Universiteti tabiyattaniw

2.2. Termodinamika nızamları.
Kletkalardaǵı zatlar almasıwı (metabolizm) quramalı zatlardıń úzliksız ráwishte ápiwayi zatlarǵa tarqalıp turıwınan hám quramalı zatlardıń sintezlenıwınen ibarat. Ósımlık hám basqa tırı organizmler kletkalarında juz beretuǵın zatlardıń ózgerıwı hám energiya almasıwı fizika hám ximiyanıń nızamlıqlarına qarab ıs koredı.
Organizmde bólatuǵın oksidlanıw-qaytarılıw protseslerı, makroergik birikpelerdıń sintezlenıwı hám gidrolizlenıwı, zatlardıń kletka membransı arqalı tasılıwı, háreket aktivlıgı, fotosintezde jaqtılıq energiyasınıń ózlestırılıwı siyaqli bir qatar biologiyalıq protsesler - energiyanıń transformatsiyalanıwı esabına ısge asıp, termodinamikanıń bırınshı nızamı, yaǵniy energiyanıń saqlanıw nızamına boysınadı.
Termodinamikada energiya balansı sistemanıń aqırǵI hám dáslepki jaǵdayların salıstırıw arqalı baxalanadı.
Termodinamikanıń bırınshı nızamına muwapıq sistema tárepınen sırtqı ortalıqdan jutılǵan jıllılıq, onıń ishki energiyasın ózgertıw hám sistemanıń sırtqı ku`shge qarsı atqarǵan jumısına sarplanadı.
Termodinamikanıń ekinshi nızamında teń salmaqlılıq qarar tapqanda ózınıń eń joqarı (maksimal) nátiyjesıne erısıwge umıtılıwshı entropiya tusınıgın kırıtedı. Sonıń u`shın termodinamikanıń ekinshi nızamı entropiya haqqındaǵI nızamı atı menen ataladı.
Tabiyatda bolıp atırǵan protseslerdıń energiyalıq basqarılıwın belgılep berıwshı usı nızamlar haqqında Edmen tárepınen: “Tabiyǵiy protseslerdıń ulken orayında entropiya – barlıq jumıslardıń xarakterı hám isge asırılıw jolların aldınnan belgılep berıwshı direktor lawazımın iyelese, energiyanıń saqlanıw nızamı – tekǵana kırım hám shıǵımlardı jolǵa salıw menen jumis atqarıwshı lawazımın iyeleydı” – dep aytıp otedı.
Belgili, Ósimlik organizmlerınıń tirishilik ıskerlıgı energiyanıń uzluksiz ózlestırılıwı nátiyjesınde ju`z beredı. Quyash energiyası fotosintez dawamında, Ósimlikler tárepinen organikalıq zatlardaǵI ximiyalıq energiyaǵa aylantırıladı. Payda bolǵan organikalıq zatlar oksidlanıwınıń ekzergonik protseslerı, yaǵniy dissimilyatsiya tırı sistemanıń energiya deregıne aylanadı. Dissimilyatsiyanıń eki turı bar bolıp, olar dem alıw hám ashıw protseslerı esaplanadı. Biologiyalıq áhmıyetlı zatlardıń organizmde payda bolıwı yamasa endergonik reaksiyalar, energiyanıń sarıplanıwı menen boladı. Bularǵa fotosintezdı misal etıw mumkın.
Tabiyatda bar bolǵan barlıq organizmler energiyanı alıw oraylarına qarab, ush toparǵa bólınedı.
1. Xlorofilli ósımlıkler (jasıl Ósimlikler ) toparı. Bulardıń energiya deregı sıpatında jaqtılıq kvantlarınan (fotonlarınan) paydalanadı.
2. Geterotrof organizmler (adam hám haywanlar). Bul gruppa, energiya deregı sıpatında, jasıl Ósimlikler tárepinen quyash energiyası esabına sintezlengen organikalıq zatlardan (uglevodlar, lipidler, beloklar) paydalanıladı, yaǵniy olar organikalıq birikpelerdıń organizmde oksidlenıwı nátiyjesinde ajralıp shıǵatuǵın energiya esabına jasaydı.
3. Mikroorganizmler toparı. Usı topar u`shın energiya deregı bolıp anorganikalıq hám organikalıq zatlardıń oksidlenıwı nátiyjesinde ajralıp shiǵatuǵın energiya bolıp tabıladı.
Ulıwma protseslerdıń negizi termodinamikanıń bırınshı hám ekınshı nızamlıqları tiykarinda tusıntırıledı. Termodinamikanıń nızamına muwapıq ishkı energiya (E) tek jıllılıq jaǵdayında energiyanı koshırıw protsesınde yamasa jumıs atqarılǵanda ózgerıwı guzetıledı. Basqasha qılıp aytǵanda, energıyanı jaratıw hám joq qılıw mumkin emes:
∆E=E(onımlerdı)→E(reagentlerdı)=Q+W
bul jerde, Q - jıllılıq, sırtdan alınǵan, W - sistema atqarǵan jumıs.
Atqarılǵan jumıs mexanik, elektrik yamasa ximiyalıq (sintez) bolıwı mumkın. Ajratip alınǵan sistemalar úshın olardıń ishkı energıyasınıń ózgerıwı tomendegı formula boyinsha aniqlanadı: ∆E=Q+W, yaǵniy sistema ishki energiyasınıń kobeyıwı oǵan berılgen jıllılıq hám sırtqı ortalıqdıń sistema ústinde atqarǵan jumısı qosılmasına teń esaplanadı.
Demek, bul nızamǵa muwapıq energiya qaytadan payda bolmaydı hám joǵalmaydı, tek bır formadan ekinshi formaǵa ótedı. Ajratıp alınǵan sistema energiyasınıń ulıwma muǵdarı turaqlı bolıp qaladı. Birinshi nızam tırı sistemalarǵa qollanıwı mumkın.
Ósimlik kletkalarında fermentler qatnasında ekzergonik reaksiyalar óz-ózınen ketıwı mumkın, olar ximiyalıq potensialdıń ters ózgerıwı menen aytıladı. Sonıń menen birge, kletkalarda endergonik protsesler ju`z beredı, yaǵniy apuwayi zatlardan quramalı zatlardıń sintezi, bunda energiya talap etiledı hám ol energiyanı bır-bırıne baylanisqan ekzergonik protseslerden aladı.
Organizmdegı hár bır tırı kletka quramalı sistemalardan ibarat. Onıń quramı uzlıksız aktiv jaǵdayda boladı: zatlardıń kletkaǵa kırıwı hám sırtǵa shıǵıwı turaqlı xarakterge iye.
Kletkada ju`z beretuǵın barlıq reaksiyalardı eki gruppaǵa ajratıw mumkın: anabolitik reaksiyalar – kishi hám apuwayı molekulalardan ırı molekulardıń sintez qılınıw reaksiyaları, bul protsesler u`shın energiya sarıplanadı, yaǵnıy endergonik protsesler:
A + B → AB [+ ∆G]
(bul jerde, ∆G – reaksiya protsesinde erkin energiyanıń ózgerıwı).
Katabolitik reaksiyalar - molekulalardıń kishi hám apúwayı molekularǵa tarqalıw reaksiyaları, bul protseslerde energiya ajraladı – ekzergonik protsesler:
AB → A + B [- ∆G]
Óz náwbetinde payda bolǵan apuwayı molekulalar qayta biosintezda paydalanılıwı mumkin. Kletkada ju`z berıp atırǵan katabolitik hám anabolitik reaksiyalar jiyindısı birgelıkde kletkanıń metabolizmın quraydı:
Katabolizm + Anabolizm = Metabolizm.
Kletkaǵa kırıp atırǵan organikalıq zatlar jańa kletkalıq komponentlerdıń biosintezı hám ximiyalıq energiya deregı sıpatında jumıs atqaradı. Organikalıq zatlardıń tarqalıwı nátiyjesınde payda bolǵan energiyanıń kopshılık bolımı kletkanıń tirishilik protseslerı úshın paydalanıladı. Energiya kletkanıń turlı bolımlerıne tarqaladı hám bır formadan ekinshi formaǵa ótedı. Nátiyjede energiyanıń hár bir forması kletkadaǵı belgılı bir jumısdı atqarıw úshın xizmet etedı. Bular biosintez, kletkanıń bolınıwı, kobeyiwı, aktiv transport (suw, mineral hám organikalıq zatlar), osmos hám basqalar bolıwı mumkın. Tırı kletkalar úshın eń zárurı ximiyalıq energiya bolıp, ol kletka bolımlerıne hám kletkadan-kletkaǵa tez otkızıledı hám jaqsı paydalanıladı.