Giáo trình Vật lý lý sinh: Phần 2 - Nguyễn Minh Tân

Chia sẻ: Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:153

Thêm vào BST

Báo xấu

156
lượt xem 36
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp nội dung của phần 1 cuốn giáo trình "Vật lý lý sinh", phần 2 giới thiệu tới người đọc các kiến thức cơ sở lý sinh y học (Năng lượng và sự sống, vận chuyển của vật chất trong cơ thể sinh vật, lý sinh tuần hoàn,...), một vài phương pháp lý sinh ứng dụng trong y học. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật lý lý sinh: Phần 2 - Nguyễn Minh Tân

P H Ẩ N l i C ơ S Ở L Ý S I N H Y H Ọ C 93
V Chuông Ì N Ă N G L Ư Ợ N G V À s ụ S Ố N G MỤC TIỄU - H i ế u r õ c á c q u á t r ì n h n h i ệ t đ ộ n g v à vai t r ò của n ă n g l ư ợ n g t r o n g c á c h o ạ t đ ộ n g s ô n g . sự b i ế n đ ố i n ă n g l ư ợ n g t r o n g c á c p h á n ứ n g h ó a s i n h của c ơ t h ể . - V ậ n d ụ n g đ ê g i ả i t h í c h đ ư ợ c c ơ c h ế sử d ụ n g n ă n g l ư ợ n g t r o n g c á c t ổ c h ứ c và các hoạt đ ộ n g sống. - T h ự c h à n h p h ư ơ n g p h á p t ư duy k h o a h ọ c , á p d ụ n s v à o v i ệ c h ọ c t ậ p v à nghiên cứu chuyên ngành. Bài 1. PHƯƠNG TRÌNH co BẢN VÈ CÂN BẢNG N H I Ệ T VÀ C Á C QUÁ T R Ì N H BIÊN Đ Ớ I NĂNG LƯỢNG TRÊN CO T H Ẻ NGƯỜI 1. Phương trình CO' bản về cân bằng nhiệt đối với cơ thế nguôi Nguyên lý ì nhiệt độne học về bản chất chính là dạng khác của định luật bảo toàn và chuyến h ó a n ă n g lượng, được phát biểu: Năng lượng mà một hệ nhận được sẽ làm tăng nội năng của hệ và biến thành công mà hệ thực hiện lên môi trường ngoài. AU + AA = AQ H o ạ t đ ộ n g s i n h c ô n g cua c á c h ệ t h ố n g s ố n g k h á c q u á t r ì n h s i n h c ô n g của c ô n g cua c á c m á y n h i ệ t t h ô n g t h ư ờ n g , t h ê h i ệ n ở c h ồ : c ô n g s i n h ra k h ô n g p h ả i do d ò n g n h i ệ t l ư ợ n g t ừ b ê n n g o à i đi v à o m à n g u ồ n g ố c n ă n g l ư ợ n g t r o n g c á c h ệ t h ố n g s ố n g là t ừ t h ứ c ă n t h ô n g qua q u á t r i n h đ ồ n g hoa đ ê c ả i t ạ o c á c t ổ c h ứ c , t ạ o t h à n h c á c c h ấ t dụ- t r ữ v ậ t c h á t v à n ă n g l ư ợ n g t r o n g c ơ t h ể , p h á t s i n h n h i ệ t đ ể d u y trì n h i ệ t đ ộ cho CO' t h ể c h ô n g l ạ i sự m ấ t m á t n h i ệ t v à o m ô i t r ư ờ n g x u n g q u a n h v à đ ế s i n h c ô n g t r o n g c á c h o ạ t đ ộ n g c ơ h ọ c của c ơ t h ế . T a c ó t h ế l ấ y ví d ụ m i n h hoa: T r o n g v ậ t lí p h â n t ử v à n h i ệ t h ọ c , ta đ ã b i ế t r à n g h i ệ u suất của m ộ t m á y n h i ệ t đ ư ợ c t í n h b ằ n g b i ê u t h ứ c : 95
TI = — 1 2 ( T T : nhiệt đ ộ nguồn nhiệt và nguồn l à m lạnh). l 5 2 Tj Giả sứ coi cơ thể như một máy nhiệt với hiệu suất 33% và nhiệt độ không khí (nguồn làm lạnh) T = 2 5 ° c = 2 9 8 ° K . K h i đó: 2 V v ^ s 2 9 0 = 4 4 7 0 K = 1 7 4 „ C 3 T 2 1 2 Nghĩa là: muốn cơ thể sinh công thì phải "nướng" nó lên đến 174°c. Đ i ề u n à y h i ế n n h i ê n là v ô lí vì c ơ b ắ p b ị p h â n h u y n g a y t ừ n h i ệ t đ ộ 4 0 ° C - > 6 0 ° c , V ậ y , đ ố i v ớ i c ơ t h ể s ố n g , c ô n g s i n h ra là do s ự b i ế n đ ổ i n ộ i n ă n g của h ệ t h ố n g n h ờ c á c q u á t r ì n h hoa s i n h h o ặ c n h ờ s ự b i ế n đ ổ i y ế u t ổ e n t r o p i của h ệ . C á c c ô n g t r ì n h t h ự c n g h i ệ m đ ã c h ứ n g t ỏ : k h i k h ô n g sinh c ô n g ở m ô i t r ư ờ n g n g o à i , n h i ệ t l ư ợ n g t ổ n g c ộ n g do c ơ t h ể s i n h ra g ầ n đ ú n g b à n g n h i ệ t l ư ợ n g sinh ra k h i đ ố t c h á y h o à n t o à n c á c h ọ p c h ấ t h ữ u c ơ n ằ m t r o n g t h à n h p h ầ n t h ứ c ă n cho đ è n k h i thành H 0 và C 0 2 2 v à đ ó c ũ n g c h í n h là n ă n g l ư ợ n g sinh ra do q u á t r ì n h đ ồ n g hoa t h ứ c ă n của c ơ t h ể . N ế u g ọ i : A Q là n ă n g l ư ợ n g s i n h ra t r o n g q u á t r ì n h đ ồ n g h o a t h ứ c ă n ; A E là n ă n g l ư ợ n g m ấ t m á t v à o m ô i t r ư ờ n g x u n g q u a n h ; A A là c ô n g m à c ơ t h ể t h ự c h i ệ n đ ể c h ố n g l ạ i l ự c c ủ a m ô i t r ư ờ n g bên ngoài; A M l à n ă n g l ư ợ n g d ự t r ữ d ư ớ i d ạ n g hoa n ă n g ; T h ì n g u y ê n lí t h ứ n h ấ t n h i ệ t đ ộ n g h ọ c á p d ụ n g c h o h ệ t h ố n g s ố n g c ó d ạ n g : AQ =AE + A A + A M (1) Đ â y c ũ n g c h í n h là phương trình cơ bản của cân bang nhiệt đoi với cơ thể người. Lim ý: T h ô n g t h ư ờ n g n g ư ờ i ta q u y ư ớ c c h i a n h i ệ t l ư ợ n g s i n h ra t r ê n c ơ t h ể t h à n h hai l o ạ i : n h i ệ t l ư ợ n g s ơ c ấ p ( c ơ b ả n ) v à n h i ệ t l ư ợ n g t h ứ c ấ p ( t í c h c ự c ) . N h i ệ t l ư ợ n g s ơ c ấ p x u ấ t h i ệ n do s ự p h â n t á n n ă n g l ư ợ n g t r o n g q u á t r ì n h trao đ ổ i v ậ t c h ấ t n h ờ n h ữ n g p h ả n ứ n g hoa s i n h . N h i ệ t l ư ợ n g n à y p h á t ra n g a y sau k h i c ơ thể hấp thu thức ăn và ôxy. N h i ệ t l ư ợ n g t h ứ c ấ p là p h ầ n n h i ệ t l ư ợ n g c ũ n g đ ư ợ c c u n g c ấ p t ừ t h ứ c ă n n h ư n g l ạ i đ ư ợ c d ự t r ữ t r o n g c á c l i ê n k ế t g i à u n ă n g l ư ợ n g ( l à c á c p h â n t ử axit A d ê n ô z i n t r i p h o t p h o r i c [ A T P ] ) . K h i c á c l i ê n k ế t n à y đ ứ t g ã y c h ú n g g i ả i p h ó n g ra n ă n g lượng để thực hiện một c ô n g n à o đấy r ồ i cuối c ù n g cũng biến t h à n h nhiệt. N h ư v ậ y ta t h ấ y , p h ầ n n h i ệ t l ư ợ n g n à y c h ứ a s ẵ n t r o n g c ơ t h ể v à d ù n g đ ể đ i ề u hoa c á c h o ạ t đ ộ n g c h ủ đ ộ n g của c ơ t h ể . 96
K h i c ơ t h ể t ồ n t ạ i ở t r ạ n g t h á i b ì n h t h ư ờ n g t ỷ l ệ g i ữ a hai l o ạ i n ă n g l ư ợ n g n à y là x ấ p sỉ 5 0 / 5 0 . K h i c ó b i ể u h i ệ n b ệ n h lí, p h ầ n n ă n g l ư ợ n g m à c ơ t h ê toa ra ở d ạ n g n ă n g l ư ợ n g s ơ c ấ p sẽ l ớ n h ơ n ví k h i đ ó t ố c đ ộ t ạ o ra c á c A T P c ủ a c ơ t h ê giám xuống. 2. Một vài quá trình biến đồi năng lượng tiêu biểu trong cơ thể người 2.Ị. Nũng lượng trong quá trình co cơ H ầ u h ế t c ô n g do c ơ t h ế s i n h ra đ ề u là k ế t q u ả của sự co c ơ . K h i c ơ co, c h i ê u d à i c ơ bị r ú t n g ắ n l ạ i v à t ạ o ra m ộ t l ự c . L ự c n à y c ó g i á trị p h ụ t h u ộ c v à o c h i ê u d à i của c ơ . N ê u g ọ i F ( x ) là l ự c p h á t s i n h do co c ơ , X là c h i ề u d à i c ơ v à d x là b i ế n t h i ê n đ ộ d à i k h i c ơ co, t h ì ta c ó t h ê t í n h đ ư ợ c c ô n g A do co c ơ s i n h ra là: Xọ A = — F ( x ) d x ( x ! , x : chiêu dài cơ) 2 1 X Đ ế sinh c ô n g , c ơ t h ế p h ả i tiêu t ố n n ă n g l ư ợ n g , tuy n h i ê n cần lưu ý r à n g n ă n g l ư ợ n g k h ô n g p h ả i c h ỉ d ù n g đ ể t ạ o ra c ô n g c ơ h ọ c m à m ộ t p h ầ n l ớ n n ă n g l ư ợ n g đ ó đ ư ợ c d ù n g đ ế d u y trì s ự c ă n g c ủ a c ơ v à m ộ t p h ầ n c h u y ể n h o a thành nhiệt năng. Năng lượng khi co cơ được lấy trực tiếp từ ATP. Tuy nhiên lượng ATP có sẵn t r o n g c ơ t h ể k h ô n g n h i ề u v ì t h ế đ ể c ơ l à m v i ệ c đ ư ợ c l i ê n t ụ c p h ả i c ó q u á t r ì n h tống hợp A T P ngay t ạ i cơ. V i ệ c tổng h ọ p n à y đ ư ợ c thực h i ệ n nhanh c h ó n g n h ờ trong c ơ c ó Ì hợp chất g i à u n ă n g l ư ợ n g k h á c là photphocreatin. A T P đ ư ợ c t ổ n g h ợ p t r o n g c ơ qua p h ả n ứ n g sau: Photphocreatin + A D P - > A T P + Creatin N g o à i ra A T P c ò n đ ư ợ c t ổ n g h ọ p theo m ộ t c ơ c h ế k h á c n h ờ s ự p h â n huy G l y c o g e n . Đ ó là m ộ t d ạ n g t í c h t r ữ của G l u c o z a c ó k h á n h i ề u t r o n g c ơ . N ă n g lượng được giải p h ó n g khi p h â n huy Glycogen được d ù n g để tổng hợp A T P . C ó t h ê b i ể u d i ễ n t ổ n g q u á t q u á t r ì n h đ ó n h ư sau: Glucoza + 3 H 3 P0 4 + 2 A D P - > 2Lactat + 2 A T P + 2 H 0 2 Nhờ phương thức này nên khi cơ co mạnh mà máu nhất thời không được c u n g c ấ p đ ủ đ ế m a n g l ạ i o x y cho c á c p h ả n ứ n g hoa s i n h , t h ì c ơ v ẫ n c ó đ ủ n ă n g l ư ợ n g đ ể h o ạ t đ ộ n g . Đ ó là q u á t r ì n h c u n g c ấ p n ă n g l ư ợ n g y ế m k h í c h o c ơ . 2.2. Nâng lượng trong hô hấp H o ạ t đ ộ n g h ô h ấ p bao g ồ m đ ộ n g t á c h í t v à o v à t h ở ra m ộ t c á c h đ i ề u h ò a . Ở n g ư ờ i b ì n h t h ư ờ n g , k h o ả n g 5 0 0 m l k h ô n g k h í đ ư ợ c t r a o đ ổ i sau m ồ i l ầ n h í t t h ở thông thường. 97
Đ ê thực hiện hoạt đ ộ n g này, c ơ thê cần cung cấp n ă n g lượng, n ă n g l ư ợ n g đó d ì m 2 đ ể s i n h c ô n g , đ ó là c ô n g đ ư ợ c t h ự c h i ệ n b ở i c á c c ơ h ô h ấ p đ ề t h a n g t á t cả c á c lực can k h i t h ô n g k h í . V i ệ c đ o c ô n g cua c á c c ơ h ô h ấ p m ộ t c á c h t r ự c t i ế p k h ô n g t h ự c h i ệ n đ ư ợ c vì v ậ y n g ư ờ i ta p h ả i d ù n g p h ư ơ n g p h á p đ o g i á n t i ê p theo c ô n g t h ứ c sau: Vọ A = -^p.dV (Vi, V 2 : Dung tích phôi) VỊ Trong thực tế có thể xác định A bằng phế dung kế. Két quả thu được là gần đ ú n e . cho b i ế t ớ t r ạ n g t h á i t ĩ n h c ô n g h ô h ấ p v à o k h o ả n g Ì - 5 j u n / 1 lít hay 0,98 - 4 , 9 J / p h ú t . K h i t ă n g t h ể t í c h t h ở , c ô n g h ô h ấ p c ũ n g sẽ t ă n g n h ư n g k h ô n g t u y ế n t í n h vì c ó l i ê n q u a n đ ế n sức c ả n đ ộ n g h ọ c của c á c b ộ p h ậ n d ẫ n k h í . K h i t h ở s â u v ớ i t ầ n số t h í c h h ợ p t h ì c h i p h í c ô n g n h ỏ n h ấ t . Đ i ề u n à y c ó t h ê t h ự c h i ệ n đ ư ợ c nhờ quá trình luyện tập. 2.3. Năng lượngở tim mạch T i m hoạt đ ộ n g t h ư ờ n g x u y ê n n h ư m ộ t c á i b ơ m l i ê n tục đ ê t ạ o á p s u à t đ â y m á u v à o mạch. Đ e thực h i ệ n chức n ă n g n à y t i m cần tiêu t ổ n n ă n g l ư ợ n g đ ê cơ tim t h ự c h i ệ n c ô n g c ơ h ọ c v à đ e g i ữ m ộ t đ ộ c ă n g n h ấ t đ ị n h m à ta g ọ i là t r ư ơ n g l ự c . N g ư ờ i ta đ ã t í n h đ ư ợ c r a n g c ô n g t ổ n g c ộ n g c ủ a c ơ v à o k h o ả n g 1 3 w nghĩa là b ă n g k h o ả n g 1 3 % c h u y ê n h o a c ơ b ả n c ủ a t o à n c ơ t h ê , t r o n g đ ó c ô n g c ơ học của t i m t ạ o ra á p suất đ â y m á u , p h ầ n c ò n l ạ i t ạ o ra đ ộ c ă n g c ủ a c ơ , t ứ c là t r ư ơ n g lực cơ. N ă n a l ư ợ n g c u n g c ấ p cho t i m đ ể s i n h c ô n g c ũ n g đ ư ợ c lấy từ các ATP. T h ô n g t h ư ờ n g A T P đ ư ợ c t ô n g hợp t ừ sự p h â n l i c á c đ ư ờ n g đ ơ n glucoza v à oxy hoa p h o t p h o l i p i t , n h ư n g c ơ t i m c ó m ộ t đ ặ c đ i ể m k h á c v ớ i c á c c ơ k h á c là n ó sử d ụ n g n ă n g l ư ợ n g c h ủ y ế u t ừ v i ệ c o x y hoa p h o t p h o l i p i t c h ứ k h ô n g p h ả i t ừ p h â n l i đ ư ờ n g đ ơ n g l u c o z a . B ở i v ì v i ệ c o x y hoa m ộ t p h â n t ử l i p i t c u n g c ấ p n h i ề u n ă n g l ư ợ n g h ơ n là v i ệ c o x y hoa m ộ t p h â n t ử g l u c o z a . T u y n h i ê n t r o n g t r ư ờ n g h ợ p m à l ư ợ n g A T P t r o n g c ơ t i m bị g i ả m n h i ề u thì q u á t r ì n h p h â n l i g l u c o z a t ă n g l ê n . l à m x u ấ t h i ệ n n h ữ n g sản p h ẩ m m ớ i c ó h ạ i n h ư axit latic. S ự suy g i á m c h u y ê n hoa p h o t p h o l i p i t v à o x y c u n g c ấ p c h o c ơ t i m c ó thê gây nên tình trạng thiêu A T P ở c ơ t i m v à l à m y ê u hoạt đ ộ n g của c ơ t i m . M á u được đấy vào tim có n ă n g lượng xác định thể hiện bởi tốc đ ộ chảy và á p suất m á u . T h à n h m ạ c h m á u c ó c ấ u t ạ o n h i ề u l ó p , c ó k h ả n ă n g đ à n h ồ i l ớ n . K h i m á u bị đ ấ y lên m ộ t đ o ạ n n à o đ ó của m ạ c h , t h à n h m ạ c h g i ã n ra, m ộ t p h ầ n động n ă n g c ù a m á u b i ê n t h à n h t h ê n ă n g g i ã n của t h à n h m ạ c h . M ạ c h b ị g i ã n c à n g r ộ n a thì t h ê n ă n g g i ã n c ó g i á trị c à n g l ớ n . Ở t h ờ i kì t i m k h ô n g co b ó p , á p suất d ò n g c h á y g i á m , m ạ c h co l ạ i v à the n ă n g ở t h à n h m ạ c h sẽ c u n g c ấ p n ă n g l ư ợ n g đ ể d u y tri d ò n g c h ả y liên tục v à đ i ê u hoa t r o n g k h i t i m co b ó p t h e o t ừ n g n h ị p . 98
B À I 2: T R Ạ N G T H Á I D Ừ N G V À s ụ DỊCH CHUYÊN ENTROPI TRONG CÁC HỆ THÔNG SÓNG Nguyên lí li cho ta biết khả năng và chiều hướng phát triển của quá trình n h i ệ t đ ộ n g . n ó p h á n á n h Ì q u y l u ậ t t ố n g q u á t , đ ó là q u y l u ậ t Ì c h i ề u hay q u y l u ậ t v ê t í n h k h ô n g t h u ậ n n g h ị c h của c á c q u á t r ì n h t ự n h i ê n . 1. Nguyên lí li nhiệt động học Sự không thuận nghịch của các quá trình nhiệt động là một quy luật thực n g h i ệ m m à c h ú n g ta b u ộ c p h á i t h ừ a n h ậ n c h ứ k h ô n g lý g i ả i đ ư ợ c . Đ ó là m ộ t q u y l u ậ t c ó t í n h t h ố n g k ê v à đ ư ợ c p h á t b i ể u theo n h i ề u c á c h k h á c n h a u : Tinh trật tự của một hệ cô lập chi có thê giữ nguyên hoặc giám dân. Không thê tồn tại trong tự nhiên một chu trình mà két quá duy nhất là biến nhiệt thành công mà không đề lại một dấu vết gì ớ xung quanh. Trong một hệ cô lập, chi những quá trình nào kéo theo việc tăng entropi mới có thê tự diên biến. Giới hạn của tự diên biến là hệ đạt đến trạng thải có entropi cực đại. C ầ n n h ấ n m ạ n h r a n g , n h ư đ ã n ó i ở t r ê n , n g u y ê n lí l i c ó t í n h c h ấ t t h ố n g k ê nghĩa là: N ó i c h u n g c á c t r ạ n g t h á i c ó x á c s u â t cao d ễ x â y ra h ơ n n h ư v ậ y c á c t r ạ n g t h á i c ó x á c suất x u ấ t h i ệ n n h ỏ c ũ n g v ẫ n c ó the x ả y ra n h ư n g r ấ t k h ó , r ấ t h ã n h ữ u v à k h ô n g p h ả i là t ấ t y ế u . N ó i c á c h k h á c n g u y ê n lí l u ô n đ ú n g đ ố i v ớ i m ộ t t ậ p h ợ p bao g ồ m r ấ t r ấ t n h i ề u p h ầ n t ử . Đ ó c h í n h là t í n h t h ố n g k ê của n g u y ê n lí. 2. Trạng thái dừng và hệ thống sống Nhận xét: Khi áp dụng nguyên lí li cho các hệ thống sống, trong một số t r ư ờ n g h ợ p d ư ờ n g n h ư c ó m â u t h u ẫ n v ớ i t h ự c t ế . C h ẳ n g h ạ n : N g u y ê n lí l i n ó i r ằ n g t í n h t r ậ t t ự của m ộ t h ệ c ô l ậ p c h ỉ c ó t h ế g i ả m d ầ n t ư ơ n g ứ n g v ớ i sự t ă n g l ê n của e n t r o p i . T h ế n h ư n g , c á c c ơ the s i n h v ậ t l ạ i l i ê n tục t ạ o ra n h ữ n g t ổ c h ứ c c ó t í n h t r ậ t t ự n g à y c à n g cao v à c à n g h o à n t h i ệ n . C ơ t h ê l ớ n l ê n v à p h á t t r i ể n , t u y thực h i ệ n m ộ t q u á trình k h ô n g thuận nghịch n h ư n g tính ổ n định, trật t ự đ ư ợ c bảo t o à n v à n g à y c à n g t ă n g l à m cho e n t r o p i g i ả m . S ở d ĩ n h ư v ậ y là vì c ơ t h ể s ố n g là m ộ t hệ mớ điên hình tức là l u ô n l u ô n c ó sự trao đ ô i v ậ t c h ấ t v à n ă n g l ư ợ n g v ớ i m ô i t r ư ờ n g x u n g q u a n h ( t h ô n g qua v i ệ c ă n , u ố n g , hít t h ở . . . ) . D o v ậ t c h ấ t v à n ă n g l ư ợ n g k h ô n g n g ừ n g ra v à o , n ê n tất y ế u c ó sự trao đ ổ i n â n g lượng buộc hộ thống sống k h ô n g tồn tại ở các trạng thái cân b à n g nhiệt đ ộ n g ( l à c á c t r ạ n g t h á i c ó S m a x , c á c grad = 0 v à h ệ k h ô n g c ó k h ả n ă n g sinh c ô n g ) . 99
N h ư n g h ệ t h ố n g sống c ũ n g k h ô n g t h ể t ồ n t ạ i ở trạng t h á i bất kì m à n ó chì c ó the t ồ n t ạ i ở c á c t r ạ n g t h á i m à ở đ ó c á c t h ô n g số t r ạ n g t h á i của h ệ c ó g i á trị k h ô n g đ ố i v à c á c h ệ s ô hoa lí của h ệ đ ư ợ c b ả o t o à n . T r ạ n g t h á i n h ư v ậ y đ ư ợ c s ợ i là: Trạng thái dừng. T r ạ n g thái d ừ n g c ó n h ữ n g đặc đ i ể m giống v ớ i trạng thái c â n b à n g nhiệt động. n h ư n g l ạ i có bản chất h o à n toàn k h á c , thể h i ệ n : H ệ ở trạng thái dừne vẫn l u ô n l u ô n trao đ ổ i v ậ t c h ấ t v à n ă n g l ư ợ n g v ớ i m ô i t r ư ờ n g x u n g q u a n h , s của h ệ k h ô n g đ ạ t g i á trị m a x m à c ó m ộ t g i á trị x á c đ ị n h k h ô n g đ ổ i n à o đ ó k h i ra k h ỏ i trạng thái d ừ n g h ệ v ẫ n c ó k h ả n ă n g sinh c ô n g . 3. Sự dịch chuyển entropi trong các hệ thống sống Như đã biết:ở các trạng thái dừng, s của hệ có giá trị không đôi. Khi c h u y ế n t ừ t r ạ n g t h á i d ừ n g n à y sang t r ạ n g t h á i d ừ n g k h á c t h ì s t h a y đ ô i m ộ t l ư ợ n g là dS = s 2 - S i , t r o n g đ ó d s bao g ồ m hai p h ầ n : - T h à n h phần dSi: g â y b ở i n h ữ n g b i ế n đ ổ i b ê n trong. - T h à n h p h ầ n dSe: g â y b ở i sự t ư ơ n g t á c , t r a o đ ổ i v ớ i m ô i t r ư ờ n g . N g h ĩ a là: dS = d S i + dSe t r o n g đ ó : d S i l u ô n l u ô n d ư ơ n g ( t h e o n g u y ê n lí 2 ) ; dSe c ó t h ê d ư ơ n g , â m h o ặ c = 0. T a t h ấ y : N ế u dSe > h o ặ c = 0 t h ì d s > 0. T h o a m ã n n g u y ê n l ý l i . N ê u dSe < 0 t h ì c ó 3 k h ả n ă n g c ó t h ể x ả y ra: - 1 dSe I < I d S i I —» d s = d S i + dSe > 0 => n g u y ê n l ý l i đ ư ợ c t h o a m ã n . - I dSe ị > I d S i I - > dS = d S i + dSe < 0 => s g i ả m , t í n h t r ậ t t ự t ă n g . Sở d ĩ c ó t r ư ờ n g h ợ p n à y là vì: t r o n g q u á t r ì n h trao đ ổ i v à t ư ơ n g t á c v ớ i m ô i t r ư ờ n g (hấp thu thức ăn, thải cặn bã, t r u y ề n nhiệt...) xuất h i ệ n d ò n g vật c h ấ t đ i v à o c ơ t h ể ( d ò n g v ậ t c h ấ t n à y c ó p h ẩ m c h ấ t cao, s thấp, n ă n g lượng l ớ n . . ) v à m ộ t d ò n g v ậ t c h ấ t đ i ra k h ỏ i c ơ t h ể ( c á c c h ấ t t h á i c ó p h ẩ m c h ấ t k é m , s cao v à n ă n g l ư ợ n g t h ấ p . . . ) , k ế t q u ả là h ì n h n h ư t ạ o t h à n h m ộ t d ò n g e n t r o p i â m đi v à o c ơ t h ê . Đ i ề u n à y g i ả i t h í c h t ạ i sao t r o n g q u á t r ì n h t ồ n t ạ i v à p h á t t r i ể n , c á c h ệ t h ố n g s ố n g l ạ i c ó t h ể n g à y c à n g ổ n đ ị n h v à c ó t í n h t r ậ t t ự cao h ơ n . - ỊdSeị = | d S i | - > dS = 0 đ â y là t r ư ờ n g h ợ p ứ n g v ớ i t r ạ n g t h á i d ừ n g là t r ạ n g t h á i c ó s = const. T a t h ấ y , k h i h ệ ở t r ạ n g t h á i d ừ n g , ta c ó : 100
dS dSi dSe - — = —— + — - = 0 dt dt dt P h ư ơ n g t r ì n h t r ê n đ ư ợ c s ợ i là p h ư ơ n g t r ì n h P r i g ô g i n . Cũng có thể viết: dSi dSe _ dt dt B i ê u thức n à y cho t h â y : ở t r ạ n g thái d ừ n g , tốc đ ộ t ă n g entropi t r o n g c ơ t h ê b ă n g t ó c đ ộ trao đ ô i e n t r o p i v ớ i m ô i t r ư ờ n g x u n g q u a n h v à k h á c 0. 4. Phuong trình hiện tượng Xét sự liên quan giữa dòng vật chất chuyển dời và nguyên nhân gây ra nó. C á c c ô n g t r ì n h n g h i ê n c ứ u đ ã c h ỉ ra r à n g : b ấ t k ì d ò n g v ậ t c h ấ t v à n ă n g l ư ợ n g n à o c ũ n g đ ề u là k ế t q u ả của n h ữ n g l ự c k h á c n h a u g â y ra. N ó i c á c h k h á c g i ữ a d ò n g v ậ t c h ấ t v à l ự c l u ô n c ó ả n h h ư ở n g qua l ạ i l ẫ n n h a u đ ư ợ c x á c đ ị n h b ở i biêu thức: Ij = Lịk.Xk t r o n g đ ó : l ị : t ố c đ ộ v ậ n c h u y ể n của d ò n g v ậ t c h ấ t ; x : l ự c t ổ n g h ợ p g â y ra sự c h u y ể n đ ộ n g của d ò n g v ậ t c h ấ t ; k L i k h ệ số t ư ơ n g h ỗ g i ữ a l ự c v à d ò n g v ậ t c h ấ t . Phương trình trên được gọi là phương trình hiện tượng. L ơ - S a l ơ d i ê c ũ n g đ ư a ra n g u y ê n lí t á c d ụ n g t ố i t h i ể u n h ư sau: N ế u h ệ đ a n g ở trạng thái cân b à n g , khi tác d ụ n g lên h ệ n h ữ n g lực l à m p h á h ủ y sự c â n b à n g đ ó t h ì h ệ sẽ c h u y ể n sang t r ạ n g t h á i sao c h o k h i ấ y h ệ q u ả của những lực b ê n n g o à i y ế u đi. N g u y ê n lí n à y t h ể h i ệ n k h á p h ổ b i ế n t r o n g t ự n h i ê n : k h i t r ờ i l ạ n h t ự k h ắ c n g ư ờ i ta co r o đ ế c h ố n g m ấ t n h i ệ t , c â y ở n h ữ n g v ù n g sa m ạ c đ ộ t n g ộ t t h i ế u n ư ớ c thì lá d ầ n t h u n h ỏ l ạ i đ ể t r á n h b ố c h ơ i . . . BÀI 3. NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC PHẢNỨNG HÓA SINH 1. Biến đổi của Năng lượng tự do trong các phảnứng hóa sinh Trong quá trình chuyển hoa cơ bản có xảy ra các phảnứng hoa sinh. Ở các g i a i đ o ạ n p h á t t r i ể n r i ê n g b i ệ t của q u á t r ì n h , c á c p h ả n ứ n g n à y c ó t h ể c o i là t h u ậ n loi
n g h ị c h v à đ ố i v ớ i c h ú n g , c ó t h ế t í n h c á c t h ô n g số n h i ệ t đ ộ n g n h ư n ă n g l ư ợ n g t ự do. Ì t r ọ n a c h ứ a n h i ệ t ( e n t a n p i ) v à e n t r o p i . B i ế t r õ c á c đ ạ i l ư ợ n g n à y ta c ó t h ê d ự đ o á n t r ư ớ c p h ư ơ n g h ư ớ n g cua phản ứ n g n à y hay k h á c t r ê n c ơ sỏ' n g u y ê n lý t h ứ hai n h i ệ t đ ộ n g h ọ c . N ê u n h ư p h á n ứ n g là t h u ậ n n g h ị c h thì n ă n g l ư ợ n g t ự do b à n e c ô n g cực đ ạ i . n ế u p h a n ứ n g k h ô n g t h u ậ n n g h ị c h thì m ộ t p h â n n ă n g l ư ợ n g p h â n t á n ở d ạ n a n h i ệ t v à c ô n g t h ứ c sẽ t ư ơ n g ứ n g n h ó h ơ n . T h ô n g t h ư ờ n g c á c p h ả n ứ n g hoa s i n h x ả y ra t r o n g c á c đ i ề u k i ệ n k h ô n g , đ ố i v ề á p suất v à n h i ệ t đ ộ . Bơi v ậ y p h ư ơ n g trình AF = Au - t.AS, c ó thể v i ế t t ư ơ n g tự: A Z = A M - t.AS t r o n g đ ó : A Z là sự t h a y đ ố i n ă n g l ư ợ n g t ự do k h i á p suất v à n h i ệ t đ ộ k h ô n g đ ô i . ta g ọ i n ó là t h ế n h i ệ t đ ộ n g , A H là b i ế n t h i ê n e n t a n p i . L ư ợ n g A Z k h á c v ớ i A F là p h ầ n thay đ ổ i n ă n g l ư ợ n g t ự d o của h ệ k h i t h ể t í c h v à n h i ệ t đ ộ k h ô n g đôi. Độ lớn của thế nhiệt động liên hệ với hàng số cân bàng của phảnứng hoa sinh thuận nghịch b ă n g h ệ thức: AZ = A Z + RT.lnK 0 ( K là h à n g s ố c â n b ằ n g c ủ a p h ả n ứ n g ) Đ ạ i l ư ợ n g A Z b à n g n ă n g l ư ợ n g t ự do c h u ẩ n của p h ả n ứ n g ( A Z o ) n ế u m ọ i c h ấ t ban đ ầ u v à c á c sản p h à m c ù a p h ả n ứ n g c h ứ a t r o n g d u n g d ị c h ở n h i ệ t đ ộ 25 đ ộ c v à v ớ i đ ộ l i n h đ ộ n g của c á c p h â n t ử t r o n g d u n g d ị c h b ằ n g đ ơ n v ị . C ó t h ê x á c đ ị n h AZ(, b à n g c á c p h ư ơ n g p h á p k h á c n h a u , t h ô n g t h ư ờ n g h ơ n c ả là t h e o c ô n g thức trên. T h í d ụ ta x é t p h ả n ứ n e o x y hoa a c i d p a n m i t i c t h à n h C 0 2 và H 0 : 2 C|6 H 3 2 0 2 + 230 2 = 16 C 0 2 + 16 H 0 2 T ừ c á c b á n g tra c ứ u b i ế t r ằ n g AZy t ạ o a c i d p a n m i t i c , C 0 2 và H 0 bàng: 2 Cu, H 3 3 0 2 = l ó c + 16 H 2 + 0 ; 2 A Z = 80 k c a l . 0 16C+ 16 0 = 2 16C0 ; 2 A Z = - 1511,2 k c a l . 0 16 H 2 + 8 0 2 = 16 H 0 ; 2 A Z = - 907,04 kcal. 0 N ế u c ộ n g ba p h ư ơ n g t r ì n h hoa h ọ c n à y thì ta n h ậ n đ ư ợ c p h ư ơ n g t r ì n h o x y hoa a c i d p a n m i t i c . C ộ n g c á c đ ộ l ớ n của n â n g l ư ợ n g t ự do ta t h u đ ư ợ c 2 3 3 8 , 2 4 k c a l t r ê n m o i . D ấ u t r ừ cho t h ấ y v i ệ c o x y hoa a c i d p a n m i t i c là q u á t r ì n h n h i ệ t đ ộ n g t ự d i ễ n b i ế n v à x ả y ra đ ế n c ù n g , c ó t ỏ a n ă n g l ư ợ n g l ớ n . 102
S ự thay đ ố i l ư ợ n g c h ứ a n h i ệ t A H c ó t h ể x á c đ ị n h b ằ n g c á c h đ o h i ệ u ứ n g n h i ệ i cứa p h a n ứ n g k h i đ ố t c h á y v ậ t c h ấ t t r o n g b ì n h đ o n h i ệ t l ư ợ n g . T r o n g t r ư ờ n g h ợ p n à y A U = - A Q . M ộ t c á c h k h á c là x á c đ ị n h sự p h ụ t h u ộ c của p h á n ứ n g v à o n h i ệ t đ ộ . K h i ấ y theo p h ư ơ n g t r ì n h đ ă n g á p của p h á n ứ n g : Dlnk _ Q dt ~ RT C ó thế xác định A U = -AQ. K h i đặt các d ữ kiện về đại lượng AZo, A H , dê d à n g x á c đ ị n h AS theo p h ư ơ n g t r ì n h A Z = A U - t. A S . t r o n e đ ó c á c b i ế n t h i ê n của c á c đ ạ i l ư ợ n g t ư ơ i m ứ n g c ó t h ế thay t h ế b à n g c á c g i á trị sau c ù n g cua c á c g i á trị sau c ù n g cua đ ạ i l ư ợ n g n à y . T h ô n g t h ư ờ n g c á c g i á trị c h u ẩ n của c á c đ ạ i l ư ợ n g n à y đ ư ợ c cho s ẵ n . 2. Năng luông của liên kết hoa sinh Sự thay đôi năng lượng tự do khi tạo nên liên kết hoa sinh nào đấy liên quan c h ặ t c h ẽ v ớ i s ự t h a y đ ô i n ă n g l ư ợ n g của liên k ế t hoa h ọ c g i ữ a c á c n g u y ê n t ử t h a m gia p h a n ử n a . Băng, c á c h p h â n tích c ô n g thức p h â n tử và c á c d ừ k i ệ n v ề nhiệt l ư ợ n g của c á c p h ả n ứ n g c ó t h ê x á c đ ị n h n ă n s l ư ợ n g l i ê n k é t . N g ư ờ i ta t ì m t h ấ y r ằ n g n ă n g l ư ợ n g đ ị n h k h u tron2; c á c l i ê n k ế t hoa trị, đ o n g t h ờ i m ỗ i d ạ n g l i ê n k ế t đ ề u c ó n ă n g l ư ợ n g g ọ i là n ă n g l ư ợ n g l i ê n k ế t t r u n g b ì n h . Đ e t í n h t o á n n ă n g l ư ợ n g l i ê n k ế t t r u n g b ì n h n g ư ờ i ta s ử d ụ n g c á c d ừ k i ệ n v ề nhiệt l ư ợ n g đôt v à v ề nhiệt l ư ợ n g p h â n ly n g u y ê n p h â n tử t h à n h n g u y ê n tử. N h i ệ t l ư ợ n g p h â n ly t h ô n g t h ư ờ n g đ ư ợ c x á c đ ị n h b ă n g p h é p q u a n g p h ô k h i n g h i ê n c ứ u c á c m ứ c đ ộ dao đ ộ n g c ủ a p h â n t ứ v à n g u y ê n t ử . T h í d ụ . đ ế x á c đ ị n h n ă n g l ư ợ n g l i ê n k ế t N - H ta x é t p h ả n ứ n g t ạ o m ộ t m o i NH3 t ừ c á c n g u y ê n t ử N v à H : 2H + 6H = 2 N H 3 Theo các dữ k i ệ n quang p h ô , nhiệt lượng tạo m ộ t m o i N 2 t ừ n g u y ê n t ử N là 169 k c a l , c ò n t ạ o m ộ t m o i H 2 t ừ n g u y ê n t ử H là 101,9 k c a l : N + N = N 2 + 169kcal; H + H = H + 101,9 k c a l . 2 Do đ ó n ă n g lượng tạo m ộ t moi N 2 v à ba m o i H 2 t ừ n s u y ê n t ử là: 169 k c a l + 3.101,9 k c a l = 4 7 4 , 7 k c a l . Cần phái bố sun" t h è m vào đ ó nhiệt lượng tạo 2 N H 3 từ khí N v à H 2 2 bàng: N 2 + 3 H = 2NH + 2 3 18,6 k c a l . 103
N ă n g lượna tạo m ộ t m o i N H 3 băng: 474,7 kcal +18,6 kcal = 246,7 kcal ~2 N ế u t h ừ a n h ậ n r ằ n g cả ba n g u y ê n t ử H là n h ư n h a u t r o n g p h â n t ử N H 3 thì sự b ề n v ữ n g của l i ê n k ế t hay n ă n g l ư ợ n g l i ê n k ế t t r u n g b ì n h N - H b à n g : 246,7 kcal 82 k c a l 3 D ư ớ i đ â y là b ả n g t r ì n h b à y n ă n g l ư ợ n g của c á c d ạ n g l i ê n k ế t k h á c n h a u : Bảng 3.1: Năng lượng liên kết trung bình của các dạng liên kết khác nhau Dạng liên kết Năng l ư ợ n g Dạng liên kết Năng l ư ợ n g trung bình trung bình trung bình trung bình c - c 58,6 kcal s -H 87,5 kcal N -N 20,0 kcal c -N 48,6 kcal 0-0 34,9 kcal c - 0 70,0 kcal p - 0 50,0 kcal c - s 57,5 kcal s - s 63,8 kcal c = c 100,0 kcal c -H 87,3 kcal c = c 123,0 kcal N -H 82,0 kcal c = 0 142,0 kcal 0 -H 110,2 kcal H -H 4,8 kcal T ừ c á c sổ l i ệ u t r ê n , t h ấ y n g a y l i ê n k ế t h y d r o là y ế u n h ấ t . T r o n g sinh học, rất p h ổ b i ế n c á c t ừ "liên k ế t g i à u n ă n g l ư ợ n g " hay "liên kết n ă n g l ư ợ n g l ớ n " . A c i d A d e n o s i n t r i p h o s p h o r i s ( A T P ) là c h ấ t q u a n t r ọ n g nhất t r o n g c á c c h ấ t c ó liên k ế t g i à u n ă n g l ư ợ n g . T a h i ế u r à n g n ă n g l ư ợ n g c ủ a l i ê n k ế t g i à u n ă n g l ư ợ n g là n ă n g l ư ợ n g t ự do g i ả i p h ó n g ra t r o n g q u á t r ì n h p h ả n ứ n g hoa s i n h c ó s ự t h a m g i a c ủ a l i ê n k ế t g i à u n ă n g l ư ợ n g , c ầ n l ư u ý r ằ n g ở đ â y k h ô n g p h ả i n ó i v ề v i ệ c x á c đ ị n h n h i ệ t hoa của n ă n g l ư ợ n g liên k ế t m à nói v ề n â n g l ư ợ n g t ự do của p h ả n ứ n g t h ú y p h â n p h â n tử A T P : ATP + H 0 = ADP + H 2 3 P0 4 K h i n h ó m p h o s p h a t c h u y ể n v à o n ư ớ c t h ì t á c h ra 7,0 : 8,5 k c a l / m o l năng l ư ợ n g t ự do. D o đ ó đ ố i v ớ i p h â n t ử A T P hay l i ê n k ế t t ư ơ n g t ự k h á c , v ấ n đ ề là k h ô n g phải làm đứt liên kết, p n ằ m p h í a d ư ớ i c ù n g trong A T P , chẳng hạn n h ư 104
A-P-P-P chuyển t h à n h A-P-P và p. Đ ẻ làm đứt liên k ế t này, cần p h ả i chi n ă n g l ư ợ n g l ớ n v à o k h o ả n g 50 : 100 k c a l / m o l ( x e m b ả n g t r ê n ) . V ớ i ý n g h ĩ a n à y t h ì A T P k h ô n g c ó d ự t r ữ n ă n g l ư ợ n g t ư ơ n g t ự n h ư n ă n g l ư ợ n g toa ra ở c á c c h á t n ô ; ngược lại, ATP là l i ê n k ế t k h á b ề n . Q u á t r ì n h t h ự c ra là: v i ệ c c h u y ê n nhóm p h o s p h a t v à o n ư ớ c c ó l à m t á c h ra n ă n g l ư ợ n g t ự do l ớ n . G l u c o - 6 p h o s p h a t c ó n ă n g l ư ợ n g l i ê n k ế t p h o s p h a t c ỡ 50 - 100 K c a l / m o l , n h ư n g k h i c h u y ể n nhóm p h o s p h a t v à o n ư ớ c , n ó c h i g i ả i p h ó n g g ầ n 3 K c a l / m o l n ă n g l ư ợ n g t ự do, n h ư v ậ y G l u c o - 6 p h o s p h a t k h ô n g p h ả i là l i ê n k ế t g i à u n ă n g l ư ợ n g . T r o n g nhiệt đ ộ n g học, c ó thể coi p h â n tử A T P trong tế b à o n h ư p h â n t ử g i à u n ă n g l ư ợ n g v ạ n n ă n g hay d ạ n g m a n g n ă n g l ư ợ n g đ ã đ ư ợ c " n ạ p " , c ò n A D P là p h â n t ử n g h è o n ă n g l ư ợ n g , hay d ạ n g đ ã " p h ó n g " n ă n g l ư ợ n g . 105
Chuông 2 V Ậ N C H U Y Ế N V Ậ T C H Ấ T T R O N G c o T H Ẻ S I N H V Ậ T • • • MỤC TIÊU - M ô tả đ ư ợ c vai trò của c á c p h â n tử, c á c i o n v à c á c dung dịch trong các hoạt đ ộ n g sống. - T r ì n h b à y đ ư ợ c c ơ c h ế của c á c h i ệ n t ư ợ n g v ậ n c h u y ế n v à trao đ ô i v ậ t chất trong các tô chức sông. - T h ự c h à n h p h ư ơ n g p h á p t ư d u y t r o n g v ậ t lý, á p d ụ n g v à o v i ệ c n g h i ê n c ứ u và g i ả i t h í c h c ơ c h ế của c á c q u á t r ì n h sống. Bài 1. CÁC PHÂN TỦ, ION VÀ DUNG DỊCH TRONG c o T H Ể SINH V Ậ T Đe đảm bảo cho một cơ thể sống hoạt động và phát triển thi trong nó phải k h ô n g n g ừ n e d i ễ n ra c á c q u á t r ì n h v ậ n c h u y ế n c ủ a v ậ t c h ấ t . C á c q u á t r ì n h n à y d ù đ ự ơ c d i ễ n ra ớ d ạ n g v i m ô ( n h ư v ậ n c h u y ể n của v ậ t c h ấ t qua m à n g t ế b à o ) hay dạng vĩ m ô ( n h ư v ậ n c h u y ê n của m á u trong h ệ tuần h o à n , v ậ n c h u y ể n của khí t r o n g h ệ h ô h â p . . . ) t h ì n h i ệ m v ụ của c h ú n g c ũ n g là m a n g c á c c h ấ t c ầ n t h i ế t t ớ i c á c c ơ quan, c á c b ộ phận, c á c m ô và tể b à o cũng n h ư đ à o t h ả i c á c chất t h ả i , chất c ó h ạ i c h o sự s ố n g . Q u á t r ì n h v ậ n c h u y ế n v ậ t c h ấ t là m ộ t q u á t r ì n h p h ứ c t ạ p x ả y ra t h e o n h i ề u c ơ chế và phụ thuộc nhiêu y ê u tô: - B ả n c h ấ t của p h ầ n t ử v ậ n c h u y ể n : K í c h t h ư ớ c , đ i ệ n t í c h , đ ộ hoa tan... - H o ạ t đ ộ n g của c ơ t h ê . T u y n h i ê n t ấ t c ả c á c q u á t r ì n h v ậ n c h u y ể n n à y đ ề u x ả y ra t h e o n h ữ n g c ơ c h ế v ậ t lí v à c ó t h ê g i ả i t h í c h đ ư ợ c b ă n g n h ữ n g q u y l u ậ t v ậ t lí. P h ầ n d ư ớ i đ â y , c h ú n g ta sẽ đ ề c ậ p đ ế n n h ữ n g h i ệ n t ư ợ n g v ậ n c h u y ể n v ậ t c h ấ t c ơ b á n t r o n g c á c c ơ t h ể s ố n g , g i ả i t h í c h sự v ậ n c h u y ể n c ủ a v ậ t c h ấ t qua m à n g t ế b à o , sự v ậ n c h u y ể n của m á u v à k h í t r ê n c ơ t h ể s ố n g . . . 106
Ì. C á c p h â n t ử và lon t r o n g c ơ thê M ọ i c ơ t h ể sinh v ậ t đ ề u c h ứ a t r o n g n ó m ộ t số v ô c ù n g l ớ n c á c p h â n t ử v à l o n . đ ư ợ c p h â n b ố v à sắp x ế p m ộ t c á c h c ó t r ậ t t ự cao, c á c p h â n t ử v à i o n n à y đ ư ợ c cấu tạo từ rất n h i ề u các n g u y ê n tổ t h ư ờ n g gặp trong tự n h i ê n . D ù sô l ư ợ n g cua c h ú n g c ó t h ế n h i ề u n h ư : C a r b o n . H y d r o . N i t ơ . L ư u h u ỳ n h , P h o t s p h o , Go, K a l i , C a n x i , N a t r i . . . v à c ũ n g c ó t h ế ít n h ư : F l o . l ó t . s ắ t , Đ ồ n g , C h ì , N h ô m . . . t h ì c h ú n g c ũ n g đ ó n g vai trò rất quan t r ọ n g trong v i ệ c h ì n h t h à n h c ũ n g n h ư hoạt đ ộ n g cua c á c c ơ t h ể s ố n g . N g h i ê n c ứ u v ề c á c p h â n t ử v à i o n t r o n e c ơ t h ể s ố n g , ta t h ấ y c h ú n g c ó m ộ t s ô đặc đ i ế m sau: - C h ú n g c ó h ì n h dạng, k í c h t h ư ớ c , k h ố i l ư ợ n g rất k h á c nhau, b ả n g d ư ớ i đ â y cho ta m ộ t số t h í d ụ v ề c á c l o ạ i p h â n t ử k h á c n h a u : Bảng 1.1. Một số loại phân từ trong cơ thể sống Loại p h â n t ử Kích t h ư ớ c Phân tử lượng Hydro 0.1 2 Nước 0.2 18 Benzen 0.3 78 Hemoglobin n g ư ờ i 5.5 - 5.6 67.000 Abumin huyết tương n g ư ờ i 4.0- 15 69 000 - M ồ i p h â n tử hoặc ion trong cơ thế có thế đứng yên (một cách t ư ơ n g đ ố i ) hoặc c h u y ế n đ ộ n g ( t h à n h d ò n g hay h ồ n l o ạ n ) . T h ô n g t h ư ờ n g c á c đ ạ i p h â n t ử thì ít v ậ n đ ộ n g , t r á i l ạ i , c á c i o n c h u y ể n đ ộ n g k h á l i n h đ ộ n g . M ộ t d ạ n g k h á c c ủ a i o n là c á c p h â n t ử bị i o n h ó a . C á c l o n n à y v ẫ n c ó c ấ u t r ú c p h ứ c t ạ p c ủ a c á c p h â n t ử ban đ â u . - C á c ion n à y có thế ở dạng đ ơ n giản n h ư ion K , N a , c r . . . những ion n à y + + t h ư ờ n g v ậ n đ ộ n g m ộ t c á c h l i n h đ ộ n g v à c h ú n g t ạ o ra x u n g q u a n h c h ú n g m ộ t đ i ệ n t r ư ờ n g dày đặc. - C á c i o n n à y c ũ n g c ó t h ê ở d ạ n g p h ứ c t ạ p , c h ú n g là c á c p h â n t ử bị l o n hoa. L o ạ i ion này t h ư ờ n g đ ứ n g yên t ư ơ n g đ ố i trong các tế b à o . Ví d ụ các p h â n tử H 0, H ,c 2 2 6 Ho, H e m o g l o b i n . . . C á c p h â n t ứ v à i o n t r o n g c ơ t h ể đ ả m t r á c h 4 v a i t r ò c h í n h là: Ì. C h ú n g là n h ữ n g y ê u t ố c ấ u t r ú c của c ơ t h ể . 2. D ự t r ữ , v ậ n c h u y ê n v à g i ả i p h ó n g n ă n g l ư ợ n g . 107
3. M ộ t số p h â n t ử c h ứ a đ ự n g t o à n b ộ t h ô n g t i n c ầ n t h i ế t c h o s ự t h ự c h i ệ n c h ư ơ n g trình tố chức c ơ thể sống ( t h ô n g tin di truyền). 4. T ạ o n ê n c á c đ i ệ n t h ế n g h ỉ , đ i ệ n t h ế h o ạ t đ ộ n g t r o n g c á c t ế b à o , m ô . 2. Dung dịch trong cơ thế sinh vật Cơ thể sinh vật cũng chứa đựng nhiều loại dung dịch khác nhau. Ví dụ nước, lipid, protein, các dung dịch m i xen ( h i d r ô xít k i m loại)... Trong đ ó nước v à l i p i d là hai d u n g m ô i c ơ b ả n v à c ó v a i t r ò q u a n t r ọ n g n h á t . V a i trò của c á c d u n g dịch trong c ơ t h ể sinh v ậ t : - V ậ n c h u y ế n vật chất t ừ n ơ i n à y đ ế n n ơ i k h á c của c ơ t h ê . - L à m ô i t r ư ờ n g đ e thực h i ệ n c á c p h ả n ứ n g hoa sinh. - Bao bọc v à bảo v ệ c á c tế b à o , các tố chức sống. - L à y ế u t ố k h ô n g t h ế t h i ế u t r o n g q u á t r ì n h t r a o đ ổ i v ậ t c h ấ t q u a m à n g , là y ế u t ố dẫn đ i ệ n t r o n g c á c q u á t r ì n h lan t r u y ề n x u n g đ i ệ n sinh v ậ t . - Đ i ề u hoa t h â n n h i ệ t . T r o n g c ơ t h ể c ó hai l o ạ i d u n g m ô i c h í n h là n ư ớ c v à l i p i d , t ừ đ ó c h i a t h à n h b ố n l o ạ i d u n g d ị c h : d u n g d ị c h h ò a tan k h ô n g đ i ệ n l y , d u n g d ị c h h ò a tan c h ấ t đ i ệ n l y , d u n g d ị c h keo v à d u n g d ị c h đ ạ i p h â n t ử . D u n g d ị c h h ò a tan k h ô n g đ i ệ n l y : là m ộ t h ệ đ ồ n g n h ấ t g ồ m 2 hay n h i ề u chất v à các chất n à y k h ô n g có k h ả n ă n g p h â n ly t h à n h lon. D u n g d ị c h h ò a tan c h ấ t đ i ệ n l y : c á c c h ấ t h ò a tan c ó k h ả n ă n g p h â n l y t h à n h c á c i o n â m v à d ư ơ n g . Đ e đ ặ c t r ư n g c h o l o ạ i d u n g d ị c h n à y n g ư ờ i ta đ ư a ra k h á i n i ệ m đ ộ đ i ệ n l y a n h ư sau: Số phân tử p h â n ly a = —- — S ố p h â n t ử c h ấ t tan a c ó g i á trị t ừ 0 - Ì ( a = 0 đ ố i v ớ i c h ấ t k h ô n g đ i ệ n l y , a = Ì đ ổ i v ớ i c h ấ t đ i ệ n ly h o à n t o à n ) . - Dung dịch keo là một hệ phân tán nhị thể, chúng gồm Ì pha liên tục - môi t r ư ờ n g p h â n tán v à c á c p h â n tử chia n h ỏ v ớ i k í c h t h ư ớ c v à h ì n h d á n g c ó t h ể k h á c n h a u - pha p h â n t á n , ở t r o n g m ô i t r ư ờ n g n à y . C á c p h â n t ử c h i a n h ỏ t r o n g d u n g d ị c h keo hay c ò n g ọ i là h ạ t keo, c ó k í c h t h ư ớ c t ừ Ì - 100 n m . K h i m ô i t r ư ờ n g p h â n t á n là c h ấ t l ỏ n g t h ì d u n g d ị c h k e o đ ư ợ c g ọ i là x o n l ỏ n g , n ế u là n ư ớ c hay c h á t h ữ u c ơ t h ì g ọ i là x o n n ư ớ c h a y x o n h ữ u c ơ . T r o n g c ơ 108
t h ế , c h ủ y ế u n g ư ờ i ta q u a n t â m đ ế n x o n l ỏ n g , đ ư ợ c c h i a t h à n h 2 l o ạ i là k e o t h â n d ị c h v à keo x ơ d ị c h . C á c h ạ t keo t h â n d ị c h l i ê n k ế t c h ặ t c h ẽ v ớ i m ô i t r ư ờ n g p h â n t á n n h ờ l ó p v ỏ s o n v a t . K h i l à m đ ó n g v ó n thì ta t h u đ ư ợ c m ộ t k h ố i đ ặ c g ọ i là gen. C á c p r o t e i n , gôm... thuộc loại này. C á c keo x ơ d ị c h k h ô n g t h ế t ự t ạ o đ ư ợ c l ớ p v ỏ sonvat n ê n k h ô n g g â n c h ặ t đ ư ợ c v ớ i m ô i t r ư ờ n g p h â n tán. K h i đ ó n g v ó n , keo s ơ dịch k ế t tủa t á c h k h ỏ i m ô i t r ư ờ n g p h â n tán d ư ớ i d ạ n g bột. T h u ộ c loại n à y c ó c á c l o ạ i keo v ô c ơ n h ư m ộ t s ô ô x i t k i m l o ạ i , s u n f u a k i m l o ạ i đ ư ợ c đ i ề u c h ế d ư ớ i d ạ n g keo. - D u n g dịch đ ạ i p h â n tử: C á c đ ạ i p h â n tử c ó p h â n tử lượng lớn n h ư protein, p o l i m e cao p h â n t ứ c ó k í c h t h ư ớ c của h ạ t keo v à v à c á c p h â n t ử n à y c ó the p h â n t á n v à o t r o n g m ô i t r ư ơ n g n ư ớ c h o ặ c l i p i t của c ơ t h ể , vì t h ế d u n g d ị c h đ ạ i p h â n t ử c ũ n g là m ộ t d ạ n g c ủ a d u n g d ị c h keo n ó i c h u n g . C á c d u n g d ị c h k e o v à c á c đ ạ i p h â n t ử c ó n h ữ n g t í n h c h ấ t sau: - K h ô n g the t á c h d u n g d ị c h keo v à c á c đ ạ i p h â n t ử b à n g l ọ c sứ n h ư n g c ó t h ể tách bằng siêu li t â m , mang động, thực vật, m à n g colodion. - D u n g dịch keo k h u y ế c h tán c h ậ m h ơ n d u n g dịch thực rất n h i ề u v à đ â y c h í n h là d â u h i ệ u đ ê p h â n b i ệ t d u n g d ị c h k e o v à d u n g d ị c h t h ự c . - C á c h ạ t keo v à đ ạ i p h â n t ử c ó k h ố i l ư ợ n g l ớ n h ơ n p h â n t ử v à i o n r ấ t n h i ề u , n ê n d ư ớ i t á c d ụ n g của t r ọ n g l ự c c h ú n g bị k é o x u ố n g . Đ ó là sự sa l ắ n g t ự do. - C á c h ạ t keo v à đ ạ i p h â n t ử t r o n g d u n g d ị c h g â y ra t á n x ạ á n h s á n g . C ư ờ n g đ ộ á n h s á n g tán x ạ p h ụ t h u ộ c k í c h t h ư ớ c của c á c hạt keo v à c á c đ ạ i p h â n tử. - C á c h ạ t keo v à đ ạ i p h â n t ử r á t n h ạ y v ớ i c á c t á c n h â n h ó a h ọ c v ì d i ệ n t í c h bề m ặ t tổng c ộ n g của c h ú n g rất l ớ n . - C á c h ạ t k e o v à đ ạ i p h â n t ử c ó k h ả n ă n g t í c h đ i ệ n , đ ố i v ớ i keo t h â n d ị c h sự t í c h đ i ệ n n à y p h ụ t h u ộ c n g h i ê m n g ặ t v à o đ ộ p H của m ô i t r ư ờ n g . - T r o n g d u n g d ị c h k e o v à đ ạ i p h â n t ử l u ô n d i ễ n ra n h ữ n g q u á t r ì n h k ế t h ọ p cua c á c p h â n t ứ l ạ i v ớ i n h a u t h à n h n h ữ n g p h â n t ử l ớ n h ơ n d ẫ n đ ế n c u ố i c ù n g d u n g d ị c h keo t á c h t h à n h 2 l ớ p : c h ấ t p h â n t á n k ế t t ủ a l ẳ n g x u ố n g v à m ô i t r ư ờ n g p h â n t á n . Đ ó là h i ệ n t ư ợ n g đ ô n g t ụ keo. R i ê n g v ề d u n g d ị c h đ ạ i p h â n t ử , c ầ n q u a n t â m đ ế n c á c d u n g d ị c h t ạ o ra t ừ : + P r o t e i n , t ạ o t h à n h t ừ c á c m ạ c h p e p t i t của c á c a x i t a m i n . + P o l i s a c c a r i t là c á c p o l i m e của g l u c o p i r a n o - D . + C á c a x i t n u c l e i c là c á c p o l i m e của n u c l e o t i t . 109
B à i 2. C Á C H I Ệ N T Ư Ợ N G V Ậ N C H U Y Ê N V Ậ T C H Ấ T c o BẢN TRONG CO T H Ê SINH VẶT 1. Hiện tuông khuếch tán Định nghĩa: Ta đã biêt, các phân tử luôn luôn chuyến động hôn loạn nên khi đ e hai t ậ p h ợ p p h â n t ứ đ ủ g ầ n n h a u t h ì d ù c h ú n g ở t h ể r ắ n , l ỏ n g hay k h í c h ú n g c ũ n g c h u y ể n đ ộ n g n g ẫ u n h i ê n , đ a n x e n l ầ n v à o n h a u thì đ ó là h i ệ n t ư ợ n e k h u ê c h tán p h â n tư. T r o n g m ộ t d u n g d ị c h c ó n ồ n g đ ộ c h ấ t hoa tan c h ư a b ằ n g n h a u . ở m ọ i d i ê m thì s ự k h u ế c h t á n sẽ d ầ n đ ế n h i ệ n t ư ợ n g c â n b à n g n ồ n g đ ộ t r ê n t o à n t h ê t í c h . Bàn chất: B ả n c h ấ t của h i ệ n t ư ợ n g k h u ế c h t á n là s ự c h u y ể n đ ộ n e n h i ệ t hồn l o ạ n cua c á c c h á t hoa tan theo m ọ i p h ư ơ n g , d ầ n đ è n t r ạ n g t h á i c ó n ô n g đ ộ cân b ă n g t r ê n t o à n t h ế t í c h , đ ó là t r ạ n g t h á i c ó x á c suất n h i ệ t đ ộ n g l ớ n n h ấ t . C ó the m i n h hoa b à n g t h í n g h i ệ m đ ơ n g i ả n sau: đ ố m ộ t g i ọ t m ự c v à o m ộ t c ó c n ư ớ c , m ặ c d ù ta k h ô n g h ề t á c đ ộ n g , s o n g c á c p h â n t ử m ự c v ẫ n sẽ l o a n g d â n vả đ ế n m ộ t l ú c n à o đ ó , t o à n b ộ c ố c n ư ớ c đ ề u n h u ố m m ộ t m à u x a n h c ù a m ự c . Cơ chế: H i ệ n t ư ợ n g k h u y ế c h t á n c h í n h là sự c h u y ế n đ ộ n g c ó h ư ớ n g của c á c phân tư chất hoa tan t r o n g d u n g d ị c h k h i m à n ô n g đ ộ của c h ú n g c ò n c ó s ự c h ê n h l ệ c h . C ụ t h ể là c á c p h â n t ử c h ấ t hoa tan sẽ c h u y ế n đ ộ n g t h à n h d ò n g t ừ p h í a d u n g d ị c h c ó n ồ n e đ ộ cao sang p h í a d u n g d ị c h c ó n ồ n g đ ộ t h ấ p t ứ c là c ù n g c h i ề u v ớ i Gradien n ô n g độ. Động, lực: T r o n g h i ệ n t ư ợ n g k h u y ế c h t á n r õ r à n g k h ô n g c ầ n c ó t á c d ụ n g của n g o ạ i l ự c . c ơ the c ũ n g k h ô n g c ầ n t i ê u t o n n ă n g l ư ợ n g m à c h í n h s ự k h ô n g đ ồ n g n h ấ t v ề n ô n g đ ộ hay n ó i c á c h k h á c c h í n h s ự t ồ n t ạ i của G r a d i e n n ồ n g đ ộ là n g u ồ n đ ộ n a lực cho sự v ậ n c h u y ế n c ó h ư ớ n g của c á c c h ấ t hoa tan. H i ệ n t ư ợ n g k h u y ế c h t á n d i ễ n ra theo c h i ề u sao c h o G r a d i e n n ồ n g đ ộ g i ả m d â n v à sẽ k ế t t h ú c k h i G r a d i e n n ồ n g đ ộ b à n g k h ô n g , k h i đ ó s ự c h ê n h l ệ c h v ề n ô n s đ ộ bị t r i ệ t t i ê u . Vai trò cua khuy éc li tán trong các quá trình sống: T r o n g c ơ t h ế s i n h v ậ t , k h u ế c h t á n là m ộ t t r o n g n h ữ n g h i ệ n t ư ợ n g v ậ n c h u y ể n v ậ t c h ấ t q u a n t r ọ n g n h ấ t . C h ẳ n g h ạ n t r a o đ ổ i k h í x ả y ra ở p h ổ i , ở c á c t ế b à o , c á c t ô c h ứ c s ố n g x ả y ra theo c ơ c h ế k h u ế c h t á n ; c á c i o n , N a , C a , K , c r + + + + khuếch tán qua l ạ i hai p h í a c ù a m à n g c h í n h là n g u y ê n n h â n t ạ o n ê n c á c h o ạ t đ ộ n e đ i ệ n của c á c t ô c h ứ c , c á c tê b à o s ô n g ... 110
2. H i ệ n t ư ợ n g t h â m t h â u Định nghĩa: Thấm thấu là quá trình vận chuyển chất dung môi qua một m à n g b á n t h ấ m n g ă n hai d u n g d ị c h c ó t h à n h p h ầ n k h á c n h a u . Q u á t r ì n h v ậ n c h u y ế n d ỏ k h ô n g c ó s ự t h a m eia của c á c lực b ê n n g o à i ( n h ư t r ọ n g l ự c , l ự c đ i ệ n t ừ . lực đ ấ y - é p cua t h à n h m ạ c h ) . V í d ụ n h ư sự v ậ n c h u y ể n của d u n g d ị c h c á c c h ấ t d i n h d ư ỡ n g , n ư ớ c t ừ g ó c , rê lên t h â n . lá. n g ọ n . . . t r o n g c â y x a n h . Màng bán thấm: T r o n g t ự n h i ê n c ó m ộ t số l o ạ i m à n g m à c h ú n g c h ỉ c h o m ộ t s ô l o ạ i p h à n t ử đi qua v à n g ă n l ạ i m ộ t số l o ạ i p h â n t ử k h á c đ ư ợ c s ợ i là m à n g b á n thâm thâu. T r o n g c ơ t h ê sinh vật c ó rất n h i ề u m à n g b á n t h ấ m thấu: m à n g tế b à o , mao m ạ c h , t h à n h r u ộ t . . . N g à y nay n g ư ờ i ta c ũ n g c h ế t ạ o đ ư ợ c m ộ t số m à n g b á n t h â m thấu n h â n tạo (màng, x e l ê f a n , í e r o x y a n u a đồng...). Ban chất: Đ ô i v ớ i h i ệ n t ư ợ n e t h ẩ m thấu, d ò n g vật chất chuyển đ ộ n g k h ô n g p h ả i là c á c c h ấ t hoa tan m à c ũ n g k h ô n g p h ả i là b ả n t h â n d u n g d ị c h m à là d ò n g dung môi được vận chuyến t ừ p h í a d u n g d ị c h c ó n ô n g đ ộ t h á p h ơ n sang p h í a d u n a d ị c h c ó n ô n g đ ộ cao h ơ n qua m à n e n g ă n c á c h ( m à n g b á n t h â m ) . Cơ chê: N h ư v ậ y vê c ơ c h ê ở h i ệ n t ư ợ n g t h â m thâu. d ò n g vật chất c h u y ê n đ ộ n g t ừ p h í a d u n g d ị c h c ó n ồ n g đ ộ t h ấ p h ơ n sang p h í a d u n g d ị c h c ó n ồ n g đ ộ cao h ơ n qua m à n g n g ă n c á c h , n g h ĩ a là n g ư ợ c c h i ề u G r a d i e n n ồ n g đ ộ . Động lực cua hiện tượng thâm thâu - áp suất thâm thau: N h ư ta t h ấ y ớ h i ệ n t ư ợ n g t h ẩ m t h ấ u d ò n g v ậ t c h ấ t ( d u n g m ô i ) c h u y ể n động ngược chiêu Gradien n ô n g đ ộ , n h ư n g bản thân c ơ thê l ạ i k h ô n g cân chi phí n ă n g l ư ợ n g cho q u á t r ì n h v ậ n c h u y ê n n à y . V ậ y đ ộ n g l ự c n à o là n g u y ê n n h â n g â y n ê n d ò n g v ậ t c h á t c h u y ê n đ ộ n g , đ ó c h í n h là m ộ t đ ạ i l ư ợ n g c ó t ê n g ọ i : áp suất thâm thâu, n ó i c á c h k h á c sự c h ê n h l ệ c h á p suất t h ấ m t h ấ u g i ữ a hai p h í a cua m à n g b á n t h ấ m là n g u y ê n n h â n , đ ộ n g lực g â y ra h i ệ n t ư ợ n g v ậ n c h u y ê n v ậ t c h á t n à y . Đ ể h i ể u r õ k h á i n i ệ m á p suất t h ẩ m t h a u v à v a i t r ò cua n ó đ ố i v ớ i q u á t r ì n h v ậ n c h u y ể n v ậ t c h ấ t , ta x é t t h í n g h i ệ m đ ơ n g i ả n sau ( h ì n h 1.1): L ấ y m ộ t p h ễ u t h ú y t i n h đ ã bịt m i ệ n g b ằ n e m ộ t m à n g b á n t h ấ m ( m à n 2 c ó t í n h c h ấ t c h ỉ cho c á c p h â n H i n h 1 • Thi nghiệm 1 • í- Iì ~ " Ì • Ií ->. Ì .1. \ vê sự thâm thâu t ử n ư ớ c d i qua, k h ô n g c h o c á c p h a n t ử đ ư ờ n g qua). N h ú n g n g ư ợ c p h ê u v à o c h ậ u đ ự n g n ư ớ c cất sao cho m ặ t n ư ớ c c ấ t t r o n g c h ậ u ngang bằng mặt dung dịch nước đ ư ờ n g trong phễu. IU
Sau m ộ t t h ờ i g i a n ta t h ấ y : m ặ t d u n g d ị c h n ư ớ c đ ư ờ n g t r o n g p h ễ u sẽ cao h ơ n mặt nước trong chậu m ộ t khoảng b à n g h. P h â n t í c h n ư ớ c t r o n g c h ậ u , n g ư ờ i ta k h ô n g t h ấ y c ó p h â n t ử đ ư ờ n g , n g h ĩ a là: p h â n t ử n ư ớ c đ ã t h ấ m qua m à n g v à o p h ễ u , t r o n g k h i p h â n t ử đ ư ờ n g k h ô n g t h ấ m qua m à n g đ e t ừ t r o n g p h ễ u ra c h ậ u . Giải thích thỉ nghiệm: Ở t r o n g c h ậ u t o à n p h â n t ử n ư ớ c , n ê n số p h â n t ử n ư ớ c t r o n g c h ậ u do c h u y ế n đ ộ n g h ồ n l o ạ n đ ậ p v à o m ặ t n g o à i c ủ a m à n g b á n t h ấ m n h i ề u h ơ n so v ớ i số c á c p h â n t ử n ư ớ c t r o n g d u n g d ị c h n ư ớ c đ ư ờ n g đ ậ p v à o m ặ t t r o n g của m à n g cho n ê n số p h â n t ử n ư ớ c t h â m n h ậ p t ừ c h ậ u v à o p h ễ u l ớ n h ơ n t ừ p h ễ u v à o c h ậ u , ta t h â y m ứ c d u n g d ị c h t r o n g p h ễ u t ă n g l ê n - n h ư n g k h i đ ó á p suất t h ú y tĩnh t r o n g p h ễ u c ũ n g t ă n g do đ ó số p h â n t ử n ư ớ c t r o n g p h ễ u bị é p quay t r ở l ạ i chậu t ă n g , đ è n m ộ t đ ộ cao n à o đ ó c ủ a c ộ t n ư ớ c t h ì số p h â n t ử n ư ớ c v à o v à ra b à n g nhau, t r ạ n g t h á i c â n b ằ n g đ ư ợ c t h i ế t l ậ p đ ư ợ c g ọ i là t r ạ n g t h á i c â n b ằ n g t h ẩ m t h ấ u . Nhận xét ỉ: T a t h ấ y : H ì n h n h ư n ư ớ c bị é p t ừ c h ậ u v à o p h ễ u b ở i m ộ t á p l ự c , á p l ự c đ ó đ ư ợ c g ọ i là á p suất t h ẩ m t h ấ u c ủ a d u n g d ị c h đ ư ờ n g t r o n g p h ễ u . N ó i c á c h k h á c : á p suất t h ẩ m t h ấ u của d u n g d ị c h n ư ớ c đ ư ờ n g c h í n h là đ ộ n g l ự c của sự v ậ n c h u y ế n của c á c p h â n t ử n ư ớ c t ừ c h ậ u v à o p h ễ u . Đ ộ l ớ n c ủ a á p suất t h ẩ m t h ấ u c h í n h b ằ n g á p suất t h ủ y t ĩ n h g â y b ở i c ộ t n ư ớ c đ ư ờ n g c ó c h i ê u cao h so v ớ i m ặ t n ư ớ c t r o n g c h ậ u . L ặ p l ạ i thí n g h i ệ m n h ư n g v ớ i đ i ề u k i ệ n thay n ư ớ c cất t r o n g c h ậ u b ằ n g dung dịch n ư ớ c đ ư ờ n g k ế t q u ả cho thấy: K h i n ồ n g đ ộ n ư ớ c đ ư ờ n g t r o n g c h ậ u n h ỏ h ơ n t r o n g p h ễ u : m ự c d u n g dịch t r o n g p h ễ u v ẫ n d â n g l ê n n h ư n g đ ế n đ ộ cao h ' n h ỏ h ơ n h t h ì d ừ n g l ạ i . K h i nồng độ nước đ ư ờ n g trong chậu lớn h ơ n trong phễu: mực nước đường trong p h ễ u tụt x u ố n g thấp h ơ n m ự c dung dịch trong chậu, p h â n t ử n ư ớ c trong p h ễ u bị " h ú t " b ớ t ra c h ậ u qua m à n g . Nhận xét 2: Q u a t h í n g h i ệ m ta t h ấ y m ỗ i d u n g d ị c h đ ề u c ó m ộ t á p suất t h ẩ m t h ấ u n h ấ t đ ị n h , n ư ớ c sẽ bị h ú t v ề p h í a d u n g d ị c h c ó n ồ n g đ ộ l ớ n h ơ n . C ô n g t h ứ c x á c đ ị n h á p suất t h ẩ m t h ấ u c ủ a m ộ t d u n g d ị c h n h ư sau: p = —^— RT (Phương trình Calapayrông Mendeleep) r m v t r o n g đ ó : m là k h ố i l ư ợ n g c h ấ t hoa tan; ụ. là t r ọ n g l ư ợ n g p h â n t ử c h ấ t hoa tan; v m là t h ê t í c h d u n g d ị c h ; T là n h i ệ t đ ộ d u n g d ị c h ; R là h à n g số C l a p a y r ô n g M e n d e l e e p . 112
T ừ c ô n g t h ứ c t r ê n ta t h ấ y : m/|iV m = c là n ô n g đ ộ của d u n g d ị c h . Khi đó: p = C.RT G ọ i là p h ư ơ n g t r ì n h V a n h o p . T a t h â y : Á p suất tỉ l ệ t h u ậ n v ớ i n ô n g đ ộ c h ấ t hoa tan. Vai trò của áp suất thâm thấu đôi với cơ thê sinh vật và ứng dụng của hiện tượng thâm thâu trong y học. C ă n c ứ v à o á p suất t h ấ m t h ấ u g i ữ a hai d u n g d ị c h , n g ư ờ i ta đ ư a ra c á c k h á i n i ệ m : đ ă n g t r ư ơ n g , n h ư ợ c t r ư ơ n g , ư u t r ư ơ n g n h ư sau: X é t hai d u n g d ị c h A v à B c ó t ư ơ n g ứ n g Pa v à Pb. - N ế u Pa = Pb thì A là đ ẳ n g t r ư ơ n g đ ố i v ớ i B . - N ế u Pa > Pb thì A ư u t r ư ơ n g so v ớ i B . - N ê u Pa < Pb t h ì A n h ư ợ c t r ư ơ n g so v ớ i B . T r o n g y h ọ c , n g ư ờ i ta đ o đ ư ợ c h u y ế t t h a n h c ó p = 7 , 7 a t m ở 3 7 ° c v à l ấ y l à m c h u ẩ n đ ể so s á n h c á c d u n g d ị c h k h á c . C h ẳ n g h ạ n d u n g d ị c h N a C l 0 , 9 % c ũ n g c ó p = 7 , 7 a t m đ ư ợ c g ọ i là d u n g d ị c h đ a n g t r ư ơ n g (so v ớ i m á u ) v à g ọ i là n ư ớ c m u ố i s i n h lý h a y m u ố i R i n g e r c ò n d u n g d ị c h m u ố i + g l u c o z a c ó á p suất l ớ n h ơ n á p s u ấ t của m á u đ ư ợ c g ọ i là d u n g d ị c h ư u t r ư ơ n g . . . Ở t r o n g c ơ t h ể , n ế u á p suất của m ộ t t ổ c h ứ c hay c ơ q u a n n à o đ ó g i ả m ( d o ứ đ ọ n g n ư ớ c , m ấ t m u ố i . . . ) t h ì c ơ t h ể sẽ bị co g i ậ t , n ô n m ử a . Ví d ụ : K h i n g ư ờ i bị t h ư ơ n g m ấ t m á u n h i ề u thì k h ô n g đ ư ợ c cho b ệ n h n h â n u ố n g n h i ề u n ư ớ c l à m á p suất của m á u g i ả m d ễ g â y sốc. N ê u á p suất c ủ a m á u c ó c h i ề u h ư ớ n g t ă n g ( d o r ố i l o ạ n h ấ p t h u , do lượng m u ố i t í c h l ũ y t ă n g . . . ) t h ì c á c t ổ c h ứ c , t ế b à o sẽ c ó s ự p h â n b ố l ạ i n ư ớ c g â y p h ù n ề (khi đ ó sự m ấ t n ư ớ c ở c á c n i ê m m ạ c g â y c ả m g i á c k h á t n ư ớ c ) l à m m ấ t t h ă n g b ằ n g c á c h o ạ t đ ộ n g c ủ a h ệ t h ầ n k i n h v à của c á c t ổ c h ứ c k h á c c h o n ê n n g ư ờ i b ị phù thường phải ăn nhạt. K h i pha t h u ố c t i ê m , d ị c h t r u y ề n n g ư ờ i ta t h ư ờ n g d ù n g d u n g d ị c h đ ẳ n g t r ư ơ n g . Ở c á c ố n h ọ t , m ư n g m ủ , c á c p h â n t ử p r o t e i n bị đ ứ t g ẫ y l à m t ă n g n ồ n g đ ộ v ậ t chất d ẫ n đ ế n á p suất t ă n g , n ư ớ c t ừ x u n g quanh bị h ú t v ề đ â y g â y c ả m g i á c c ă n g tức. C á c l o ạ i đ ộ n g t h ự c v ậ t k h á c n h a u c ũ n g c ó á p suất t h ẩ m t h ấ u k h á c n h a u : c á n ư ớ c m ặ n c ó á p suất t h ẩ m thấu rất l ớ n , c ò n ở ếch l ạ i n h ỏ h ơ n n g ư ờ i . C á c l o ạ i t h ự c v ậ t h ú t n ư ớ c t ừ đ ấ t l ê n là n h ờ c ó á p suất t h ẩ m t h ấ u l ớ n , đ ặ c b i ệ t là c á c l o ạ i c â y ớ sa m ạ c ( á p suất t h ấ m t h ấ u của c ơ t h ể l ớ n k h o ả n g 170 a t m ) . 113