___________________________________ 

Методична розробка для організації самостійної роботи

студентів № 1.

2 Години.

Дисципліна : Медична хімія (ФІЗИЧНА ТА КОЛОЇДНА ХІМІЯ )

Тема : Застосування основних положень термодинаміки до живих організмів. АТФ як джерело енергії для біохімічних реакцій. Екзергонічні та ендергонічні процеси в організмі.

Викладач : Рибальченко Віталій Валентинович

Курс, група : І курс , групи 11, 12, 13. Спеціальність : 5.12010102 «сестринська справа»

І. Актуальність теми : Велике практичне значення термодинаміки в тому, що вона дає мож­ливість розраховувати теплові ефекти реакцій, наперед вказувати можли­вість чи неможливість здійснення реакції, а також умови проходження.

ІІ. Навчальні цілі :

Знати: 1. Особливості термодинаміки в живих організмах

2. Біоенергетика. АТФ.

Вміти: - Визначати етропічні та ектропічні процеси

• Визначати макроергічність речовини.

ІІІ. Матеріали доаудиторної та аудиторної самостійної роботи :

ІІІ.а. Базові знання , вміння, навички, необхідні для вивчення теми . Для вивчення теми

необхідно:

Знати	Вміти	З дисципліни
Предмет хімічної термоди-наміки. Основні поняття хімічної термодинаміки	Трактувати основні поняття	Фізична та колоїдна хімія
Перший закон термодинаміки. Ентальпія. Термохімічні рівняння.	Пояснювати 1 закон	Фізична та колоїдна хімія
Другий закон термодинаміки. Ентропія.	Пояснювати 2 закон	Фізична та колоїдна хімія

ІІІ.б. Рекомендована література :

Основна:В.Гомонай, Фізична та колоїдна хімія. Ужгород 2006р. с. 40 - 60.

Додаткова: Ю.А. Ершов – Общая химия – Москва 2000г. с.10-42.

- Лекція № 1

ІІІ.в. Основні етапи роботи :

1 етап - опрацювання рекомендованої літератури .

Завдання	Зверніть увагу
1.Прочитати статтю «Живі організми і другий закон термодинаміки» . (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На накопичування енергії. 2. На особливості хімічних реакцій. 3. На відкритість організмів.
1.Прочитати статтю «Біоенергетика» . (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На визначення біоенергетики 2. На значення АТФ

2 етап - виконання завдань для самоконтролю :

Завдання	Зверніть увагу
1.Прочитавши статтю « Живі організми і другий закон термодинаміки» випишіть особливості процесів в живих організмах (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На накопичування енергії. 2. На особливості хімічних реакцій. 3. На відкритість організмів.
1.Прочитавши статтю « Біоенергетика» зробіть стислий конспект (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На визначення біоенергетики 2. На значення АТФ

3 етап - закріплення знань та навичок. Після вивчення теми необхідно :

Знати	Вміти
1. Особливості термодинаміки в живих організмах	1. Визначати етропічні та ектропічні процеси
1. Біоенергетика. АТФ.	1. Визначати макроергічність речовини.

ІV. Додаткові завдання ( матеріали позааудиторної роботи ):

Позначення та одиниці виміру. ( з додатка № 2).

Додатки до СПРС № 1 :

ДОДАТОК № 1.

Живі організми і другий закон термодинаміки

Часто виникає питання, чи можуть бути застосовані закони термоди­наміки до біологічних систем? Досвід показує, що живі організми підко­ряються всім основним законам природи. До них повністю можуть бути застосовані закон збереження і перетворення енергії; а також другий закон термодинаміки. У процесі життєдіяльності будь-який організм, рослинний чи тваринний, постійно здійснює обмін речовин з навколишнім середови­щем. Він поглинає у вигляді їжі різні споживні речовини, асимілює і транс­формує їх у склад свого тіла, а потім у процесі дисиміляції руйнує і видаляє у вигляді відпрацьованих продуктів у зовнішнє середовище. Численними дослідами встановлено, що всі ці процеси підкоряються закону збереження енергії.

Однак деякі вчені вважають, що на відміну від неживих систем, живі організми є накопичувачами енергії і в них відбуваються процеси, проти­лежні другому началу термодинаміки. Це означає, що живі організми роз­глядаються ними не як ентропічні системи, а як ектропічні (накопичувачі вільної енергії).

Хімічні реакції, які відбуваються в живих організмах, є джерелом енер­гії. Ця енергія використовується організмом для підтримання сталої тем­ператури організму (теплова складова), для виконання механічної роботи (механічна складова), а також для здійснення різних реакцій синтезу. Про­дукти життєдіяльності організму (розпаду) містять значно менше хімічної енергії, ніж використані вихідні речовини, тому підкорення цих процесів другому началу термодинаміки не викликає ніяких сумнівів

Але з іншого боку, живі організми є системами відкритими, тому вони можуть частково використовувати енергію навколишнього середовища, під­вищуючи свій внутрішній запас до більш високого потенціалу, що може розглядатися як протиріччя другому началу термодинаміки. Наприклад, зеле­ні рослини поповнюють свій енергетичний потенціал за рахунок поглинання сонячної енергії, а тварини і людські організми - за рахунок енергії, що поступає з їжею. Таким чином, хоча ентропія самого організму може зміню­ватися в будь-якому напрямку, тобто вона може зменшуватися за рахунок безперервного поглинання вільної енергії з навколишнього середовища, але ентропія системи організм - середовище, взятої в цілому, завжди збільшу­ється. Це означає, що для живих організмів, а також для неживої природи, повністю виконуються закони термодинаміки

Біоенергетика

Біоенергетикою називається область науки, що займається вивченням трансформації енергії в живих системах. У міру того як з'ясовується моле­кулярний механізм багатьох біологічних і біохімічних процесів, учені нама­гаються застосувати термодинамічні уявлення в дослідженнях живих сис­тем. Розглянемо енергетичні аспекти біохімічних реакцій на прикладі глі­колізу.

Особливе значення в багатьох біохімічних процесах відіграє аденозин- 5 -трифосфат (АТФ). В процесі еволюції живих організмів виробилась певна послідовність і швидкість біологічного окиснення, що забезпечує організм необхідним запасом енергії. Ця енергія накопичується в макроенергетичних зв'язках деяких фосфоровмісних речовин організму креатінфосфаті, ацетилфосфаті, фосфогліцератах, АТФ та інших. Головною з цих сполук є аденозинтрифосфат АТФ, який називають енергетичною валю­тою організму. По мірі необхідності енергія, що міститься в макроергічних зв'язках, витрачається на побудову клітин, синтез білків, механічну роботу м'язів, серця тощо.

Енергія, що необхідна для всіх цих процесів, забезпечується гідролізом АТФ:

АТФ + Н₂О → АДФ + Ф_Н

де АДФ - аденозін-5'-дифосфат; Ф_Н - неорганічний фосфат.

Ця реакція супроводжується пониженням стандартної вільної енергії ΔG^o від 25 до 40 кДж/моль.

Точне значення залежить від рН і температури, а також від наявності деяких протиіонів металів.

Однією з найбільш ретельно вивчених систем є комплекс Mg — АТФ, для якого при рН = 7,0 й Т = 310,15 К зміна вільної енергії дорівнює АС" = -30,5 кДж/моль.

Реакція гідролізу може йти і далі:

АДФ + Н₂О →АМФ + Ф_Н ΔG^o = - 30 кДж/моль;

АМФ + Н₂О→ аденозин + Ф_Н ΔG^o = - 14 кДж/моль.

Значне зниження вільної енергії АС" при гідролізі АТФ і АДФ спонукало біохіміків увести спеціальний термін: ці сполуки називаються багатими на енергією, або макроергічними.

Великий вміст енергії в цих речовинах пояснюється їх хімічною будо­вою: близькість заряджених атомів в ди- і поліфосфатах викликає значне електростатичне відштовхування. Це відштовхування частково усувається при гідролізі. Крім того, електрони в продуктах гідролізу в більшому сту­пені делокалізовані, чим у вихідних речовинах, що додає останнім велику стійкість.

При гідролізі АТФ відбувається усунення стеричних утруднень навколо атомів кисню, що також може вносити певний вклад у зміну вільної енергії Внаслідок цього при гідролізі АТФ вивільнюється значна енергія.

ДОДАТОК № 2.

___________________________________ 

Методична розробка для організації самостійної роботи

студентів № 2.