химический каталог




Общая биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

ся, и система покидает стационарное состояние. Затем она стабилизуется в новом стационарном состоянии, уже пространственно неоднородном. На рис. 8.15 показано вычисленное стационарное неоднородное распределение X и У в пространстве для системы (8.66), воз

никающее за пределами неустойчивости, нарушающей симметрию.

Переходя от уравнений (8.55) к уравнениям (8.61) и (8.66), мы пренебрегли обратными реакциями и положили k = 0. Тем самым система далека от равновесия. Диссипативная структура, изображенная на рис. 8.15, стабилизована потоком энергии и вещества из внешнего мира. Она характеризуется меньшей энтропией, чем исходная стационарная гомогенная система, — осуществлен порядок через флуктуации.

В приведенных соотношениях константы скоростей прямых реакций приняты равными единице. Если отказаться от этого упрощающего предположения, то Лкр и 5кр окажутся завися-, щими от Dx, DY и от химических констант. Неустойчивость есть кооперативный эффект, в котором участвуют и химические реакции и диффузия.

Подробный математический анализ ситуаций, возникающих в случае двух реагирующих компонентов, способных к взаимной диффузии, проведен в работе [31].

(8.69)

Ищем совместное решение уравнений (8.66) и (8.69), удовлетворяющее граничным условиям

А(0) = Л(1) = Л, Х(0) = Х(1) = Х, У(0) = Г(/) = Р

(0 < г < /).

Перечислим свойства этого решения [3]:

1. Вблизи термодинамического равновесия имеется единственное устойчивое, стационарное состояние. ...

2. Вдали от равновесия возможны различные ситуации, представленные на диаграмме (рис. 8.16).

Реальная модельная или биологическая система не является однородной системой с постоянными граничными условиями. Сами концентрации веществ А и В, фигурирующие в качестве параметров, зависят от г и г. Рассмотрим ту же систему (8.66), считая для простоты В постоянным, но учитывая изменения концентрации Л [2]

422

ГЛ. S. НЕЛИНЕЙНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

3. В области // диаграммы термодинамическая ветвь становится неустойчивой по отношению к флуктуациям химического состава. За порогом В начальные отклонения от стационарного состояния усиливаются и в конце концов приводят систему в новое стационарное состояние, соответствующее регулярному распределению X и Y (рис. 8.17).

4. Для DB ^> DA DY ~ &х термодинамическая ветвь неустойчива, но система переходит в пространственно неоднородное состояние, периодически зависящее от времени. Возникают концентрационные волны, распространяющиеся в реакционном объеме и отражающиеся от границ системы. В каждой точке происходят колебания концентрации.

Л 10

Пригожий и Николис отмечают, что пространственная локализация вещества является вероятным механизмом стабилизации диссипативной структуры по отношению к изменениям химического окружения. Локализованные структуры характеризуются производством больших количеств отдельного вещества в течение короткого времени в ограниченной области пространства. Таким образом, система обладает регуляторными свойствами. Концентрационные волны являются вероятным механизмом распространения и передачи информации в форме химических сигналов, а стационарные локализованные структуры могут хранить информацию [2].

5. При конечных значениях DA описанные структуры локализованы внутри реакционного объема. Их границы, а также периоды определяются значениями величин Л, В, Dx и т. д. независимо от начальных условий. При DA, DB^OO структуры захватывают весь объем. Если Dx, DY очень велики по сравнению с химическими скоростями в области /// (см. рис. 8.16), то пространственные зависимости исчезают и система осциллирует везде с одной и той же фазой. Амплитуда и частота колебаний определяются свойствами самой системы. Реализуется предельный цикл, периодическое движение устойчиво.

Подробное рассмотрение систем такого типа проведено в [1,2, 123].

Есть все основания думать, что можно подойти к пониманию упорядоченности живых систем на основе кинетического анализа нелинейных химико-диффузионных процессов, приводящих к упорядоченному поведению на макроскопическом уровне. Во

всяком случае, мы не располагаем пока другими подходами при изучении этих явлений. «Биологические часы» сводятся к «химическим часам», что отчетливо демонстрируется периодическими ферментативными системами, в частности системой гликолиза (см. § 8.7), а также периодичностью других биологических явлений (см. § 8.8).

Весьма обещающими для биологии являются исследования множественных стационарных состояний, возникающих в кооперативных химических и физико-химических системах (см. [7]). На основе таких исследований построены модели биосинтетических процессов в клетке и нелинейных мембранных систем (см. § 8.9). Кинетические кооперативные явления, в частности деполяризация возбудимой мембраны аксона, всегда имеют нелинейный характер.

Другой аспект изучения нелинейных процессов применительно к биологическим явлениям связан с проблемами эволюции, биологического развития. Эти проблемы рассматриваются в гл. 9.

§ 8.5. ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАК

страница 150
< 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

Скачать книгу "Общая биофизика" (4.77Mb)


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

 

 

Реклама
bpujnjdktybt световых коробов
ремонт глушителей porsche
оптовые компании по сантехнике
алиса в стране чудес. продолжение билеты

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
(05.12.2016)