5. Организм как открытая термодинамическая система. Принцип Ле-Шателье. Уравнение Пригожина.

Об организме как открытой термодинамической системе можно прочитать в параграфе №10.4 (стр.178) в учебнике.

Принцип Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Влияние температуры зависит от знака теплового эффекта реакции. При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры — в направлении экзотермической реакции. В общем же случае при изменении температуры химическое равновесие смещается в сторону процесса, знак изменения энтропии в котором совпадает со знаком изменения температуры. При повышении давления равновесие сдвигается в направлении, в котором уменьшается суммарное количество молей газов и наоборот. В реакции синтеза аммиака количество газов уменьшается вдвое. Значит, при повышении давления равновесие смещается в сторону образования NH3. При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;

При повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

Уравнение Пригожина: Свободная энергия поступает в организм в виде пищевых продуктов, различных излучений и т.д, а выделяется чаще всего в деградированной тепловой форме или в виде низкоэнергетических соединений (рис. 1). Поскольку приток свободной энергии способствует уменьшению энтропии системы (увеличиваются градиенты энергии, уменьшается количество деградированной формы энергии), то нередко говорят, что организм питается отрицательной энтропией и выделяет положительную энтропию. Энергетическую характеристику открытой биологической системы в соответствии со вторым принципом термодинамики можно дать на основе баланса (обмена) энтропии. Это впервые сделал бельгийский ученый, лауреат Нобелевской премии И. Пригожин. Если обозначить dS / dt - скорость изменения энтропии открытой системы, diS / dt - скорость образования энтропии в системе за счет внутренних необратимых процессов, deS / dt - скорость обмена энтропией с внешней средой, то уравнение Пригожина имеет вид: (diS/dt>0)` , причем член diS / dt, по определению, всегда положителен, а член deS / dt может быть как положительным, так и отрицательным.

Таким образом, это изящное уравнение в лаконичной и обобщенной форме выражает суть энергетических процессов, происходящих в открытой биологической системе.

6. Современные представления о биомембранах. Самоорганизация липидных молекул.

Лекция от 22.02.2012

7. Фазовые переходы в липидном бислое. Роль физического состояния липидов в функционировании мембран.

Переход липидного бислоя, состоящего из фосфолипидов одного типа, при понижении температуры до строго определенного значения из жидкого состояния в кристаллическое называется фазовым переходом липидного бислоя . Если углеводородные цепи двойные или в них содержатся двойные связи, то температура перехода оказывается ниже. В искусственных бислоях, содержащих смесь фосфолипидов с различной степенью насыщенности, может происходить разделение фаз. Индивидуальные фосфолипидные молекулы одного типа формируют кластеры геля, когда температура снижается до точки замерзания. Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой (так называемый флип-флоп) затруднён.