции.

Рассмотрим в качестве примера простую автокаталитическую реакцию вблизи равновесия

В + С^ 2С.

(1,44) (1,45) (1,46)

(1,47) (1,48)

к

Ее кинетическое уравнение записывается в виде

v = k+ [В] [С] — k~[Cf.

При постоянном [В] имеем

6v = k+ [В] б [С] — 2й_ [С] б [С]

и, так как вблизи равновесия k+[B] ^ &_[С], то

6v = — к- [С] б {С].

Вместе с тем (ср. (1,22)) Следовательно,

6А = - RT6[C]/[C]

и

Тбхо = бЛби = RTU-. (б [С])2 ^ 0, (1,49)

т. е. условие (1,43) выполняется.

Линейная неравновесная термодинамика, развитая Приго-жиным [20] (см. также [22—24]), дает общее объяснение «анти-энтропийности» биологических процессов, раскрывая возможность существования открытой - системы в стационарном, но неравновесном состоянии. .Исследования ряда биофизических явлений, в частности мембранного транспорта, показывают, что соотношения Онзагера (1,29) зачастую в них выполняются [25]. Однако линейная неравновесная термодинамика заведомо неприменима к рассмотрению онтогенеза и филогенеза, к процессам возникновения организованных структур из неорганизованных, к периодическим процессам. Биология требует нелинейной термодинамики. В биологии мы встречаемся с ситуациями, далекими от равновесия, в которых стационарные состояния могут быть неустойчивыми, т. е. условие (1,43) может не соблюдаться.

Неприменимость линейной термодинамики к процессам развития очевидна из элементарных соображений. Вблизи равновесия любой катализатор (фермент) в равной мере ускоряет и прямую и обратную реакции. Рассмотрим ту же автокаталитическую реакцию вдали от равновесия. Если к- [С] «С &+[В]} то

v = k+[B][C] (1,50)

и при [В] = const

6о = ЫВ]6[С], (1,51)

т. е. по-прежнему

6Л = -/?Г-^. (1,48)

Имеем

Т6хо = 6A6v = —RTk+~j (6[С])2<0. (1,52)

Стационарное состояние неустойчиво в случае автокаталитической реакции. Показано, что такие нестабильности лежат в основе роста и эволюции. Пригожий и его сотрудники установили, что сочетание автокаталитических реакций и процессов транспорта может привести в условиях, далеких от равновесия, к образованию упорядоченных диссипативных структур, определяемых диссипацией энергии, а не консервативными молекулярными силами [21, 26]. Эйген построил на этой основе молекулярную теорию самоорганизации биополимеров, их естественного отбора и эволюции [13].

§ 1.4. ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ И БИОЛОГИЯ

Феноменологическое рассмотрение живых систем, естественно, пользуется понятиями теории информации. Существование и развитие клетки и организма, являющихся открытыми и саморегулируемыми системами, требует генерации и передачи информации по каналам прямой и обратной связи.

Теория связи применяет количественную меру уже имеющейся информации, т. е. меру количества сведений, содержащихся в некотором сообщении. Такая теория исследует способы кодирования сообщения, использования избыточности (см. далее), оптимизации, преодоления «шумов» и т. д.

Количество информации при выборе Р\ событий из Pq равновероятных событий определяется как

I=KlogPJPu (1,53)

где К—численный коэффициент. Если Pi = 1, то

/=/ClogP0. (1,54)

При таком определении получается аддитивность информации при перемножении независимых вероятностей. Так, результат бросания одной игральной кости дает количество информации К log 6, результат бросания двух костей дает вдвое большее количество информации 2К log 6 = К log 36. Для количественных расчетов нужно определить основание логарифмов и значение К. Пользуясь основанием 2 и принимая К = 1, имеем

/ = log2P0. (1,55)

Такое определение количества информации отвечает задачам с некоторым числом п различных независимых выборов, каждый из которых сводится к двоичной альтернативе. При этом Р0—2п и, согласно (1,55),

/ = log22tt — пбит.

Единицей информации служит один бит, отвечающий одному выбору из двух равновероятных возможностей (т. е. Pq^2). При бросании кости / = log2 6 = 2,585 бит.

Сколько бит информации содержит произвольное трехзначное число? Первая цифра имеет 9 различных значений — от 1 до 9, вторая и третья — по 10 значений —от 0 до 9. Имеем

/ == l0g2 9 + 2 loga 10 = 2,64 + 2 • 3,32 = 9,28 бит.

Принятое определение информации соответствует двоичной системе исчисления, в которой любое число записывается в виде степеней числа 2 посредством цифр 0 и 1. Одна десятичная единица дает

страница 10
< 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 "Молекулярная биофизика" (4.80Mb)


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

 

 

Реклама
курсы валютных кассиров смоленск
ремонт холодильника стинол 102
21265B
автобус на 50 чел

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
(03.12.2016)