Реферат тақырыбы: Термодинамика-ағзадағы энергия, жылу және зат алмасу процестері жөніндегі ғылым



жүктеу 118.15 Kb.
Дата08.09.2017
өлшемі118.15 Kb.
әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

Биология және биотехнология факультеті



РЕФЕРАТ

Тақырыбы: Термодинамика-ағзадағы энергия, жылу және зат алмасу процестері жөніндегі ғылым

Орындаған: Маханбетова Н.Ж.

Тобы: МБТ14-01

Тексерген: Мұхитқызы А.

Алматы, 2016 жыл

Жоспар:

  1. Кіріспе.

  2. Негізгі бөлім.

  1. Ағзадағы энергия және оның алмасуы

  2. Тірі организмдердегі жылу алмасу

  3. Тірі организмдердегі зат алмасу процессі

  1. Қорытынды.

Энергия – ғылымдағы өте маңызды физикалық түсінік болып табылады. Энергия деп физикада материяның қозғалысының әр түрлі формаларының жалпы шамасын көрсететін скалярлық физикалық өлшемді айтамыз.

Жүйенің энергиясы дегеніміз сол  жүйенің белгілі бір жұмыс жасауға қабілеттілігі. Қандай да болмасын термодинамикалық күйде болатын кез келген  термодинамикалық  жүйенің толық энергиясы болады.

W    – толық энергия

Толық энергия  мынадай құраушы бөліктерден тұрады:

1.Жүйенің механикалық қозғалысынан кинетикалық энергиясынан Wмех 

2.Сыртқы күш өрісіндегі(гравитациялық, электромагниттік) жүйенің потенциялық энергиясы   Wn

3.Ішкі энергия U

W = Wмех    +  W n + U

Дені сау ересек адамның дене температурасы +36,5°С+36,9°С. Бір тәуліктің ішінде де дене температурасының сәл де болса ауытқуы байқалады. Мысалы, түнге қарағанда күндіз сәл жоғарылау болады. Бұл ағзадағы зат алмасудың өзгеруіне тікелей байланысты. Адам дене температурасының мұндай аз ғана ауытқуын сезе бермейді. Дене температурасының +43°С көтерілуі немесе +25°С төмендеуі қазаға ұшыратады. Ағзаның өз дене температурасын бірқалыпты сақтауға бағытталған физиологиялық үдерістерін жылуды реттеу дейді. Дене температурасының тұрақтылығы ағзада пайда болған жылумен, сыртқа бөлінетін жылудың мөлшеріне байланысты. Ағза жылуды тері арқылы шығарады. Адамның бір тәулікте бөлетін жалпы жылуы шамамен 13 500 Дж болса, оның 80%-ы тері арқылы сыртқа бөлінеді.

Зат алмасу дегеніміз – организмде жүріп жататын барлық химиялық процестердің жиынтығы.Организмдегі зат алмасу тіршіліктің негізгі белгісі болып табылады. Тірі организм зат алмасудың нәтижесінде пайда болып жарыққа шығады, тіршілік етеді, өсіп жетіледі және өледі. Зат алмасу физиологиялық – ас қорыту, сіңіру, бөліп шығару, физикалық-химиялық-сорбция, диффузия, биопотенциалдар, биохимиялық-заттардың синтезделуі, ыдырауы, өздігінен- өзі құралуы сияқты т.б әртүрлі кейде қарама-қарсы процестерді айтамыз.



Ағзадағы энергия және оның алмасуы

Дененің немесе термодинамикалық жүйенің ішкі энериясы деп оның термодинамикалық күйіне байланысты ғана болатын энергияны айтады. Ішкі энергия жүйені құрайтын барлық бөлімдердің қозғалыс және әрекеттесу энергиясынан тұрады. Мыс, көп атомды молекуладан тұратын газдың ішкі энергиясы мынадай энергия жиынтығынан тұрады:

1.Молекуланың жылулық бағытталған және айналмалы қозғалысының кинетикалық энергиясы.

2.Молекуладағы атомның тербелмелі қозғалысының кинетикалық және потенциялық энергиясынан

3.Молекула аралық әрекеттесулерден туындаған потенциялық энергиядан

4.Атом дар мен иондардың, электрон қабықтарының энергиясынан

5.Атом ядроларындағы нуклондардың әрекеттесуінің кинетикалық, потенциялық энергиясынан.

1847жылы неміс физигі және физиологы Герман Фон Гельмгольц (1821 – 1894) энергияның сақталу заңын тұжырымдады.  Изоляцияланған жүйенің толық энергиясы тұрақты болады ,энергия сақталады.Энергия бір формадан екінші формаға мыс, кинетикалық энергиядан потенциялық энерияға ,ешқандай шығынсыз ауыса алады.



Дененің бір күйден басқа бір күйге ауысуы кезіндегі белгілі бір жұмыс істеу қабілеті оның энергиясы деп аталды. Материя қозғалысының әртүрлі формалары бір-біріне айналып (түрленіп) отырады.

Эволюциялық баспалдақта энергия алмасуының күші термодинамикалық жүйе күрделенген сайын кенет арта түседі.Мұны Рубнер константасының артуы анық көрсетеді:



R=it/m

t- күнмен есептегенде тіршілік ұзақтығы

m- кг алынған салмақ

i- 24 сағ кал.алынған оттегінің пайдаланылған мөлшері

Тірі организмдердегі жылу алмасу

Адам денесінде жылу екі жолмен реттеледі. Біріншісі — химиялық жол, екіншісі - физикалық жол.

Химиялық жолмен жылудың реттелуі зат алмасу кезінде ағзада түзелетін жылу мен бұлшықеттердің жұмысына байланысты. Бұл тағамның құрамындағы ағзалық заттардың ыдырауынан бөлінетін энергия арқылы реттеледі.

Физикалық жолмен реттелуі ағзада пайда болған энергияның сыртқы ортаға жылу түрінде бөлінуі арқылы жүзеге асады. Оған теріден судыңтер арқылы булануы мысал болады. Тері арқылы ағзадағы жылудың реттелуі тер бездерінің, қантамырлардың, тері шелмай қабатының қатысуымен жүреді.

Ағзадағы жылу денеге қан арқылы таралады. Терідегі жүйке талшықтарының тітіркенуінен зат алмасу қарқыны өзгереді. Мысалы, сыртқы орта температурасы көтерілсе, зат алмасубәсеңдейді де, қантамырлар кеңейеді. Теріге көп мөлшерде қан ағып келіп, теріде температура көтеріледі де бұл кезде сыртқа көп жылу бөлінеді. Осылай ағза өзін қызып кетуден қорғайды. Егер сыртқы орта температурасы ағзаның дене температурасынан төмен болса, қантамырлар тарылады. Бұл кезде теріге қан аз келеді де, ағзада жылу сақталып, өзін тым салқындап кетуден сақтайды. Ағзадан жылудың бөлінуі тек сыртқы ортаның температурасына ғана байланысты емес. Кейде адамның көңіл күйіне де сәйкес жылудың бөлінуі өзгереді. Мысалы, кейбір адамдар қатты ашуланған кезде терісі қызарып не бозарып кетеді. Бұл да теріге келетін қан мөлшерінің өзгеруіне байланысты. Тері арқылы жылудың реттелуі тікелейжүйке және эндокриндік жүйелердің бақылауы арқылы жүзеге асады.

Термодинамика заңдары тек өлі табағатқа ғана жарамды деп ойлау ағаттық болар еді. Термодинамика заңдарын тірі табиғатқа да пайдалануға болады. Ол үшін термодинамикалық жүйе деп нені айтатынымызды келісіп алайық. Классикалық физиканың термодинамикасындағы ғылыми көзқарас бойынша жабық системадағы (жүйеде) қайтымсыз процестер энергияның минимум (азаятын), ал энтропияның максимум (өсетін) бағытында жүреді. Сөйтіп, система тепе-теңдік күйге ұмтылады.

Ал, биологиялық система ашық жүйе. Ол тепе-теңдік күйде болмайды. Осындай системадағы қайтымсыз процестерге классикалық термодинамиканың заңдарын қолдануда қажетті теорияға кейбір толықтырулар енгізілген. Нәтижесінде қайтымсыз процестердің термодинамикалық теориясы жасалынып, дамып келеді. Оны «Ашық системаның қайтымсыз процестерінің термодинамикасы» деп атайды.

Системаның стационар күйінде қайтымсыз процестер жүріп тұру үшін оны сипаттайтын термодинамикалық шамалардың сан мәндері ұзақ уақыт өзгермеуі шарт. Мысалы, тірі организм өзін қоршаған ортамен зат және энергиямен алмасады. Демек, ауадан оттегін, қоршаған ортадан коректік заттарды және бірнеше энергия түрлерін қабылдайды да, сол ортаға метаболизм нәтижелерімен қоса жылу бөліп шығарып, жұмыс та атқарады. Сонда организмнің жеке органдары мен тканьдарының температурасы және оның (ішкі құрылымындағы) тыныштық биопотенциалдары, осмос қысымдары, биологиялық сұйықтардың тұз құрамдары, қышқылдығы ұзақ уақыт өзгеріссіз сақталады. Сөйтіп, биологиялық системаның физикалық және химиялық қасиеттерінің ұзақ уақытта өзгеріссіз сақталатын күйін оның «стационар күйі» дейді. Стационар күйде системадағы физикалық және химиялық процестердің жүру жылдамдықтары тұрақты болады. Стационар күйде жүретін процестер термодинамикалық тепе-теңдік күйге жақын немесе одан алыс та болуы мүмкін. Организмге келіп түскен тамақтан пайда болатын энергияның мөлшері организм жұмыс істегенде кететін энергияның мөлшеріне тең. Шамамен алғанда берілген энергия 7857 кДж денеден бөлінген энергияға 7771 кДж тең екен. Олай болса организм энергияның жаңа көзі болып табылмайды. Осыдан, термодинамиканың бірінші бастамасы биологиялық жүйелерге де жарайды деген қорытындыға келеміз. Термодинамиканың екінші заңы өмірде болатын процестердің бағыты жөнінде мағлұмат береді. Бұл заңның негізін салушы Карно. Оны сипаттайтын бірнеше анықтама бар:

Клуазиус анықтамаасы: Жылу ешқашан да суық денеден ыстық денеге берілмейді.

Планк анықтамасы: Қыздырғышты суыту арқасында алынған жылу мөлшерін түгелімен жұмысқа айналдыру мүмкін емес.

Температурасы жоғары денеден температурасы төмен денеге жылу беріледі. Яғни жылу берілу бір бағытта жүреді. Мысалы ыстық дене алып оны суық денемен түйістерсек, онгда осы екі дененің температурасы теңеседі. Сонда энергия ыстық денеден суық денеге беріледі. Кері процесс жүруі мүмкін емес. Ендеше бұл қайтымсыз процесс.

Жан-жануарлардың организмінен бөлініп шыққан энергия оны қоршаған ортаға таралып кетеді. Осы энергияны өлшеу үшін биологиялық калориметр деген қолданылады. Биологиялық калориметр қабырғалары жылу өткізбейтін камерадан тұрады. Камераға оттегі беріліп отырады, одан яғни камерадан ауа желдеткіш арқылы далаға шығарылады. Су түтіктер арқылы камераға еніп, одан сыртқа шығып жатады. Осы биологиялық камераға мал қамап қойса, онда оның денесінен бөлініп шыққан энергия түтіктен суға беріледі де, судың температурасы көтеріледі. Судың камераға кірердегі және камерадан шығардағы температурасын өлшеп, мал денесінен бөлініп шыққан энергияны табуға болады.

Тағамдар тотыққанда бөлініп шығатын энергияны қалай анықтауға болады? Бұл сұраққа 1836 жылы ашылған Гесс заңы жауап береді:

Көптеген сатылардан өтіп келген химиялық реакцияның жылулық эффектісі реакцияның жүріп өткен жолына байланысты болмайды, ол тек химиялық жүйенің бастапқы және соңғы күйдегі энергияларының айырмасына байланысты болады. Гесс заңы тамақтың жұғымдылығын анықтау үшін мал дәрігері мен медицинада тамақты өртейді. Ол приборды калоримертлік бомба деп атайды. Сонда бөлініп шыққан жылуды өлшеп алады. Ал осы тамақты адам жеес, онда тамақ организмде биохимиялық реакцияға түсіп, жылу бөліп шығарады. Гесс заңы бойынша осы екі жылу біріне бірі тең болуға тиіс.



Тірі организмдердегі зат алмасу процессі

Заттар мен энергия алмасу арқылы ағзаның ішкі ортасының (қан, ұлпа сұйықтығы, лимфа) тұрақтылығы сақталады.

Ағза заттар мен энергия алмасу арқылы өседі, дамиды және тіршілігін жалғастырады. Заттар мен энергияның алмасуы 2 процестен тұрады. Біріншісі – пластикалық алмасу (ассимиляция), екіншісі – энергетикалық алмасу (диссимиляция). Алмасудың бұл екі жолы өзара тығыз байланысты, әрі бір-біріне тәуелді, біртұтас процестер.

Пластикалық алмасу. Пластикалық (латынша «plastіke» – құрылысының қайта қалпына келуі) алмасу кезінде тағамдық заттардан ағзаның өзіне тән органикалық қосылыстар түзіледі. Мұндай қосылыстар жасушадағы тіршілігін жойған құрылымдардың орнын басады, жаңа жасушалар пайда болады. Пластикалық алмасу кезінде түзілген органикалық қосылыстар жасушааралық заттардың құрамына да кіреді. Пластикалық алмасуды екінші сөзбен ассимиляция (латынша «asіmіlatіо» – өзі тектес) деп те атайды. Соңғы кезде анаболизм (грекше – «аnavole» – көтерілу, өрлеу) атауы көбірек қолданылады.

Нәруыздардың алмасуы. Адамның дене салмағының 25%-ын нәруыздар құрайды. Нәруыздар көптеген амин қышқылдарынан құралған. Ағзадағы амин қышқылдардың маңызына байланысты алмастыруға болатын және алмастыруға болмайтын деп 2 топқа бөледі. Алмастыруға болатын амин қышқылдар ағзаның өзінде түзіледі. Алмастыруға болмайтын амин қышқылдар ағзаға тағаммен бірге қабылданады. Адам ағзасына қажетті барлық амин қышқылдары бар нәруыздық тағамдарды бағалы нәруыздар деп атайды. Бағалы нәруыздар сүт, жұмыртқа, ет және балық тағамдарының құрамында көптеп кездеседі.

Майдың алмасуы. Адамның дене салмағының 10–20%-ын май құрайды. Майдың құрамында қаныққан және қанықпаған май қышқылдары болады. Қанықпаған май қышқылдары ағзаға тек тамақпен бірге түседі. Мұндай май қышқылдары өсімдіктен алынатын майлардың құрамында көбірек кездеседі.

Май цитоплазманың, жасуша ядросы, жарғақшасының, витаминдердің және т.б. құрамында болады. Май ыдыраған кезде басқа органикалық заттардан екі есе көп энергия бөлінеді. Ағзада артық май тері астында, іште және т.б. жерлерде қор ретінде жиналады.



Көмірсулардың алмасуы. Адамның дене салмағының 1%-ы көмірсулар. Табиғи тағамның құрамында көмірсулар көбіне моно- және полисахаридтер күйінде кездеседі. Көмірсулар асқорыту мүшелерінде қантқа (глюкозаға) дейін ыдырап, ұлпаларға таралады. Көмірсулардың ыдырауы кезінде соңғы өнімдер ретінде су мен көмірқышқыл газы бөлінеді. Көмірсулар қанның құрамындағы қант мөлшерінің тұрақты болуын реттеуге қатысады. Қанның құрамында қанттың мөлшері үнемі 0,12% қалпында тұрақты болады. Ағзаға түскен артық қант гликоген түрінде бұлшықеттерде және бауырда қор ретінде жиналады. Гликоген ағзаның қарқынды іс-әрекеті кезінде қажетті жұмыстарға жұмсалады. Көмірсулар тамақ құрамында аз болса, ол ағзадағы нәруыздардан, майлардан да түзіледі. Егер көмірсулар тағаммен ағзаға көп түссе, майға айналады.

Су мен минералды тұздардың алмасуы. Адамның дене салмағының шамамен 60%-ы су. Балалардың ағзасында су ересектерге қарағанда едәуір көп. Адам ағзасындағы жеке мүшелердегі судың мөлшері де түрліше. Мысалы, бауырдың, бұлшықеттердің, көкбауырдың салмағының 80%-ға жуығы су. Сүйек ұлпасында су – 20%-дай.

Минералды тұздар жасушаның құрамына кіреді және нәруыздардың, ферменттердің, гормондардың түзілуіне әсер етеді. Қанның, ұлпа сұйықтығының қысымын реттейді. Жүйкенің қозуы, бұлшықеттердің жиырылуы, қанның ұюы минералды тұздарға байланысты. Адамның дене салмағының шамамен 4%-ы минералды тұздар. Адам ағзасына көбірек қажетті элементтерге Na, K, Ca, Mg, Cl, P жатады. Бұл элементтер минералды тұздардың құрамына кіреді. Кейбір минералды тұздар өте аз мөлшерде болса да, ағза үшін маңызды рөл атқарады.

Зат алмасу қарқыны


  • Белок алмасу

  • Көмірсу алмасу

  • Май алмасу

  • Су алмасу

  • Минерал алмасу

Клетка ішінде катаболиттік және анаболиттік реакциялар бір уақытта жүреді,бірақ олдардың жүру жылдамдықтарының реттелуі біріне-бірі тәуелсіз болады. Клетка макромолекулалары өздерінің негізгі құраушы бөлімдеріне ыдырайды: полисахаридтер —- гексозалар, майлар —-май қышқылдарына және глицеринге, ақуыздар —- амин қышқылдарына дейін ыдырайды. Метоболиттер. Метаболизм — катаболизм және анаболизмніңң үздіксіз бірлігі. Метоболиттердің тұрақты концентрациясы синтез бен ыдырау процестерінің динамикалық тепе-таеңдігі. Бір клеткада біріне-бірі қарама-қарсы екі процестің бірлігін қамтамсыз ету. Биологиялық мембраналар ең алдымен клетка метаболизмінің биохимиялық, клеткалық және физиологиялық деңгейде интеграциялық және дифференциялық ( іріктеу және басқару ) жүйесі. Биохимиялық деңгейде болатыны биомембранасыз АТФ-тың синтезі,мысалы гормондардың зат алмасуға әсері жүрмейді.Клеткалық және субклеткалық деңгейде болатыны мембранасыз ядроның, митохондрийдің, лизосомалардың, цитоплазманың өз қызметтерін істеуі мүмкін емес.

Зат алмасуды зерттеу әдісінің екі түрі



  1. бүтін ағзада

  2. мүшелер мен тіндер кесінділерінде.

Метаболизм процестерін бүтін ағзада зерттеу. Бұл ескі әдіс болғандықтан изотоптарды (атомдарды) қолдану барысында жаңарып, ХIХ ғ. Басында ғалымдар көптеген мысалдар келтіре бастады. Кноп май қышқылдарының оргазмде таралуының зерттеуіне жасаған эксперименттері соған мысал бола алады. Әдетте тұрақты изотопты элементтер қолданылады, олар бір бірінен организмдегі салмағы кең таралған элементтер (ауыр изотоптар) немесе радиактивті изотобы бойынша ерекшеленеді. Мүшелер кесінділеріндегі метаболизмге зерттеулер. Артериясы кесілген органға қандайда бір зар ертіндісін және сұйықтықтағы затты талдау, бізге мүшеде қандай айналуларға заттың ұшырауын көрсетеді. Мысалы,осындай жолмен бауырда азоттың әсерінен мочевинада амин қышқылы түзіледі. Осы әдіс арқылы бауырдын негізгі қызметі кетонды заттар мен мочевинаны түзу деп бекітілді.

Тіндер кесінділерінде зерттеу әдісі. Микротома арқылы мүше кесіндісін (тіндер) аламыз, оларды құрамында дәл сондай немесе өзге қосындылары бар, белгілі бір температурада, құрамында газы бар орталарға орналастырып, түзілген өнімдерді зерттейді. Мысалы, осы әдіс арқылы тіндердің тыныс алуын (тіндегі оттегінің жұмсалуы және көмір қышқыл газының бөлінуі) зерттеуге болады. Тұрақты изотоптар ішінде жиі қолданатын салмағы екіге тең сутек изотобы (дитериі, 2Н), массасы 15 ке тең азот(15 N), массасы 13 болатын көміртек(13С) және массасы 18 оттек(18О). Радиактивті изотоптардың ішінен қолданылатын сутек изотобы (трити, 3Н), фосфор(32Р және 33Р), көміртек (14С), күкірт (35S), йод (131I), темір (59Fe), натрий(24Na) және т.б.

Қорыта келгенде, метаболизм – катабализм мен анаболизмнің үздіксіз бірлігі. Метаболиттердің тұрақты концентрациясы (глюкоза,ақуыз, май қышқылдары), синтез бен ыдырау процестерінің динамикалық тепе теңдігі.+ Биологиялық мембраналар ең алдымен, клетка метаболизімінің биохимиялық, клеткалық және физиологиялықдеңгейде интеграциялық және дифференциялық(іріктеу және басқару) жүйесі. Биохимиялық деңгейде болатын биомембранасыз АТФ- тың синтезі, гормондардың зат алмасуға әсері т.б. жүрмейді.



Пайдаланылған әдебиеттер:

  1. Төлеуханов С.Т. – «Биофизика».

  2. Блауберг И.В. – «Большая советская энциклопедия».

  3. Патрик Ф. Диллон – «Биофизика – физиологиялық негіздері».

  4. http://kazmedic.kz/archives/1454

  5. http://www.childneurologyinfo.com/health-text-biochem3.php


Достарыңызбен бөлісу:


©melimde.com 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет