Пригожин теоремасы. Ветеринарлық емденудің термодинамикалық тәсілдері

Ашық системадағы қайтымсыз процестердің «Сызықтық термодинамикасының» негізін салушы ғалымдардың бірі И. Пригожин (бельгиялық физик, химик, 1947 ж.) «... системаның стационар күйі экстремальдық принциппен сипатталынады» деді. Кейіннен ол принцип «Пригожин теоремасы» болып қалыптасты: «Сыртқы параметрлері межеленген ашық системаның стационар күйіндегі энтропияның уақыт аралығындағы өзгерісі тұрақты, шамасы минимальды (болмашы, өте аз) болады».

Бұл теоремадан төмендегідей де қорытынды шығады. Егер система, кейбір себептермен, стационар күйден ауытқыса, онда бұл процесс системаның энтропия шамасының өзгеріс жылдамдығы өте аз мәнге жеткенше жүреді.

Өзін-озі тексеру сұрақтары

1. 
   Термодинамиканың бірінші бастамасы дегеніміз не?
   
2. 
   Термодинамиканың екінші бастамасының анықтамасы?
   
3. 
   Калориметрлік әдіс деп қандай әдісті айтамыз?
   
4. 
   Гесс заңы дегеніміз не?
   
5. 
   Жылу өткізгіштік деп нені айтамыз?
   
6. 
   Ашық жүйе дегеніміз не?
   
7. 
   Энтропия дегеніміз не?
   
8. 
   Пригожин теоремасы қалай айтылады?
   

Биологиялық мембрана негізінен белоктардан, липидтерден және көміртектен тұрады. Табиғи липидтер молекулаларының құрамына полярлы зарядталған фосфатты бас мен ұзын көміртек тізбекшелері кіреді. Мембрана жасаушы цитоплазмасын қоршаған ортадан бөліп тұратын нәрсе. Оның қалыңдығы 8-12 нм және ол үш қабаттан тұрады. Мембрана клеткаға суды, иондарды, коректендіргіш заттарды өткізеді, ал клеткадан зат алмасу өнімдерін шығарады, бірақ та жоғары молекулалы заттарды өткізбейді. Сонымен мембрана клеткадағы зат алмасу процесін реттеп отырады. Кез келген зақым кезінде мембрана өліп қалады. 1833 ж. Роберт Броун өсімдік материалынан жасушалық ядроны ашқан. Ол микроскоп арқылы тозаң жіпшелерінің жасушаларын қарап, дөңгеленген формалы денешіктерді тапқан. Оны "nuclei" — ядро деп атаған. Ядро жасушаның ортасында орналасқан дөңгелек немесе сопақша формалы жасушаның ең ірі органоиді. Ядро үш бөліктен тұрады: ортасында орналасқан - ядрошықтан, ядроның сұйық бөлігі - нуклеплазмадан және ядролық мембранадан. Тұрады. Ядро екі мембранадан тұратын қабықшамен қоршалған. Сыртқы ядролық мембрана рибосомалармен қапталған, ішкі мембрана тегіс болады. Электронды микроскоп арқылы зерттеу ядролық мембрананың жасушалың мембрана жүйесінің бір бөлігі екендігін көрсетті. Сыртқы ядролық мембрананың өсінділері эндоплазмалық тордың өзектерімен (каналдарымен) байланысады да, біртұтас өзектер жүйесін құрайды. Ядроның тіршілік әрекетінде ядро мен цитоплазма арасындағы зат алмасу басты рөл атқарады. Ол негізгі екі жолмен жүзеге асады. Біріншіден, ядролық мембрананың көптеген саңылаулары болады. Осы саңылаулар арқылы ядро мен цитоплазма арасында молекула алмасуы жүреді. Ядро мен цитоплазма арасында зат алмасу белсенді түрде жүргенімен, ядро қабықшасы ядроның құрамын цитоплазмадан бөліп тұрады. Бұл өзін қоршап тұрған цитоплазмадан өзгеше, өзіндік ядроішілік ортаның болуын камтамасыз етеді. Қазіргі кезде 1971 жылы Николсон мен Сингер ұсынған биологиялық мембрананың сұйық-мозайкалық моделі бар. Ол бойынша биологиялық мембрананың негізін фосфолипидті бимолекулалық қабат, ол иондар мен су еріткіш молекулалар, мембраналық ферменттер матрицалары, рецепторлар және т.б. мембранада орналасқан белоктар, гликолипидтер мен гликопротейдтер үшін кедергі қызметін атқарады. Плазмалық мембрана липидтерінің құрамына көп холестерин де кіреді. Пайда болған билипидтік қабаттың шеті болмайды, олар өздігінен тұйықталуға тырысады. Мембранадағы молекулалардың кеңістікте осындай қатаң түрде орналасулары оның физикалық қасиеттерін сипаттайды. Мембраналардың меншікті электрлік кедергісі, меншікті сиымдылығы және диэлектрлік өтімділігі өте жоғары.

Қалыпты физиологиялық жағдайларда мембраналар сұйық күйде (золь күй) болады, бірақ та олардың сұйықтан айырмашылығы, ол қатаң реттелген . түрде болады. Сондықтан, мембрананың күйі сұйық кристалды күй (гель күй) деп аталады. Биологиялық мембраналардың физикалық әдістері мәліметтері бойынша олар бірінші ретті фазалық ауысуларға ұшырайды. Температура төмендеген сайын мембрана қатты кристалл күйге өтеді. Осындай ауысуларда мембрананың жалпы құрылысы сақталады, бірақ жүйедегі реттілік артады. Золь күйде бір липид молекуласына сәйкес келетін мембрана ауданы 0,58 нм², ал гель күйде 0,48 нм² болады. Мембрана қалыңдығы гель-күйге өткенде артады, бірақ мембрананың аудан көлемі артуына байланысты тұтас алғанда кемиді. Липидті молекулалардың қозғалғыштығы екі фазалық күйлерде бір-бірінен өзгешеліктері бар.

Гель күйде липидтер тек бірлескен тербеліске немесе айналмалы қозғалыс жасаулары мүмкін. Ал сұйық күйде липидтер құйрықтары жоғары еркіндікке ие, әсіресе олардың қозғалғыштықтары мембрана ортасында артады.

Кейінгі кезде золь күйден гель күйге немесе керісінше гель күйден золь күйге өткенде мембраналарда диаметрі 2-6 нм тесіктер пайда болатыны анықталған. Ендеше фазалық ауысулар кезінде иондар мен төменмолекулалық қосылыстардың мембранадан өту қабілеттілігі артады. Мембраналардағы фазалық ауысулар жылдам өтпейді, ал қандай да бір температура интервалында болады. Фазалық ауысу температурасы дегеніміз мембраналық липидтердің жартысының золь күйде, ал жартысының гель күйде болатын температура. Молекулалар арасындағы байланыс нашар болған сайын, соғұрлым мембрананың сұйық күйге ауысу температурасы төмен болады..

Әртүрлі климаттық жағдайларда өмір сүруші тірі организмдердің липидтеріндегі молекулалардың қаныққан және қанықпаған байланыстары әртүрлі, ол олардың суыққа және ыстыққа үйренулеріне көмегін тигізеді. Сонымен қоса бір дененің әртүрлі бөліктерінің температурасы да әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы полярлық оленнің тұяғының температурасы -20С, ал денесі жаныңдағы аяғының температурасы +30С. Бірақ та мембраналар фазалық ауысуларға түспейді, себебі тұяқтағы липидтер қанықпаған, ал жоғары жақтығылары қаныққан липидтер. Мембранадағы липидтердегі фазалық ауысулар коллективті түрде болады, себебі неғұрлым көп липидтер фазалық ауысулар жасаса, басқаларының да оны жасауы оңайлай түседі.

3 Биомембрананың физикалық қасиеттері. Молекулалық құрылымдардың химиялық байланыстарындағы энергияның сақталуы.

Мембраналық липидтер дегеніміз - төмен молекулалы заттар, олардың қасиеттері майларға жақындайды. Кез келген липидті молекула екі бөліктен: молекуланың төрттен бір бөлігін құрайтын бас пен екі ұзын полярлы емес құйрықтан тұрады. Липидтердің бастары әртүрлі құрылымды болуы мүмкін, бірақ биомембрана липидтері үшін ең кең тараған түрі қант және фосфорлы қышқылдар – соған сәйкес глико- және фосфо-липидтер болып екіге бөлінеді. Липидтер бастары не теріс зарядталған, не зарядсыз, бірақ олардың дипольдік моменті нольге тең емес. Липидтердің осы қасиеттеріне байланысты олардың екеуінің де ерігіштіктері нашар, суда еру үшін құйрығы, ал майда басы бөгет жасайды.Мембранадағы белоктар мен липидтердің қатынасы біркелкі емес және ол жасаушаның функциональды қызметіне байланысты болады. Мысалы эритроциттердің ауданының 75% липидтер, ал 25% белоктарды құрайды. Липидтер тұтқырлығы аз болған сайын, соғұрлым зат өтімділігі жақсырақ болады. Мембраналардың тұтқырлығы биоқабаттың агрегаттық күйіне, яғни температураға байланысты. Липидтік биоқабаттың жеке молекулалары бір орында тұрмайды, олар қабат бойында 5 мкм/с жылдамдықпен үздіксіз қозғалып жүреді. Бұл қозғалысқа белоктар да қатысады. Осы мембрананың беттік қабатында липидтер мен молекулалардың хаосты ауысулары латеральды диффузия деп аталады. Белоктардың латеральды диффузиясының жылдамдығы липидтерге қарағанда көп кіші, сонымен қоса мембранаға кіріп кеткен белоктар клетка ішіндегі белоктармен араласып диффузия құбылысына қатыспайды. Мұнымен қоса, липидті молекуланың бір моноқабаттан екінші қабатқа өтуі де мүмкін, бұл процесті флип-флоп деп атайды. Бірақ та флип-флопа латеральды диффузиядан 1010 есе кем. Мембраналық белоктар мен липидтер ілгерлемелі қозғалыспен қоса, айналмалы қозғалысқа да түседі, немесе басқаша айтқанда айналмалы диффузияға түседі. Осы кезде белоктар мен липидтердің бұрыштық жылдамдықтары өте үлкен. Қалыпты температураларда ол: форфолипидтер шін – 109 рад/с; родопсиндер үшін – 106 рад/с; цитохромоксидаздар – 104 рад/с.

1. 
   Биологиялық мембрана дегеніміз не?
   
2. 
   Бірінші реттік фазалық ауысу дегеніміз не?
   
3. 
   Мембраналарда фазалық ауысулар бола ма?
   
4. 
   Мембраналық липидтер дегеніміз не?
   
5. 
   Мембрананың қандай физикалық қасиеттерін білесің?