Сокращение механическая работа

В клетках живых организмов эндергонические реакции, связанные с затратой энергии, идут за счет химической энергии, освобождаемой при экзергоническом расщеплении молекул углеводов, жиров, белков и других веществ. Основные ироцес-сы требующие затрат энергии, — биосинтез более сложных молекул из более простых, выполнение механической работы (например, при сокращении мышцы), накопление веществ или их активный перенос против градиента химического потенциала , для растительных организмов главные реакции, протекающие с затратой энергии, — синтетические процессы. Экзергоническне и эндергонические процессы в клетках тесно взаимосвязаны, и-в большинстве случаев усиление синтетических реакций требует усиления процессов распада веществ, при которых выделяется энергия, необходимая для синтеза веществ. [c.18]

Выделяемая энергия используется для выполнения механической работы мышечного сокращения и во многих других биохимических реакциях (см. разд. 15.7 и рис. 18.8). О биологических свойствах фосфорсодержащих соединений более подробно рассказывается в гл. 25. [c.327]

Работа, совершаемая системой за счет расширения, является не единственным, а с точки зрения физической химии даже не главным видом работы. Вспомним, что мышца совершает механическую работу в результате изменения формы мышечного волокна (мышечного сокращения), а гальванический элемент—за счет создаваемой в нем разности электрических потенциалов между электродами. В то же время работа расширения — неизбежный компонент полной работы, совершаемой системой в процессе, сопровождающемся изменением объема системы. В силу этого в физической химии работу разделяют на работу расширения и все остальные компоненты, которые в сумме называют полезной работой А. [c.187]

Следовательно, при сокращении соответствующий жгут или-нить снова может поднимать груз и выполнять механическую-работу. Здесь, однако, условия, касающиеся критического груза, будут иными из-за анизотропии температуры плавления при слишком большом грузе не только не произойдет плавления, но может даже вместо сокращения произойти дополнительное [c.393]

Мышечное сокращение является процессом, в ходе которого происходит превращение химической энергии, запасенной в виде макроэргических пирофосфатных связей в молекулах АТФ, в механическую работу. По объему, который приходится на долю мышц у высших организмов, в том числе у человека, и по масштабу биохимических превращений, обслуживающих прямо или косвенно мышечное сокращение, этот процесс занимает первое место среди всех физиологических процессов. Даже в состоянии покоя на его долю приходится до 40% от всего объема метаболизма, а при интенсивной механической работе организма эта доля может достичь 75%. Непосредственными участниками процесса сокращения являются два белка — миозин и актин. Большое число молекул каждого из этих белков объединены в виде специальных конструкций, вне которых сокращение совершаться не может. [c.435]

Циклы с использованием фазового перехода имеют более высокий коэффициент полезного действия, независимо от молекулярной природы рабочего вещества, и поэтому более предпочтительны. В случае фибриллярных макромолекул ориентированная кристаллическая структура дает возможность осуществить фазовый переход. Именно благодаря переходам такого типа в природных системах возможны предельно резкие процессы сокращения рабочее вещество при фазовом переходе является более чувствительным и эффективным преобразователем тепловой энергии в механическую работу. [c.209]

Теперь, познакомившись с некоторыми основными законами, которые регулируют обмен энергии в химических системах, мы можем обратиться к рассмотрению энергетического цикла в клетках. Для гетеротрофных клеток источником свободной энергии, получаемой в химической форме, служит процесс расщепления, или катаболизм, пищевых молекул (в основном углеводов и жиров). Эту энергию клетки используют в следующих целях 1) для синтеза биомолекул из молекул-предшественников небольшого размера 2) для выполнения механической работы, например мышечного сокращения, 3) для переноса веществ через мембраны против градиента концентрации и 4) для обеспечения точной передачи информации. Главным связующим звеном между клеточными реакциями, идущими с выделением и с потреблением энергии, служит аденозинтрифосфат (АТР рис. 14-2). При расщеплении высокоэнергетического клеточного топлива часть содержащейся в этом топливе сво- [c.413]

АТР не только обогащает энергией молекулы-предшественники и тем самым подготавливает материал для биосинтеза различных клеточных компонентов он также поставляет химическую энергию для двух главных форм выполняемой клеткой работы для механической работы, связанной с мышечным сокращением, и для осмотической работы, обеспечивающей транспорт веществ против градиента концентрации. [c.423]

Периодическое изменение физического состояния мышечных белков, обусловливающее возможность попеременного сокращения и расслабления мышц и выполнения механической работы, очевидно, каким-то образом связано с важнейшими, дающими энергию химическими процессами. [c.448]

Превращая различные исходные молекулы, например молекулы жиров, углеводов, белков, в молекулы конечных продуктов обмена — двуокись углерода, воду, аммиак или мочевину, мы получим работу в той или иной форме иногда ее можно получить в форме энергии тока, а в иных случаях в форме теплоты, или механической работы. Организм обладает приспособлениями для превращения химической энергии, скрытой в молекулах пищевых веществ, в разнообразные формы. Биологические машины производят работу не только за счет электрических сил, но и работу мышечного сокращения в некоторых организмах энергия окисления пищевых веществ частично выделяется в виде света. Важной статьей расхода энергии является создание специфических белков организма, синтез которых требует затраты энергии. [c.21]

За счет чего достигнуто изменение размеров развальцованного конца трубы из винипласта Только за счет растягивания тепловых пружин внешней силой (т. е. в результате приложения механической нагрузки). Ясно, что такое состояние структуры полимера при комнатной температуре является вынужденным и термодинамически неустойчивым. Если теперь место соединения труб нагревать в течение 1—2 ч при температуре несколько выше Тс полимера (в нашем случае — выше 85° С), то получится результат, зафиксированный на рис. 10, б. Развальцованный конец трубы (как с надрезом, так и без надреза) разрушен вследствие того, что при сокращении диаметра внешней трубы до первоначального размера совершена механическая работа (развальцованный участок разрушен за счет механической энергии, потраченной на развальцовку) . Доказательством того, что работа снятия размерной анизотропии почти не связана с изменением межмоле-кулярных или межатомных расстояний в структуре полимера, является постоянство объема вещества до и после снятия размерной анизотропии . [c.48]

Численное значение механического эквивалента теплоты зависит от значения, принятого для единицы количества работы, и от значения, принятого для единицы количества те плоты. Поэтому точнее было бы говорить механический (в выбранных для количества работы единицах) эквивалент выбранной единицы теплоты. Но так говорить длинно и скучно. Мы останемся при сокращении механический эквивалент теплоты. [c.104]

В фазе сокращения выделяется примерно половина всей теплоты. Однако это не позволяет считать к. п. д. мышцы за 75%,ибо в циклически работающей машине как работу, так и теплоту необходимо брать за цикл. Существенное выделение теплоты происходит и в фазе расслабления (если в фазе сокращения произведена механическая работа). Если оценивать к. п. д. механохимической машины в 50%, то на 1 моль затраченной АТФ производится 5000 кал., или 2-10 эрг работы. В то же время мы [c.188]

ООО, поэтому на 1 моль миозина приходится 2 10 —4 10 эрг механической работы, т. е. на 1 моль белка затрачивается 10—20 моль АТФ при одном цикле сокращения — расслабления. [c.188]

В экструдерах механическая работа по срезыванию сведена к минимуму и большая часть необходимого тепла обеспечивается за счет теплового источника. Производительность машины может быть повышена двумя путями увеличением длины червяка и стержня для создания большей площади соприкосновения с теплом и увеличением оборотов червяка и давления. На практике это достигается увеличением коэффициента сжатия до величины, равной 3 1. Для некоторых материалов коэффициент сжатия можно увеличить до 5 1 сокращением разности температур между цилиндром и полимером или же сочетанием всех вместе взятых факторов. [c.140]

Следствие, должно происходить удлинение волокна, что и наблюдается в действительности. Через несколько секунд волокно начинает удлиняться, и это удлинение продолжается в течение нескольких минут, на что указывает отклонение стрелки весов. Для волокна длиной около 35 см при растягивающем грузе 10 г удлинение может составлять 5— 7,5 см. Если каустическую соду в цилиндре опять заменить кислотой, происходит обратное сокращение. Таким образом можно неоднократно повторить этот цикл, причем каждый раз, когда волокно в щелочной форме обрабатывается кислотой, образуется определенное количество хлористого натрия. Очевидно, что основная химическая реакция — это нейтрализация соляной кислоты каустической содой. В принципе такой прибор может действовать автоматически, для чего должна быть предусмотрена автоматическая подача в цилиндр с волокном кислоты и щелочи в каждом цикле. Аналогично линейное перемещение волокна можно легко превратить во вращательное движение. Однако эффективность такого процесса крайне низка — менее 1 % химической энергии превращается в механическую энергию растяжения. Тем не менее подобные опыты кладут начало химической механике, т. е. области, в которой механические эффекты являются следствием изменения химической среды, окружающей макромолекулы. Примеры обратного процесса, когда механическая работа системы индуцирует химическую реакцию, уже приводились напомним, что действие озона на каучук особенно заметно, если образец растянут . [c.176]

Важную группу гелей составляют гели с большим количеством ионогенных групп, в том числе гели различных по- лиэлектролитов, белков, в которых большую роль играют электрохимические явления. Они приобретают особое значение в гелях полиэлектролитов, образованных гибкими макромолекулами с высокой плотностью зарядов. В этом случае изменение степени ионизации ионогенных групп приводит к значительным изменениям объема геля, обусловленным электростатическим отталкивательным взаимодействием одноименно заряженных групп. Так, например, Качальский показал, что в гелях или волокнах полиакриловой кислоты, содержащих по одной СОО--группе в каждом звене цепи, путем смещ-ения pH или замены Na-солей на менее диссоциированные Ва-соли, можно вызвать обратимые удлинения в 8—10 раз аналогичные опыты производились на гелях полиальгиновой кислоты. По мнению Кирквуда и Риземана, подобные явления могут иметь место при мышечном сокращении, в результате процессов ферментативного фосфорилирования и дефосфорилирования. Замечательно, что в описанных процессах происходит непосредственный переход изменений химической энергии в механическую работу (хемомеханический процесс), который [c.210]

Основная функция клетки состоит а движении, основанном на сокращении и расслаблении, и в выполнении механической работы. Вспомогательные функции относятся к запасанию химической энергнн, предназначенной для П >епра1цения в механическую энергию. В этом плане важной стадией яв-ляется мобилизация гликогена, выполняющего функцию хранения энергии. [c.285]

Эти механохимические процессы сводятся к превращению химической энергии в механическую работу. Имеется далеко идущее сходство АТФ-азной активности митохондриальных мембран и актом иозиновой сократительной системы скелетных мышц. Сходны их механохимические свойства — сокращение под действием АТФ. Можно было думать, что в мембранах митохондрий присутствуют сократительные белки, подобные актомнозину. Эта гипотеза была подтверждена — сократительный белок удалось выделить из митохондрий. Показано, что сократительные белки участвуют в митохондриальной механохимии, но оказалось, что здесь играет существенную роль и липид мембран — фосфатидилинозитол. [c.431]

Эти явления тесно связаны с механохимическими процессами. Слабо сшитые полиэлектролитные гели способны трансформировать химическую энергию в механическую работу. Представим себе полианионный гель, изготовленный, например, из полиметакриловой кислоты и набухший в воде при нейтральном pH. Добавление щелочи к такому гелю увеличит степень ионизации кислотных групп, их взаимное электростатическое отталкивание и, следовательно, степень набухания. Добавление кислоты вызовет сокращение геля. Изменение объема геля можно использовать для совершения работы. Если изготовить из слабо сшитого полиэлектролита волокно, то оно будет удлиняться или укорачиваться при добавлении щелочи или кислоты и производить соответствующую работу, опуская или подымая груз. Напротив, механическое растяжение такого волокна приводит к изменению ионного состава омывающей жидкости. Аналогичные процессы происходят в результате изменения ионной силы — введения в набухший полиэлектролит нейтральной соли. Качальский и Оп-латка построили непрерывно работающую машину, в которой по-лиэлектролитное волокно (коллаген) попеременно погружается [c.171]

Резкость наблюдаемого сокращения представляет собой естественное следствие плавления гомополимера в полном согласии с трактовкой этого процесса как фазового перехода первого рода. Для статистического сополимера с точно таким же расположением цепей и сшивок область плавления и сокращения расширяется. Наложение на указанные системы напряжения повышает температуру плавления, но сокращение остается обратимым. Следовательно, волокна, подобные описанным, могут служить в качестве рабочего вещества двигателя, непосредственно преобразующего тепловую энергию в механическую работу. [c.198]

На долю скелетных мышц в целом приходится более 50% кислорода, потребляемого организмом человека в состоянии покоя, и до 90%-при интенсивной мышечной работе. Обмен веществ в скелетных мыщцах направлен в первую очередь на выработку АТР как непосредственного источника энергии для сокращения и расслабления. Кроме того, скелетные мышцы приспособлены к тому, чтобы вьшолнять механическую работу не непрерывно, а по мере надобности. Иногда, например при беге спринтера на 100 м, скелетные мышцы выполняют огромную работу за очень короткое время. [c.756]

Гладкие мышцы позвоночных животных мезенхимного происхождения отличаются от поперечнополосатых склетных мышц как по своему гистологическому строению, так и по характеру сократительной деятельности. Они сокращаются медленнее и, что особенно важно, значительно медленнее подвергаются расслаблению. Некоторые гладкие мышцы обладают способностью длительгю оставаться в укороченном состоянии, не выполняя механической работы, но оказывая сопротивление силам (иногда весьма значительным), стремящимся вызвать их растяжение. Эта функция гладких мышц, получившая название тонической деятельности, или запирательной функции, не связана, в отличие от активного сокращения, с существенным повышением энергетического обмена. [c.423]

В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова, производя свои исследования над сократительным веществом мышц — белком миозином, обладающим, как было показано теми же авторами (стр. 417), выраженными ферментативными (аденозинтрифосфатазными) свойствами, обнаружили, что особым образом приготовленные миозиновые нити при взаимодействии с аденозиптрифосфа-том в определенных условиях резко изменяют свои механические свойства (эластичность и растяжимость). Одновременно происходит расщепление аденозинтрифосфата с образованием АДФ и Н3РО4. Эти наблюдения сразу же привлекли всеобщее внимание, наметили возможность объяснения самого механизма превращения химической энергии в механическую работу и заложили фундамент для нового направления в биохимии — механохимии мышечного сокращения. [c.425]

Несомненно, что энергия, освобождающаяся при гидролизе АТФ в форме теплоты, никак не может быть использована для выполнения каких-либо видов физиологической работы и, в частности, мышечного сокращения. Этот вывод вытекает из простейших термо-динамическйх расчетов. Если бы мышца работала подобно тепловой машине, в которой химическая энергия топлива сначала превращается в теплоту, а затем уже в механическую работу, то в этом случае использование даже только 30% химической энергии (что соответствует коэффициенту полезного действия 0,3) сопровождалось бы перепадом температур в мышечном волокне, абсолютно несовместимым с сохранением белков в неденатурированной форме, что является совершенно абсурдным предположением. Поэтому с термодинамической точки зрения энергия, аккумулированная в макроэргических фосфатных связях АТФ, должна использоваться при сокращении мышечного волокна каким-то иным путем, не связанным с освобождением ее в форме теплоты. Было, например, высказано предположение, что АТФ в процессе гидролиза непосредственно передает энергию контрактильным структурам с образованием АДФ и фосфорилирован-ного белка. [c.449]

Фосфорилироваиный миозин затем вступает во взаимодействие со вторым компонентом актомиозиновой системы — актином — с отщеплением Н3РО4 и образованием богатой энергией формы актомиозина, способной к самопроизвольному сокращению, т. е. выполнению механической работы. [c.449]

Важную группу гелей составляют гели с большим количеством, ионогенных групп, в том числе гели различных полиэлектролитов, белков, в которых большую роль играют электрохимические явления. Они приобретают особое значение в гелях полиэлектролитов, образованных гибкими макромолекулами с высокой плотностью зарядов. В этом случае изменение степени ионизации ионогенных групп приводит к значительным изменениям объема геля, обусловленным электростатическим отталкивательным взаимодействием одноименно заряженных групп. Так, например, в гелях или волокнах полиакриловой кислоты, содержащих по одной СОО"-группе а каждом звене цепи, путем смещения pH или замены Ма-солей на менее диссоциированные Ва-соли, можно вызвать обратимые удлинения в 8—10 раз (стр. 106). Аналогичные опыты производились на гелях полиальгиновой кислоты. По мнению Ж. Кирквуда и Ризе-мана, подобные явления могут иметь место при мышечном сокращении в результате процессов ферментативного фосфорилирования и дефосфорилирования в частности, они возможны на нитях белка актина в мышечном волокне. При мышечном сокращении обратимые деформации, однако, редко превосходят 30—40%. Замечательно, что в описанных процессах происходит непосредственный переход изменений химической энергии в механическую работу (хемомеха-нический процесс), который, несомненно, лежит в основе мышечного сокращения, хотя его конкретный механизм еще нельзя считать выясненным. [c.187]

Значение доннановского равновесия в сшитых полиэлектролитах очень велико для биологических систем. Более подробно вопрос о мембранном равновесии в белках рассмотрен в монографии Тенфо да (21, с. 258]. Здесь необходимо сказать о предполагаемом механизме сокращения мышц, основанном на эффекте изменения набухания (детально этот вопрос разобран в специальной литературе, которая посвящена биологическим системам). Речь идет о так называемой механохимии или, как более правильно принято обозначать эту область явлений в советской научной литературе, о хемомеханике , в которой рассматриваются, в частности, системы сшитый полиэлектролит — водный раствор электролита с точки зрения превращения химической энергии (реакция нейтрализации) в механическую (одноосное сокращение и удлинение студня, используемое для производства механической работы). Следует заметить, что хемомеханика в общем виде включает и рассмотрение многих других способов переработки химической энергии в механическую. [c.71]

При количестве установленных фильтров РФГ более 10 на ряде объектов осуществлен переход на групповую регенерацию, когда одновременно регенерируются все секции одного аппарата. Для этого на один фильтр устанавливают всего два дросселя — на чистом газе и продувочном, — управление которыми осуществляется исполнительным механизмом. Одновременно с продувкой производится механическое встряхивание. При такой системе регенерации повышается производительность фильтров (до 20%) и снижается расход электроэнергии благодаря сокращению продолжительности работы приводов встряхивания. Тем не менее, такое решение следует рассматривать как вынужденное, так как наиболее экономичным в данном случае было бы использование фильтров большой единичной производительности. Так, более экономичным при больших расходах очищаемого газа (по сравнению с фильтрами РФГ) является применение фильтров УРФМ. Фильтры УРФМ имеют большую поверхность фильтрации, более низкую удельную металлоемкость, меньшее количество изнашивающихся деталей, более герметичный корпус применение тарельчатых затворов вмёсто дросселей резко снизило пере-. токи из коллектора продувочного воздуха в секции, находящиеся в режиме фильтрации [96]. [c.175]

В гл. II (стр. 48) было приведено экспериментальное доказательство схемы, представленной на рис. 27. Если сокращению тепловой пружины не будет создано препятствия, то в период ее сокращения полимер будет нагреваться и выделенное тепло будет точно соответствовать механической работе, затраченной на вынужденное растяжение тепловой пружины . Интересно, что Джоуль устанавливал величину механического эквивалента тепла посредством растяжения и сокращения образцов натурального каучука, который является однил из типичных представителей линейных полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии при комнатных температурах. [c.102]

Одна пз самых важных функций белков, с которой мы встречаемся у всех видов живых существ, — прямое превращение химической энергии в механическую работу. В этом отношении самый совершенный механизм — поперечно-полосатая скелетная мышца высших животных. Примеры механохимической активности в гораздо более простых организмах — движение жгутиков (флагелл) у бактерий и мерцательных ресничек у парамеций, сокращение хвоста бактериофага при инъекции ДНК в заражаемую клетку. Наконец, процесс сжатия и расширения митохондрий, [c.186]

Таким образом, гипотеза о переносе фосфатной группы с АТФ не белок и последующем ее гидролизе в фазе расслабления соответствует фактам. В том, что измерение скорости изотопного обмена АТФ и АДФ является характеристикой реальной реакции (1), мы убеждаемся еще и по такому признаку. Сокращение отмытого мышечного волокна или мышечного белка требует обязательного присутствия АТФ и ионов магния (10" —10" М). Если заменить магний на кальций, то сокращение актомиозина не происходит. Оказывается, что и реакция изотопного обмена, исследованная Ульбрехтом, требует обязательно присутствия магния и полностью тормозится при замене магния на кальций (вследствие чего эта реакция не была найдена ранее Кошландом). Что касается реакции минерализации фосфата (аденозинтрифосфатазной реакции), то она идет еще активнее при замене магния на кальций. В этом случае АТФ расщепляется, но вхолостую. Вся энергия гидролиза АТФ переходит в теплоту. Ясно, что в этом случае балансовая реакция остается той же самой, но механизм ее изменяется, она не идет через стадию (1), которая необходима при получении механической работы. [c.190]

Интересно представить себе циклически работающую машину, использующую механохимический принцип поочередной ионизации. (под действием щелочи) и нейтрализации (под действием кислоты) карбоксильных групп. Рабочий цикл машины изображен на рис. 58. Сокращение волокна совершается под нагрузкой /1, а расслабление под меньшим напряжением f . Работа за один цикл будет (/1—/2) А1=1А1. Спрашивается откуда берется эта работа Казалось бы, число карбоксильных групп задано, и процесс их ионизации и нейтрализации вполне обратим. Однако уже из приведенного рассуждения становится ясно, что в полиэлектролите, находящемся под механическим напряжением (силой /), константа диссоциации карбоксильных групп будет зависеть от напряжения и в конечном счете определится наряду с другими факторами механической работой, совершаемой волокном. Как известно из тердюдинамики, равновесная диссоциация карбо- [c.192]

Движение и другие формы механической работы высших организмов обусловлены работой поперечнополосатых скелетных мышц. Основная структурная единица мышцы — мышечная клетка или мышечное волокно (рис. 106). Мышечное волокно окружено саркоплазма-тической мембраной или сарколеммой. Эта мембрана местами внедряется во внутренний объем мышечного волокна, образуя поперечные канальцы, заполненные межклеточной жидкостью. Внутри мышечной клетки находятся цитоплазма (саркоплазма) с митохондриями, сар-коплазматический ретикулум (сеть) и миофибриллы. Сарконлазматический ретикулум—мембранная система, пересекаюш,ая мышечные волокна по соседству с канальцами и окружающая миофибриллы, которые собственно и играют главную роль при сокращении и растяжении мышц. [c.241]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология