Tài liệu Bài giảng lý sinh docx

BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC §1. Một số khái niệm: 1.1. Hệ nhiệt động: - Khái niệm: Là tập hợp các vật thể , các phântử,… giớihạn trong một không gian nhất định. - Ví dụ: Một thể tích nước trong bình, một khối khí trong xy lanh, một cơ thể sinh vật, một tế bào sống, BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.1. Hệ nhiệt động: • - Phân loại: 3 loại: • + Hệ nhiệt động cô lập: Không trao đổi vật chất và năng lượng với bên ngoài (nước trong một phích kín, cách nhiệt tốt) • + Hệ nhiệt động kín (hệ đóng): Chỉ trao đổi năng lượng mà không trao đổi vật chất với bên ngoài (nước trong phích kín nhưng cách nhiệt kém). • + Hệ nhiệt động mở: Trao đổi cả vật chất và năng lượng với bên ngoài (nước trong phích hở, cơ thể sống của sinh vật, BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.2. Thông số trạng thái: • - Khái niệm: Là các đại lượng đặc trưng cho trạng thái của một hệ nhiệt động • + Với hệ nhiệt động vật lý (như hệ khí,…) thì các thông số trạng thái của hệ có thể là N (số phân tử), V (thể tích), P (áp suất), T (nhiệt độ), U (nội năng), S (entropy),… • + Với hệ nhiệt động là tế bào sống thì thông số trạng thái có thể là nồng độ chất, nồng độ ion, độ pH , áp suất thẩm thấu,… BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.2. Thông số trạng thái: • Khi hệ thay đổi trạng thái thì các thông số của hệ cũng thay đổi theo những quy luật nhất định (quy luật nhiệt động). BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.2. Thông số trạng thái: - Trạng thái của hệ mà các thông số trạng thái không thay đổi theo thời gian là trạng thái cân bằng; Khi đó đạo hàm các thông số trạng thái của hệ theo thời gian sẽ bằng không. - Một quá trình biến đổi của hệ gồm một chuỗi liên tiếp các trạng thái cân bằng gọi là quá trình cân bằng. Một quá trình cân bằng là quá trình thuận nghịch • Ví dụ: Các quá trình lý tưởng như dãn nở khí đẳng áp, đẳng nhiệt, … BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.2. Thông số trạng thái: • Một quá trình biến đổi mà quá trình ngược lại không thể tự sảy ra hoặc nếu sảy ra thì làm môi trường xung quanh có thay đổi, được gọi là quá trình bất thuận nghịch hay không cân bằng. • Ví dụ: Quá trình truyền nhiệt, biến đổi công thành nhiệt,…. • Các quá trình xảy ra trong tự nhiên thường là bất thuân nghịch. BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.3. Gradien (grad): • - Khái niệm: Gradien của một đại lượng vật lý là đại lượng có trị số bằng độ biến thiên của đại lượng đó trên một đơn vị dài: • gradU = Dạng véc tơ: với là véc tơ đơn vị theo chiều U tăng. dx dU n =Ugrad dx dU n BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.3. Gradien (grad): • Ví dụ: • + Gradien của nồng độ: gradC = • + Gradien của điện thế: gradV = • - Trong tế bào sống luôn tồn tại nhiều loại gradien, nó là một đặc trưng cho tế bào sống: • + Gradien nồng độ hình thành do sự phân bố không đồng đều của các chất hữu cơ và vô cơ giữa các phần của tế bào hoặc trong và ngoài tế bào dx dC dx dV BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.3. Gradien (grad): • + Gradien thẩm thấu hình thành do chênh lệch áp suất thẩm thấu, đặc biệt là áp suất thẩm thấu keo giữa bên trong và ngoài tế bào. • + Gradien màng tạo ra do phân bố không đồng đều các chất có phân tử lượng khác nhau ở hai phía màng tế bào mà nguyên nhân là do màng tế bào có tính bán thấm, chúng cho các phân tử nhỏ đi qua dễ dàng, nhưng các phân tử có phân tử lượng lớn thì rất khó thấm vào hoặc giải phóng ra khỏi tế bào. BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.3. Gradien (grad): • + Gradien độ hòa tan xuất hiện ở hai pha không trộn lẫn, do sự hòa tan các chất của hai pha khác nhau (như pha lipit và protein trong tế bào,…) • + Gradien điện thế xuất hiện do sự chênh lệch về điện thế ở hai phía màng tế bào, khi có phân bố không đều các ion như Na + , K + ,… • + Gradien điện hóa gồm tổng gradien nồng độ và gradien điện thế, xuất hiện khi có sự phân bố không đều các hạt mang điện ở trong và ngoài tế bào. • Nói chung, khi tế bào chết thì gradien mất đi. [...]... BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.4 Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh học: • Theo nguyên lý I thì năng lượng mà hệ kín trao đổi với môi trường hoặc biến đổi thành dạng năng lượng khác luôn có sự tương đương về số lượng; Trao đổi năng lượng trong hệ sinh vật cũng phải tuân theo nguyên lý này BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • • • 2.4 Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh. .. lượng từ bên ngoài BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh học: • Nếu hệ sinh vật nhận năng lượng dưới dạng nhiệt năng và sinh công như một động cơ nhiệt thì hiệu suất sẽ là: h= T1 − T2 T2 = 1− T1 T1 (1) Với T1 là nhiệt độ nguồn nóng, T2 là nhiệt độ nguồn lạnh BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh học: • Trong... công BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.1.2 Công: • Công phụ thuộc vào quá trình biến đổi, nếu hệ ở một trạng thái xác định không có trao đổi năng lượng thì công bằng không • Trong hệ sinh học cũng luôn tồn tại các quá trình thực hiện công Công sinh học là công mà cơ thể sinh vật sinh ra trong quá trình sống của chúng Công sinh học có nhiều dạng BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC... bào sẽ bị biến tính và không thực hiện được các chức năng sinh học ngay ở nhiệt độ 40 60 0C BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh học: • Vậy hệ sinh vật không thể sinh công nhờ nhận nhiệt lượng của môi trường mà phải nhận năng lượng dưới dạng đặc biệt là hóa năng BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • Một số ví dụ: • - Năng lượng dùng để thực hiện... hóa và bài tiết Bay hơi qua hô hấp Bay hơi qua da Hiệu chính Tổng cộng: Tổng cộng: 237 1307 335 1879 1374 86 181 227 11 1879 BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.4 Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh học: Ví dụ: Như vậy, cơ thể sinh vật đã tiêu hao năng lượng đúng bằng năng lượng nhận vào chứ cơ thể sinh vật không phải là nguồn tự tạo ra năng lượng Nói cách khác, sinh vật muốn sinh công... 0) mà liên tuc sinh công (A > 0) hoặc liên tục sinh công lớn hơn nhiệt lượng nhận vào (A > Q) thì ΔU = Q - A < 0 tức là U giảm dần đến hết nội năng (U = 0) thì dừng • Vậy theo nguyên lý I: Không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại I liên tục sinh công mà không nhận nhiệt lượng hoặc liên tục sinh công lớn hơn nhiệt lượng nhận vào BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.3 Nguyên lý I nhiệt động... entanpi của hệ BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.3.2 Định luật Hertz: • Khi áp dụng nguyên lý I cho các chuyển hóa hóa học, Hertz đưa ra đinh luật: Hiệu ứng nhiệt của các chuyển hóa hóa học xảy ra qua các quá trình trung gian chỉ phụ thuộc vào dạng và trạng thái của các chất ban đầu và chất cuối mà không phụ thuộc vào các quá trình trung gian BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.3.2... I: NHIỆT SINH HỌC • • • • • 2.2 Nguyên lý I nhiệt động học: Nguyên lý I nhiệt động học là định luật bảo toàn năng lượng áp dụng cho quá trình nhiệt Phát biểu: Nhiệt lượng mà hệ nhận được trong một quá trình bằng tổng công mà hệ sinh ra cộng với độ biến thiên nội năng của hệ Biểu thức: Q=A+ΔU Quá trình biến đổi vô cùng nhỏ: ƏQ = ƏA + dU BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.2 Nguyên lý I nhiệt... đốt luôn có kèm theo một lượng khí CO2 thoát ra BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.3.2 Định luật Hertz: • Ví dụ: • Tuy nhiên có thể xác định được hiệu ứng nhiệt của hai phản ứng: Crắn + O2 khí CO2 + 97 kcal/mol COrắn + O2 khí CO2 khí + 68 kcal/mol • Từ hai phản ứng có: Crắn + O2 khí CO khí + 29 kcal/mol BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.3.2 Định luật Hertz: • Ví dụ: • Khi... được tính vào nội năng BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.1.1 Nội năng: • Mỗi trạng thái của hệ tương ứng có một nội năng xác định, khi hệ thay đổi trạng thái thì nội năng thay đổi; Nói cách khác nội năng là hàm trạng thái của hệ • Nếu hệ thực hiện một quá trình kín và trở về trạng thái ban đầu thi độ biến thiên nội năng ΔU = 0 BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.1.2 Công: • . BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • Công sinh học • - Do cơ thể sinh ra khi có sự dịch chuyển các bộ phận, các cơ quan trong nội bộ cơ thể sinh. tế bào chết thì gradien mất đi. BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • §2. Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh vật: • 2.1. Nội năng, công, nhiệt