ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамика открытых систем из "Основы физической биохимии" Такая система, в которой непрерывно происходит поступление и удаление вещества, называется открытой. В ней вместо термодинамического равновесия наступает стационарное состояние, которое характеризуется не равенством скоростей прямого и обратного процессов, а постоянством скорости химических изменений и отводом метаболитов. Состав смеси веществ при термодинамическом равновесии зависит от начальных концентраций реагентов, в то время как при стационарном состоянии этот состав от них не зависит. При введении в закрытую систему , находящуюся в равновесии, дополнительного количества какого-либо компонента концентрации всех реагирующих веществ в новой равновесной смеси в силу закона действия масс будут отличаться от их концентраций в исходной смеси, тогда как открытая система вернется после этого в исходное состояние. [c.142] Процессы, происходящие в организмах, в основном регулируются самим организмом. Это свойство характерно и для открытой системы в стационарном состоянии. Стационарное состояние и равновесное сходны в том, что система во времени сохраняет свои свойства постоянными, но энтропия закрытой системы при равновесии достигает максимума, а в открытой системе при стационарном состоянии энтропия находится на постоянном, но отличающемся от максимума уровне. [c.142] При равновесии изменения свободной энергии не происходит, так как dG=Q, а в стационарном состоянии свободная энергия изменяется непрерывно, но с постоянной скоростью, т. е. dG = onst. При стационарном состоянии скорость реакции в одном направлении закономерно больше, чем в другом, и разность скоростей постоянна во времени. [c.142] Эта величина обусловлена в основном химическими реакциями и при умножении на температуру имеет размерность мощности (кал сек). Если общее содержание энергии внутри открытой системы в стационарном состоянии не меняется, то интенсивность производства энтропии выражает величину потока энергии через систему во времени, т. е. его мощность. [c.143] Беспрерывно протекающий обмен веществ организма приводит к беспрерывному возрастанию энтропии вне организма, в среде. По-видимому, отдельная клетка в среде довольно постоянного состава представляет собой открытую систему более стационарного состояния, чем отдельные органы или части организма, которые в свою очередь меньще отличаются от открытых систем в стационарном состоянии, чем целые организмы. Все же организмы одного вида подобны между собой в определенных пределах по обмену веществ в процессе онтогенеза, и это свойство можно сравнить со свойством открытых химических систем, в которых состав стационарного состояния не зависит от начальных концентраций компонентов. [c.143] Следует подчеркнуть, что для описания протекания ряда химических peaкщ й в живых системах вполне достаточно положений классической термодинамики, рассмотренных выше. Однако этого недостаточно для объяснения физической сущности живых тел как систем, обладающих способностью к усложнению своей структуры и совершенствованию своих морфо-физиологических функций. [c.144] В биологических процессах, которые всегда протекают на основе химических реакций, скорость производства энтропии, т. е. скорость разрушения структурности в ходе необратимых процессов, определяется через химические сродства реагирующих веществ и скорости химических реакций (Донде, 1936). Вблизи состояния термодинамического равновесия в открытой системе имеет место линейная зависимость между скоростью и химическим сродством реакции. В живой системе как открытой системе вблизи состояния равновесия скорость производства энтропии должна быть положительной величиной, пропорциональной химическому сродству. [c.144] Теорема Пригожина совершенно аналогична принципу Ле Шателье—Брауна (стр. 139). Изменение стационарного состояния открытой или равновесного состояния закрытой системы при небольших изменениях параметров среды нроисхо-лит всегда в том направлении, которое способствует возвращению системы к прежнему состоянию стационарности или равновесия. [c.145] Живые системы сохраняют свою структурность благодаря рабочим процессам, основанным на сумме химических процессов. Мощность функциональных рабочих процессов равняется тепловому потоку, который выделяется из организма во внешнюю среду. Прекращение рабочих процессов при температуре существования живой системы влечет за собой потерю структурности и, следовательно, смерть. Рабочие процессы в живой системе — это беспрерывно происходящие синтетические процессы построения структуры, которая беспрерывно подвергается термическому разрушению при температуре существования живой системы, и состоят они в постоянном устранении структурных дефектов, беспрерывно и хаотически возникающих при той же температуре. Это внутреннее противоречие существования живой системы — наличие рабочих процессов для устранения тепловой деструкции, когда сами рабочие процессы возможны только при температуре деструкции — является основным отличием живой системы от неживой. [c.145] Тринчер (1965) рассмотрел применимость теоремы Пригожина для энергетических процессов, которые протекают в организме теплокровного животного, находящегося в условиях стационарности взрослой особи и растущего организма. Он нашел, что эта теорема соблюдается для названных фаз развития, но нарастание удельного производства энтропии в фазе эмбрионального развития организма противоречит теореме Пригожина. [c.146] Основные принципы практического применения теории термодинамики открытых систем для изучения биологических систем, по Тринчеру, заключались в следующем. [c.146] Отсюда следует, что открытая система эволюционирует в направлении понижения производства энтропии или вообще не эволюционирует. [c.147] Вернуться к основной статье