BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC §1. Mộtsố khái niệm: 1.1. Hệ nhiệt động: - Khái niệm: Là tậphợpcácvậtthể , các phân tử, nguyên tử,… giới hạn trong một không gian nhất định. - Ví dụ: Mộtthể tích nước trong bình, mộtkhối khí trong xy lanh, mộtcơ thể sinh vật, mộttế bào sống, BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.1. Hệ nhiệt động: •-Phânloại: 3 loại: • + Hệ nhiệt động cô lập: Không trao đổivậtchấtvà năng lượng với bên ngoài (nước trong một phích kín, cách nhiệttốt) • + Hệ nhiệt động kín (hệđóng): Chỉ trao đổinăng lượng mà không trao đổivậtchấtvới bên ngoài (nước trong phích kín nhưng cách nhiệtkém). •+ Hệ nhiệt động mở: Trao đổicả vậtchấtvànăng lượng với bên ngoài (nước trong phích hở, cơ thể sống củasinhvật, BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.2. Thông số trạng thái: • - Khái niệm: Là các đạilượng đặctrưng cho trạng thái củamộthệ nhiệt động •+ Vớihệ nhiệt động vậtlý(như hệ khí,…) thì các thông số trạng thái củahệ có thể là N (số phân tử), V (thể tích), P (áp suất), T (nhiệt độ), U (nộinăng), S (entropy),… •+ Vớihệ nhiệt động là tế bào sống thì thông số trạng thái có thể là nồng độ chất, nồng độ ion, độ pH , áp suấtthẩmthấu,… BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.2. Thông số trạng thái: •Khihệ thay đổitrạng thái thì các thông số củahệ 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 củahệ mà các thông số trạng thái không thay đổitheothờigianlàtrạng thái cân bằng; Khi đó đạo hàm các thông số trạng thái củahệ theo thờigiansẽ bằng không. -Một quá trình biến đổicủahệ gồmmộtchuỗi liên tiếpcáctrạng 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 ngượclại không thể tự sảyrahoặcnếusảyrathìlàmmôi trường xung quanh có thay đổi, đượcgọilàquá trình bấtthuận 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 củamột đạilượng vậtlýlàđạilượng có trị số bằng độ biến thiên của đạilượng đótrênmột đơnvị dài: • gradU = Dạng véc tơ: vớilàvéctơđơnvị theo chiềuU tăng. dx dU n =Ugrad dx dU n BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.3. Gradien (grad): • Ví dụ: •+ Gradiencủanồng độ: gradC = •+ Gradiencủa điệnthế: gradV = •-Trongtế bào sống luôn tồntại nhiềuloại gradien, nó là một đặctrưng cho tế bào sống: •+ Gradiennồng độ hình thành do sự phân bố không đồng đềucủacácchấthữucơ và vô cơ giữacácphần củatế 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 thẩmthấu hình thành do chênh lệch áp suấtthẩ mthấu, đặcbiệtlàápsuấtthẩmthấu keo giữa bên trong và ngoài tế bào. • + Gradien màng tạo ra do phân bố không đồng đềucácchất 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 nhỏđiqua dễ dàng, nhưng các phân tử có phân tử lượng lớnthìrấtkhóthấm vào hoặcgiải phóng ra khỏitế bào. BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 1.3. Gradien (grad): • + Gradien độ hòa tan xuấthiện ở hai pha không trộnlẫn, do sự hòa tan các chấtcủa hai pha khác nhau (như pha lipit và protein trong tế bào,…) •+ Gradienđiệnthế xuấthiệndo sự chênh lệch vềđiện thếởhai phía màng tế bào, khi có phân bố không đều các ion như Na + , K + ,… •+ Gradienđiệnhóagồmtổng gradien nồng độ và gradien điệnthế, xuấthiện 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. [...]... ch y, khi côn trùng bay,… BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • Công sinh học: • Ví dụ: 1 Công tổng hợp các chất cao phân tử sinh vật từ các phân tử có phân tử lượng thấp hơn như tổng hợp protein, axit amin, axit nucleic từ mononucleotit hay tổng hợp gluxit từ monosacarit,… 2 - Công điện sinh ra khi xuất hiện điện thế sinh vật, khi dẫn truyền xung thần kinh,… 3 - Công vận chuyển các chất ngược... hệ sinh vật cũng phải tuân theo nguyên lý n y BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • • • 2.4 Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh học: Thực nghiệm cũng chứng tỏ: Sự oxy hóa các chất dinh dưỡng trong cơ thể sinh vật sẽ cho một nhiệt lượng đúng bằng nhiệt lượng mà cơ thể đã tiêu hao khi dùng lượng dinh dưỡng đó Ví dụ: Xét sự cân bằng nhiệt lượng ở người sau một ng y đêm được kết quả sau: BÀI GIẢNG... 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 v y, 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 và duy trì sự sống thì phải trao đổi năng lượng với bên ngoài, nhận năng lượng từ bên ngoài BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG... n y không phù hợp với thực tế vì các phân tử protein có trong thành phần tế 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: • V y 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... đổi BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG 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. .. hệ BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • • 2.3.1 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học: - Xét phản ứng diễn ra trong điều kiện đẳng áp: dQp = -Q = - dU – PdV = -d(U + PV) = -dH • Đại lượng H = U + PV gọi là entanpi của hệ • V y: Hiệu ứng nhiệt trong quá trình đẳng áp bằng độ giảm 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. .. 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 − T 2 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 điều kiện nhiệt... 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...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 lượng: • 2.1.1 Nội năng: • Nội năng (U) của một hệ nhiệt động là toàn bộ năng lượng chứa trong hệ • Năng lượng chứa trong hệ gồm năng lượng chuyển động nhiệt, năng lượng dao động của các phân tử, nguyên tử, năng lượng chuyển động của các electrron, năng lượng hạt nhân,… Như v y, ... được kết quả sau: BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.4 Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh học: • Ví dụ: Nhiệt lượng nhận được do oxy hóa các chất (kcal) Nhiệt lượng tỏa ra theo các con đường khác nhau (kcal) 56,8 gam protein 40 gam chất béo 79,9 gam đường Nhiệt lượng tỏa ra Thải ra theo tiêu hóa và bài tiết Bay hơi qua hô hấp Bay hơi qua da Hiệu chính Tổng cộng: Tổng cộng: 237 1307 335 . củatimthựchiệnkhiđẩymáuvàomạch và đ y máu chuyển động theo mộtchiềuxácđịnh,… • + Công sinh ra khi động vậtch y, khi côn trùng bay,… BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • Công sinh học: • Ví dụ: 1. Công tổng. liêntục sinh công mà không nhận nhiệt lượng hoặc liên tục sinh công lớnhơn nhiệtlượng nhận vào. BÀI GIẢNG LÝ SINH CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC • 2.3. Nguyên lý I nhiệt động họcápdụng cho chuyểnhóahóahọc: •. số trạng thái: •Khihệ thay đổitrạng thái thì các thông số củahệ 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