Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Термодинамика биохимических реакций

    ТЕРМОДИНАМИКА БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ [c.223]

    Еще одной особенностью биохимической термодинамики является участие в биохимических процессах специальных групп молекул, которые способны накапливать и передавать энергию в ходе реакций. Эти молекулы назьшаются высокоэнергетическими, или макроэргами, так как при их гидролизе высвобождается более 20 кДж/моль. По химическому строению макроэрги - чаще всего ангидриды фосфорной и карбоновых кислот, а также слабых кислот, какими являются тиолы и енолы. Эту макроэргическую связь не надо смешивать с понятием энергия связи, под которым в физической химии понимают энергию, необходимую для разрыва связи в молекуле. [c.75]


    Г. Исследования при низких температурах. Изучение биохимических реакций в широком температурном интервале, в особенности проникновение в область отрицательных температур, позволяет установить термодинамику процессов, выявить элементарные стадии сложных реакций. В практическом отношении пониженные температуры позволяют проводить реакции в таких условиях, которые необходимы для обеспечения селективности процессов и максимального выхода желаемого продукта. [c.287]

    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]

    Живые биологические системы являются открытыми, и протекающие в них реакции относятся к разряду неравновесных. Однако эти динамические, необратимые жизненные процессы происходят внутри организованной или самоорганизующейся, устойчивой или крайне медленно меняющейся структуры. Это дает возможность при рассмотрении молекулярных уровней организации биосистем и механизмов биохимических реакций исходить из условного термодинамического равновесия и использовать приемы и методы феноменологической равновесной и статистической термодинамики [см. 3, 4]. [c.4]

    Все биохимические реакции, катализируемые ферментами, не выходят за пределы классических законов термодинамики, и к ним (как и к чисто химическим системам) приложим принцип ле Шателье — равновесная точка системы смещается в направлении уменьшения эффекта произведенного воздействия Очевидно, что "метаболическое разнообразие" определяется не столько механизмами реакций, а сколько ферментным набором в клетках различ- ных организмов и подходящими условиями для их проявления, то есть первичными здесь являются ферменты, а вторичными — катализируемые ими реакции [c.270]


    Биоэнергетика, или биохимическая термодинамика, изучает изменения энергии, сопровождающие биохимические реакции и определяющие их возможность или невозможность. Небиологические системы могут использовать тепловую энергию для выполнения работы. Биологические системы изотермичны, поэтому используют химическую энергию. [c.113]

    Существование таких диссипативных структур уже подтверждено как путем машинных, так и лабораторных экспериментов [141, 72]. Вдали от равновесия химические реакции могут компенсировать влияние диффузии и приводить к возникновению упорядоченных структур на макроскопическом уровне. Это факт первостепенной важности, который, по-видимому, открывает новые перспективы в классической термодинамике. Более того, требования, необходимые для получения неустойчивости вдали от равновесия, вполне совместимы с механизмом некоторых важнейших биохимических реакций, ответственных за поддержание биологической активности [158]. [c.15]

    Четвертое издание книги, как и третье, состоит из следующих частей Термодинамика , Динамика , Квантовая химия , Строение твердого тела . Общее число глав не изменилось по сравнению с предыдущим изданием, но включены три новые главы, а материал глав Газы , Другие структурные методы и Ядерная и радиационная химия рассредоточен по другим разделам. Заново написаны главы Ионные равновесия и биохимические реакции (гл. 7), Спектроскопия магнитного резонанса (гл. 16) и Макромолекулы (гл. 20). Соответствующие разделы были в книге и раньше, но в настоящем издании им уделяется больше внимания, что отражает повышенный интерес к применению физической химии для решения биологических задач, а также возросшую роль методов ядерного магнитного и электронного парамагнитного резонанса. Перечисление всех существенных изменений в разных главах заняло бы слишком много места, поэтому я упомяну лишь о более подробном изложении квантовой теории, электронной структуры молекул, фотохимии и химии твердого тела. [c.6]

    Наиболее серьезное ограничение при использовании положений классической термодинамики определяется тем, что эта наука всегда имеет дело с равновесным состоянием и ничего не говорит о кинетике процессов. Отсюда иногда делают вывод, что термодинамика не имеет отношения к биохимии. Это, безусловно, не так нам важно знать энергетические соотношения для биохимических реакций. Вместе с тем очень опасно впасть в другую крайность и считать, что термодинамические расчеты, выполненные для состояния равновесия, можно прямо перенести на случай стационарного состояния, которое характерно для живой клетки (гл. 1). [c.200]

    Биоэнергетика, или биохимическая термодинамика, занимается изучением энергетических превращений, сопровождающих биохимические реакции. Ее основополагающие принципы позволяют объяснить, почему протекают одни реакции и не осуществляются другие. Небиологические системы могут совершать работу за счет тепловой энергии, биологические же системы функционируют в изотермическом режиме и для осуществления процессов жизнедеятельности используют химическую энергию. [c.111]

    С развитием в XIX—XX вв. термодинамики — науки о взаимопревращениях теплоты и энергии — стало возможно количественно рассчитывать превращение энергии в биохимических реакциях и предсказывать нх направление. Термодинамический метод основан на ряде строгих понятий система , состояние системы , внутренняя энергия системы , функция состояния системы . [c.11]

    Биохимические реакции в живых организмах подчиняются законам химии и физики и принципам химической термодинамики, науке о взаимосвязи между химической и другими формами энергии тепловой, электрической, лучистой, механической и т. д. [c.16]

    Каталитическое действие некоторых веществ на скорость химических реакций — одно из весьма важных, но еще недостаточно изученных явлений природы. Книга посвящена рассмотрению теории и практики катализа на современном научном уровне. Катализ находит все более широкое применение во многих важных отраслях промышленности. Авторы пишут об историческом развитии учения о катализе, о применении катализаторов в производстве, об их роли в биохимических процессах. Особое внимание уделено кинетике и термодинамике химических реакций с участием катализирующих веществ. [c.2]

    Во многих отношениях для биохимика химическая кинетика важнее, чем термодинамика. Биохимический процесс может вообще протекать разными путями, так как соотношения величин свободной энергии допускают ряд возможных реакций для данного состояния. Но именно относительная скорость различных реакций определяет, кака,я реакция окажется господствующей. [c.52]


    До тридцатых годов нашего столетия механизмы биохимических реакций оставались во многом неясными. Это положение резко изменилось с тех пор, когда в биохимии стали использоваться принципы термодинамики (энергетики). Это позволило в значительной мере расшифровать имеющиеся в живых организмах ферментативные механизмы, посредством которых осуществляется использование химической энергии в клетке и превращение химической энергии в иные виды энергии, необходимые для ее жизнедеятельности. [c.10]

    Как известно, в основе метаболизма лежат биохимические превращения веществ, сопровождающиеся превращением одной формы энергии в другую. Естественно, что применение методов термодинамики для анализа этих процессов давно стало предметом серьезных исследований. Уже на первых этапах методами классической термодинамики были получены важные результаты по изменению свободной энергии в отдельных биохимических процессах. В биохимических работах этот подход и сейчас с успехом применяется для того, чтобы выявить принципиальную возможность энергетического сопряжения различных метаболических реакций (например, гидролиз АТФ и потребляющие энергию реакции). [c.5]

    I закону термодинамики энергия в ходе физико-химических процессов не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы в другую в строго эквивалентных количествах. Таким образом, применительно к биологическим системам I закон термодинамики можно сформулировать так в живой природе при осуществлении различных биохимических процессов общее количество энергии остается постоянным. Но нужно отметить, что математическое выражение I закона термодинамики (0 = ДЯ+А) справедливо лишь для идеально обратимых процессов, в то время как в природе полностью обратимых процессов не существует, поскольку устойчивое химическое равновесие для живых организмов равнозначно смерти. Направление биохимических реакций можно предсказать, используя II закон термодинамики, согласно которому самопроизвольно протекают реакции, сопровождающиеся увеличением энтропии У при этом свободная энергия АС должна уменьшаться, т. е. АС < 0. Экзергонические реакции протекают самопроизвольно за счет уменьшения свободной энергии. Эндергонические реакции — это несамопроизвольные процессы, которые сопровождаются увеличением свободной энергии (АС > 0), поэтому их протекание невозможно без подвода энергии извне. [c.315]

    Существуют и другие способы расчета АОо, которые достаточно полно освещены в курсах биохимии их рассмотрение выходит за рамки настоящего учебника. Все они основаны на обычных представлениях классической термодинамики, согласно которым полное изменение свободной энергии в системе сопоставляют с достижением равновесного конечного состояния в соответствующей биохимической реакции. Непосредственно характер самого изменения свободной энергии во времени здесь не учитывают. [c.123]

    Выше было показано, что для химических преврашений строгое выполнение линейных соотношений взаимности Онзагера обеспечивается при очень малых значениях сродства этих преврашений даже на элементарных стадиях 1 КТ. Однако при протекании типичных лабораторных или промышленных химических реакций (например, прямого либо каталитического синтеза разнообразных соединений) значения сродства для брутто-процессов составляют обычно 40—100 кДж/моль (см. гл. 4, 5), в то время как при комнатной температуре ЯТ 2,5 кДж/моль. Даже для большинства биохимических превращений у4,у 4 8 кДж/моль. Таким образом, офомное число практически важных химических превращений осуществляется обычно вдали от термодинамического равновесия (вдали от области применимости соотношений линейной неравновесной термодинамики), что значительно усложняет их термодинамическое рассмотрение, и нередко для описания системы требуется использовать прямые кинетические методы, базирующиеся на дифференциальных уравнениях. [c.348]

    Живую систему в целом мы должны характеризовать только с точки зрения термодинамики открытых систем, но отдельные реакции можем изучать, пользуясь понятиями классической термодинамики. В этом случае из основных термодинамических констант Е - внутренняя энергия, Я - энтальпия, или теплосодержание, 5 - энтропия и 6 - свободная энергия) для биохимической термодинамики важнейшим является понятие изменения стандартной свободной энергии АС°, поскольку при постоянной температуре и постоянном давлении это понятие позволяет  [c.73]

    Расчет химической кинетики в рамках подходов Аррениуса и Эйринга основан на постулатах классической равновесной термодинамики. Предполагается, что химическая система проходит через ряд равновесных состояний. Принцип микроскопической обратимости действует на всем пути от исходных до конечных продуктов. Отсюда следует, что пути прямой и обратной реакции совпадают. Как было подчеркнуто выше, однако, активационные параметры и нельзя измерить непосредственно. Необходимо поэтому оценить применимость общепринятых подходов физической химии, предложенных много лет назад для описания поведения низкомолекулярных соединений в газовой фазе и в разбавленных растворах для биохимических процессов. [c.63]

    Рассмотрение термодинамики водных растворов неэлектролитов будет искусственно односторонним, если ограничиться системами без химических реакций. Как раз одна из важнейших ролей воды в природе состоит в том, что она является основной средой, в которой протекают химические процессы в живых организмах. Естественно предполагать, что взаимодействие воды со сложными биохимическими молекулами управляется, в основном, теми же факторами, которые отчасти обсуждались в этой книге (гидрофобные взаимодействия, донорно-акцепторные взаимодействия с полярными центрами и т. п.), а. также обсуждаются в литературе, посвященной водным растворам электролитов. Не случайно водные растворы простых органических соединений столь интенсивно изучаются в последнее десятилетие — они служат моделями очень сложных биохимических объектов и систем. Поэтому представляется необходимым и в рамках этой книги остановиться на некоторых особенностях химических реакций, в которых, в той или иной роли, участвует вода. Таких ролей может быть несколь- [c.166]

    Кроме того, неводные растворы находят широкое применение при исследовании кинетики реакций с целью изучения влияния природы растворителей на скорость реакций изучении растворимости веществ в различных средах исследовании вопросов термодинамики неводных растворов и исследовании электрохимии неводных растворов во всех ее теоретических и практических аспектах изучении каталитического действия кислот и оснований разнообразных химических, химико-технологических, биохимических, биологических и других процессов. [c.444]

    Хотя клетки используют освобождающуюся в процессе катаболизма энергию в сопряженных эндергонических процессах синтеза анаболизм), а также запасают ее в синтезированных продуктах, все же какая-то часть энергии непрерывно рассеивается в виде тепла вследствие неидеального сопряжения между биохимическими реакциями, при переходе химргаеской энергии в другие формы энергии (например, в механическую или электрическую) и т. д. В результате энтропия биосферы возрастает. Это — следствие второго закона термодинамики для любой замкнутой системы. Таким образом, жизнь на Земле неизбежно должна была бы прекратиться, не будь непрерывного притока лучистой энергии извне и фотосинтеза, который использует эту энергию. [c.314]

    Что касается реакций, то здесь надо сказать, что клетка действительно способна поразить воображение химика, изучающего различные превращения исходных веществ в нужные ему продукты. Такие поиски входят в программу работы химика и технолога, когда они хотят наладить новое химическое производство приходится исследовать множество реакций и отбрасывать все те, которые, несмотря на тщательный подбор условий и катализаторов, все же идут слищком медленно и практически себя не оправдывают. Клетки располагают столь совершенными катализаторами, что их деятельность может служить образцом для любого химического завода. Каталитические механизмы клетки справляются с труднейшими химическими задачами, например осуществляют фиксацию атмосферного азота при невысоких температурах. Биохимические машины заслуживают самого внимательного изучения и моделирования. Но и химики не беспомощны в обращении с катализаторами. Существует большое число катализаторов, которые по типу действия сходны с природными. Важно подчеркнуть, что основные химические законы биохимических процессов — это те же законы, которым следуют и реакции, протекающие просто в пробирке. Как бы ни были сложны молекулы ферментов, общие законы катализа, построенные на фундаменте химической кинетики и термодинамики, обязательны и для них. [c.5]

    Первый здкон термодинамики применим и к биологическим системам, например к живым организмам, в которых протекают биохимические, физиологические и другие процессы, сопровождающиеся превращением энергии. Изучение обмена веществ, в частности ассимиляции и диссимиляции, измерения всего выделяемого человеком тепла, поглощенного им кислорода, выдыхаемых двуокиси углерода и азота, выделяемой мочи и др., вычисление полного баланса метаболизма белков, жиров и углеводов позволило показать, что пищевые продукты при окислении в организме высвобождают такое же количество энергии, как при сжигании их до тех же конечных веществ вне организма. Энергетический баланс процессов подчиняется первому закону термодинамики. В процессе обмена веществ организм принимает из внешней среды разнообразные вещества. Они в организме подвергаются глубоким изменениям, в результате которых превращаются в вещества самого организма. Одновременно вещества живого организма разлагаются, выделяя энергию и продукты разложения во внешнюю среду. Специфично для живых тел то, что эти реакции определенным образом организованы во времени, согласованы между собой и образуют целостную систему, обусловливающую единство ассимиляции и диссимиляции и направленную на постоянное самовосстановление и самосохранение живого тела. [c.54]

    Рассмотренные в данном разделе примеры наглядно показы-вакгг, как на основе кинетических закономерностей с привлечением термодинамики можно прогнозировать протекание во времени химических реакций, в том числе и таких сложных, как биохимические превращения. [c.421]

    Постгшовка проблемы. В предыдущих разделах были представлены методы вычисления скорости продуцирования энтропии в открытых системах и описано их применение в изучении свойств биологических объектов. Общее заключение, которое следует из приведенного материала, состоит в том, что хотя нахождение диссипативных функции р (У.3.1), (У.З.б) и имеет значение для энергетической характеристики системы, однако определить на этой основе направление ее эволюции можно только в области линейной термодинамики, где справедливы соотношения (У.3.3), (У.З.б). Это обстоятельство, конечно, существенно ограничивает область применения термодинамики необратимых процессов в анализе свойств биологических систем, которые находятся вдали от термодинамического равновесия. Поэтому вдали от равновесия однозначных выводов о значениях величины р при приближении системы к стационарному состоянию сделать нельзя. Это особенно важно для биохимических превращений, где наиболее характерны реальные переходы с изменением значения термодинамического потенциала АС порядка 4-8 кДж/моль, в то время как применимость линейных соотношений в химических реакциях ограничена пределами изменения АО 0,8 кДж/моль и где, кроме того, существуют дополнительные кинетические ограничения. [c.145]

Смотреть страницы где упоминается термин Термодинамика биохимических реакций: [c.11]    [c.196]    [c.305]    [c.86]    [c.66]   
Смотреть главы в:

Физическая химия -> Термодинамика биохимических реакций

Физическая химия (1978) -- [ c.223 ]



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИКА СЛОЖНЫХ ПРОЦЕССОВ Физико-химические основы кинетики биохимических реакций



© 2025 chem21.info Реклама на сайте