8. Теорема Пригожина и направленность эволюции биосистем. Энтропия и биологический прогресс.

(+ см вопрос 16)

Стац. сост. хар-ся min ежесекундным приростом энтропии (благодаря этому происходит эволюция).

Теорема: при постоянных внеш. усл. в системе, находящейся вблизи положения ТД равновесия в стац. сост., скорость возрастания энтропии, за счёт необходимости внутр. процессов, принимает постоянное минимальное значение отличное от нуля.

Или: В стационарных состояниях при фиксированных внешних параметрах локальная продукция энтропии в открытой т/д системе стремится к минимальному значению.

Энтропия – мера рассеивания свободной энергии, следовательно любая открытая т/д система в стационарном состоянии стремится к минимальному рассеиванию свободной энергии. Если в силу причин система отклонилась от стационарного состояния, то вследствие стремления системы к минимальной энтропии, в ней возникают внутренние изменения, возвращающие ее в стационарное состояние.

Величина, кот это всё характеризует:

β= T* (dS/dt), где β – диссипативная фукнкция. β>0, min. С этим связан Критерий эволюции открытых систем: ∆β/dt < 0

Механизмы саморегуляции систем

Функционируют по принципу обратной связи. Обратная связь – это понятие, обозначающее влияние выходного сигнала системы на ее рабочие параметры. Различают положительную и отрицательную. "–" чаще встречается в биосистемах, направлена на снижение влияния выходного сигнала на рабочие параметры системы. "+" усиливает влияние выходного сигнала, в результате чего система может выходить из данного состояния. Гомеостаз – постоянство многих параметров.

8. Организм и клетка как химическая машина. Химический потенциал живой системы.

Метаболический цикл – это открытая система последовательных р-ций, в ходе которых поступающий субстрат перерабатывается таким и происходит регенерация исходного продукта. Такой цикл можно рассматривать как «химическую машину», совершающую работу по превращению одних видов веществ и Е в другие.

Увеличение энтропии, сопровождающее внутренние процессы в этой химической машине, определяется измерением суммарного потенциала системы и внешней среды, взятым с обратным знаком, и равно TdiS = -d(G + G*), где G — термодинамический потенциал системы, a G* — термодинамический потенциал внешней среды, за счет поступления продуктов из которой «работает» химический цикл.

После совершения одного оборота цикла через время t система вновь вернется в первоначальное состояние, а =>, через время t dG = 0. При этом для внешней среды dG* <> 0, так как именно за счет взаимодействия с внешней средой и совершился оборот цикла с произведенной им за это время работой.

       Хим. потенциал  —  величина, определяющая ТД характеристику не системы в целом, а одной м-лы в этой системе.         Если добавлять в систему м-лу за м-лой при постоянном давлении, то на добавление каждой новой частицы надо затратить в точности ту же работу, что на добавление любой предыдущей: объем системы будет расти, а плотность системы  —  и интенсивность взаимодействий в ней  —  меняться не будет. Поэтому ТД состояние м-лы в системе удобно определять величиной свободной энергии Гиббса G, деленной на число молекул N, 

µ= G/N Молекулы перетекают из той фазы, где их хим. потенциал выше, в ту, где их хим. потенциал ниже,  —  это понижает общую свободную энергию системы и приближает ее к равновесию. А в равновесии хим. потенциал мо-л в одной фазе равен хим. потенциалу тех же м-л в другой фазе.