Bioelektrogenez. Elektro’tkazuvchanlik ionlarning muvozanat potensiali, membrananing stasiolar

Entropiyaning ehtimolli xarakteri.
Entropiya sistemaning makroskopik darajadagi betartibligigina emas,
molekulyar massasining ham o’lchovidir. N.Bonsmal har qanday makroskopik
holat entropiyasi S, o’sha holat joriy etilishining ehtimolligi bilan bog’liq deb faraz
qiladi. Bitta makroholat ko’p sonni makroholatlar evaziga amalga oshadi. Aynan
o’sha son (w) - termodinamik ehtimollik . deb ataladi. (U matematik ehtimollikdan
farqlanib, butun va katta sonlar bilan ifodalanadi) Entropiya bilan termodinamik
ehtimollik o’rtasidagi aloqa formula
S=kln w
orqali ifodalanib,bu yerda k-Bonsman doimiysi (k=1,3806x10 -23
Dj/K).
Biokimyoviy jarayonlar energetikasi hisob-kitobida Genmgons erkin
energiyasi (F) F = U - TS va to’la termodinamik potensian, ya’ni Gibbs erkin
energiyasi: G = U + pV - TS katta ahamiyatga ega.
Agarda jarayen T, V = const sharoitda kechsa, u holda maksimal ish
A
’
max  -d(U - TS) = TdS - dU = -(dF)T,V
T, r = const sharoitda esa,
A
’
max  -d(U + pV - TS) = TdS - dU - pdV = -(dG)T,P ,
bo’lib, tengsizlik alomati jarayenning qaytmasligini bildiradi.
Shunday qilib, qaytmas jarayonlarda , maksimal foydali ishning A’max,
bajarilishi, Genmgons yeki Gibbs energiyasining kamayishi bilan beradi. Eslatib
o’tamiz, odatdagi biokimyoviy o’zgarishlar o’zgarmas hajm sharoitida (dV=0)
amalga oshadi va shuning uchun bunday hollarda dF va dG, bir xil kattalikka ega
bo’ladi. Demak, klassik termodinamika xar xil biologik jarayonlarning energiyaviy
effektini hisoblash hamda shu asosda birga kechish imkonini aniqlashga yordam
beradi.
G va F-ni aniqlashning har xil usullari mavjud bo’lib, ular fizikaviy
kimyo kursida batafsin ko’zdan kechiriladi. Masalan, sistemadagi ikki tarkibiy
qismlar redoks potensiallar farqi (E, B) ma’lum bo’lsa, elektrol ning redoks
potensiali manfiy tarkibdan, redoks potensiali musbat tarkibga o’tishi munosabati
bilan ularga mos erkin energiya o’zgarishini (G0 ) hisoblab topish mumkin.
G0 = nFE,
bu yerda n-o’tgan elektrol lar soni, F- faradey soni (96,5 kDj/V). Agarda u
yoki bu reaksiya davomida aralashmaning dastlabki muvozanatlanmagan
holatdan oxirgi muvozanatlangan holatga o’tishiga mos G kamayishini, ya’ni
G0ni hisoblab topish mumkin.
Agarda, A  V tip reaksiya berilgan bo’lsa, G teng
G = -Go + RTln(B/A),
bu yerda Go -standart erkin energiya bo’lib, u teng G0 = -RTlnK.
Shunga binoan . G = - RTlnK + RTln(B/A)
Agarda onilgan modda va mahsulot konsentrasiyalari o’zaro teng bo’lsa,
ya’ni aqv, u holda tenglamaning ikkinchi hadi nolga aynaladi (ln(b/a) = ln1 = 0).
Shunga muvofiq, jarayonda erkinen ergiyasining o’zgarishi, uning muvozanat
konstantasiga bog’ik bo’lib qoadi, ya’ni g = -go va g0 = -rtlnk
Bu yerda r - gaz doimiysi (1,987 kan/k/mol yeki 8,314 dj/k/mon). Masalan,
glyukozo-1-fosfat  glyukozo-6-fosfat reaksiyasining muvozanat konstantasi
kq17. Shunga binoan mazkur reaksiya davomida go =-1700 kal/mol bo’ib, u <0.
g <0 ham, reaksiya standart sharoitda o’zligidan kechib, muvozanat o’ng
tomonga yo’lalgan deganni bildiradi, ya’ni k=17>>1.
Fosfat kislota qoldig’ining atf dan gidroliz natijasida suvga o’tkazilishi,
ya’ni adenozin-F~F~F + N2O  adenozin-F~F + N3 RO4, ham shu xil
reaksiyalardan bo’lib, reaksiyaning -G0 = 7-9 kkal/mon bilan xarakterlanadi.
Odatda, modda va elektr zaryadining tashiish jarayonida,  kattalikning
o’zgarishi, elektr kimyoviy potensian o’zgarishi ## orqali hisobab topiladi, ya’ni
G = n.  bu yerda n-modda mol miqdorining soni.
Elektrokimyoviy potensial -bir mol modda ( ) va u bilan 1 mol (96,5000
kulon) zaryad tashilganda bajariladigan ishga (A en) ekvivalent kattalik bo’lib,
umumiy holda  =  + Aen . bu yerda  = o + RT . lnc bo’lib, o - standart
kimyoviy potensial, elektr ish esa Aen = z.F. , z-zaryad soni, F-Faradey soni, -
elektr potensiali.
Masalan, zaryadni zarracha (N+)ning membrana orqali, birinchi fazaga
teshib o’tkazilganda ikkinchi fazadan elektrokimyoviy potensial o’zgarishi
2-1 = 2-1 + Aen= o 2- o 1 + RT. ln(c2/c1) + z. F. 2-1
Standart kimyoviy potensiallar  o2 =  o1 holida tashilish paytida moddalilg
kimyoviy xossalari o’zgarmasa, tenglama 2-1 = RT . ln(c2 /c1 ) + z . F . 2-1
ko’rinishga keladi.
Jarayonlar G0 kattaliklarini o’zaro solishtirib, ulararo bog’lanish bor
yo’qligini, ya’ni bir jarayon G0 kattaligining oshib (ergashuvchi jarayon) borishi,
ikkinchi bir ergashtiruvchi jarayon G0 kattaligining kamayish bilan borish
imkonini aniqlash mumkin.
Masalan, nafas jarayonida glyukoza molekulasining oksidlanishi erkin
energiyaning kamayishi bilan kechadi, ya’ni G0 =-678 kkal.mol-1. Bu esa,
fotosintez jarayenida suv bilan karbonat angidrididan glyukozaning hosil
bo’lishidagi G0 -kattaligining oshishiga teng.
Shunday qilib, fotosintezning nafas bilan bog’lanishi termodinamika nuqtai -
nazaridan mumkin bo’lgan holdir. Mazkur yondashish boshqa jarayonlarning ham
bog’langan yoki bog’lanmaganligini aniqlash uchun qo’llaniladi. Eslatib o’tish
lozimki, barcha hollarda so’z jarayonning amalda, mazkur molekulyar
mexanizmiga binoan kechishi haqida emas, balki faqat uning termodinamik
ehtimolligi haqida borishi mumkin, xolos. Ammo bunday yondashuv reaksiya
davomida yoki reaksiyalarning bog’lanish hollarida erkin energiyaning
o’zgarishini to’g’ridan-to’g’ri inobatga ola olmaydi, albatta.