Термодинамика, химия, ферменты.
Здравствуйте. Мой вопрос - Способны ли ферменты преобразовывать тепловую энергию в энергию химической связи. Я считаю что способны, почему я так думаю я изложил в видео на рутубе. Называется "Как обойти второй постулат термодинамики"(Название канала - "Мансур Фазлуллин"). Понимаю, что я где-то ошибаюсь иначе ферменты - это вечные двигатели второго рода, хочу понять где я ошибаюсь. Заранее благодарю за ответ. Ссылка на видео.
https://rutube.ru/video/875dd0eab1c234fc8b1664ebc6dd650c/?r=wd
"Уверяли, что Незнайка, должно быть, свихнулся с ума, начитавшись книжек. Сумасшедшие всегда воображают себя какими-нибудь великими учеными и изобретателями, знаменитостями или отважными путешественниками."
Носов "Незнайка на Луне"
Я внимательно прочитал ответ. Может я что-то и не до понял. Вы считаете что мой комментарий на ответ не ошибочен?
Чужое охаять мудрости немного надо, а свое придумать — не одну ночку с боку на бок повертишься
Павел Бажов. Каменный цветок.
Прошу привести какие-то конкретные примеры бреда в моих рассуждениях.
Эх я то думал приду, а тут по списку:
На минуте такой-то сказал то-то и из этого сделал такой-то вывод, а по чему ты решил, что будет так, а не так или так?
Или ты сказал то-то. Прошу сообщить источник. Или это плод твоего больного воображения?
Я кстати когда пересматривал своё видео заметил несколько оговорок. Например, вместо медленных молекул я сказал холодные. Или хлоропласты обозвал пигментом, хотя нужно было сказать хлорофилл. Хлоропласты - это не пигменты, а внутриклеточные органеллы в которых находится хлорофилл.
То что Вы обладаете неограниченным запасом цитат на любой случай я уже понял. Может вы проявите ещё какие-нибудь таланты.
Ладно продолжайте в том же духе. В принципе Вы мне выгодны. Я понимаю, что тема моего выступления весьма сомнительная. И я опасался жёсткой критики, что моё предположение размажут.
Надеюсь когда кто-нибудь захочет написать мне, что он обо мне думает, он посмотрит на наш диалог и сбавит обороты, дабы не быть похожим на Вас.
Что конструктивно отразится на ход дискуссии.
Извиняюсь опечатался. Что конструктивно отразится на ходЕ дискуссии.
Ферменты действительно играют ключевую роль в биохимических процессах, ускоряя реакции, но их способность преобразовывать тепловую энергию в энергию химических связей не делает их вечными двигателями второго рода. Вот почему:
### 1. **Ферменты не создают энергию, а лишь ускоряют её преобразование**
Ферменты — это биологические катализаторы, которые снижают энергию активации химических реакций, но не изменяют их термодинамику. Они не производят энергию, а лишь облегчают её перераспределение в уже возможных реакциях. Например, АТФ-синтетаза использует градиент протонов для синтеза АТФ, но эта энергия изначально запасена в виде разницы концентраций, создаваемой другими процессами (например, дыхательной цепью).
### 2. **Ферменты не нарушают второе начало термодинамики**
Второе начало термодинамики гласит, что в замкнутой системе энтропия не может уменьшаться самопроизвольно. Ферменты работают в открытых системах (клетках), где энергия постоянно поступает извне (например, с пищей или солнечным светом). Они не могут "обойти" второе начало, так как сами зависят от внешних источников энергии.
### 3. **Тепловая энергия и химические связи**
Хотя ферменты могут использовать тепловую энергию для активации реакций (например, за счёт броуновского движения молекул), они не превращают тепло напрямую в химическую энергию. Вместо этого они направляют уже существующую энергию (например, энергию гидролиза АТФ) на синтез новых связей.
### 4. **Почему ферменты — не вечные двигатели второго рода?**
Вечный двигатель второго рода должен был бы полностью превращать теплоту окружающей среды в работу без других изменений в системе. Ферменты же:
- Не извлекают энергию из теплового движения молекул без дополнительных источников.
- Работают только в сочетании с экзэргоническими реакциями (например, окисление глюкозы), которые сами по себе требуют внешних субстратов.
### 5. **Где может быть ошибка в рассуждениях?**
Возможные заблуждения:
- **Смешение открытых и замкнутых систем**: ферменты работают в клетках, которые получают энергию извне, а не в изолированных системах.
- **Неучёт затрат энергии**: например, синтез АТФ требует предварительного создания протонного градиента, на что тратится энергия окисления субстратов.
- **Переоценка роли тепла**: тепловая энергия помогает реакциям, но не заменяет химические источники энергии (например, NADH, ATP).
### Вывод
Ферменты — это эффективные молекулярные машины, но они не нарушают законы термодинамики, так как зависят от внешних источников энергии и не создают её "из ничего". Их работа согласуется с первым и вторым началами термодинамики, а идея вечного двигателя второго рода остаётся невозможной.
Огромное спасибо за аргументированный ответ. Но когда вы пишите "Ферменты — это эффективные молекулярные машины, но они не нарушают законы термодинамики, так как зависят от внешних источников энергии и не создают её "из ничего". То становится ясно, что вы путаете вечный двигатель первого и второго рода. Вечный двигатель второго рода не создаёт энергию из "НИЧЕГО". Он производит полезную работу используя тепловую энергию. Одна из формулировок второго постулата - невозможно превратить в работу теплоту какого-либо тела, не произведя никакого другого действия, кроме охлаждения этого тела. То есть если ферменты способны преобразовывать энергию тепловых ударов частиц в энергию химической связи, то они нарушают второй постулат.
Ещё разве катализаторам нужны внешние источники энергии?
Давайте попробуем разобраться.
Когда частицы ударяются о лопасти двигателя Фейнмана их энергия преобразуется в работу по подъёму грузика, т.е. происходит превращение тепла в полезную работу без каких-либо других изменений. Поэтому двигатель Фейнмана - это вечный двигатель 2-го рода.
Когда Вы пишете "Хотя ферменты могут использовать тепловую энергию для активации реакций (например, за счёт броуновского движения молекул)" - вы описываете процесс при котором энергия частиц преобразуется в полезную работу, путём активации реакции.
Получается, что Вы подтверждаете мою идею о том что ферменты способны напрямую преобразовывать тепловую энергию в полезную работу.
Например, Вам нужно разрезать лист бумаги. Вы берёте ножницы и раздвигаете лезвия, в этот момент Вы совершаете полезную работу?
Продолжение описания мысленного эксперимента.
Прочитал, что написал до этого. Хочу не много поправить. Если замедлять молекулы, которые могут влиять на работу фермента, то лучше ускорять другие, а не соседние. То есть делаем так, чтобы общая кинетическая энергия частиц ударяющихся о фермент не менялась. Так как если она изменится, то это будет равносильно изменению температуры среды в которой находится фермент.
Если окажется, что перенаправление или замедление "подозреваемых" молекул действительно влияет на работу фермента.
Значит моя идея верна.
Энергия этих частиц действительно преобразуется в полезную работу, путём проведения химической реакции.
Что думаете?
y меня похожий вопрос:откуда в машине электричество что радио можно слушать?наверно (тепловую) энергию сгорания топлива преобразует в электрическую?
Так и есть, но ДВС по сути это обычный тепловой двигатель. Тепловой двигатель не только преобразует тепловую энергию в полезную работу. ДВС отдаёт тепло в окружающую среду через радиатор и с выхлопными газами, в роли холодильника выступает атмосфера.
Вечный двигатель второго рода остужает окружающее пространство и за счет этого тепла совершает механическую работу (в отличае от тепловой машины, вечному двигателю второго рода не требуется холодильник, ему нужен тольно нагреватель).
Я че, на умного похож что ли?
Вроде как не способны.Ферменты же вроде наоборот,разрывают химические связи,а не строят их.Они же разлагают молекулы,а не создают,за пластический обмен отвечают же другие вещества?
Не только разрывают. Например фермент нитрогеназа обеспечивает фиксацию атмосферного азота. Т.е. превращают N2 в NH3.
Или ферменты участвуют в цикле Кальвина (так называется темновая фаза фотосинтеза) где последовательно собирают из протонов полученных при фотолизе воды и молекул СО2 молекулу глюкозы. Ключевой фермент цикла называется RuBisCO.
Данные процессы весьма трудоёмки, поэтому требуют АТФ в качестве источника энергии.
В пластическом обмене ферменты тоже участвуют.
Например синтез белка происходит с помощью следующих ферментов:
РНК-полимераза. Участвует в процессе транскрипции — переписывании наследственной информации с молекулы ДНК на информационную (матричную) РНК.
Синтетаза. С её участием происходит соединение аминокислот в молекулу белка.
Если в поисковик забить "Классификация ферментов", то он выдаст, что выделяют шесть классов ферментов.
Для одного из шести классов - лигаз (синтетаз) сказано:
Катализируют реакции синтеза, сопровождающиеся гидролизом богатой энергией связи (как правило, АТФ).
Т.е. остальным ферментам внешний источник энергии в виде АТФ не нужен.
Для катализаторов используемых в промышленности (Ni, Pt и т.д.) никакие АТФ или их аналоги не нужны. Они ускоряют реакцию за счёт того что меняют её маршрут.
Например когда пишут реакцию А+В = АВ указывают начальные и конечный продукты На самом деле при хим. реакции образуются неустойчивые промежуточные соединения. Например A+B ->АВ1 -> AB2 -> AB. Для их образования нужна энергия - которая называется энергия активации.
Катализаторы меняют маршрут реакции. Образуются другие промежуточные соединения. Например АВ1* - > AB2*. У которых меньшая энергия активации. За счёт этого они ускоряют реакцию.
Ферменты так же как и катализаторы образуют другие переходные соединения с меньшей энергией активации. Но помимо этого они могут ориентировать реагирующие частицы так чтобы реакция убыстрялась (грубо говоря обеспечивать столкновения под нужными углами чтобы химическая реакция шла быстрее). За счёт этого они более эффективны чем промышленные катализаторы.
Но для некоторых реакций этого не достаточно и приходится использовать АТФ.
Ферменты не могут преобразовывать теплоту в химическую энергию, потому что это нарушало бы второй закон термодинамики. Они действуют как катализаторы, ускоряя реакции, но не создавая энергию. Все реакции в организме, даже с участием ферментов, требуют энергии (например, в виде АТФ), а не тепла. Ферменты помогают организму использовать энергию, но не генерируют её из ничего, как "вечные двигатели". Так что тут нет нарушения законов физики, и энергия всё равно расходуется на поддержание порядка в организме.
Я и не говорил что ферменты создают энергию из ничего.
"Все реакции в организме, даже с участием ферментов, требуют энергии (например, в виде АТФ), а не тепла."
Рассмотрим реакцию разложения перекиси водорода с помощью каталазы. В интернете есть механизм как протекает эта реакция. Там нет упоминания о том, что для протекания данной реакции нужна энергия, например в виде АТФ.
Допустим я плохо искал. И для протекания данной реакции действительно нужна молекула АТФ.
Есть информация, что одна молекула каталазы способна разлагать 40 млн молекул. То есть для того чтобы фермент смог провести реакцию и разложить одну молекулу Н2О2 к нему должна подойти молекула АТФ и обеспечить его энергией для проведения реакции? Т.е. за минуту к одной молекуле каталазы должно подойти 40 млн молекул АТФ?
Решил проверить данные о скорости разложения перекиси водорода каталазой. Я правильно запомнил цифру 40 млн. Но каталаза разлагает столько молекул не за минуту, а за секунду. Можете объяснить как доставить столько молекул АТФ? Где их брать? Или может молекула АТФ работает как аккумулятор. Одной молекулы достаточно чтобы обеспечить разложение большого количества молекул перекиси водорода?
в чём нарушение ВЗТ
В автомобили используется двигатель, в котором сгорает топливо и оно даёт энергию чтобы генерировать электричество. ДВС по сути это обычный тепловой двигатель. Тепловой двигатель не только преобразует тепловую энергию в полезную работу. ДВС отдаёт тепло в окружающую среду через радиатор и с выхлопными газами, в роли холодильника выступает атмосфера.
Вечный двигатель второго рода остужает окружающее пространство и за счет этого тепла совершает механическую работу (в отличае от тепловой машины, вечному двигателю второго рода не требуется холодильник, ему нужен тольно нагреватель) .
Про границы применимости 2-го постулата прочитал в книге Термодинамика К.А.Путилова. М.:Наука, 1971, 376 стр.
Раздел 1.1 Предмет термодинамики
Ниже выкопировка стр. 18 из этой книги.
Добрый день. А Вы не родственник С.Н. Лазарева который книги пишет ?
Нет
а