Перетворення енергії

Головне, що нас цікавить при розгляді біологічних систем, це не сам факт перетворення енергії, а той спосіб, за допомогою, якого це перетворення відбувається. Основна мета цієї глави полягає у виробленні деякої логічної схеми, що дозволяє описувати процеси перетворення різноманітних форм руху матерії. Ми хотіли б навчитися визначати ймовірність переходу системи зі стану А в стан В (наприклад, ймовірність утворення молекули білка всередині клітини) і швидкість, з якою відбувається це перетворення (наприклад, для того щоб визначити час, достатній дл»синтезу білка в кількості, необхідній для поділу клітини). Мабуть, саме остання задача є найбільш важливою при аналізі біологічних систем. Тільки відносно недавно стало можливим встановити зв’язок між властивостями матеріальних об’єктів (енергетичні стану молекул і т. п.) і швидкостями їх перетворення в інші об’єкти.

Проте лише термодинамічна теорія дозволила глибоко зрозуміти деякі молекулярні процеси, які, як можна вважати, зустрічаються в клітинних системах. У зв’язку з цим доцільно насамперед розглянути закони класичної термодинаміки. Закони термодинаміки можна уявити собі у вигляді своєрідної клітини, за межі якої не може вийти жодна жива істота.

Важливо розуміти, що закони класичної термодинаміки сформульовані в абсолютно абстрактній формі. Отже, застосування їх до біологічних об’єктів не дозволяє скольконібудь детально визначити поведінку окремих молекул. Термодинамічний опис не дасть нам можливості розібратися в складній молекулярної організації клітини і не дозволить детально описати біологічні процеси на молекулярному рівні. У кращому випадку ці закони дозволять лише обмежити можливу різноманітність процесів, які могли бьг відбуватися в клітці, і визначити швидкості цих процесів. Можна сказати, що знання законів термодинаміки дає нам ряд критеріїв, використовуючи які ми зможемо визначити ступінь обгрунтованості тих чи інших біологічних гіпотез; ніяка гіпотеза не може бути визнана обгрунтованою, якщо вона суперечить законам термодинаміки.

При виникненні такого протиріччя необхідно переглянути гіпотезу, з тим щоб виявити і пояснити причину уявного протиріччя. Вже одного цього обставини достатньо для того, щоб виправдати для біолога ті зусилля, які необхідно затратити на ознайомлення з елементами термодинаміки. Більше того, сучасне трактування законів термодинаміки, заснована на принципах статистичної фізики, дозволяє врахувати деякі властивості молекул, у зв’язку з чим стає можливим інтерпретувати результати експериментальних досліджень на молекулярному рівні. У цьому розділі ми розглянемо насамперед деякі поняття класичної теорії, більше ж сучасні погляди викладемо трохи пізніше. Таке розташування матеріалу не тільки відповідає історичному розвитку науки; воно доцільне ще й тому, що основні поняття класичної термодинаміки дуже необхідні для викладу деяких більш сучасних розробок цієї теорії.

Посилання на основну публікацію