Природа биоритмов. Анализ термодинамических свойств биологических систем

Рис.2. Структура АТФ

Как видно из рис.2, АТФ состоит из трех фосфатных групп, остатков азотистого основания аденина) и остатка сахара (рибозы). При разрыве фосфоангидридных и фосфоэфирной связей выделяется энергия.

Фосфатные группы могут быть постадийно отщеплены путем растворения в воде гидролиза) и образования ортофосфата или неорганического фосфата и аденозиндифосфата АДФ, а затем, после расщепления АДФ, и аденозинмонофосфата с выделением энергии на каждой стадии:

АТФ + Н2О→ АДФ + Фн + H+ + ΔG = -30 кДж/моль

АДФ + Н2О→АМФ + Фн + H+ + ΔG = -30 кДж/моль

АМФ + Н2О→аденозин + Фн + H+ + ΔG = -13 кДж/моль

Здесь: Фн - неорганический фосфат;

H+ - положительный ион водорода;

ΔG - изменение свободной энергии, выделяемой при отрыве концевой фосфатной группы.

Обычно клетки извлекают энергию из АТФ во время клеточного дыхания, отщепляя от его молекулы только одну фосфатную группу.

На рис.3 приведен пример упрощенного графика циклов синтеза-расщепления АТФ.

Рис.3. Упрощенный график синтеза-расщепления АТФ.

U - количество АТФ в клетке; I – процесс синтеза; П – процесс расщепления.

Как видно из графика на рис.3, изображенные на нем процессы синтеза АТФ (кривая I), и расщепления АТФ (кривая II) по своей форме близки к экспонентам.

Верхние и нижние границы концентрации биохимических веществ Umax и Umin определяются соответствующими положительной и отрицательной обратными связями, имеющимися в живых системах.

Скорость протекания биохимических реакций регулируется соответствующими биохимическими катализаторами, ускоряющими эти реакции, и ингибиторами, замедляющими их, как это видно из рис.4, где представлен пример схемы работы механизма регуляции ферментативных реакций.

Рис.4. Пример схемы регуляции ферментативных реакций

Цифры, заключенные в кружки, указывают вероятные участки действия гормонов. 1 - изменение проницаемости мембраны; 2 - переход фермента из неактивной формы в активную; 3 - изменение скорости трансляции мРНК на рибосомальном уровне; 4 - индукция образования новой мРНК; 5 - репрессия образования мРНК.

Аналогично происходят групповые когерентные биохимические реакции на уровне органов, систем и организмов в целом.

Основные физиологические параметры человека, такие как температура тела, частота сердечных сокращений, артериальное давление и др. испытывают периодические колебания с периодом в одни сутки, а также в одну неделю, что связанно с трудовым процессом. На рис. 5 представлен пример идеализированных типовых колебаний функциональных сдвигов организма человека.

Рис.5. Идеализированные типовые колебания функциональных сдвигов организма человека

1 – суточные колебания функционального сдвига; 2 – недельное среднедействующее колебание функционального сдвига; 3 – среднедействующее значение функционального сдвига

Как видно из рис.5, колебания функциональных сдвигов организма человека зависят как от периодических суточных, так и от недельных нагрузок.

С точки эрения биологии эти процессы представляют собой результат когерентных непрерывных биохимических реакций последовательностей метаболических циклов, содержащих чередующиеся процессы анаболизма – синтеза веществ, и катаболизма – расщепления веществ. В результате этих реакций все параметры внутренней среды живых систем находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно соответствующих средних значений.

С точки зрения физики эти процессы представляют собой когерентные непрерывные термодинамические колебания, содержащие чередующиеся фазы соответственно выделения и затрат энергии.

Во время фазы затрат энергии энергетические процессы в клетках в основном ориентированы на синтез АТФ. Во время фазы выделения энергии происходит расщепление АТФ путем гидролиза.

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Дополнительные материалы

Случаи выздоровления - не случайны!
Еше древние философы поняли, что по частице мира можно сделать некоторые верные заключения о его недоступной части. Так и глубокий ум, помещенный в камеру с зеркалом, изучая только себя, способен догадаться о многом. Рак считается наст ...

Усилители электрических сигналов
В современной технике широко используется принцип управления энергией, позволяющий при помощи затраты небольшого количества энергии управлять энергией, но во много раз большей. Форма как управляемой, так и управляющей энергии может быть лю ...

Оптика Гамильтона — Якоби
Когда в 1830 г. ирландец Уильям Роуан Гамильтон (1805—1865) начал заниматься оптикой, волновая теория света еще не была общепринятой. Пуассон был еще последователем корпускулярной теории. Био, самый консервативный из великих физиков XIX ве ...

Разделы

Электромагнитный импульс как оружие

История вопроса и современное состояние знаний в области эми.

Лабораторные стенды в учебном процессе

Обзор и сравнительный анализ существующих стендов.

Аспекты технического знания

Технический объект и предмет технических наук.

Сварка металлов плавлением

Классификация электрической дуговой сварки.

Распределение примесей в кремнии

Описание процесса зонной плавки и ее математическая модель.



Наука сегодня и вчера - www.anytechnic.ru