Законы биоэнергетики

Круговороты основных биогенных элементов

Классификация организмов относительно способов извлечения ими энергии

Направленность и взаимосвязь катаболических и анаболических этапов метаболизма

Функциональная структура процессов катаболизма и анаболизма

Законы биоэнергетики. Мембранный потенциал
Формы протонного потенциала: а – градиент кислотности,
б – градиент электрического поля

Законы биоэнергетики. Мембранный потенциал

Законы биоэнергетики. Первый закон

Законы биоэнергетики. Второй закон
Клетка всегда имеет как минимум две формы энергии:
макроэргические связи АТФ
энергию, связанную с мембраной
(Δ μН+ либо Δ μNa+)

Использование и взаимосвязь форм энергии в клетке

Законы биоэнергетики. Третий закон
Энергетические формы могут превращаться одна в другую
Na+-АТФ-синтаза : АТФ ↔Δ μNa+,
Н+-АТФ-синтаза : АТФ ↔ ΔμH+,
Н+/Na+-антипорт: равновесие Δ μH+ ↔ Δ μNa+

Энергетика бактерий
а. морские аэробы. Δ μН+
б. морские аэробы. Δ μNa+
а. морские анаэробы. Δ μН+
а. морские анаэробы. Δ μН+

Энергетика клеток растений (а) и животных (б)
а
б

Основы термодинамики
Энергия (от гр. energeia - деятельность) - одно из основных свойств материи,
мера её движения и взаимодействия;
мера перехода одной формы движения в другую;
степень изменчивости системы;
способность производить работу

Основы термодинамики
Работа - упорядоченная форма передачи энергии, связанная с преодолением внешнего сопротивления
Теплота - неупорядоченная форма передачи энергии в результате контакта непрерывно движущихся микрочастиц

Основы термодинамики
Система - это тело или совокупность тел, выделенных из пространства
Среда - всё, что окружает систему
Фаза - часть системы, имеющая одинаковые во всем объеме физические и химические свойства и отделенная от других частей поверхностью раздела

Виды системы в зависимости от фаз
Гомогенные системы - состоят из одной фазы (физиологический раствор, плазма крови);
Гетерогенные системы - состоят из двух фаз или более.

Типы систем в зависимости от связи со средой
Открытые
Закрытые
Изолированные

Основы термодинамики
Состояние системы - совокупность условий существования и состава системы

Типы термодинамических систем

Термодинамика. Первый закон
Общее количество энергии (U) замкнутой системы сохраняется постоянным
U = const
или
ΔU = 0

Термодинамика. Первый закон
U2 – U1 = ΔU = ΔQ + ΔA
ΔQ - теплообмен
ΔA – произведенная над системой работа

Термодинамика. Второй закон
Процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную
Различные виды энергии стремятся превратиться в теплоту, а теплота стремится рассеяться, т.е. теплоту нельзя полностью превратить в работу

Свободная энергия и энтальпия
U = F + TS
U – внутренняя энергия
F – свободная энергия
T – абсолютная температура
S – энтропия

Свободная энергия и энтальпия
- при постоянном объеме и изменении давления:
ΔU = ΔF + T ΔS
для систем (в т.ч. биологических), существующих при постоянном давлении, но при изменении объема
ΔH = ΔG + T ΔS
H – внутренняя энтальпия
G – свободная энтальпия, свободная энергия
Гиббса

Связь энергии и энтальпии
ΔH = ΔU + p ΔV; ΔG = ΔF + p ΔV
p ΔV – полная работа изменения объема
системы

Перенос электронов и протонов по системе белковых компонентов мембраны тилакоида. Синтез АТР

Z-схема

ЭТЦ митохондрии (OXPHOS)