Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Biyolojik Termodinamik, hücrelerin, yapıların, organizmaların arasında veya içinde gerçekleşen enerji dönüşümlerini ve bu dönüşümlerin temelini oluşturan kimyasal süreçlerin işleyişini inceleyen kantitatif (sayısal) bir daldır. Biyolojik Termodinamik herhangi belirli bir fenotipik nitelikle özdeşleşen kazancın gerekli olan enerjiyle değişimine değip değmeyeceği sorusunu sorabilir.
Tarihçe
Alman-İngiliz tıp doktoru ve biyokimyager Hans Krebs'in [1][1]'le yazdığı 1957 tarihli (Canlı Maddede Enerji Dönüşümleri olarak çevrilebilir) biyokimyasal tepkimelerin termodinamiği hakkında yayımlanan ilk kapsamlı çalışmaydı. Ayrıca, ekinde tarafından hazırlanmış, denge sabitlerini ve Gibbs serbest oluşma enerjisini bulunduran, ilk defa yayımlanmış ve daha önce meydana gelmemiş biyokimyasal tepkimeleri hesaplamaya yarayacak termodinamik tabloları barındırıyordu.
Dengesizlik termodinamiği biyolojik organizmaların düzensizlikten başlayıp nasıl geliştiğini açıklamak için uygulanagelmiştir. Ilya Prigogine bu tip sistemleri termodinamikle ele almıştır. Bu sistemlere dağıtıcı yapılar adını verdi çünkü bu yapılar sistem ve onun çevresi arasında enerji değişimi yapan dağıtıcı süreçler sonucunda oluşur ve elde edilir ve eğer bu değişim sekteye uğrarsa sona erer. Bu sistemlerin simbiyotik yaşam sürdükleri de söylenebilir. Biyolojideki birincil enerji dönüşümü fotosentezdir. Yeşil yapraklı bitkilerin bir senede fotosentez ile güneşten gelen ışınlardan elde ettiği enerji 2 x 10^23 jouledür. Bu değer de Dünya'ya gelen toplam güneş ışığı enerjisinin %4'üne tekabül eder. Hidrotermal bacaların etrafında bulunan biyolojik toplulukların enerji dönüşümleri ise ender görünen bir durumdur, şöyle ki; sülfürü okside ederek enerji üretirler, bu işlem de fotosentez(foto ışıkla ilgili olduğunu gösterir) değil kemosentez(kemo kimyasal olduğunu gösterir) olay olduğunu gösterir.
Biyolojide termodinamiğin odaklandığı noktalar
Biyolojik termodinamik alanı biyolojide kimyasal termodinamik ve biyokimya prensiplerine odaklanır. Bu prensipler dahilinde termodinamiğin birinci yasası, termodinamiğin ikinci yasası, Gibbs serbest enerjisi, , reaksiyon kinetiği ve hayatın başlangıcıyla ilgili hipotezler yer alır. Biyolojik termodinamik şu sıralar içsel biyokimyasal dinamiklerle ilgileniyor, bunlara örnek olarak: ATP hidrolizi, protein stabilitesi, DNA bükülmesi, zar difüzyonu, enzim kinetiği ve başka enerji kontrollü süreçler verilebilir.Termodinamikte, bir kimyasal reaksiyon esnasında iş yapabilen enerji miktarı Gibbs serbest enerji değişimi ile kantitatif olarak ölçülür. Fiziksel biyolog Gibbs serbest enerji değişimiyle evrim teorisini birleştirmeye çalışmıştır.
Biyolojik Sistemlerde Enerji Dönüşümleri
Güneş, yaşayan organizmalar için birincil enerji kaynağıdır. Bitkiler gibi bazı canlılar güneş ışığından dolaysız olarak yararlanabilirken insan gibi bazı canlılar da dolaylı yoldan enerji elde ederler. Bazı bakterilerin ise Antarktika gibi zorlu koşullarda yetişebildiği, mavi-yeşil alglerin göllerdeki çok kalın buz tabakları altında yaşamlarını sürdürdüğüne dair kanıtlar da mevcuttur. Canlının türü ne olursa olsun tüm canlı organizmalar yaşamak için enerji almak, dönüştürmek, depolamak, kullanmak zorundadır.
h Planck sabiti (6.63x10^−34Js) ve c ışık hızı(2.998x10^8 m/s) olmak üzere gelen güneş enerjisinin dalga boyu λ ve frekansı ν arasındaki ilişki aşağıda verilmiştir.
Bitkiler güneşten gelen bu enerjiyi hapseder ve fotosenteze tabi tutar sonuç olarak güneş enerjisi kimyasal enerjiye dönüşmüş olur. Enerjinin tekrar dönüşümü ise hayvanların bitkileri yemesi ve sindirilmiş bitki içeriğinin biyolojik makromoleküllerin yapılması sürecinde gerçekleşir.
Enerji ve Diyet
Diyette olan kişiler termodinamik yasalarından kalori hesaplamaları yapmak için yararlanabilirler. Bir kişinin yaktığından daha fazla kalori alırsa kilo alması ya da yaktığından az kalori tüketirse kilo vermesi enerjinin korunumu prensibidir.
Örnekler
Termodinamiğin Birinci Yasası
Termodinamiğin birinci yasası enerjinin korunduğunu söyler: enerji biçim değiştirse de ne yoktan var ne vardan yok olur.Hess yasası birinci yasadan doğar.Hess Yasası, belirli bir reaksiyonda emilen veya açığa çıkan ısının her zaman sabit olduğunu ve reaksiyonun izlediği yoldan bağımsız olması gerektiğini belirtmektedir. Bazı orta dereceden reaksiyonlar endotermik bazıları ekzotermik olsa da toplam ısı değişimi doğrudan meydana gelen ısı değişimine eşittir. Bu prensip bir kimyasal tepkimedeki ısı miktarını ölçmede kullanılan kalorimetre adındaki alette kullanılmıştır. Bütün enerji vücuda besin olarak girdiğinden ve bu besinler nihayetinde okside olduğundan üretilen toplam ısı miktarı besinin oksidasyonundan çıkan ısının kalorimetrede ölçümüyle elde edilebilir. Bu ısının birimi besin maddelerinin üzerindeki etiketlerde bulunan kilokaloridir.
Termodinamiğin İkinci Yasası
Termodinamiğin ikinci yasasının birincil ilgi alanı verilen bir etkileşimin gerçekleşmesinin olası olup olmadığıdır.İkinci Yasa; evrenin entropisinde bir yükseliş olmadan hiçbir doğal sürecin meydana gelemeyeceğini söyler. İzole bir sistem her zaman düzensizliğe gider de diyebiliriz. Canlı organizmalar organize olma yetilerini sürekli geliştirdiklerinden İkinci Yasaya uymadıkları gibi bir yanılsama vardır. Bu yanlış anlaşılmayı düzeltmek adına ve sınırların tanımına bakmak yeterli olacaktır. Canlı bir organizma açık bir sistemdir: çevresiyle ve başka canlılarla enerji ve madde değişimi yapabilir. Örneğin, bir insan besini vücuduna alır, onu bileşenlerine ayırır ve bunları hücreler, dokular,bağlar vb. yapmak için kullanır. Bu süreç vücuttaki düzenliliği artırarak vücut içi entropiyi düşürür. Bunun yanında insanlar 1) temasa geçtiği kıyafetler ve diğer eşyalara ısı verir, 2) vücut ve çevre arasındaki sıcaklık farkından ötürü ısı yayar, 3) uzaya ısı yayar, 4) enerji içeren şeyler tüketir (örn.yiyecek) ve 5) atıkları uzaklaştırır (örn. su,karbondioksit ve nefes alış-verişin diğer bileşenleri, idrar, dışkı, ter vb.) Bütün bu süreçleri de ele alırsak insanın ve çevresinin entropisi artar. Eğer insan yaşamayı durdurursa (1-5) bu işlemlerden hiçbiri meydana gelmez, eğer canlı yaşyorsa bu işlemlerden herhangi birinin meydana gelmemesi onu çabucak ölüme sürükler.
Gibbs Serbest Enerjisi
Genelde biyolojik sistemlerde enerji ve entropi birlikte değişir. Bu yüzden bu değişimlerin aynı anda ele alınabileceği bir durum fonksiyonu gereklidir. Bu durum fonksiyonu Gibbs Serbest Enerjisi (G)'dir.
- G = H − TS
- H : Entalpi (SI birimi: joule)
- T : Sıcaklık (SI birimi: kelvin)
- S : Entropi (SI birimi: joule bölü kelvin)
Gibbs Serbest Enerjisindeki değişim bir tepkimenin aniden gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini belirlemek için kullanılır.Eğer G'deki değişim sıfırdan büyükse, tepkime anlık değildir. Tam aksine, eğer sıfırdan küçükse tepkime anlıktır. Eğer ara maddeler paylaşılıyorsa, kimyasal tepkimeler birleştirilebilir. Bu durumda, tüm Gibbs Serbest Enerji değişimi tüm reaksiyonların G değişimleri toplamıdır ve bu toplam G değişiminin sıfırdan büyük veya küçük olması özelliğini koruyor. Örneğin, fruktoz ve glükozun sükroz oluşturma tepkimesinin G değişimi +5.5 kcal/mole dür. Bu yüzden, bu tepkime anlık meydana gelmeyecektir. ATP'nin ADP ve inorganik fosfata dönüşürkenki yıkımının G değişimi -7.3 kcal/moledür. Bu iki tepkime glükoz ATP'yle glukoz-1-fosfat ve ADP oluşturduğunda birlikte ele alınabilir. Böylece glükoz-1-fosfat fruktozla tepkimeye girerek sükroz ve inorganik fosfat çıkarabilir. Bu birleştirilmiş tepkimenin G değişimi -1.8 kcal/moledür, buradan tepkimenin anlık meydana geleceğini anlayabiliriz. Gibbs Serbest Enerjisi'ndeki değişimi değiştirme prensibi olan birleştirme prensibi, biyolojik organizmalardaki tüm enzimatik reaksiyonların temelini oluşturur.
Benzer Başlıklar
- Bioenergetics
- Ecological energetics
- Harris-Benedict Equations
Kaynakça
- ^ (2004). . J Biol Chem. 279 (27). ss. 27831-6. doi:10.1074/jbc.X400003200. (PMID) 15073189. 5 Eylül 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Ocak 2016.
- ^ Akihiko Ito and Takehisa Oikawa. "Global Mapping of Terrestrial Primary Productivity and Light-Use Efficiency with a Process-Based Model". M. Shiyomi et al. (Ed.). Global Environmental Change in the Ocean and on Land (PDF). ss. 343-358. 6 Ekim 2019 tarihinde kaynağından (PDF). Erişim tarihi: 5 Ocak 2016.
- ^ M.J. Farabee. "Reactions and Enzymes". . Estrella Mountain Community College. 28 Aralık 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Ocak 2016.
- ^ Haynie, Donald T. (2001). Biological Thermodynamics. Cambridge University Press. ss. 1-16.
- ^ Haynie, Donald T. (2001). Biological Thermodynamics. Cambridge UP. ISBN .
- ^ Stacy, Ralph W., David T. Williams, Ralph E. Worden, and Rex O. McMorris.
- ^ Haynie, Donald T. Biological Thermodynamics.
- ^ Bergethon, P. R. The Physical Basis of Biochemistry: The Foundations of Molecular Biophysics.
- ^ Alberts, Bruce.
Ayrıca bakınız
- Haynie, D. (2001). Biological Thermodynamics (textbook). Cambridge: Cambridge University Press.
- Lehninger, A., Nelson, D., & Cox, M. (1993). Principles of Biochemistry, 2nd Ed (textbook). New York: Worth Publishers.
- Alberty, Robert, A. (2006). Biochemical Thermodynamics: Applications of Mathematica (Methods of Biochemical Analysis), Wiley-Interscience.
Linkler
- Cellular Thermodynamics 16 Mayıs 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde . - Wolfe, J. (2002), Encyclopedia of Life Sciences.
- Bioenergetics 20 Kasım 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Biyolojik Termodinamik hucrelerin yapilarin organizmalarin arasinda veya icinde gerceklesen enerji donusumlerini ve bu donusumlerin temelini olusturan kimyasal sureclerin isleyisini inceleyen kantitatif sayisal bir daldir Biyolojik Termodinamik herhangi belirli bir fenotipik nitelikle ozdeslesen kazancin gerekli olan enerjiyle degisimine degip degmeyecegi sorusunu sorabilir TarihceAlman Ingiliz tip doktoru ve biyokimyager Hans Krebs in 1 1 le yazdigi 1957 tarihli Canli Maddede Enerji Donusumleriolarak cevrilebilir biyokimyasal tepkimelerin termodinamigi hakkinda yayimlanan ilk kapsamli calismaydi Ayrica ekinde tarafindan hazirlanmis denge sabitlerini ve Gibbs serbest olusma enerjisini bulunduran ilk defa yayimlanmis ve daha once meydana gelmemis biyokimyasal tepkimeleri hesaplamaya yarayacak termodinamik tablolari barindiriyordu Dengesizlik termodinamigi biyolojik organizmalarin duzensizlikten baslayip nasil gelistigini aciklamak icin uygulanagelmistir Ilya Prigogine bu tip sistemleri termodinamikle ele almistir Bu sistemlere dagitici yapilar adini verdi cunku bu yapilar sistem ve onun cevresi arasinda enerji degisimi yapan dagitici surecler sonucunda olusur ve elde edilir ve eger bu degisim sekteye ugrarsa sona erer Bu sistemlerin simbiyotik yasam surdukleri de soylenebilir Biyolojideki birincil enerji donusumu fotosentezdir Yesil yaprakli bitkilerin bir senede fotosentez ile gunesten gelen isinlardan elde ettigi enerji 2 x 10 23 jouledur Bu deger de Dunya ya gelen toplam gunes isigi enerjisinin 4 une tekabul eder Hidrotermal bacalarin etrafinda bulunan biyolojik topluluklarin enerji donusumleri ise ender gorunen bir durumdur soyle ki sulfuru okside ederek enerji uretirler bu islem de fotosentez foto isikla ilgili oldugunu gosterir degil kemosentez kemo kimyasal oldugunu gosterir olay oldugunu gosterir Biyolojide termodinamigin odaklandigi noktalarBiyolojik termodinamik alani biyolojide kimyasal termodinamik ve biyokimya prensiplerine odaklanir Bu prensipler dahilinde termodinamigin birinci yasasi termodinamigin ikinci yasasi Gibbs serbest enerjisi reaksiyon kinetigi ve hayatin baslangiciyla ilgili hipotezler yer alir Biyolojik termodinamik su siralar icsel biyokimyasal dinamiklerle ilgileniyor bunlara ornek olarak ATP hidrolizi protein stabilitesi DNA bukulmesi zar difuzyonu enzim kinetigi ve baska enerji kontrollu surecler verilebilir Termodinamikte bir kimyasal reaksiyon esnasinda is yapabilen enerji miktari Gibbs serbest enerji degisimi ile kantitatif olarak olculur Fiziksel biyolog Gibbs serbest enerji degisimiyle evrim teorisini birlestirmeye calismistir Biyolojik Sistemlerde Enerji Donusumleri Gunes yasayan organizmalar icin birincil enerji kaynagidir Bitkiler gibi bazi canlilar gunes isigindan dolaysiz olarak yararlanabilirken insan gibi bazi canlilar da dolayli yoldan enerji elde ederler Bazi bakterilerin ise Antarktika gibi zorlu kosullarda yetisebildigi mavi yesil alglerin gollerdeki cok kalin buz tabaklari altinda yasamlarini surdurdugune dair kanitlar da mevcuttur Canlinin turu ne olursa olsun tum canli organizmalar yasamak icin enerji almak donusturmek depolamak kullanmak zorundadir h Planck sabiti 6 63x10 34Js ve c isik hizi 2 998x10 8 m s olmak uzere gelen gunes enerjisinin dalga boyu l ve frekansi n arasindaki iliski asagida verilmistir E hcl hn displaystyle E frac hc lambda h nu Bitkiler gunesten gelen bu enerjiyi hapseder ve fotosenteze tabi tutar sonuc olarak gunes enerjisi kimyasal enerjiye donusmus olur Enerjinin tekrar donusumu ise hayvanlarin bitkileri yemesi ve sindirilmis bitki iceriginin biyolojik makromolekullerin yapilmasi surecinde gerceklesir Enerji ve Diyet Diyette olan kisiler termodinamik yasalarindan kalori hesaplamalari yapmak icin yararlanabilirler Bir kisinin yaktigindan daha fazla kalori alirsa kilo almasi ya da yaktigindan az kalori tuketirse kilo vermesi enerjinin korunumu prensibidir OrneklerTermodinamigin Birinci Yasasi Termodinamigin birinci yasasi enerjinin korundugunu soyler enerji bicim degistirse de ne yoktan var ne vardan yok olur Hess yasasi birinci yasadan dogar Hess Yasasi belirli bir reaksiyonda emilen veya aciga cikan isinin her zaman sabit oldugunu ve reaksiyonun izledigi yoldan bagimsiz olmasi gerektigini belirtmektedir Bazi orta dereceden reaksiyonlar endotermik bazilari ekzotermik olsa da toplam isi degisimi dogrudan meydana gelen isi degisimine esittir Bu prensip bir kimyasal tepkimedeki isi miktarini olcmede kullanilan kalorimetre adindaki alette kullanilmistir Butun enerji vucuda besin olarak girdiginden ve bu besinler nihayetinde okside oldugundan uretilen toplam isi miktari besinin oksidasyonundan cikan isinin kalorimetrede olcumuyle elde edilebilir Bu isinin birimi besin maddelerinin uzerindeki etiketlerde bulunan kilokaloridir Termodinamigin Ikinci Yasasi Termodinamigin ikinci yasasinin birincil ilgi alani verilen bir etkilesimin gerceklesmesinin olasi olup olmadigidir Ikinci Yasa evrenin entropisinde bir yukselis olmadan hicbir dogal surecin meydana gelemeyecegini soyler Izole bir sistem her zaman duzensizlige gider de diyebiliriz Canli organizmalar organize olma yetilerini surekli gelistirdiklerinden Ikinci Yasaya uymadiklari gibi bir yanilsama vardir Bu yanlis anlasilmayi duzeltmek adina ve sinirlarin tanimina bakmak yeterli olacaktir Canli bir organizma acik bir sistemdir cevresiyle ve baska canlilarla enerji ve madde degisimi yapabilir Ornegin bir insan besini vucuduna alir onu bilesenlerine ayirir ve bunlari hucreler dokular baglar vb yapmak icin kullanir Bu surec vucuttaki duzenliligi artirarak vucut ici entropiyi dusurur Bunun yaninda insanlar 1 temasa gectigi kiyafetler ve diger esyalara isi verir 2 vucut ve cevre arasindaki sicaklik farkindan oturu isi yayar 3 uzaya isi yayar 4 enerji iceren seyler tuketir orn yiyecek ve 5 atiklari uzaklastirir orn su karbondioksit ve nefes alis verisin diger bilesenleri idrar diski ter vb Butun bu surecleri de ele alirsak insanin ve cevresinin entropisi artar Eger insan yasamayi durdurursa 1 5 bu islemlerden hicbiri meydana gelmez eger canli yasyorsa bu islemlerden herhangi birinin meydana gelmemesi onu cabucak olume surukler Gibbs Serbest Enerjisi Genelde biyolojik sistemlerde enerji ve entropi birlikte degisir Bu yuzden bu degisimlerin ayni anda ele alinabilecegi bir durum fonksiyonu gereklidir Bu durum fonksiyonu Gibbs Serbest Enerjisi G dir G H TSH Entalpi SI birimi joule T Sicaklik SI birimi kelvin S Entropi SI birimi joule bolu kelvin Gibbs Serbest Enerjisindeki degisim bir tepkimenin aniden gerceklesip gerceklesmeyecegini belirlemek icin kullanilir Eger G deki degisim sifirdan buyukse tepkime anlik degildir Tam aksine eger sifirdan kucukse tepkime anliktir Eger ara maddeler paylasiliyorsa kimyasal tepkimeler birlestirilebilir Bu durumda tum Gibbs Serbest Enerji degisimi tum reaksiyonlarin G degisimleri toplamidir ve bu toplam G degisiminin sifirdan buyuk veya kucuk olmasi ozelligini koruyor Ornegin fruktoz ve glukozun sukroz olusturma tepkimesinin G degisimi 5 5 kcal mole dur Bu yuzden bu tepkime anlik meydana gelmeyecektir ATP nin ADP ve inorganik fosfata donusurkenki yikiminin G degisimi 7 3 kcal moledur Bu iki tepkime glukoz ATP yle glukoz 1 fosfat ve ADP olusturdugunda birlikte ele alinabilir Boylece glukoz 1 fosfat fruktozla tepkimeye girerek sukroz ve inorganik fosfat cikarabilir Bu birlestirilmis tepkimenin G degisimi 1 8 kcal moledur buradan tepkimenin anlik meydana gelecegini anlayabiliriz Gibbs Serbest Enerjisi ndeki degisimi degistirme prensibi olan birlestirme prensibi biyolojik organizmalardaki tum enzimatik reaksiyonlarin temelini olusturur Benzer BasliklarBioenergetics Ecological energetics Harris Benedict EquationsKaynakca 2004 J Biol Chem 279 27 ss 27831 6 doi 10 1074 jbc X400003200 PMID 15073189 5 Eylul 2008 tarihinde kaynagindan arsivlendi Erisim tarihi 5 Ocak 2016 Akihiko Ito and Takehisa Oikawa Global Mapping of Terrestrial Primary Productivity and Light Use Efficiency with a Process Based Model M Shiyomi et al Ed Global Environmental Change in the Ocean and on Land PDF ss 343 358 6 Ekim 2019 tarihinde kaynagindan PDF Erisim tarihi 5 Ocak 2016 KB1 bakim Editorler parametresini kullanan link M J Farabee Reactions and Enzymes Estrella Mountain Community College 28 Aralik 2012 tarihinde kaynagindan arsivlendi Erisim tarihi 5 Ocak 2016 Haynie Donald T 2001 Biological Thermodynamics Cambridge University Press ss 1 16 Haynie Donald T 2001 Biological Thermodynamics Cambridge UP ISBN 9780521795494 Stacy Ralph W David T Williams Ralph E Worden and Rex O McMorris Haynie Donald T Biological Thermodynamics Bergethon P R The Physical Basis of Biochemistry The Foundations of Molecular Biophysics Alberts Bruce Ayrica bakinizHaynie D 2001 Biological Thermodynamics textbook Cambridge Cambridge University Press Lehninger A Nelson D amp Cox M 1993 Principles of Biochemistry 2nd Ed textbook New York Worth Publishers Alberty Robert A 2006 Biochemical Thermodynamics Applications of Mathematica Methods of Biochemical Analysis Wiley Interscience LinklerCellular Thermodynamics 16 Mayis 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde Wolfe J 2002 Encyclopedia of Life Sciences Bioenergetics 20 Kasim 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde