Энергия, превращения в живой природе

Рис. 64. Превращения энергии в живой природе (пояснение в тексте)

Источником углеводов в природе служит процесс фотосинтеза — превращение в зеленых листьях растений углекислого газа воздуха в углеводы. Энергию для этого процесса дает солнечный свет. Фотосинтез служит единственным источником органических веществ в живой природе, поскольку животные неспособны синтезировать органические вещества нз неорганических они лишь перерабатывают органические веи ества, накопленные растениями. Велика роль продуктов фотосинтеза и в качестве источников энергии и каменный уголь, и нефть, и газ, и тем более древесина — все это консервированная солнечная энергия , накопленная за счет фотосинтеза. Общий результат фотосинтеза можно выразить схемой [c.317]

Теоретически превращения энергии без промежуточной стадии тепла возможны с к. п. д., равным 100%. В настоящее время к, п. д. таких превращений еще очень низок (табл. 1) как вследствие слабого знания механизмов микропроцессов, происходящих при этих превращениях, так и отсутствия соответствующих материалов для изготовления нужных устройств. Таких материалов в природе не существует, поэтому их нужно создавать искусственно. Правда, в живых организмах процессы превращения энергии происходят с очень высоким к. п. д., но они идут с участием веществ, имеющих чрезвычайно сложную структуру. Эти химические соединения и законы их превращений не изучены нами настолько хорошо, чтобы применять их для практического получения энергии вне живых организмов. Мы пока еще не можем синтезировать все сложные вещества живых организмов и тем более поставлять их для нужд производства. [c.28]

Углерод, поглощаемый растениями в виде СО2, служит материалом для построения всех органических соединений живой природы, в том числе ряда ценных веществ, используемых для питания человека и животных (белки, сахара, крахмал, жиры, витамины), а также перерабатываемых в промышленности (целлюлоза, натуральные волокна, каучук и др.). Эти сложные органические продукты синтезируются из двуокиси углерода, воды и минеральных соединений под действием энергии солнечных лучей, поглощаемых зеленым красящим веществом листьев — хлорофиллом (процесс фотосинтеза). В ходе превращений простых веществ листья выделяют в воздух кислород, обогащая им атмосферу. [c.176]

Отличия химических равновесий в живой и неживой природе. Любая химическая реакция в неживой и живой природе может самопроизвольно протекать только в направлении, позволяющем достичь равновесия. После достижения состояния равновесия увеличение концентраций продуктов реакции прекращается. Смещение равновесия в обратном направлении, т. е. в сторону реакции превращения продуктов в исходные вещества, возможно только за счет подвода энергии к реакционной системе извне. [c.37]

Превращение энергии в живой клетке подчиняется тем же законам термодинамики, которые действуют в неживой природе. Согласно первому закону термодинамики, живые организмы не могут ни создать, ни уничтожить энергию, они могут лишь преобразовать одну форму энергии в другую. Клетка представляет собой термодинамически открытую систему, обменивающуюся с внешней средой, которая служит для клетки [c.406]

Живые организмы подчиняются всем основным законам природы. К ннм полностью применим закон сохранения н превращения энергии, а также второе начало термодинамики. [c.75]

Как известно из огромного опыта, накопленного химией, с увеличением молекулярной массы химических соединений подвижность их молекул уменьшается. Полезно подчеркнуть, что устойчивость высокомолекулярных соединений, особенно органических, является следствием не низкого термодинамического потенциала (т. е. малого запаса свободной энергии), а малой подвижности громоздких макромолекул и малой скорости диффузионных процессов. Всякие же физико-химические изменения тел — плавление, растворение, кристаллизация, испарение, деформация — неизбежно связаны с перемещением молекул. Для химических превращений, которые невозможны без непосредственного контакта между молекулами реагирующих веществ, тем более требуются перемещения, диффузионное проникновение одного компонента в массу другого и пр. Естественно, что небольшие молекулы низкомолекулярных соединении, будучи значительно подвижнее макромолекул, гораздо легче подвергаются химическим и физико-химическим превращениям. В температурных условиях земного шара только высокомолекулярные тела достаточно стойки к химическим и физико-химическим превращениям. Долговечность объектов живой и мертвой природы была бы ничтожной, если бы они состояли из низкомолекулярных соединений. [c.16]

Окислительно-восстановительные реакции самые распространенные и играют большую роль в природе и технике. Они являются основой жизни на Земле, так как с ними связаны дыхание и обмен веществ в живых организмах, гниение и брожение, фотосинтез в зеленых частях растений и нервная деятельность человека и животных. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов и при электролизе. Они лежат в основе металлургических процессов и круговорота элементов в природе. С их помощью получают аммиак, щелочи, азотную, соляную и серную кислоты и многие другие ценные продукты. Благодаря окислительно-восстановительным реакциям происходит превращение химической энергии в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Они широко используются в мероприятиях по охране природы. [c.226]

Биологическая химия—это наука о молекулярной сущности жизни. Она изучает химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью клеток, органов и тканей и организма в целом. Из этого определения вытекает, что биохимия занимается выяснением химических основ важнейших биологических процессов и общих путей и принципов превращений веществ и энергии, лежащих в основе разнообразных проявлений жизни. Таким образом, главной задачей биохимии является установление связи между молекулярной структурой и биологической функцией химических компонентов живых организмов. [c.15]

Углерод, водород и кислород совершают, таким образом, круговорот в природе из энергетически бедных углеродных соединений в живых организмах под воздействием солнечной энергии образуются энергетически более богатые органические соединения, при этом освобождается кислород затем в ходе длинного ряда сложных превращений при поглощении кислорода вновь образуется углекислый газ и вода и т. д. [c.37]

Такие явления, когда в сложных процессах на каких-то этапах совершаются изменения, идущие в направлениях, казалось бы противоположных общим законам природы, мы встречаем не только в холодильных машинах или в механических процессах, но и в других случаях. Например, в живых организмах происходит построение энергетически богатых соединений из менее богатых. Синтез энергетически более богатых веществ происходит также и вне живого организма. Возникновение энергетически богатых соединений осуществляется за счет уменьшения энергии других соединений, необходимая же для синтеза дополнительная химическая энергия может черпаться и из другого энергетического источника. Мы видим, что, несмотря на однозначность основных законов природы, явления, а также искусственно осуществляемые человеком процессы отличаются большим многообразием. Для понимания этих явлений, кроме знания общих законов природы, необходимо подробно изучить механизмы различных энергетических превращений, причем одного только термодинамического подхода явно недостаточно — требуется проникновение в микромир этих явлений. Ведь термодинамика имеет дело только с макроскопически измеряемым энергетическим балансом результирующего процесса, состоящего из многих отдельных промежуточных процессов. [c.107]

Мы рассмотрели процессы (рис. 26.2 и 26.3) очень общего типа, ничего не предполагая относительно природы систем А и В. Необходимо только, чтобы они могли работать циклически и конечное состояние совпадало с исходным. Этому требованию может удовлетворять любая система. Далее, мы ничего не оговаривали относительно природы резервуаров, за исключением того, что они изотермичны. Это могут быть массы с большими теплоемкостями, такие, как океаны и атмосфера. Это могут быть химические системы, реагирующие при постоянной температуре. Это могут быть системы, в которых происходят фазовые превращения, поддерживающие температуру постоянной, как в ледяной бане. Наконец, это могут быть любые другие системы с постоянной температурой, например живые системы и даже человек. Поскольку рассмотрение имело соверщенно общий характер, следовательно, общими являются и выводы. До тех пор пока кто-нибудь не обнаружит систему, в которой суммарный поток тепла будет переходить от более холодной области к более теплой без каких-либо других изменений, мы должны принять, что энтропия Вселенной (и любой изолированной системы) возрастает при любом реальном процессе. Способность изолированной системы постоянного объема совершать работу непрерывно снижается. Если изолированная система увеличивается в объеме, ее способность совершать работу уменьшается еще быстрее, так как вследствие расширения ее энергия будет менее концентрирована. [c.342]

Живые организмы являясь телами природы, подчиняются всем ее основным законам. К ним полностью применим закон сохранения и превращения энергии, а также и второе начало термодинамики. [c.94]

Природа решила ловить на лету свет, стремящийся к Земле, и накапливать эту самую неуловимую из всех энергий путем превращения ее в неподвижную форму. Для того чтобы осуществить это, она покрыла поверхность Земли организмами, которые в живом состоянии захватывают солнечный свет и используют его энергию для постоянного увеличения общей суммы химического различия. [c.39]

Введение. Согласно одной из точек зрения можно сказать, что существование современной цивилизации зависит от случайности природы. Относительно быстрое погребение упавших насыщенных углеродом деревьев без доступа атмосферного кислорода послужило тем обстоятельством, которое привело к образованию угольных и нефтяных месторождений, энергию которых использует человечество в настоящее время. За исключением этих запасов, вся земная кора находится в состоянии химического равновесия и поэтому бесполезна как химический источник энергии. Другим заслуживающим внимания исключением является живая материя, представляющая собой не-только энергетический источник в себе самой, но и источник угля и нефти. Поэтому подлинной случайностью может показаться самое существование-жизни — этой особой формы материи, которая способна создавать энергетические источники из устойчивых соединений. Необходимым условием осуществления этого жизненного ироцесса является затрата энергии, и ее конечным источником служит солнце, энергия которого, как мы теперь знаем, создается в процессе ядерного превращения водорода в гелий. [c.511]

Происхождение жизни и ее природа интересуют человека с тех самых пор, как он стал мыслящим существом. Одно из первых объяснений состояло в том, что жизнь возникла из неживой материи в результате акта самопроизвольного зарождения. В основе этой идеи, несомненно, лежали наблюдения, свидетельствующие о разложении всех мертвых тел на более простые элементы, о возвращении всего на свете в землю, а также невежество во всем, что касается жизни личинок и плесеней, появляющихся как бы ниоткуда. Когда в конце XIX в. Пастер доказал, что в современных условиях самопроизвольного возникновения живого на Земле не происходит, эта теория происхождения жизни из неживого стала казаться несостоятельной с научной точки зрения и на некоторое время была оставлена. Самопроизвольное зарождение жизни в настоящее время невозможно ввиду существования на Земле живых организмов, потребляющих все имеющиеся в наличии богатые энергией органические соединения. Это обстоятельство препятствует превращению простых органических соединений в более сложные — процесс, протекающий крайне медленно. [c.11]

Неравновесные электронно-возбужденные состояния молекул играют решающую роль в первичных актах фотосинтеза. Кванты света поглощаются системой молекул хлорофилла, затем по экситонному механизму энергия возбуждения передается димеру хлорофилла с послед, фотохим. разделением заряда. Порождаемые внеш. воздействием (светом, хим. превращениями в среде) неравновесно возбужденные атомы, молекулы, сложные мол. комплексы обусловливают высокую избирательность биохим. р-ций, управление и самоорганизацию хим., биол. и физиол. процессов, характерных для живой природы (см. Самоорганизация в неравновесных процессах). [c.219]

Конечной целью химических процессов, протекающих в живой природе, чаще всего является либо синтез сложных органических молекул из простых, доступных живому организму предшественников, либо деградация таких молекул до простых соединений, выводимых из организма. Важную роль химические превращения играют в 9беспечении жизнедеятельности организма энергией, необходимой для совершения различных видов работы. В этом случае с целью уменьшения бесполезного рассеяния энергии в теплоту желательно разумное приближение к обратимому протеканию превращения. Каждая такая задача решается системой последовательных реакций, оптимизированной по химическому содержанию и энергетике каждого этапа и осуществляемой каскадом ферментов. Как правило, такие системы подвержены различным регуляторным воздействиям, т.е. в зависимости от конкретной биологической ситуации они могут включаться и выключаться или, по крайней мере, скорость и масштаб их функционирования могут изменяться в весьма широких пределах. Организация химических превращений веществ в виде регулируемых систем каталитических реакций — важнейшая особенность химии живых организмов. [c.12]

Катализ в живой природе. К. играет ведущую роль в химич. превращениях не только в пром-сти, по и Б живой природе. Вся сложная система управления жизненными процессами в организмах основапа на К. Сложные комплексы химич. превращений, обусловливающие брожение, дыхание, пищеварение, синтез белков и других соединений, преобразование химич. энергии в механическую и т. п., осуществляются с помощью ферментов (наз. также энзимами) — катализаторов белковой природы, образующихся в живых телах. По нек-рым свойствам ферменты существенно превосходят промышленные катализаторы. В последнее время широко ведутся исследования синтетич. органич. катализаторов — оргапич. полунроводттков, комплексных соединений, хелатпых полимеров и др., характеризующихся более простым составом и строением но сравнению с ферментами, но моделирующих в известной степени их действие. Подробнее см. Ферментативные процессы. [c.232]

Бурное развитие биохимии, задачей которой является изучение химических превращений, происходящих в процессе жизнедеятельности организмов, способствует изучению обмена ветцеств и энергии автотрофиого зеленого растения иа субклеточном и молекулярном уровнях. Определенное влияние на развитие физиологии растений оказывает кибернетика, которая изучает процессы управления в различных системах (технике, экономике и живой природе). [c.6]

Среди многочисленных компонентов биосистем молекулярного уровня исключительная роль в процессах жизнедеятельности, бесспорно, принадлежит белкам. Активно участвуя практически во всех протекающих в клетках и организме процессах, они наделены поистине универсальными биофизическими и биохимическими свойствами. Белки обладают способностью к взаимному превращению всех необходимых для жизни видов энергии тепловой, механической, химической, электрической и световой. Кроме того, они входят в состав соединительных и костных тканей, кожи, волос и других структурных элементов всех уровней живого организма, выполняя динамическую опорную функцию и обеспечивая нежесткую взаимосвязь органов, их механическую целостность и защиту. Нет смысла перечислять все функции белков, спектр их действия огромен. Отметим лишь, что по разнообразию своих физических и химических проявлений белки несопоставимы с возможностями любого другого класса соединений живой и неживой природы. Они "умеют" делать все, и именно поэтому назначение генетического аппарата любого живого организма сведено к хранению информации только о белках и к их синтезу. Биосистемы всех уровней, в том числе и молекулярного, можно считать "произведениями" белков. При функциональной универсальности природных аминокислотных последовательностей деятельность каждого отдельного представителя этого класса уникальна в отношении функции, механизма действия, природы лиганда и внешней среды. И, наконец, белки проявляют высочайшую активность в физиологических, мягких условиях и не образуют при своем функционировании побочных продуктов. [c.50]

Для осуществления этого процесса требуется затрата большого количества энергии, поставляемой солнечными лучами. В растениях световая энергия трансформируется в труднорассеиваемую химическую энергию, которая накапливается в растительной массе, т. е. в образующихся высокомолекулярных соединениях. Аккумулированная солнечная энергия используется по-разному в процессе усвоения питательных материалов живыми организмами, при сжигании растительной массы или продуктов ее геологического изменения (торф, каменные угли), в процессе дальнейших химических превращений и т. д. В результате освобождения аккумулированной растениями энергии вновь образуется двуокись углерода. Таким образом, замыкается цикл обращения углерода в природе [c.13]

Фотохимические реакции. Фотохимическими реакциями называют те реакции, которые возникают или ускоряются под действием света. Среди фотохимических реакций имеются реакции синтеза, разложения, восстановления, гидролиза, полимеризации, а также внутримолекулярные перегруппировки и аллотропные изменения. Исключительное значение фотохимические реакции имеют в биологии, так как синтез вещества живых организмов начинается с фотохимического процесса ассимиляции углекислого газа зелеными растениями, содержащими в клетках листьев хлорофилловый аппарат, обеспечивающий образование углеводов из углекислого газа и воды. Для того чтобы энергия света могла активировать молекулы и таким образом вызывать химические реакции, необходимо, чтобы свет поглощался данным соединением (закон Гроттгуса — Дрейпера). Квантовая природа света, открытая М. Планком в 1900 г., привела И. Штарка и А. Эйнштейна к формулировке второго закона фотохимии, согласно которому превращение одной молекулы требует поглощения одного кванта света. Квантовым выходом называют отношение числа молекул, прореагировавших в фотохимической реакции, к числу поглощенных квантов, т. е. величину [c.297]

Для объяснения появления оптической активности оксикис-лот, углеводов, аминокислот в природе предложено связать их возникновение с одним или несколькими ключевыми соединениями в оптически активном состоянии [67]. Так, если В-форма кислого яблочнокислого аммония выкристаллизовывается из природной питательной среды, то Ь-форма, остающаяся в растворе, может дать в качестве продуктов превращения Ь-аспарагиновую кислоту, Ь-аланин и другие аминокислоты. Ферменты, состоящие в основном из Ь-аминокислотных остатков, должны быть более эффективны в реакциях с молекулами, обладающими соответствующей их строению конфигурацией, чем с их антиподами. Этого может оказаться достаточно, чтобы при эволюции химических соединений образовывались оптически чистые компоненты протоплазмы. В этом смысле, как показали Лангенбек в 1936 г. [68] и Фокс в 1957 г. [69], рацемический мир будет более неустойчив и процесс пойдет в сторону образования одного антипода, несмотря на то, что он обладает большей свободной энергией. Скорость продуцирования энтропии должна уменьшаться по мере эволюции живого вещества вследствие того, что стереоспецифический катализ ферментов с одной оптической формой метаболита должен быть более эффективным, чем с его энантиоморфом [70—72]. Этот вывод делается на том основании, что если в результате случайного отклоне-1гая от рацемической смеси образовались небольшие количества [c.14]

В настоящее время существуют три основные науки о природе — физика, химия и биология, прошедшие длительный путь развития. Физика изучает строение вещества, различные формы движения материи (формы энергии) и их взаимные превращения. Формы движения, изучаемые физикой (механическая, тепловая, электромагнитная и другие формы энергии), тол<дественны формам движения, изучаемым другими науками (химия, биология). Химия также занимается изучением строения вещества, но в этом случае внимание направляется иа характерные свойства бесконечного числа возможных видов веществ. Химия изучает свойства веществ и их взаимные превращения. Предметом изучения биологии является живая материя. [c.7]

Цитология (от греч. ку1оз — ячейка, клетка) — это наука о структуре и жизнедеятельности клетки. Исследование клеточной структуры началось более 100 лет назад. Один из основополол -ников диалектического материализма Фридрих Энгельс в своем труде Диалектика природы указывал, что в XIX в. особое значение имели три великих открытия доказательство превращения энергии, открытие клетки — структурной единицы всех живых организмов и теория развития, впервые обоснованная в трудах Чарльза Дарвина. [c.3]

В гл. 1 мы говорили о том, что фотосинтез заводит главную биологическую пружину, что энергия поступает от Солнца и что благодаря фотосинтезу эта энергия -становится доступной живым организмам. Так как в процессе фотосинтеза идет превращение энергии, с ОДНОЙ стороны, и превращение углерода—с другой, следует рассмотреть и тот и другой процессы более детально. Это требует некоторого знакомства с законами термодинамики, а так как каждый образованный человек должен быть знаком с этими законами, вероятно, следует остановиться на них более подробно. К счастью, законы природы такого рода представляют собой простое обобщение человеческого опыта, и поэтому мы можем сформулировать их в более или менее произвольной форме. Здесь мы представим их в следующем виде (более строгие онределеиия даны в схеме 2.1) [c.19]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология