Термодинамика фотосинтеза

Фотосинтез - единственный из всех типов химических реакций (термических, каталитических, ферментативных, радиационных и фотохимических), позволяющий при мягких термобарических параметрах биосферы осуществить невероятную, с точки зрения термодинамики химическую реакцию, протекающую с увеличением свободной энергии. Он обеспечивает прямо или косвенно доступной химической энергией все земные организмы и, как будет показано ниже, является источником образования горючих ископаемых. Обратный фотосинтезу процесс представляет собой знакомую всем нам химическую реакцию горения твердых, жидких и газообразных горючих ископаемых с выделением большого количества энергии. Следовательно, растительный и животный мир, а также органические горючие ископаемые Земли есть не что иное, как аккумулированная энергия Солнца На современном этапе эволюции Земли ежегодно в результате фотосинтеза образуется 150 млрд т органи- [c.50]

Молекулярная биофизика есть первая часть биофизики в целом. Дальнейшее изложение биофизики должно быть посвящено, с одной стороны, общим физическим основам биологии, с другой, — физическому рассмотрению ряда важнейших процессов, имеющих универсальный характер в живой природе. К этим процессам относятся мембранный транспорт вещества и зарядов, механохимические процессы и другие биоэнергетические явления, в частности, дыхание и фотосинтез. На основе общих представлений теоретической биофизики, развиваемых в термодинамике необратимых процессов и в нелинейной кинетике, подлежат рассмотрению разнообразные нелинейные явления в живых организмах и проблемы развития. Построение физики всех названных явлений лишь начато, но многое уже стало известным и понятным. [c.612]

Метаболические процессы — окислительно-восстановительные реакции, синтез и гидролиз макроэргических соединений, транспорт веществ и ионов через мембраны, двигательная активность, утилизация энергии света в фотосинтезе, — связанные с трансформацией энергии, подчиняются закону сохранения энергии, или первому закону термодинамики. Однако из непосредственного рассмотрения этого закона выпадает фактор времени, характеризующий сам процесс перехода, поскольку оценку энергетических эффектов тех или иных превращений получают путем сравнения параметров начального и конечного состояний системы. [c.118]

В дальнейшем основное внимание будет уделено наиболее универсальному кислородному фотосинтезу, поскольку механизмы важнейших этапов процесса для всех организмов, видимо, близки. Рассмотрим прежде всего фотосинтез с точки зрения термодинамики. [c.43]

Фотосинтез — единственный из всех типов химических реакций (терм ических, каталитических, ферментативных, радиационных и фо— тохимических), позволяющий при мягких термобарических параметрах б o фepы осуществить невероятную, с точки зрения термодинамики химическую реакцию, протекающую с увеличением свободной энергии. Он обеспечивает прямо или косвенно доступной химической энергией все земные организмы и, как будет показано ниже, является источником образования горючих ископаемых. Обратный фотосинтезу процесс представляет собой знакомую всем нам химическую реак1,,ию горения твердых, жидких и газообразных горючих ископаемых с выделением большого количества энергии. Следовательно, растительный и животный мир, а также органические горючие ископаемые Земли есть не что иное как аккумулированная энергия Солнца На современном этапе эволюции Земли ежегодно в результате фотосинтеза образуется 150 млрд. т органического вещества, усваивается 300 млрд. т СО и выделяется около 200 млрд. т свободног о кислорода. Благодаря только фотосинтезу в первичной атмосфере Земли появился кислород, возник озоновый экран, создались условия для биологической деятельности. При гибели организма происходит обратный процесс [c.43]

Позже, в начале XIX в., были проведены первые количественные измерения поглощаемой двуокиси углерода, вьще-ляемого кислорода и растительной массы, образуемой в процессе фотосинтеза. В 1842 г. Роберт Майер, сформулировавший первый закон термодинамики (закон сохранения энергии), опубликовал статью, в которой он утверждал, что источником энергии для образования фо-тосинтетических продуктов служит солнечный свет. Таким образом, к середине XIX в. стало ясно, что общее уравнение фотосинтеза растений имеет вид [c.684]

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]

В согласии с принципом термодинамики нам следовало бы Ловорить не об общей энергии (или содержании тепла ) органи-" еского вещества, а о его свободной энергии, так как именно его Зчвободная энергия (или работоспособность ) и есть то, что требуется организму для жизни. Фотосинтез не только переводит состояние с низшей энергией в состояние с высшей энергией он также превращает более беспорядочное и потому более устойчивое состояние, в котором малые молекулы углекислого газа и воды могут свободно двигаться в газовом пространстве или жидкости, в более плотное , более упорядоченное и потому менее устойчивое состояние крупных органических молекул. Другими словами, он ведет к уменьшению энтропии, а так как изменение свободной энергии (Д ) равно изменению общей энергии (ДЯ) минус член, пропорциональный уменьшению энтропии (Т 8), то свободная энергия фотосинтеза даже больше его общей энергии. [c.17]

Очень важно заранее знать, пойдет данная реакция или нет, какие для этого необходимы температуры и давления, каков состав равновесной смеси и, следовательно, выход продуктов, какова устойчивость вещества при различных усло(виях. Не менее важны сведения о количестве тепла, которое потребуется для нагревания вещества до определенной температуры, или сколько его выделится при охлаждении, как изменяется растворимость с температурой и каков тепловой эффект процесса растворения, чему равна электродвижущая сила гальванического элемента, направление процесса коррозии, почему одновременно могут проходить два противоположных процесса — фотосинтез и горение. И огромное число других важных и частных вопросов позволяет решить химическая термодинамика. [c.5]

Путем фотосинтеза на Земле образуется около 10 кг органических соединений. Количество световой энергии, потребляемой при этом за год, значительно превышает всю энергию, вырабатываемую и потребляемую человечеством за тот же срок. Важно отметить, что в результате фотосинтеза протекают реакции с увеличением энергии Гиббса (ДС > О). Например, стандартная энергия синтеза глюкозы составляет ДС° = - -2870 кДж/моль. Однако протекаиие этих реакций не противоречит 2-му началу термодинамики, так как они сопряжены с процессом поглощения света. [c.416]

С точки зрения термодинамики все фотохимические реакции подразделяются на две категории 1) эндерго-нические реакции, продукты которых имеют большие запасы свободной энергии, чем исходное вещество в них запасается часть энергии квантов света (парциальные фотохимические реакции и фотосинтез в целом, бактериородопсиновый синтез АТФ) 2) экзергонические реакции, в которых энергия света не запасается в продуктах реакции, а нужна для преодоления активационного барьера (большинство фотохимических реакций). [c.369]

Венедиктов П. С., Рубин А. Б, Фрейдлин М. К, Шинкарев В. П. Кинетика и термодинамика реакций переноса электронов в комплексах молекул переносчиков при фотосинтезе Приближенный метод.— Биофизика, 19796, т. 24, № 6, с. 1030— 1034. [c.288]

С точки зрения энергетики, экологая изучает связь между светом, как первичной энергией и экосистемами и способами превращения энергии внутри системы состояние экосистемы - численность и соотношения организмов - по существу управляется и определяется потоком энергии. В процессе фотосинтеза экосистема самопроизвольно кинетическую энергию солнечного света превращает в более концентрированную потенциальную энергию - энергию химической связи пищи. В соответствии со вторым законом термодинамики эффективность такого превращения всегда ниже 100 %, Существенная часть световой энергии при этом теряется в виде недоступ- [c.38]

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]

Биолог Джордж Ставропулос в известном издании эволюционистов Ameri an S ientist признает невозможность самозарождения живой клетки с точки зрения термодинамики и необъяснимость комплексных механизмов фотосинтеза с точки зрения законов природы В нормальных условиях, согласно второму закону термодинамики, никакая комплексная органическая молекула не может возникнуть самостоятельно. Наоборот, она может только распадаться. На самом деле, чем комплекснее что-либо, тем неустойчивее оно, и, в конечном счете, тем стремительнее и неизбежнее его распад. Фотосинтез, все жизненно важные процессы и сама жизнь, несмотря на запутанные или же умышленно запутываемые объяснения, все еще не пояснены посредством термодинамики или же другой точной нау- [c.129]