Организм живой, как открытая система

Если исключен обмен теплотой между системой и окружающей средой, то система называется адиабатически изолированной. Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом. Примером закрытой системы является закрытый сосуд с веществом, баллон с газом и т. п. Открытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Примером открытой системы является живой организм. [c.19]

Все рассмотренные выше термодинамические соотношения, раскрывающие смысл второго закона термодинамики, относятся к замкнутым системам. В открытых системах энтропия может изменяться в результате обмена вещества с внешней средой. Тогда в уравнении (235) появится дополнительный член, учитывающий изменение количества вещества (числа молей) в системе. Более подробно этот вопрос не будет здесь обсуждаться следует лишь упомянуть о том, что изучение открытых систем открывает возможность для применения второго закона термодинамики к живым организмам. Ранее вызывала сомнение сама возможность применения второго закона термодинамики к живым организмам, поскольку такие системы характеризуются сложными процессами (из почти бесструктурной клетки развивается сложно организованная система), связанными с понижением энтропии. В то же время в организме постоянно происходят необратимые процессы, вызывающие увеличение энтропии. Частично энтропия может передаваться во внешнюю среду в процессе теплообмена, в большей степени она переходит во внешнюю среду при обмене веществ. [c.241]

Если система еще не достигла равновесия, она находится в неравновесном состоянии, характеризующемся наличием в системе фади-ентов некоторых параметров и поэтому потоков вещества и/или энергии. Рассмотрением состояния таких систем занимается термодинамика необратимых (неравновесных) процессов. При этом ее основной задачей обычно является отыскание одиночных или множественных локальных стационарных состояний, а также анализ их устойчивости. В гл. 17 и 18 показано, что в связи с возможной неустойчивостью стационарных состояний иногда конечным результатом эволюции открытой системы, находящейся вдали от термодинамического равновесия, может быть образование особого рода диссипативных структур. В качестве наиболее высокоорганизованных объектов последнего рода можно рассматривать живые организмы. [c.290]

Взрослый человек за 40 лет жизни съедает тонны питательных веществ и выпивает около 20 ООО л воды без изменения массы тела. Это свидетельствует о том, что организм, являясь открытой системой, т. е. связанной с окружающей средой, способен создавать и поддерживать постоянство химического состава внутренней среды — гомеостаз. Такое свойство живого организма обеспечивает его самообновление и самосохранение, что возможно благодаря постоянно протекающему обмену веществ. [c.26]

Обмен веществ в открытых системах обеспечивает непрерывное поступление и удаление различных метаболитов. В результате этого в живом организме многие реакции не достигают стадии динамиче- [c.93]

Первая проблема— термодинамические основы жизни. Отличие живого организма от тел неживой природы состоит в исключительно высокой упорядоченности организма, подобного в этом смысле апериодическому кристаллу , к способности этой упорядоченности поддерживать себя и производить упорядоченные явления. Речь идет о саморегуляции и самовоспроизведении организмов и клеток. Шредингер объяснил эту особенность тем, что организм — открытая система, существующая в неравновесном состоянии благодаря потоку энтропии во внешнюю среду. Организмы непрерывно создают порядок из порядка , извлекают упорядоченность из окружающей среды в виде хорошо упорядоченного состояния материи в пищевых продуктах . Шредингер отвечает на вопрос о причине макро-скопичности, многоатомности организма. В системе, состоящей из малого числа атомов, флуктуации должны уничтожать упорядоченность. Именно благодаря многоатомности организм существует в соответствии с законами термодинамики. [c.16]

Термодинамическое исследование биологических процессов имеет большое значение для их понимания, но оно не позволяет вскрыть качественное своеобразие процессов жизнедеятельности, так как термодинамические параметры в организме действуют в условиях, определяемых влиянием более высоких биологических закономерностей. Наибольшее значение имеет термодинамика открытых систем, так как последние ближе к живым организмам, чем закрытые системы. [c.68]

Характерной особенностью термодинамики необратимых процессов является то, что в иее в явном виде входит время. Прн этом рассматриваются открытые системы, т. е. системы, которые обмениваются с окружающей средой различными веществами. Вполне очевидно, что живые организмы не могут считаться замкнутыми системами, с которыми оперирует классическая термодинамика, и являются открытыми системами. Для любой открытой системы характерно наличие непрерывного потока вещества в каком-то направлении. За счет этого в системе устанавливается градиент концентраций и одно из первостепенных значений приобретают явления переноса. Серьезной проблемой, ограничивающей применение в биологии термодинамики необратимых процессов, является то, что большая часть соотношений этой науки справедлива лишь для состояний, близких к равновесию, в то время как живые существа чаще всего весьма далеки от него. Поскольку биохимические реакции могут протекать очень быстро, не вполне ясно, может ли термодинамика необратимых процессов в том виде, как она сейчас существует, помочь в решении большинства биохимических задач. Однако в любом случае подход этот достаточно важен и при серьезном изучении биохимии без его рассмотрения никак нельзя обойтись. [c.233]

Отношение стационарных концентраций А и В, следовательно, не равно константе равновесия реакции К — к к. Таким образом, в открытой системе, несмотря на протекание в ней химического процесса, могут сколь угодно долго поддерживаться термодинамически неравновесные концентрации веществ. Это положение, показанное на простейшем примере обратимой реакции первого порядка, сохраняется и в случае сложных химических процессов. Оно имеет исключительно важное значение для понимания процессов в живых организмах, которые представляют собой термодинамически неравновесные системы, сохраняющиеся в стационарном состоянии только благодаря наличию обмена веществ с окружающей средой. [c.387]

Взаимодействие системы с окружающей средой может складываться из обмена механической, тепловой или другими видами энергии, а также веществом. Если ни один из этих видов взаимодействия не осуществляется, система называется изолированной. Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом. Примером закрытой системы является закрытый сосуд с веществом, баллон с газом и т. п. Открытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Примером открытой системы является живой организм. [c.19]

Наряду с закрытыми системами существуют открытые системы, в которых осуществляется обмен веществом с окружающей средой. Такие системы используют в некоторых случаях при проведении химических реакций. К ним относятся живые организмы, начиная с простейших одноклеточных. Общеизвестно, что неотъемлемой чертой живой материи является обмен веществ, т. е. поступление в организм продуктов питания, а в огромном числе случаев также и кислорода, и вывод из организма вредных продуктов метаболизма В открытых системах изменение количества молей каждого компонента складывается из двух частей — изменения в результате химического процесса и изменения при переносе вещества через границу системы. [c.167]

Следует заметить серьезные осложнения, которые возникают при применении термодинамики к биохимическим процессам. Это связано с тем, что, как правило, термодинамика имеет дело с закрытыми системами, находящимися в равновесии, а живые организмы относятся к открытым системам, в которых равновесие обычно отсутствует. Они находятся в так называемом стационарном состоянии, когда концентрация частиц поддерживается постоянной за счет непрерывного притока и оттока веществ из системы любая клетка в равновесном состоянии — это уже мертвая клетка. Для рассмотрения открытых систем требуются методы термодинамики необратимых процессов, обсуждение которых выходит за рамки данного учебника. Однако следует особо подчеркнуть, что в пределах термодинамики обратимых процессов возможно решение многих важных частных теоретических и прикладных задач биохимии. [c.51]

Скорость возникновения энтропии в среде в связи с процессами обмена веществ в организме связана со скоростью уменьщения энтропии в нем как открытой системе. Этот процесс уменьшения энтропии в живых системах настолько своеобразен, что получил специальное название негэнтропия (отрицательная энтропия). Благодаря отдаче энтропии в среду [c.143]

Строгая структурная организация биосистем тесно связана с законами термодинамики. Согласно И закону термодинамики процессы, происходящие в изолированной системе, направлены в сторону увеличения энтропии (необратимые процессы) или, в предельном случае, энтропия остается постоянной (обратимые процессы) с18> 0. Живые организмы постоянно обмениваются с окружающей средой энергией и веществом, т. е. являются открытыми системами (с точки зрения термодинамики) или относительно изолированными системами (с точки зрения кибернетики), поэтому для них не характерна энтропийная закономерность, спра- [c.29]

Феноменологическое рассмотрение живых систем, естественно, пользуется понятиями теории информации. Существование и развитие клетки и организма, являющихся открытыми и саморегулируемыми системами, требует генерации и передачи информации по каналам прямой и обратной связи. [c.29]

Так как /2 > /ь очевидно, что А /> /1 — Аг/]. Информация черпается открытой системой из окружающей среды, энтропия которой возрастает. Организм, растущий из зиготы, подобен в этом смысле кристаллу, растущему из зародыша, помещенного в насыщенный раствор. В обоих случаях возрастание упорядоченности, возрастание количества информации, перекрывается увеличением энтропии окружающей среды — холодильника при кристаллизации. Концепция Эльзассера виталистична неявным образом предполагается несоблюдение второго начала в живой природе. Равен, подвергший критике идеи Эльзассера, считает, что во всех клетках организма содержится одна и та же генетическая информация. Развитие организма означает не увеличение количества информации, но увеличение избыточности, т. е. многократное ее повторение [31]. Равен трактует зиготу как канал связи, причем родительские организмы служат источником информации, а вырастающий организм — ее приемником. Развитие сводится к декодированию информации. Равен исходит из возможности абсолютной оценки количества информации в зиготе и организме. В действительности, как показал Аптер [32] (см. также [33, 57]), такая оценка всегда относительна и условна. Тождество генов в клетках организма не означает избыточности. Развитие есть результат взаимодействия различных частей эмбриона, информация содержится не только в хромосомах, но и во всех внутри- и межклеточных взаимоотношениях. Концепции преформизма и эпигенеза в сущности непригодны для описания развития, которое нельзя свести к увеличению или сохранению количества информации. Задача состоит не в таком описании, но в выяснении сущности развития, его физической природы, его атомно-молекулярных основ. [c.34]

Иной режим протекания химических превращений — в условиях открытой системы, когда происходит непрерывный материальный обмен с окружающей средой. (Такой обмен — подвод и отвод реагентов через границы системы — на клеточном уровне характерен для всех живых организмов. Разность концентраций вне и внутри клетки — движущая сила потока реагентов и продуктов.) В механически создаваемом потоке веществ протекают все непрерывные процессы химической промыщленности. К условиям проведения реакций в потоке часто обращаются и в исследовательской практике при изучении быстрых реакций. [c.53]

Термин живая система на самом деле относится к части открытой системы, вопрос о возможности рассматривать ее как изолированную обсуждался выше. Однако уклонения от равновесия для части системы, содержащей живые организмы, нельзя описать при помощи статистической теории. [c.55]

В основе всех процессов жизнедеятельности лежит постоянный обмен веществ и энергии между организмом и окружающей средой, поэтому все живые организмы относятся к открытым системам. [c.232]

Жизнь представляет собой тонкое динамическое равновесие между рядом синтезов и распадов, осуществляемых в открытой системе. Особенностью живых организмов является ускорение химических реакций при помощи таких катализаторов, которые создаются самими организмами. Эти катализаторы получили название ферментов (энзимов) и представляют собой белковые молекулы. Некоторые из ферментов — весьма стабильные и растворимые соединения и сравнительно легко поддаются выделению и очистке. В принципе выделение и очистка ферментов совершаются при помощи методов, которые используются в белковой химии, но ферменты выгодно отличаются от других белков тем, что они обнаруживают свое присутствие способностью катализировать определенные реакции. Это свойство дает возможность обнаружить фермент даже при его ничтожном содержании в материале. В настоящее время получено в кристаллическом виде или в состоянии высокой очистки свыше 140 ферментов. [c.202]

В основе процессов жизнедеятельности лежат различные сложные, сопряженные между собой, химические реакции, характеризующиеся строгой закономерностью сочетания и чередования. Эти реакции базируются на законах физики и химии, однако проявление их действия в живом организме имеет характерные отличия. С точки Зрения термодинамики живые организмы представляют с( й открытые системы, которые постоянно обмениваются с внеишей средой как веществом, так и энергией. В закрытых системах обмен ограничен энергией, а обмен веществом отсутсгаует. В изолированных системах обмен со внешней средой ни вэдеством, ни энергией ие происходит. Такие типы систем названы замкнутыми. [c.207]

Когда биохимик анализирует химические структуры пептидов мозга, оценивает их и старается понять механизм действия, его персональные интеллектуальные усилия обеспечиваются этим самым механизмом. Это пример взаимодействия (пока теоретически не учтенный) живой системы с внещней средой. Стремясь к самоидентификации, континуум нейропептидов и медиаторов активно участвует в построении внутреннего отображения внешней среды и себя в этой среде. Рефлексия такого уровня является не столько психологическим феноменом, сколько гносеологическим инструментом. Без самоидентификации, т. е. без способности отделить себя от окружающей среды и различать свое и чужое , часть и целое , свойство и его меру , невозможна саморегуляция открытой системы, будь то полифункцио-нальная макромолекула или организм на высокой ступени эволюции. [c.15]

Живой организм — саморегулирующаяся и самовоспроизводя-щаяся биологическая система. Существование этой системы обеспечивается недрерывным обменом веществ со средой, из которой на получает энергию и нужные химические вещества. Поэтому с точки зрения термодинамики живые организмы являются открытыми работающими системами. В основе существования и развития живых существ лежит постоянное самообновление белков и нуклеиновых кислот, программируемое действием генов. Вместе с тем само существование и деятельность генов возможны только п])и наличии соответствующих белков. Вся совокупность регулирующих механизмов организма направлена на поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) в ответ на его нарушение под влиянием внешних и внутренних воздействий. Информация [c.308]

Система называется закрытой (замкнутой), если она обменивается со своим окружением энергией, но ее границы непроницаемы для вещества. В описанных экспериментах рассматриваются закрытые системы. Открытые системы обмениваются с окружающей средой как энергией, так и веществом. Открытыми системами, например, являются живые организмы и экосистемы. [c.30]

Применение этого определения возможно для гетерофазных процессов, идущих в замкнутых системах, в которых во время реакции не имеет место подача извне системы исходных веществ или увод за пределы системы продуктов реакции. С незамкнутыми, т. н. открытыми системами приходится иметь дело, например, при рассмотрении химических процессов в живых организмах. Открытые системы вкратце будут рассмотрены в главе десятой. [c.40]

Любую часть окружающего нас мира, которую мы хотим исследовать и описать с позиций термодинамики, называют системой. В качестве примера интересующих нас термодинамических систем можно назвать клетку, митохондрию, сердце, организм, биосферу. Следует, однако, отметить, что методы термодинамики приложимы только к макроскопическим системам, состоящим из большого числа ча-стиц. Система, которая не может обмениваться со средой ни энергией, ни веществом, называется изолированной если происходит обмен только энергией, то система называется замкнутой, а если и энергией и веществом — открытой. Живой организм в целом система открытая. И лишь в отдельных частях клетки могут существовать условия, характерные для замкнутой и даже изолированной системы. [c.8]

Такой вывод ошибочен. Дело в том, что живой организм—неравновесная, открытая система и в соответствии со вторым началом термодинамики его упорядоченность подлерживастся оттоком энтропии в окружающую среду. Если изолировать организм вместе с вешествами, необходимыми д 1я его существования, то в этой изолированной сист ме этропия будет возрастать. [c.332]

Кроме частных пределов развития, теория предсказывает существование общего предела химической добиологической эволюции каталитических систем, при достижении которого исчерпываются все физикохимические возможности дальнейшей эволюции неживых каталитических систем. Эволюционное преодоление общего предела химической эволюции оказывается возможным только в результате формирования свойства точной пространственной редупликации сложных открытых каталитических систем. При появлении этого свойства каталитическая система превращается в живую систему, а химическая эволюция сменяется биологической. Все свойства каталитических систем, приобретенные в процессе добиалогической эволюции переходят как первичные свойства к живым Открытым системам, а все эволюционные закономерности химической эволюции ложатся в основу аналогичных эволюционных закономерностей живых систем. Это является причиной удивительного сходства основных функций саморазвивающихся каталитических систем, относящихся к мертвой природе, с рядом функций простейших живых организмов, а также причиной существования общих эволюционных закономерностей, что можно отметить, сравнивая данные по эволюции каталитических систем с фактами биологии. Это обстоятельство позволяет обосновать биологические закономерности первичными закономерностями саморазвития неживых каталитических систем и открывает перспективы использования йолюционного катализа для развития теоретической биологии. При этом становится возможным полное теоретическое описание сущности, происхождения и раэвйти жизни на уровне точных наук. [c.6]

Живые организмы с позиций термодииамикн представ, яют открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией. Организм, как термодинамическая система, имеет свою специфику возрастание энтропии при самопроизвольных процессах и соответствии со вторым началом термодинамики не вызывает, казалось бы, неизбежной тепловой смерти организма. [c.19]

Процессы, протекающие в биологических объектах, принадлежат к так называемым открытым системам, в которых происходит постоянный обмен веществ и энергии с внешней средой. Обмен веществ в открытых системах обеспечивает непрерывное поступление и удаление различных метаболитов. В результате этого в живом организме многие реакции не достигают стадии динамического равновесия, как это происходит в замкнутых системах, например in vitro , а протекают непрерывно, находясь в состоянии стабильного превалирования прямых реакций. [c.115]

Для открытой системы характерно изменение состава реагирующей смеси не только за счет химической реакции, но и дополнительного введения исходных веществ и продуктов реакции из соседных объемов. Важнейшим примером открытых систем являются живые организмы, у которых непрерывный материальный обмен с внешней средой (обмен веществ) является необходимым условием их существования. [c.138]

Экосистема - единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные компоненты связаны обменом веществ и энергии. Экосистема является саморазвивающейся термодинамически открытой системой. В отечественной литературе используется эквивалентное понятие "биогеоценоз". [c.295]

Определим живой организм как открытую, саморегулируемую, амовоспропзводящуюся и развивающуюся гетерогенную систему, важнейшими функциональными веществами которой являются биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты. Организм — система историческая, в том смысле, что он является результатом филогенетического, эволюционного развития и сам проходит путь онтогенетического развития — от зиготы до старости и смерти. [c.13]

Одна из особенностей живых организмов состоит в том, что все они представляют собой открытые системы, которые способны извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей среды либо в форме органических питательных веществ (хемотрофы), либо в форме энергии солнечного излучения (фототрофы). Обмен энергией в организме тесно связан с обменом веществ (метаболизмом). Метаболизм можно определить как совокупность ферментативных химических реакций, которые могут протекать в клетке. Активность ферментов, катализирующих эти реакции, регулируется с помощью чувствительной системы взаимосвязанных механизмов, поэтому метаболизм представляет собой высококоординированную, целенаправленную клеточную активность. Он выполняет следующие функции [c.189]

Закон временн ых иерархий позволяет выделять в открытых живых биологических системах квазизакрытые системы и использовать подходы иерархической квазиравновесной термодинамики для установления направленности онтогенеза и эволюционных процессов. Применение принципа стабильности вещества к структурам смежных иерархий является дополнительным подтверждением применимости квазиравновесной термодинамики к биологическим системам реального мира. Представлены экспериментальные доказательства справедливости иерархической термодинамики. Утверждается, что диф-ференцировка клеток, развитие многоклеточных организмов, а также возникновение структур высших иерархий биомира определяется термодинамической направленностью этих процессов. [c.6]

Выделение из реальных систем, содержащих живые организмы, каких-то частей, которые лищены форм жизни, и рассмотрение законов, выделенных этим приемом частей, всегда рискованно, так как исследователь может легко допустить, ради идеализации, условия, делающие систему не способной к биогенезу, хотя фактически биогенез в системе происходил. К таким допущениям относятся приемы изоляции систем в термодинамике и определение состояния системы заданием функций состояния. Следствием всего этого является невозможность предвидеть появление жизни в сложной открытой системе. Бесспорным достижением упрощенной теории оказывается лишь то, что она не запрещает развития жизни, связывая его вполне основательно с явлениями сопряжения, которые тоже предвидеть не может. [c.235]

В сходных терминах был сформулирован американским физиологом У. Кэнноном и принцип самосохранения живых систем-. В открытой системе, такой как наши организмы, состоящие из нестабильного материала и подверженные непрерывному воздействию возмущений, само постоянство служит доказательством существования агентов, действующих или готовых к действию, чтобы поддержать это постоянство. Если состояние остается устойчивым, то это происходит потому, что любая тенденция к его изменению автоматически вызывает увеличение эффективности фактора или факторов, противодействующих этому изменению [278, стр. 281]. [c.43]