Энтропия связь с биологическими системами

Ранее мы рассмотрели ряд закономерностей термодинамики и сделали положительное заключение ( 26) о применимости первого закона термодинамики для анализа биологических процессов. Выясним границы применения в биологии второго закона термодинамики, следствий из него и энтропии. Статистический характер и неприменимость второго закона термодинамики к отдельным молекулам и системам из небольшого числа молекул ограничивает область его приложения системами макроскопическими. Самопроизвольные процессы в таких системах представляют собой переход системы из менее вероятного в более вероятное состояние, а необратимость физических процессов объясняется лишь относительно малой вероятностью их обращения, обусловленной молекулярным строением материи. С учетом изложенного естественно возникает вопрос, в какой мере приложима к биологическим процессам обычная трактовка второго закона термодинамики, вопрос о связи энтропии и вероятности состояния в смысле степени его упорядоченности и об определяющей роли энтропии в направлении химических процессов обмена. [c.66]

Это связано прежде всего с появлением новых объектов приложения термодинамики и изменением удельного веса традиционных областей применения химической термодинамики. Если, например, в девятисотые годы правило фаз было типичным объектом исследования в работах по термодинамике, а в тридцатые годы оно переживало вторую молодость , то в настоящее время относящиеся сюда вопросы образовали некоторую самостоятельную область, весьма важную своими приложениями в материаловедении, геохимии или физико-химическом анализе, но правило фаз занимает весьма скромное место в современном курсе химической термодинамики. С другой стороны, термодинамика поверхностных явлений приобрела большое значение в связи с возрастающим интересом к проблемам адсорбции, ионообменным равновесиям, ее применениями к теории роста, кристаллов и образованию новых фаз, а также ролью поверхностных явлений в биологических системах. Изменилось также отношение к основной проблеме химической Термодинамики— расчету химических равновесий, которая кардинальным образом упростилась в связи с развитием квантовой статистики и теоретически ясным определением абсолютных энтропий. Это позволило заметно упростить и теорию и проведение расчетов без какого-либо ущерба для строгости и точности изложения. В настоящее время метод химических постоянных можно полностью отнести к истории термодинамики. [c.3]

В неравновесных динамических системах диссипативного типа устойчивость связана с существованием стационарных состояний если отклонение от равновесия невелико, то критерием устойчивости может служить производство энтропии, достигающее в стационарном состоянии минимального значения. Если система сильно отклонилась от равновесия, то трудно указать критерии устойчивости в отдельных случаях система способна вращаться вокруг стационарного состояния, периодически изменяясь. При этом могут возникать как временная, так и пространственная упорядоченности в исходно однородной системе. По мере усложнения диссипативных систем и перехода к предбиологическим и биологическим энергетические критерии устойчивости утрачивают свое значение в том смысле, что потоки энергии и массы все в большей степени контролируются кодовыми механизмами. [c.342]

Использование понятия энтропии для суш ественно неравновесных и гетероген-ных систем оправдано только по отношению к выделенным статистическим степеням свободы. Именно поэтому характеризовать в целом поведение биологической системы с помош ью понятия энтропии неправильно. Его можно применять только по отношению к конкретным метаболическим процессам. Пренебрежение этим обстоятельством создает причины серьезных ошибок при попытках дать чисто термодинамическую трактовку жизненных явлений. В этом плане следует рассматривать и проблему биологической информации. Связь энтропии и биологической информации. Связь этих понятий раскрывается по мере изучения информационных процессов в биологии. Как известно, на всех уровнях биологической организации суш ествуют информационные системы, в которых производится, запасается, передается, перерабатывается и воспринимается информация. Когда исследователь получает информацию о действительном состоянии системы, то первоначальная неопределенность, которой характеризовались его знания о системе, уменьшается. Очевидно, количество полученной информации в этой ситуации будет тем больше, чем больше была исходная неопределенность в состоянии системы. Пусть число микросостояний, которыми можно осуш ествить данную систему, равно а вероятность каждого из них равна р = 1 /И . [c.159]

Пригожин и Виам исследовали применение стационарных состояний к биологическим явлениям. Это исследование устанавливает связь энтропии с биологическими системами, [c.246]

В этом случае величина сродства перехода не может быть связана только с сопутствуюш ими тепловыми эффектами (У.2.19), а зависит и от энтропии реагентов. Примером могут быть различные конформационные перестройки в молекулах ферментов, участвуюш их в метаболических процессах и изменяюш их в их ходе свою энтропию. Следовательно, попытки определить скорость продуцирования энтропии в биологических системах на основе простых калориметрических опытов не могут дать однозначных результатов для изучения термодинамических свойств целых организмов. [c.129]

Сложен применительно к биологическим системам вопрос о связи энтропии и упорядоченности систем. Во всех случаях кристаллизации, растворения веществ, смешения жидкостей и во многих других процессах изменяется энтропия. Это сопровождается изменением упорядоченности системы в результате действия межмолекулярных сил и теп- [c.67]

Каждому конечному значению входного сигнала отвечает конечное (для устойчивых систем) значение выходного. Но в некоторых системах, к которым относятся биологические, не столько величина, сколько вид функции Р определяет поведение системы. В определенных случаях этот вид (оператор, действующий на переменные) может иметь особый характер, например, он может включать обратную связь в замкнутых системах. Отнесем теперь функцию не к системе, а к среде, т. е. будем считать, что среда направляет на систему воз действия, в которых временные и пространственные факторы заданы некоторым оператором, действующим на координаты и время, и посмотрим, как будут изменяться параметры системы ее масса, энергия, энтропия и т. п. Функция Р будет кодовой частью воздействия. Для простейших статистических систем, вроде идеального газа, коды значения не имеют. Состояние системы определяется энергией энергия есть функция состояния, и совер- [c.90]

Следует отметить, что частичная упорядоченность молекул характерна для целого ряда биологически важных веществ — белково-липидных систем, холестерина, некоторых солей жирных кислот и т. п. Строгая упорядоченность, вообще характерная для биологических систем, также определяется особым типом организации макромолекулярных структур и по своей сущности является динамической. В живом организме эта упорядоченность поддерживается за счет равновесия между непрерывно идущими процессами распада и образования вещества и связана с увеличением энтропии той системы, в которой находится организм. [c.40]

С термодинамикой связана и теория информации. Увеличение количества информации в системе, рассматриваемой как сообщение, всегда сопряжено с понижением энтропии (см. гл. 9). Информационные аспекты биологии весьма поучительны. Выясняется, что понятие количества информации совершенно недостаточно для рассмотрения развивающихся биологических систем. Оказывается необходимым рассматривать и рецепцию информации, и создание новой информации. И то, и другое возможно лишь в условиях неравновесия, нестационарности и неустойчивости. В биологии важно не количество информации, но ее ка- Чество, смысл или ценность ( 17.8). [c.20]

Изменение энтропии в открытых системах. Применение второго закона к биологическим системам в его классической формулировке приводит, как кажется на первый взгляд, к парадоксальному выводу, что процессы жизнедеятельности идут с нарушением принципов термодинамики. В самом деле, усложнение и увеличение упорядоченности организмов в период их роста происходит самопроизвольно. Оно сопровождается уменьшением, а не увеличением энтропии, как следовало бы из второго закона. Ясно, что увеличение энтропии в необратимых самопроизвольных процессах должно происходить в изолированных системах, а биологические системы являются открытыми. Проблема поэтому заключается в том, чтобы понять, как связано изменение энтропии с параметрами процессов в открытой системе, и выяснить, можно ли предсказать общее направление необратимых процессов в открытой системе по изменению ее энтропии. Главная трудность в решении этой проблемы состоит в том, что мы должны учитывать изменение всех термодинамических величин во времени непосредственно в ходе процессов в открытой системе. Постулируется, что общее изменение энтропии открытой системы может происходить независимо либо за счет процессов обмена с внешней средой с1е5, либо вследствие внутренних необратимых процессов [c.70]

Относительно небольшие различия в значениях энергии и энтропии частично объясняются слабым взаимодействием таких комплексных ионов с водной средой. Это может быть и одним из объяснений того, почему ионы металлов и другие ионные частицы, которые содержатся в биологических окислительно-восстановительных системах, образуют относительно большие комплексные ионы, в которых центральный ион окружен протяженными системами, имеющими сопряженные двойные связи. [c.101]

Необходимость поисков каких-то новых критериев направления или оптимальности функционирования биологических систем, основанных на понимании особенностей их внутреннего строения и жизнедеятельности, является важной проблемой биофизики. Одна из таких попыток связана с постулированием того, что оптимальная самонастройка метаболических процессов происходит в направлении максимально возможного в данных условиях энергетического сопряжения реакций. Это выражается в минимальном значении скорости уменьшения свободной энергии (1Р/(И за счет определенной согласованности метаболических процессов, а не в результате уменьшения скорости продуцирования энтропии по теореме Нригожи-на. Иными словами, предполагают, что в процессе эволюции биологических систем выжили только те из них, которые обладали типом метаболизма, обеспечиваюш им максимально возможное в данных условиях значение свободной энергии Р системы. Однако данное заключение в обш ем виде не может считаться доказанным. [c.157]

Ионы кальция жизненно необходимы для функционирования клеточных мембран и для многих биологических процессов. Поверхностные мицеллы, постулированные Бреем [20], имеют аналогаи в более простых поверхностно-активных системах. Например, при физиологических значениях pH монослои из молекул стеариновЪй кислоты в присутствии ионов хлорида кальция ассоциируют в поверхностные мицеллы с диаметром около 6 нм [21] (рис. 3.2, е ). Образование поверхностных мицелл в мембранах может быть тесно связано со структурными переходами мембран и понижением энтропии, которое, по имеющимся данным, сопровождает возбуждение мембраны [21]. [c.47]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология