8)Формулировка Пригожина:
Полное изменение энтропии открытой системы нужно представлять в виде двух частей:
Причиной первой из них (ΔiS) служат внутренние процессы, которые необратимы и непременно сопровождаются диссипацией энергии; вторая часть (ΔeS) обусловлена обменом энергией и веществом между системой и окружающей средой. Следовательно, Δs = ΔiS + ΔeS
То же самое будет и для полного изменения свободной энергии открытой системы (вместо S подставь G). Из-за того, что все реальные процессы в открытых системах необратимы, ΔiS всегда больше нуля, а ΔiG - всегда отрицательно.
Очевидно, что запас свободной энергии открытой системы (в том числе и человека) может как расти, так и убывать - всё будет зависеть от того, что будет преобладать: приток свободной энергии из окружающей среды или убыль свободной энергии в результате совершения работы и процессов диссипации энергии.
Во многих случаях представляет интерес скорость изменения энтропии, которая выражается производной энтропии по времени.
Первый член справа называют продукцией энтропии(скорость изменения энтропии системы вследствие процессов,происходящих внутри нее), а второй член – потоком энтропии(та часть скорости изменения энтропии системы,которая обусловлена ее обменом энергией с окружающей средой). Стационарным состоянием системы называют состояние, в котором процессы в системе так сбалансированы, что основные величины, характеризующие систему, остаются постоянными. В стационарном состоянии продукция энтропии равна ее потоку.
Теорема Пригожина: в стационарном состоянии продукция энтропии минимальна
Минимальная продукция энтропии соответствует минимальной диссипации свободной энергии (минимальным потерям энергии), то есть максимальному КПД.
Поэтому можно сказать, что в стационарном состоянии КПД системы наибольший.
9) Строение и свойства клеточных мембран
Каждая клетка окружена оболочкой - мембраной толщиной около 10 нанометров (10 5-8 0 м или 0,01 микрометра). Это намного меньше минимального разрешаемого расстояния светового микроскопа, поэтому до появления электронных микроскопов о структуре мембран ничего не было известно. Сейчас, однако, она изучена довольно хорошо. Главная часть мембраны - двойной фосфолипидный слой. . Молекулы фоcфолипидов состоят из гилрофильной (обладающей сродством к воде)головки , в состав которой входит фосфатная группа, и двух гидрофобных хвостов (жирных кислот), имеющих сродство к жирам. В водной средемолекулы таких веществ самопроизвольно выстраиваются в виде двойногослоя, в котором головки обращены наружу, то есть к воде, а а хвосты друг к другу; при этом направления всех молекул параллельны. Такой билипидный слой и является основой клеточных мембран.Кроме фосфолипидов, в состав мембраны обязательно входят белки .
По их расположению белки делят на три группы. Одни белки встроены в сам билипидный слой; их называют интегральными белками. . Другая группа белков находится на внутренней поверхности липидного слоя; это, в основном, ферменты. . Эффективность ферментов, закреплённых на мембране, намного выше, чем просто растворённых в цитоплазме; это, в частности, объясняется тем, что белки на мембране располагаются не случайным образом, а в строгом порядке, соответствующем порядку катализируемых ими биохимических реакций. Наконец, белки, находящиеся на внешней поверхности мембраны, выполняют, в основном, рецепторные функции , то есть передают в клетку информацию о состоянии окружающей клетку среды. В частности, рецепторные белки играют очнь важную роль в иммунитете при их активном участии происходит синтез антител ; велика роль этих белков и в развитии аллергических реакций. . В состав рецепторных белков входят полисахариды , поэтому эти белки называют гликопротеидами (гликоссахар, греч ).Кроме мембраны, окружающей клетку, (её называют цитоплазматической мембраной), внутри клетки находится много внутренних мембран, которые делят клетку на большое число отсеков (компартментов). В принципе их структура аналогична структуре цитоплазматической мембраны, хотя
имеются и специфические отличия.
Латеральная диффузия. Жидкокристаллическая и твёрдокристалличекая фазы
Билипидный слой отличается строго упорядоченным расположением фосфолипидных молекул, поэтому можно сказать, что мембрана - это кристаллическая структура. Однако, в отличие от обычных кристаллов,молекулы в мембране могут достаточно интенсивно перемещаться вдоль своего слоя . Дело в том, что в каждом слое мембраны имеются незанятые
(вакантные) места .Соседняя с таким вакантным местом молекула фосфолипида может, сохраняя свою ориентацию, переместиться на свободную позицию;то место, на котором она находилась, займёт новая молекула и т.д. В результате, при сохранении общей упорядоченности (кристалличности) мембраны составляющие её молекулы будут весьма интенсивно двигаться в плоскости слоя. Расчёт показывает, что в среднем каждая фосфолипидная молекула перемещается с места на место около 10 57 0 раз в секунду. Вслед за фосфолипидными молекулами в движение, хотя и в меньшей степени, вовлекаются и молекулы белков. Такая подвижность молекул в мембране называется латеральной диффузией . Она играет важную роль в процессах транспорта.В принципе возможно перемещение молекулы и из одного слоя в другой , но это связано с переворотом молекулы фосфолипида на 180 ,для чего надо преодолеть высокий потенциальный барьер. Поэтому подобный процесс очень мало вероятен и не имеет практического значения. С малойвероятностью перехода молекул из одного слоя в другой связана асимметрия мембран: внутренний и наружный слои мембран заметно отличаются по своим свойствам. Сочетание упорядоченной структуры (как в кристаллах) и высокой подвижности молекул (как в жидкостях) характерно не только для мембран, но и для некоторых органических соединений, которые называют жидкими кристаллами .. Клеточные мембраны тоже можно отнести к жидким кристаллам. Однако, вся мембрана не может быть жидкокристаллической – это снизило бы её прочность, нарушило бы правильное расположение ферментов и т.п. Поэтому в мембранах сочетаются жидкокристаллическая и твёрдокристаллическая фазы В последней вакантных мест очень мало, и подвижность молекул незначительна. Соотношение между фазами зависит от типа клетки и её функционального состояния.На подвижность фосфолипидных молекул большое влияние оказывает входящий в состав мембран холестерин . Молекулы холестерина увеличивают жёсткость мембраны, . ограничивая латеральную диффузию. Поэтому повышенное содержание холестерина в организме ведёт не только к нарушению кровообращения (из-за отложения холестерина в сосудах), но и к другим расстройствам, связанным с нарушением функции мембран.
Функции биологических мембран
1. Механическая функция - поддержание целостности и автономности клеток.
2. Транспортная функция - избирательный перенос необходимых для жизнедеятельности клетки веществ в клетку и продуктов метаболизма из клетки.
3. Барьерная функция - полная или частичная защита клетки от проникновния в неё вредных веществ.
4. Матричная функция. Биологические мембраны служат основой для размещения ферментов, рецепторных белков и других активных веществ, что обеспечивает наиболее выгодную пространственно-временную организацию биофизических и биохимических процессов.
5. Биоэлектрическая функция . Именно мембраны обеспечивают все электрические процессы в клетках и в организме в целом.