Министерство просвещения Республики Казахстана

Колледж иностранных языков

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Биология»

на тему: «Связь процессов энергетического обмена и физических законов. Второй закон термодинамики»

Выполнил: студент группы ПД-13 Арманұлы Дарын

Проверила: преподаватель биологии Канафия К. Е.

Караганда 2023

Оглавление

• 
  Введение
  
• 
  Взаимосвязь пластического обмена и энергетического обмена
  
• 
  Энергия. Потенциальная и кинетическая энергии
  
• 
  Источники энергии
  
• 
  Законы термодинамики
  
• 
  Заключение
  

Живые объекты состоят из неживых молекул, подчиняющихся физическим и химическим законам. Важной особенностью жизнедеятельности живых организмов является постоянный обмен веществ и энергии.

Напоминаю, что обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных процессов:

- та часть общего обмена веществ, при котором идёт усвоение, поглощение, синтез называется анаболизмом (ассимиляцией);

- та часть общего обмена веществ, при котором идёт разрушение, распад и выделение называется – катаболизмом (диссимиляцией).

Пластический обмен — совокупность реак­ций синтеза органических веществ, из которых образуются структуры клетки, обновляется ее состав, а также синтезируются ферменты, необходимые для ускорения химических реакций в клетке. Синтез сложного органического вещества – белка – из ме­нее сложных органических веществ – аминокислот – пример пластического обмена.

Взаимосвязь пластического и энергетиче­ского обмена: пластический обмен поставляет для энергетического обмена органические вещества и ферменты, а энергетический обмен поставляет для пластического – энергию, без которой не могут ид­ти реакции синтеза. Нарушение одного из видов клеточного обмена ведет к нарушению всех процес­сов жизнедеятельности, т. е. к гибели организма.

Таким образом, биоэнергетика, изучает механизмы преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов. Иначе говоря, биологическаяэнергетика характеризует процессы жизнедеятельности, связанные с постоянными затрата­ми энергии. Энергия необходима для механической работы при сокращении мышц, для электрической работы - при генерации и передаче нервных импульсов, для осмотической работы - при сек­реции, реабсорбции и фильтрации веществ на клеточных мембранах, для химической работы - при образовании новых химических связей между атомами в процессах биосинтеза сложных органи­ческих соединений.

Источником энергии для всех видов биологической работы слу­жит потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах пищевых веществ. Она высвобождается в процессе обмена веществ и при помощи специальных молекулярных устройств преобразует­ся в различные другие виды энергии.

Изучением закономерностей преобразования энергии в живых организмах занимается биоэнергетика.

Иногда биоэнергетику называют биологической термодинамикой. В класси­ческой физике раздел, изучающий принципы и законы превращения энергии в материальных системах, называется термодинамикой, но в данное время термин «энергетика» лучше отражает сущность этой науки, чем прежний – «термодинамика».

Каждое органическое соединение обладает запасом энергии, которую называют свободной энергией. В процессе реакции идёт преобразование энергии между веществами.

Главным носителем свободной энергии в веществе являются химические связи между атомами. Если химическая связь имеет энергию 12,5 кДж/моль, то такая связь по энергетическому обеспечению называется нормальной. Если при разрыве химической связи выделяется энергия 25–50 кДж/моль, то такая связь называется макроэргической и обозначается символом

(знак «тильда»).

---

Энергия – это способность производить работу. Различают потенциальную энергию, зависящую от положения или состояния тела, и кинетическую энергию, т. е. энергию движения.

В живом организме потенциальная энергии представлена, глав­ным образом, в форме химической энергии связей между атомами в молекулах биоорганических соединений. Например, количество потенциальной энергии, заключенной в связях между атомами С, Н и О в молекуле глюкозы, составляет около 285000 Дж на 1 моль вещества.

Потенциальная энергия химических связей обусловлена распо­ложением валентных электронов на орбитах с высоким энергети­ческим уровнем, куда они попадают при образовании молекул био­органических соединений в процессе химических реакций. При метаболических превращениях, совершающихся в живом организ­ме, электроны, образующие химические связи в молекулах первич­ных веществ, переходят с более высокого на более низкий энерге­тический уровень.

Кинетическая энергия потока электронов, переходящих по энергетическим уровням, в дальнейшем может быть использована для образования новых химических связей или же с помощью специальных биологических преобразователей превратиться в другие виды кинетической энергии: тепловую, ме­ханическую, электрическую, электромагнитную и т. д.

По­стоянное взаимодействие этих двух видов энергии обусловли­вает способность организма поддерживать разнообразные жиз­ненные функции.

Первичпым источником энергии для всех биологических про­цессов на Земле служит солнечный свет, лучистая энергия которого возникает в недрах Солнца из ядерной энергии превращения атомов водорода в атомы гелия с выделением энергии в виде гамма-лучей:

4Н Не⁴ + 2е + h^υ

Здесь h - постоянная Планка, а υ - частота первичного гамма-излучения. В результате взаимодействия гамма-лучей с электронами снова выделяется энергия в виде фотонов солнечного света.

На Земле лучистая энергия солнечного света улавливается содер­жащимся в хлоропластах зеленых растений пигментом хлорофил­лом и превращается в ходе реакций фотосинтеза в химическую энергию, которая используется для синтеза из двуокиси углерода и воды углеводов и других сложных биоорганических соединений. Таким образом, энергия солнечного света, представляющая собой один из видов

---

кинетической энергии, превращается в один из ви­дов потенциальной энергии.

Энергия, накопленная в химических связях биоорганических молекул, может высвободиться только в процессе реакций обмена веществ. В организмах животных, питающихся растениями, хими­ческая энергия углеводов и других питательных веществ выделя­ется в процессе биологического окисленияв количестве, соответст­вующем энергии, израсходованной на синтез этих веществ при фотохимических реакциях в зеленых растениях. Одна часть энер­гии, выделяющейся при биологическом окислении, превращается в доступную для дальнейшего использования энергию макроэрги­ческих фосфатных связей АТФ, другая превращается в тепло и не может быть использована в дальнейшем. Процессы, связанные с образованием макроэргических фосфатных связей, осуществляются в митохондриях.

Источники энергии. Энергия, ранее накопленная в химических связях биоорганических молекул, может высвобождаться только в ходе реакций обмена веществ. Таким образом, обмен веществ тесно связан с обменом энергии.

В организме животных, питающихся растениями, химическая энергия углеводов и других питательных веществ выделяется в процессе биологического окисления, являющегося частью катаболизма, в количестве, эквивалентном энергии, израсходованной на синтез этих веществ в зеленых растениях.

Одна часть энергии, выделяющейся при биологическим окислении, превращается в доступную для использования энергию макроэргических фосфатных связей аденозинтрифосфата (АТФ) (свободная энергия, характеризующая ту часть внутренней энергии системы, которая может быть использована для совершения различных видов работы), другая превращается в тепло (связанная энергия) и не может быть использована в дальнейшем (рис. 1).



Рис. 1. Пути преобразования энергии в различных биологических объектах
Живые организмы используют разные источники питательных веществ и энергии. По источникам питания живые организмы делятся на две большие группы – автотрофы, использующие СО₂ в качестве исходного питательного материала для построения различных углеродсодержащих органических веществ, и гетеротрофы, которые используют углерод в виде готовых достаточно сложных органических соединений (например углеводов). По отношению к источникам энергии живые организмы делятся на

---

фототрофы, для которых источником энергии служит солнечный свет, и хемотрофы, потребляющие энергию окислительно-восстановительных реакций.

Как фототрофы, так и хемотрофы можно, в свою очередь, разделить на группы в зависимости от того, какие вещества являются донорами электронов в окислительно-восстановительных процессах: у литотрофов таковыми служат неорганические соединения, у органотрофов – органические. Таким образом, в зависимости от используемых источников энергии и доноров электронов можно выделить четыре основных типа организмов (таблица 1).
Таблица 1. Классификация организмов на основе источников углерода, источников энергии и природы доноров электронов

No п/п	Тип организма	Источник углерода	Источник энергии	Доноры электронов	Примечание
1	Фотолито-трофы	СО2	Свет	Неорганичес- кие соедине ния (Н2О, Н2S, S)	Зеленые клетки высших растений, сине-зеленые водоросли, фотосинтези-рующие бактерии
2	Фотооргано-трофы	Органические соединения и СО2	Свет	Органические соединения	Несерные пурпурные бактерии, галобактерии
3	Хемолитотрофы	СО2	Окислительно- восстановительные реакции	Неорганические соедине- ния (Н2, Н2S, S, Fe2+, NH3)	Водородные, серные, железные и денитрифицирующие бактерии
4	Хемоорганотрофы	Органические соединения	Окислительно- восстановительные реакции	Органические соединения	Человек, все высшие животные, большая часть микроорганизмов, нефотосинтези-рующие клетки растений

Хемотрофные организмы группируют и по виду акцепторов электронов. В тех случаях, когда для окисления используется кислород, имеет место аэробный или дыхательный тип энергетики. При анаэробном типе энергетического обмена (брожении) в роли окислителя выступает не кислород, а ряд других веществ (пируват, ацетальдегид и др.).

---

Часто клетки высших организмов и бактерии имеют оба типа энергетики – анаэробный и аэробный, поэтому их называют факультативными анаэробами, хотя степень зависимости от кислорода у них различна. Например, высшие организмы, в частности человек, без него долго обходиться не могут. Существуют микроорганизмы, например возбудители газовой гангрены, для которых кислород вообще не нужен и даже ядовит. Их называют облигатными анаэробами.

Вследствие многообразия форм питания и потребления энергии живые организмы в природе тесно связаны друг с другом. Эту взаимосвязь в питании и использовании разнообразных источников энергии можно представить в виде своеобразных энергетических циклов живой природы. Главные партнеры этого цикла – Солнце, как источник энергии, автотрофы, улавливающие энергию солнечного света и синтезирующие из СО₂ и Н₂О (при наличии источников атомов азота) углеводы и прочие органические вещества, и животные, потребляющие органические вещества и кислород, производимые фототрофами.

Законы термодинамики. В термодинамику вводится понятие системы, которая представляет собой совокупность веществ, находящихся во взаимодействии, но мысленно обособляемых от окружающей среды. Особенность систем, рассматриваемых в термодинамике, заключается в том, что они состоят из очень большого числа частиц – молекул или атомов. Все лежащие за пределами системы называется окружающей средой. Системы делятся на: 1) изолированные (замкнутые), не обменивающиеся с окружающей средой ни веществом, ни энергией; 2) закрытые обмениваются с внешней средой только энергией; 3) открытые, для которых возможен обмен веществом и энергией с окружающей средой. Энергия может переходить из системы в окружающую среду и в обратном направлении.

Величины, определяющие состояние системы, называются ее параметрами. Параметры системы часто делят на интенсивные (независящие от общего количества вещества в системе – температура и давление) и экстенсивные (зависящие от количества вещества – объем, масса, энергия). Характеристику перехода системы из одного состояния в другое можно дать такими термодинамическими функциями, как внутренняя энергия (Е), энтальпия (Н- термодинамическая величина, характеризующая энергию системы.), энтропия (S- внутренняя энергия замкнутой системы) и свободная энергия (G).

---

Смотрите также файлы

• Социологические науки.pdf

• Человек и общество абсолютная истина.pdf

• Курсовой работы. Тема Столбняк коровы.docx

• Разработка технологического процесса техни ческого обслуживания и ремонта транспортных и транспортнотехнологических машин и обо.pdf

• Решение Введем в рассмотрение следующие события A получили слово река, B получили слово карета.docx