Обмен веществ
<<  Обмен энергии Обмен энергии у детей  >>
Обмен Энергии
Обмен Энергии
ВИТАЛИЗМ - (лат
ВИТАЛИЗМ - (лат
Современные научные подходы к изучению процессов жизнедеятельности
Современные научные подходы к изучению процессов жизнедеятельности
Термодинамика
Термодинамика
Термодинамические системы
Термодинамические системы
Законы термодинамики
Законы термодинамики
Второй закон термодинамики
Второй закон термодинамики
Пример состояний с низкой и высокой энтропией
Пример состояний с низкой и высокой энтропией
Следствия II закона термодинамики
Следствия II закона термодинамики
Классическая термодинамика рассматривает обратимые процессы в
Классическая термодинамика рассматривает обратимые процессы в
Живые организмы и окружающая их среда образуют единую
Живые организмы и окружающая их среда образуют единую
Фотосинтез
Фотосинтез
Живые системы и II закон термодинамики
Живые системы и II закон термодинамики
Для живых систем характерно стационарное состояние
Для живых систем характерно стационарное состояние
Обмен веществ и энергии
Обмен веществ и энергии
Общее представление об обмене веществ и энергии
Общее представление об обмене веществ и энергии
Энергетический баланс
Энергетический баланс
Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет
Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет
Клеточное дыхание – процесс, обратный фотосинтезу
Клеточное дыхание – процесс, обратный фотосинтезу
Квантово-механические основы физиологических процессов
Квантово-механические основы физиологических процессов
Схема переноса
Схема переноса
Законы термохимии:
Законы термохимии:
Схема превращения веществ и энергии в организме
Схема превращения веществ и энергии в организме
Методы измерения энергетического обмена (способы калориметрии)
Методы измерения энергетического обмена (способы калориметрии)
Определение калорического коэффициента
Определение калорического коэффициента
Прямая калориметрия
Прямая калориметрия
Метод непрямой калориметрии
Метод непрямой калориметрии
Калорический коэффициент – количество тепла (калорий), которое
Калорический коэффициент – количество тепла (калорий), которое
Основной обмен - это минимальный уровень затрат энергии, необходимый
Основной обмен - это минимальный уровень затрат энергии, необходимый
Зависимость относительной интенсивности основного обмена от возраста и
Зависимость относительной интенсивности основного обмена от возраста и
Суточный расход энергии (рабочий обмен) = Основной обмен + рабочая
Суточный расход энергии (рабочий обмен) = Основной обмен + рабочая
Обмен Энергии
Обмен Энергии
Суточный расход энергии для разных профессий
Суточный расход энергии для разных профессий
Обмен Энергии
Обмен Энергии

Презентация: «Обмен Энергии». Автор: Владимир Иванович. Файл: «Обмен Энергии.ppt». Размер zip-архива: 2931 КБ.

Обмен Энергии

содержание презентации «Обмен Энергии.ppt»
СлайдТекст
1 Обмен Энергии

Обмен Энергии

Термодинамические системы. Законы термодинамики. Энтропия. Биофизика обмена энергии. Метаболизм: ассимиляция и диссимиляция. Основной обмен.

2 ВИТАЛИЗМ - (лат

ВИТАЛИЗМ - (лат

vitalis - живой) - у представителей живого мира есть особые нематериальные факторы, определяющие их качественное отличие от неживого.

Истоки этих представлений: Платон (психея – бессмертная душа) и Аристотель (энтелехия – нематериальная сила, управляющая живой природой). Нидерландский биолог Ван Гельмонт (XVII) считал, что археи – это духовные начала, которые регулируют деятельность органов тела. Немецкий врач Георг Шталь (XVIII) полагал, что жизнью организмов управляет душа, которая обеспечивает их целесообразное устройство. Немецкий естествоиспытатель Тревиранус (XIX) ввел термин "vis vitalis" (жизненная сила), обозначающий нематериальное начало жизни; тогда же появилось название направления – витализм. Шведский химик Берцелиус предположил (1809), что органические вещества, в отличие от неорганических, содержат vis vitalis, поэтому не могут быть получены из неорганических. В 1828 Вёлер получил мочевину из водного раствора цианата аммония. Немецкий химик Адольф Кольбе (1845) получил уксусную кислоту. Французский химик Марселен Бертло, осуществил синтез метана из сероуглерода и сероводорода (1854) и синтез искусственных жиров (1854).

3 Современные научные подходы к изучению процессов жизнедеятельности

Современные научные подходы к изучению процессов жизнедеятельности

исходят из принципов, которые были сформулированы в XIX – XX веке.

«Живой организм представляет собой молекулярную машину высокой сложности, общие результаты работы которой зависят от ее устройства и от поступающей к ней энергии» (Хаксли). «Живое тело состоит из тех же веществ, которые имеются в неживой природе, эти вещества не имеют иных свойств и возможностей в живом организме, а также не утрачивают ни одного из своих свойств» (Вирхов). «Основное различие между живым и неживым проявляется только тогда, когда мы вместо изолированных явлений начинаем рассматривать всю совокупность протекающих в организме процессов. В этом случае оказывается, что эти процессы определенным образом организованы и гармонируют друг с другом. Такая организация этих процессов является фактически единственной чертой различия между процессами жизнедеятельности и обычными физико-химическими процессами» (Ван Берталанфи). Человек – группа атомов, вполне зависимых в своих движениях от всех сил, делений и изменений целого, и с другой стороны, как каждый отдельный атом, человек непостижим и существует сам для себя и по себе (Ф.Ницше).

4 Термодинамика

Термодинамика

Термодинамика – раздел физики, который изучает свойства и превращения энергии. Энергия (от Ergon- работа) – способность совершать работу. Работа – направленное перемещение физического тела против действующих на него сил. Виды энергии: Механическая (кинетическая и потенциальная); Электрическая; Химическая; Световая; Тепловая

5 Термодинамические системы

Термодинамические системы

Термодинамическая система – совокупность материальных объектов, взаимодействующих между собой больше, чем с объектами окружающего мира. По способу взаимодействия с окружающей средой термодинамические системы разделяют на: Изолированные – системы, которые не обмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией; Закрытые – обмениваются с окружающей средой только энергией; Открытые – обмениваются с окружающей средой и веществом, и энергией. С точки зрения термодинамики живые системы относятся к открытым системам, главное условие их существования – непрерывный обмен веществами и энергией с окружающей средой. В основе всех процессов жизнедеятельности лежат реакции атомов и молекул, протекающие в соответствии с теми же фундаментальными законами термодинамики, которые управляют этими реакциями и вне организма.

6 Законы термодинамики

Законы термодинамики

Первый закон (сохранения энергии). Энергия не исчезает и не возникает, а лишь переходит из одной формы в другую. Энергия (количество теплоты), переданная системе, идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы. Внутренняя энергия системы – это сумма свободной и связанной энергии. Свободная энергия определяет упорядоченное движение частиц, которое можно использовать для совершения работы. Связанная энергия определяется хаотическим тепловым движением частиц, ее нельзя использовать для совершения работы.

7 Второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики

1. Теплота не может самопроизвольно переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой (Клаузиус). 2. Энтропия замкнутой системы может только возрастать, а количество свободной энергии (с помощью которой может совершаться работа) – лишь убывать. ?Q ? T ?S, где ?Q – тепло, поглощенное системой, Т – абсолютная температура, а S – энтропия. Изменение тепловой энергии ?Q изолированной системы пропорционально абсолютной температуре Т, коэффициент пропорциональности называется изменением энтропии. ?S ? ?Q/ T Чем больше энтропия, тем больше беспорядка в системе, т.е. Энтропия - степень неупорядоченности системы Упорядоченность является формой энергии (система, переходя из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное, способна совершать работу).

8 Пример состояний с низкой и высокой энтропией

Пример состояний с низкой и высокой энтропией

А – высокоэнергетическое состояние системы (все молекулы находятся в отделении I). Если молекулы получают возможность диффундировать, они начинают переходить в отделение II, совершая при этом работу. Свободная энергия системы будет снижаться, а ее энтропия – увеличиваться до тех пор, пока не возникнет равновесное состояние (Б). Такая система работу совершать уже не может. Хотя хаотичное (тепловое) движение атомов сохраняется.

9 Следствия II закона термодинамики

Следствия II закона термодинамики

Вся энергия Вселенной в конечном счете перейдет в тепловую. Если какая-либо система совершает внешнюю работу, то часть расходуемой энергии обязательно теряется в виде тепла. КПД любой машины (и живого организма) представляет собой отношение всей вырабатываемой энергии к той, которая затрачивается на внешнюю работу (он всегда меньше 100%). КПД ? внешняя работа/вырабат. энергия ?100% КПД мышечной работы составляет примерно 25%

10 Классическая термодинамика рассматривает обратимые процессы в

Классическая термодинамика рассматривает обратимые процессы в

гомогенной (однородной) среде, содержащей огромное число молекул.

При применении законов термодинамики к живым системам необходимо учитывать следующие их особенности : Они являются открытыми для потоков вещества и энергии; Энергетические процессы в них обычно имеют необратимый характер; Они далеки от равновесия; Их отдельные части (например, компартменты клетки) могут содержать сравнительно небольшое число молекул.

11 Живые организмы и окружающая их среда образуют единую

Живые организмы и окружающая их среда образуют единую

термодинамическую систему (экологическую систему), объединенную непрерывным обменом веществ и потоком энергии.

Лишь малая часть солнечного излучения, достигающего Земли, используется в фотосинтезе, но именно она служит источником энергии для всех живых существ

12 Фотосинтез

Фотосинтез

Солнечная энергия используется растениями для образования глюкозы из углекислого газа и воды. Глюкоза – продукт этой реакции – имеет больше свободной энергии, чем исходные вещества. Способность извлекать полезную энергию из окружающей среды является одним из основных свойств, которые отличают живые системы от неживых.

13 Живые системы и II закон термодинамики

Живые системы и II закон термодинамики

Развитие от оплодотворенной яйцеклетки до взрослой особи - увеличение структурной упорядоченности живой системы, т.е.снижение энтропии. Это не противоречит II закону термодинамики, который можно применить к замкнутым системам, а живые системы относятся к открытым. Неизбежная тенденция к возрастанию энтропии, сопровождаемая неизбежным превращением полезной энергии в бесполезную (тепловую), заставляет живые системы получать все новые порции энергии (пищи), чтобы поддерживать свое структурное и функциональное состояние. Живые существа получают энергию из окружающей среды и возвращают эквивалентное количество энергии в форме, менее пригодной для дальнейшего использования.

14 Для живых систем характерно стационарное состояние

Для живых систем характерно стационарное состояние

Стационарное состояние системы: хотя вещества постоянно поступают в систему и выходят из нее, в целом она не изменяется (примеры: фонтан, пламя свечи). Поступление веществ и энергии из окружающей среды точно соответствует их переходу из организма в среду. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов.

15 Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии – это: 1) обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой; 2) совокупность физических и химических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах (метаболизм). Метаболизм состоит из двух групп процессов: анаболизм и катаболизм. Анаболизм (ассимиляция) – совокупность процессов биосинтеза органических веществ, для него необходима энергия. Катаболизм (диссимиляция)– совокупность процессов расщепления сложных веществ до более простых молекул с образованием энергии. Процессы анаболизма и катаболизма находятся в состоянии динамического равновесия.

16 Общее представление об обмене веществ и энергии

Общее представление об обмене веществ и энергии

Приход и расход веществ и энергии

17 Энергетический баланс

Энергетический баланс

Количество образованной энергии ? количеству энергии, затраченной на работу + энергия, потерянная в виде тепла + запасенная энергия. Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма. Уровни интенсивности энергообмена клетки: - Уровень поддержания целостности структур– 15%; - Уровень функциональной готовности – 50%; - Уровень функциональной активности – 100%.

18 Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет

Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет

анаэробного и аэробного метаболизма.

Получение энергии без участия кислорода называется анаэробным обменом. Например, гликолиз – расщепление глюкозы до молочной кислоты. Превращение 1 молекулы глюкозы в 2 молекулы лактата приводит к образованию 2 молекул АТФ. Процессы, генерирующие энергию с участием кислорода, называются аэробным обменом. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном окислении 1 моля глюкозы до СО2 и Н2О, составляет 25,5 молей.

19 Клеточное дыхание – процесс, обратный фотосинтезу

Клеточное дыхание – процесс, обратный фотосинтезу

Органические вещества в процессе окисления расщепляются до неорганических, что сопровождается выделением энергии, которая запасается в виде АТФ.

20 Квантово-механические основы физиологических процессов

Квантово-механические основы физиологических процессов

Связи между атомами в молекулах создаются за счет перекрытия атомных орбиталей. Различают ?- и ?-орбитали. Двойные связи образуют ?-электроны, именно они обуславливают высокую реакционную способность молекул, имеющих двойные связи. Разность энергий основного и возбужденного состояний у ?-электронов значительно меньше, чем у ?-электронов, а главное, она примерно равна энергии фотона. Т.е. они могут возбуждаться единичными квантами света. Поэтому ?-электроны способны аккумулировать солнечную энергию, т.е. с ними связано обеспечение энергией всех биологических систем.

21 Схема переноса

Схема переноса

-электронов по дыхательной цепи митохондрий

Слева – восстановительные потенциалы редокс-пар компонентов дыхательной цепи, справа – перепады свободной энергии на каждом из трех этапов выброса протонов в цитозоль. В окисленном состоянии молекула, входящая в каскад переноса ?-электронов, является их акцептором. Приняв электроны она восстанавливается и становится донором электронов. Так, окисленный никотинамидадениндинуклеотид (НАД+), приняв из цикла Кребса пару электронов, восстанавливается до НАДН и служит донором ?-электронов для окисленного флавинмононуклеотида. Приняв электроны, он восстанавливается и служит донором электронов для цитохромов. В конце ?-электроны, отдав свою энергию по мере переноса по дыхательной цепи, поступают на молекулярный кислород, восстанавливая его до воды.

22 Законы термохимии:

Законы термохимии:

Закон Лавуазье-Лапласа (1780). Количество теплоты, необходимой для образования химического соединения, равно количеству теплоты, выделяемой при его расщеплении. Закон Гесса (1840). Количество энергии, выделяемой в химическом процессе, не зависит от числа стадий, через которые проходит данный процесс. Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распада (от того, сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболизма).

23 Схема превращения веществ и энергии в организме

Схема превращения веществ и энергии в организме

24 Методы измерения энергетического обмена (способы калориметрии)

Методы измерения энергетического обмена (способы калориметрии)

25 Определение калорического коэффициента

Определение калорического коэффициента

Запас энергии в пище определяется в калориметрической бомбе - замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в камеру, наполненную чистым кислородом, и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.

26 Прямая калориметрия

Прямая калориметрия

Калориметр Лавуазье, снабженный ледяной рубашкой. Теплопродукцию животного определяют на основе измерения количества талой воды.

Единица измерения энергии – калория – количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 градус. 1 калория составляет 4,19 Дж

27 Метод непрямой калориметрии

Метод непрямой калориметрии

Энергетический обмен можно определить, исследуя газообмен (единственным источником энергии у человека является окисление, при котором потребляется О2 и выделяется СО2). По соотношению между количеством выделенного СО2 и количеством потребленного О2 - дыхательному коэффициенту (ДК) - можно установить, какие вещества окисляются в организме. Каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода.

28 Калорический коэффициент – количество тепла (калорий), которое

Калорический коэффициент – количество тепла (калорий), которое

выделяется при окислении в организме (или сгорании) одного грамма вещества. Дыхательный коэффициент – отношение выделенного из организма углекислого газа к поглощенному кислороду. Калорический эквивалент кислорода – это количество тепла, которое выделяется при потреблении организмом 1 литра кислорода.

Вещества, окисляющиеся в организме

Калорический коэффициент

Дыхательный коэффициент

Калорический эквивалент кислорода ккал\л

Жиры

9,3 9,0

0,7

4,74

Белки

4,1 (5,4) 4,0

0,8

4,5

Углеводы

4,1 3,7

1

5,05

29 Основной обмен - это минимальный уровень затрат энергии, необходимый

Основной обмен - это минимальный уровень затрат энергии, необходимый

для поддержания жизнедеятельности в условиях физического и эмоционального покоя

Основной обмен определяется в стандартных условиях: 1) утром, в положении лежа (но обследуемый не должен спать); 2) при комфортной температуре (20-22 градуса тепла); 3) в состоянии эмоционального покоя, (стресс усиливает метаболизм); 4) натощак, то есть через 12-16 ч после последнего приема пищи. Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 10% меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых и с увеличением возраста постепенно снижается. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал на 1 кг массы тела за 1 час у мужчин среднего возраста, у женщин среднего возраста - 0,9 ккал/кг/час, а у детей 7 лет - 1,8 ккал/кг/час.

30 Зависимость относительной интенсивности основного обмена от возраста и

Зависимость относительной интенсивности основного обмена от возраста и

пола.

31 Суточный расход энергии (рабочий обмен) = Основной обмен + рабочая

Суточный расход энергии (рабочий обмен) = Основной обмен + рабочая

прибавка

Рабочий обмен – величина энергетического обмена, характерная для определенного вида трудовой деятельности. Рабочая прибавка – разница между рабочим и основным обменом. Специфически-динамическое действие пищи – увеличение уровня затрат энергии через 1-3 часа после приема пищи. После приема белковой пищи уровень обмена увеличивается примерно на 30%; После приема углеводов и жиров – на 15%.

32 Обмен Энергии
33 Суточный расход энергии для разных профессий

Суточный расход энергии для разных профессий

34 Обмен Энергии
«Обмен Энергии»
http://900igr.net/prezentacija/biologija/obmen-energii-185206.html
cсылка на страницу
Урок

Биология

136 тем
Слайды