Termodinamika va tirik organizmda ketadigan jarayonlar Darsning maqsadi: Termodinamika va tirik organizmda ketadigan jarayonlar haqida tushuncha berish. Nazariy qism. Kimyoviy termodinamika — turli jarayonlarda energiyani bir turdan ikkinchi turga, sistemaning bir qismdan ikkinchi qismga o‘tishini, jarayonlarning o‘z-o‘zicha borish yo‘nalishini va uning chegarasini o‘rganuvchi fandir. Kimyoviy termodinamikaning asosida uchta eng muhim qonun yotadi. Uning har qaysi qonuni insoniyatning ko‘p yillik kuzatish tajribalariga asoslangan. Bu qonunlardan kelib chiqadigan xulosalar turmushda, texnikada, fan tajribasida tasdiqlanib kelmoqda. Kimyoviy termodinamikaning vazifasi turli sistemalarning xossalarini va ulardagi issiqlik bilan bog‘liq bo‘lgan jarayonlarni o'rganishdan iborat. Termodinamik sistema - haqiqiy mavjud yoki xayoliy chegara bilan tashqi m uhitdan ajralgan deb faraz qilingan jism yoki jismlar to‘plamidir. M asalan, idishdagi gaz, kolbadagi reagentlar eritmasi, kristall moddalar yoki bu jismlarni xayolan ajratilgan qismi sistema bo'lishi mumkin. Termodinamik sistemalar bir necha xil bo‘ladi. Gomogen sistema — xossalari jihatidan o‘zaro farqlanmaydigan, tarkibiy qismlari chegara sirtlar bilan ajralmaydigan sistema. Geterogen sistema — xossalari jihatidan o‘zaro farqlanadigan tarkibiy qismlari chegara sirtlar bilan ajraladigan sistema. Ochiq sistema — tashqi muhit bilan energiya va modda almashina olishi mumkin bo‘lgan sistema (masalan, tirik obyektlar). Yopiq sistema - tashqi muhit bilan faqat energiya almasha oladi (masalan, yopiq kolbadagi reaksiya yoki qaytar sovitgichli kolbadagi reaksiya). Cheklangan (izolirlangan) sistema — tashqi muhit bilan massa ham, energiya ham almasha olmaydi (masalan, termostatdagi reaksiya yaqinlashadi). Adiabat-izolirlangan sistema — sistemada energiya almashuvi faqat issiqlik holida bo'ladi (masalan, uyning isitgich radiatorlari). Organizmda boradigan jarayonlar ancha murakkab bo‘lib, ular bir necha oraliq yo‘llarda boradi, bu bosqichlarning ko‘pchiligi bizga ma’lum emas. Gess qonuniga asoslanib, boshlang‘ich va oxirgi reaksiya mahsulotlarini bilsak, turli murakkab biokimyoviy reaksiyalarning issiqlik effektlarini hisoblab topish mumkin. Gess qonuni orqali biz turli oziq-ovqat mahsulotlarining kaloriyasini hisoblab topishimiz mumkin. Organizmda oziq-ovqat mahsulotlari oksidlanish jarayoniga uchraydi. Buning natijasida issiqlik ajralib chiqadi. Shu issiqlikni miqdorini Gess qonunidan foydalanib aniqlash mumkin. 1 g karbon suv modda oksidlanganda 16,8 kDj energiya ajraladi. 1 g oqsil modda oksidlanganda 16,9 kDj energiya ajraladi. 1 g yog‘ modda oksidlanganda 37,8 kDj energiya ajraladi. Karbonsuvlar organizmni energiya bilan ta’minlovchi asosiy xomashyo hisoblanadi. Yog‘ moddalar zahiradagi organizmni issiqlik bilan ta’minlovchi moddalaridir. Favqulodda hodisalar ro‘y berganda (ochlik bo‘lganda, organizm juda katta qiyinchiliklarga duch kelganda) organizm issiqlik manbalaridan foydalanmasdan, o‘zining qurilish materiallari bo‘lgan oqsillarni tashkil qilgan aminokislotalardan foydalanadi. Organizmda oqsil moddalar yetishmasligi turli aminokislotalarning yetishmasligiga olib boradi. Organizmda birorta boshqa aminokislota bilan almashtirib bo‘lmaydigan aminokislota yetishmasa, turli kasalliklar vujudga keladi. Masalan, almashtirib bo'lmaydigan aminokislota triptofan aminokislotasi yetishmasa, turli ruhiy kasalliklar vujudga keladi. Tirik hujayraning yashashi uchun zarur bo‘lgan sharoit organizm ichidagi (T, P, C) bog‘liqdir. Bu esa massa va energiyani tirik hujayra bilan tashqi muhit orasida almashinuviga olib keladi. Organizm ichida konsentratsiyani o‘zgarishi turli kasalliklar kelib chiqishiga bog‘liq. Masalan, qonda glukozaning miqdori 5 g/1 dan kamaysa, yoki 30 g/1 dan ortib ketishi natijasida organizm yashashdan to‘xtaydi. Qonda glukozaning kamayishi organizmning ochlik alomatidir. Ishtahasi yaxshi odamning organizmi energiya bilan to‘liq ta’minlanadi. Qondagi ortiqcha glukoza insulin gormoni orqali yog‘ga aylantiriladi va organizmda zaxira energiya manbayi vazifasini bajaradi. Sog‘lom va kasal hujayralardagi energiya manbalarini taqqoslash orqali turli kasalliklarning kelib chiqishi va ularning rivojlanish mexanizmi to‘g‘risida fikr yuritish mumkin. Tirik organizm — bu yuqori darajadagi tartibli, murakkab sistemadir. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga asosan tirik organizm tashqi muhitga qaraganda kam entropiyaga ega bo'lganligi uchun qarorsiz sistemadir. Tirik organizm entropiyani kamaytirishga harakat qiladi. Buning uchun organizm 2 xil kurash olib boradi. 1. Organizm yuqori molekulali m oddalarni iste’mol qiladi. Chunki yuqori molekulali birikm alar nisbatan kam entropiyaga ega bo‘ladi. Organizm iste’mol qiladigan ovqat moddalar (oqsillar, yog‘lar, karbonsuvlar) yuqori molekulali birikmalardir. 2. Organizm o‘zidan tashqariga yuqori molekulali birikmalarining oksidlangan va parchalangan mahsulotlarini (H2O, CO2, siydik) va boshqalarni chiqaradi. Bu moddalar yuqori entropiyaga ega. Shunday qilib, tirik organizm o‘zining yashash davrida yuqori sistema holida saqlab turadi. Bu yuqori tartibli sistemaning entropiyasi tashqi muhitning entropiyasidan kamdir. Kasal organizmda termodinamik parametrlar me’yordagidan o‘zgaradi, natijada entropiya o‘zgaradi. Kasal va sog‘lom organizmdagi termodinamik parametrlami o’chash shuni ko‘rsatdiki, kasallikning kelib chiqishida va o‘tishi davrida entropiya qiymati ortib boradi. Termodinamik nuqtai- nazardan tirik organizm va bioenergetikaning ilmiy asoslari Tirik organizmda modda almashinuvi jarayoni va energiyani bir turdan ikkinchi turga o‘tishi bioenergetikaning asosini tashkil etadi. Bu jarayonlar termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonuni asosida boradi. Tirik organizm termodinamik kuzatishlarning asosiy manbayi bo‘lishi bilan bir qatorda bir necha alohida xususiyatlarni o‘zida mujassamlashtiradi. 1. Tirik organizm o‘ziga xos ochiq sistema bo‘lib, u tashqi muhit va moddalar bilan uzluksiz energiya almashib turadi. 2. Materiyaning yuqori harakat shakliga bog‘liq biologik qonuniyatlarni hisobga olmasdan, tirik organizm uchun termodinamikaning ikkinchi qonunini qo‘llash mumkin emas. 3. Tirik organizm hujayralaridagi boradigan har bir biologik jarayonlar o‘zgarmas harorat va o‘zgarmas bosim ostida boradi. Demak, odam organizmi boshqa tirik organizmlarga o‘xshash ochiq termodinamik sistemadir. Tirik organizm uchun asosiy energiya manbayi oziq-ovqat mahsulotlaridan olinadigan kimyoviy energiyadir. Bu energiyaning bir qismi hayot mahsulotlari bilan tashqariga chiqarib yuborilsa, qolgan qismi organizmdagi turli fiziologik jarayonlarni bajarish uchun sarf bo‘ladi. Tirik organizm iste’mol qiladigan oziq-ovqat mahsulotlarining karbonsuvlar, yog‘lar va oqsil moddalar yotadi. Karbonsuvlar — umumiy formulasi CnH2nOn bo’lgan bir guruh organik birikmalar. Ularga monosaxaridlar, oligosaxaridlar va polisaxaridlar kiradi. Odam organizmida karbonsuvlarning hazm bo'lish jarayoni fermentlar (saxaroza, amilaza, maltazalar va boshqalar), gormonlar (adrenalin, insulin, boshqalar) ishtirokida boradi. Karbonsuvlarning quvvati 16,5-17,2 kDj/g yoki 4,0— 4,1 kkal/ ga teng. Yog‘lar kimyoviy tabiati bo‘yicha glitserinning yog’ kislotalar bilan murakkab efiridir. Yog‘larning hazm bo‘lish jarayoni lipaza fermenti ishtirokida boradi. Yog‘larning quvvati 37,7-39,8 kDj/g (9,0-9,5 kkal/g) ga teng. Katta yoshdagi odam 1 sutkada 60-70 g yog‘ modda iste’mol qilishi kerak. Oqsillar - tabiiy yuqori molekulyar organik birikmalar bo‘lib, o‘z tarkibida bir necha yuz va ming α- aminokislotalarning qoldiqlarini saqlaydi. Bu aminokislotalar qoldiqlari peptid bog‘lar orqali o‘zaro bog‘langan bo‘ladi. Oqsillar organizmda proteolitik fermentlar ta’sirida, sof holdagi turli aminokislotalarga va qisqa halqali peptidlarga parchalanadi. Oqsillarning quvvati 16,5-17,2 kDj/g ga teng. Normal holatda katta yoshdagi odamlar uchun bir sutkada 80—100 g oqsil moddalar kerak bo‘ladi. Quyidagi jadvalda ayrim oziq-ovqat mahsulotlarining kimyoviy tarkibi va ularning quvvati (kaloriyasi) keltirilgan. Inson o‘z hayotiy faoliyati natijasida yutilgan energiya miqdori uning bajaradigan ishining xarakteriga bog'liqdir. Bir sutkada inson uchun o‘rta hisobda quyidagi miqdorda energiya kerak bo‘ladi: 1) yengil ish bilan shug‘ullanuvchi odamlar uchun (idora xodimlari, aniq texnika ustalari, kotiblar) 8400-11700 kDj (2000- 2800 kkal); 2) laborantlar, shifokorlar, traktoristlar, talabalar uchun bir sutka davomida 12500—15100 kDj (3000—3600 kkal) energiya talab qilinadi; 3) og‘ir mehnat bilan shug‘ullanuvchilar (g‘isht tashuvchilar, po‘lat quyuvchilar, yer chopuvchilar) uchun bir sutkada 16700— 20300 kDj (4000—5000 kkal) energiya kerak bo‘ladi. Bu hisoblarning hammasi termodinamikaning birinchi qonuni asosida isbotlangan. Ovqat mahsulotlari asosan murakkab yuqori molekulyar birikm alardan iboratdir. Bunday moddalarda entropiya S ning miqdori kam bo‘lib, Gibss energiyasi — G va entalpiya H ning miqdori katta bo’lаdi. Ovqat organizmda hazm bo‘lishi natijasida kichik molekulali birikmalarga (CO2, H2O, NH3, CO(NH2)2 larga aylanadi. Bu moddalarda entropiya miqdori ortadi (S > O), Gibbs energiyasi miqdori kamayadi (G < O). Bu jarayonga qarama-qarshi organizmda entropiyaning miqdorini kamaytiradigan va Gibbs energiyasi miqdorini oshiradigan yana bitta jarayon yuqori ergik xususiyatga ega bo‘lgan modda adenozin trifosfat — ATF ning sintezidir. Bu moddalar murakkab strukturaga ega bo‘lgan ko‘p atomli molekulalar bo’lib, entropiyasi kam, Gibss energiyasi katta bo‘lgan moddalardir. Amaliy tavsiyalar.Mavzuni mustahkamlash uchun vaziyatli masalalar va testlar: Vaziyatli masalalar: 1. 2C (tv.) + 2H2O(g.) = CH4(g) + CO2(g.) reaksiyasida ishtirok etuvchi har bir moddaning H° qiymatidan foydalanib, reaksiyaning standart entalpiyasi o‘zgarishini toping. 2. Quyidagi ma’lumotlardan foydalanib metanning hosil bo‘lish entalpiyasini hisoblang: Modda Yonish entalpiyasi, kDj/mol Metan (g.) -890 Vodorod (g.) -286 Uglerod (grafit) -394