Предлагаю Вашему вниманию статью, в которое делается попытка термодинамического анализа живой клетки с позиций классической физики.
Авторы статьи будут признательны за критические замечания.
The Significance of Non-ergodic Property of Statistical Mechanics Systems for Understanding Resting State of a Living Cell
British Journal of Mathematics & Computer Science, 2011, 1(2): 46-86.
Abstract. A better grasp of the physical foundations of life is necessary before we can understand the processes occurring inside a living cell. In his physical theory of the cell, American physiologist Gilbert Ling introduced an important notion of the resting state of the cell. He describes this state as an independent stable thermodynamic state of a living substance in which it has stored all the energy it needs to perform all kinds of biological work. This state is characterized by lower entropy of the system than in an active state. The main contribution to this reduction in entropy is made by the cellular water (the dominant component with a concentration of 44 M) which remains in a bound quasi-crystallized state in a resting cell. When the cell becomes active the water gets desorbed and the system’s entropy goes up sharply while the free energy of the system decreases as it is used up for biological work. However, Ling’s approach is primarily qualitative in terms ofh thermodynamics and it needs to be characterized more specifically. To this end, we propose a new thermodynamic approach to studying Ling’s model of the living cell (Ling’s cell), the centrepiece off which is the non-ergodicity property which has recently been proved for a wide range of systems in statistical mechanics (Prokhorenko, 2009). In many ways this new thermodynamics overlaps with the standard quasi-stationary thermodynamics and is therefore compatible with the principles of the Ling cell, however a number of new specific results take into account the existence of several non-trivial motion integrals communicating with each other, whose existence follows from the nonergodicity of the system (Ling’s cell). These results allowed us to develop general thermodynamic approaches to explaining some of the well-known physiological phenomena, which can be used for further physical analysis of these phenomena using specific physical models.
Полный текст статьи можно скачать отсюда: http://vladimirmatveev.ru
Аннотация. Развитие наших представлений о физической основе жизни необходимо для понимания всех жизненных процессов, протекающих в живой клетке. Американский физиолог Гильберт Линг, в рамках своей физической теории клетки, внес принципиально важное понятие - "состояния покоя клетки". Это состояние выделяется им как самостоятельное устойчивое термодинамическое состояние живого вещества, в котором запасена энергия, необходимая для совершения всех видов биологической работы. Оно характеризуется сниженной энтропией системы по сравнению с ее активированным состоянием. Основной энтропийный вклад делает внутриклеточная вода (самый многочисленный компонент с концентрацией около 44 М), находящаяся в покоящейся клетке в связанном, квазикристаллическом, состоянии. При активации клетки вода десорбируется и энтропия системы резко возрастает, свободная энергия системы снижается, затрачиваясь на биологическую работу.
Однако линговский подход в термодинамическом плане качественный и нуждается в более конкретной характеристике. С этой целью мы предлагаем новый термодинамический подход к изучению линговской клетки, в котором центральное место занимает свойство неэргодичности, недавно доказанное для широкого класса систем статистической механики [5]. Во многом, эта новая термодинамика совпадает с обычной квазистационарной термодинамикой и оказывается совместимой с принципами линговской клетки, однако справедлив и ряд новых частных результатов, учитывающих факт существования нескольких нетривиальных коммутирующих между собой интегралов движения, существование которых вытекает из неэргодичности системы (линговской клетки).
Полученные результаты позволили нам наметить общие термодинамические подходы к объяснению некоторых известных физиологических явлений, которые могут быть использованы для дальнейшего физического анализа этих явлений с привлечением конкретных физических моделей.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
