zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Y Tế - Sức Khoẻ

Giáo trình Vật lý - Sinh học - GV Trần Văn Tuấn

Chia sẻ: Lê Hồng Phúc | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:71

Báo xấu

187
lượt xem 32
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Vật lý - sinh học gồm các nội dung sau: Sự biến đổi năng lượng trên cơ thể sống, Sự vận chuyển chất trong cơ thể sống, các hiện tượng điện trong cơ thể sống, các hiện tượng âm trong cơ thể sống, bức xạ ion hóa và cơ thể sống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật lý - Sinh học - GV Trần Văn Tuấn

Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn MỤC LỤC Trang 1
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Bài 1 SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG TRÊN CƠ THỂ SỐNG I. Nhiệt độ và nhiệt lượng Nhiệt độ là một đại lượng vật lý được xây dựng để phản ảnh đặc trưng của trạng thái nóng hay lạnh của một đối tượng một cách khách quan, mà không phụ thuộc vào cảm giác chủ quan. Cảm giác nóng lạnh cho chúng ta biết một vật nào đó có nhiệt độ cao hơn hay thấp hơn so với nhiệt độ của bộ phận tiếp xúc, nó phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ và độ dẫn nhiệt của vật. Ví dụ: tất cả các vật trong môi trường tự nhiên có nhiệt độ giống nhau (bằng nhiệt độ môi trường), nhưng nếu ta tiếp xúc với kim loại thì cảm giác nóng lạnh sẽ khác so với tiếp xúc với gỗ… Đo nhiệt độ của vật thì ta có nhiều dụng cụ khác nhau, tùy vào nhu cầu ta chọn dụng cụ thích hợp: II. Các loại nhiệt kếnhiệt giai 2.1. Các loại nhiệt kế Nhiệt kế thủy ngân ( dựa vào hiện tượng giãn nở vì nhiệt); Nhiệt kế áp điện (dựa vào hiện tượng áp điện giữa hai kim loại tiếp xúc nhau); Nhiệt kế điện trở (sự biến đổi điện trở theo nhiệt độ)… 2.2. Nhiệt giai Nhiệt giai Celsius là độ C, lấy chuẩn 00C là nhiệt độ nước đá đang tan ở điều kiện bình trường, lấy nhiệt độ sôi của nước là 1000C Nhiệt giai Fahreinheit là độ F, lấy chuẩn 320F là nhiệt độ nước đá đang tan ở điều kiện bình trường, lấy nhiệt độ sôi của nước là 2120F. N0C=(1.8n+32)0F Nhiệt giai Kelvin: theo nghiên cứu người ta chứng minh được nhiệt độ thực tế thấp nhất có thể đạt được là 273.160C. Nhiệt giai Kelvin lấy đó làm chuẩn 00K và có giai đo trùng với giai đo độ C. T0K=t0C+273,16 Trang 2
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn III. Nhiệt lượng Mọi vật đều được cấu tạo từ các nguyên tử, phân tử. Các nguyên tử, phân tử này luôn luôn chuyển động hỗn độn, trong quá trình chuyển động chúng va chạm với nhau. Cộng tất cả các năng lượng chuyển động nhiệt và năng lượng tương tác giữa các nguyên tử, phân tử đó cho ta nội năng của vật. Nhiệt độ của vật càng cao thì chuyển động của chúng càng nhanh, do đó nội năng của vật cũng cao. Nhiệt lượng là phần năng lượng mà vật nhận được hay truyền đi là thay đổi nội năng của vật. Nhiệt lượng để vật thay đổi từ t1 đến t2 được tính bằng công thức: ∆Q=mc∆t m: là khối lượng (kg) c: nhiệt dung riêng (j/kg.độ) ∆t=t2t1: độ chênh lệch nhiệt độ. IV. Nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học Nhiệt lượng truyền cho hệ bằng tổng công mà hệ thực hiện đối với môi trường bên ngoài và độ biến thiên nội năng. dQ=dU+dA Trong đó: dQ là nhiệt lượng cung cấp dU là độ biến thiên nội năng dA là công hệ thực hiện Theo nguyên lý I thì nếu cơ thể hoạt đọng như một máy nhiệt thì cần có một nguồn nhiệt để cung cấp nhiệt lượng, muốn vậy thì nguồn nhiệt phải đạt 1740C theo tính toán. Thực tế không thể được, vậy muốn hoạt động cơ thể còn cách thay đổi nội năng của các cơ. Áp dụng nguyên lý I cho hệ thống sống thì ta có thể viết phương trình như sau: ∆Q=∆E+∆A+∆M Trang 3
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Trong đó ∆Q là nhiệt lượng sinh ra trong quá trình đồng hóa thức ăn ∆E là phần năng lượng tiêu hao vào môi trường ∆A là công mà cơ thể thực hiện ∆M là năng lượng dự trữ dạng hóa năng (các sản phẩm cuối) Phương trình trên còn gọi là phương trình cân bằng nhiệt đối với cơ thể. V. Một số quá trình biến đổi năng lượng trên cơ thể sống 4.1. Năng lượng trong quá trình co cơ Công trực hiện trong quá trình co cơ được tính bằng công thức sau: Trong đó x là độ dài cơ Hiệu suất công của quá trình co cơ là công thực hiện với môi trường ngoài là công mà cơ thực hiện ứng với năng lượng cung cấp. Thông thường hiệu suất này chỉ đạt khoảng 2030% Năng lượng dung trong quá trình co cơ được lấy trực tiếp từ ATP có trong cơ. Lượng ATP có sẵn trong cơ không nhiều nên trong quá trình hoạt động ATP phải được tổng hợp một cách lien tục, nhanh chóng nhờ một loại protein giàu năng lượng là phosphocreatin qua phản ứng sau: Phosphocreatin + ADP → ATP + creatin Tuy nhiên lượng ATP tổng hợp trong quá trình này chỉ đủ để cơ hoạt động trong thời gian ngắn. để có đủ năng lượng làm việc trong thời gian dài ATP được tổng hợp từ một phản ứng khác là phân hủy glycogen. Glucose+3H3PO4+2ADP → 2lactat+2ATP+2H2O Quá trình này tạo nhiều lactate sẽ kìm hãm quá trình tổng hợp ATP. 4.2. Công trong hô hấp Trang 4
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Khi hít thở, không khí được đưa vào phổi và đẩy ra liên tục. Công này được tính bằng công thức Vì áp suất này thay đổi liên tục nên công này khó có thể tính bằng lý thuyết. Dụng cụ đo đại lượng này gọi là phế dung kế, kết quả đo được công A khoảng 1 2J/phút. 4.3. Năng lượng ở tim Tim hoạt động như một bơm cơ học, lien tục tạo ra áp suất để đẩy máu đến các cơ quan. Công suất cơ học của tim vào khoảng 1,31,4W, trong khi toàn bộ giá trị chuyển hóa của cơ thể là 100W. Cũng như các cơ khác, hoạt động của tim đòi hỏi phải cung cấp năng lượng, năng lượng này cũng lấy từ việc tổng hợp ATP VI. Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học 5.1. Hàm entropy  Entropy là một hàm trạng thái của hệ, ký hiệu là S sao cho độ biến thiên của hàm S đó trong một quá trình thuận nghịch trao đối nhiệt của hệ với môi trường ngoài được tính theo công thức:  Nếu hệ biến đổi theo một quá trình cân bằng thuận nghịch bất kỳ từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thì độ biến thiên của hàm entropy của hệ trong quá trình đó: 5.2. Phát biểu thứ nhất của nguyên lý thú hai nhiệt động lực học Khi có sự trao đổi nhiệt giữa hai vật khác nhiệt độ tiếp xúc nhau trong một bình kín cách nhiệt so với môi trường ngoài thì nhiệt chỉ truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn đến vật có nhiệt độ thấp hơn 5.3. Phát biểu thứ hai của nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học  Xét hệ cô lập về nhiệt : Trang 5
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn  Độ biến thiên entropy của hệ trong quá trình trao đổi nhiệt giữa hai vật:  Nếu  T2 T1 : vật 2 tỏa nhiệt  Với một hệ kín biến đổi theo quá trình không thuận nghịch, entropy của hệ là một hàm luôn luôn tăng  Đối với một hệ kín biến đổi theo một quá trình bất kỳ, qua đó độ biến thiên entropy của hệ là thì nguyên lý tăng entropy được viết dưới dạng: 5.4. Áp dụng nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học Ở hệ thống sống, vật chất, năng lượng được trao đổi không ngừng và quá trình biến đổi năng lượng cũng luôn luôn xảy ra. Vì vậy, hệ thống sống không thể nằm ở trạng thái cân bằng nhiệt động. hay ta nói sự tồn tại của trạng thái không cân bằng chính là điều kiện sống của cơ thể sống. Tuy nhiên, trong cơ thể sống không phải được đặc trưng bởi trạng thái không cân bằng bất kỳ mà sự vận động của nó đảm bảo các thông số quan trọng không thay đổi. Ví dụ, ở tế bào sống thì độ pH và gradient nồng độ ion luôn luôn không đổi, các trạng thái vừa nói trên gọi là các trạng thái dừng. Mức trạng thái dừng của hệ thống sống dễ dàng bị dao động, nó phụ thuộc lớn vào điều kiện môi trường bên ngoài cũng như bên trong. Ví dụ khi hoạt động, nghỉ ngơi, quá trình phát triển…đều có các mức trạng thái dừng khác nhau. Việc thay đổi mức trạng thái dừng không phải xảy ra tức thì mà là quá trình biến đổi chậm chạp. Ví dụ: khi đi từ sang vào tối, người làm việc nặng chuyển sang nghỉ ngơi… 5.5. Biến đổi entropy ở hệ thống sống Cơ thể sống là hệ mở trao đổi chất và năng lượng với môi trường xung quanh, vì vậy sự thay đổi entropy của hệ được chia thành hai phần. Ta gọi dSe là phần thay đổi entropy do sự trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường xung quanh, dSi là phần thay đổi entropy do sự biến đổi bên trong hệ. dS= dSe+ dSi Trang 6
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Giả sử xét hệ cô lập, dSe=0 (không trao đổi chất với môi trường), lúc này chỉ còn dSi thay đổi. đối với cơ thể sống, quá trình biến đổi bên trong cơ thể xảy ra không thuận nghịch nên chúng gắn liền với sự tăng entropy. Đại lượng dSe có thể nhận giá trị bất kỳ: âm, dương, bằng 0. Vì cơ thể có thể trao đổi chất với môi trường bên ngoài theo cả 2 chiều. Nhưng do quá trình sử dụng thức ăn và thải loại các chất thứ cấp khỏi cơ thể nên hầu như dSe mang giá trị âm. Bài tập ôn tập: Bài 2 SỰ VẬN CHUYỂN CHẤT TRONG CƠ THỂ I. Thuyết động học phân tử 1.1. Các giả thiết để xây dựng thuyết động học phân tử Để xây xựng được các phương tiện để khảo sát tính chất của chất khí người ta phải đưa ra các giả thiết về cấu tạo và tính chất của chất khí để đơn giản hóa cho quá trình tính toán, các chất khí thỏa mãn các giả thiết này được coi như chất khí lí tưởng. - Chất khí có cấu tạo gián đoạn và gồm số rất lớn các phân tử - Các phân tử chuyển động hỗn độn không ngừng, chúng va chạm nhau và va chạm vào thành bình. - Cường độ chuyển động thể hiện nhiệt độ của hệ. - Kích thước phân tử rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. - Các phân tử không tương tác nhau, chỉ tương tác khi va chạm, và va chạm là va chạm đàn hồi + Số mol: là khối lượng của 6,05.1023 hạt (gam) 1.2.Định luật phân bố Maxoen Thực nghiệm cho thấy vận tốc của phân tử khí có giá trị từ 0 đến các giá trị rất lớn, nhưng sự phân bố số phân tử theo vận tốc là không đều. 0
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn số phân tử có vận tốc từ v đến v+dv được tính như sau. dn = n F(v)dv Động năng trung bình của phân tử: gọi là hằng số Bolzman Trung bình bình phương vận tốc : m là khối lượng của một phân tử Vận tốc căn quân phương: Vận tốc trung bình: 1.3. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng Thông số trạng thái Trạng thái của một chất khí hoàn toàn được xác định bởi các đại lượng Vật lý thì các đại lượng Vật lý đó được gọi là các thông số trạng thái. Trong chương trình này ta xét tới các thong số trạng thái sau: thể tích (kí hiệu V, đơn vị m3 hay lít); áp suất (P, đơn vị Pa (paxcal hay N/m2)); nhiệt độ (T, đơn vị độ K (Kenvil), entropy (S, đơn vị J.K1). Trạng thái cân bằng là trạng thái được xác định bởi những thông số trạng thái xác định được gọi là trạng thái cân bằng. Quá trình cân bằng là một quá trình biến đổi trạng thái của hệ thông qua các trạng thái cân bằng liên tiếp. Phương trình trạng thái khi xét các quá trình biến đổi trạng thái của hệ, các thông số trạng thái có khi độc lập với nhau, có khi phụ thuộc vào nhau. Để thể hiện sự phụ thuộc lẫn nhau của các thông số trạng thái ta biểu thị qua một phương trình toán học gọi là phương trình trạng thái của. 1.3.1. Các định luật thực nghiệm a. Quá trình đẳng nhiệt: T = const Trang 8
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn b. Quá trình đẳng tích: V = const c. Quá trình đẳng áp: p = const 1.3.2. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng Một chất khí có trạng thái thỏa mãn phương trình sau đây gọi là khí lý tưởng: Trong đó: m là khối lượng của khối khí (đơn vị tính là gam) µ là khối lượng mol của chất khí (g/mol) R là hằng số khí lý tưởng (R = 8.31 J/mol.K) là số mol khí Phương trình đó gọi là phương trình trạng thái của khí lý tưởng. Ví dụ: Đáp số: a. 160kPa; b. 22 lít II. Hiện tượng khuếch tán 2.1. Khuếch tán không qua màn Trang 9
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Hiện tượng khuếch tán là hiện tượng các phân tử chuyển động hỗn độn và hòa lẫn vào nhau. Hiện tượng khuếch tán xảy ra ở cả chất khí, lỏng, rắn. tuy nhiên tốc độ khuếch tán thì xảy ra nhanh hơn đối với chất khí, lỏng, rắn. Tốc độ khuếch tán cho ta biết sự khuếch tán xảy ra nhanh hay chậm. định luật Flick cho ta biết số phân tử khuếch tán qua diện tích S trong khoảng thời gian dt qua công thức: dn=D.S.gradC.dt Người ta nhận thấy D phụ thuộc vào các yếu tố: Khối lượng và hình dạng phân tử Độ nhớt của dung môi Nhiệt độ của dung dịch 2.2. Khuếch tán qua màn xốp Màng xốp thấm tự do là loại màng có những lỗ với đường kính rất lớn so với đường kính phân tử. Hiện tượng xảy ra khi đặt 2 dung dịch ở hai phía của màn. III. Hiện tượng căng mặt ngoài Quan sát giọt mưa ta thấy nó có dạng hình cầu, các giọt chất lỏng khác cũng có dạng hình cầu. Với cùng một thể tích, mặt cầu là mặt có diện tích bé nhất. Lực tạo nên xu hướng làm co diện tích bề mặt về giá trị bé nhất gọi là lực căng mặt ngoài. Nguyên nhân tạo nên lực năng mặt ngoài là do các lực liên kết giữa các phân tử. Lực lên kết này giữ không cho các phân tử bề mặt thoát ra ngoài, ở trạng thái này năng lượng trên bề mặt là bé nhất. Lực căng mặt ngoài được tính theo công thức: F=б.l б là suất căng mặt ngoài của chất lỏng l là chiều dài (chu vi cần tính lực T0C (103N/m) T0C (103N/m) Nước 18 73,7 Rượu êthylic 30 20,8 Chloroforma 20 27 Thủy ngân 18 520 l Rượu êthylic 20 22 Sữa người 20 50 Bảng hệ số căng mặt ngoài của một số chất Trang 10
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn IV. Hiện tượng mao dẫn Hiện tượng nước trong ống nhỏ dâng lên hoặc tụt xuống ở điều kiện bình thường gọi là hiện tượng mao dẫn Độ cao của cột dâng lên hoặc hạ xuống được tính theo công thức: α là góc hợp bởi thành ống và tiếp tuyến của mặt cong tại điểm mặt cong tiếp xúc với thành ống. r là bán kính ống ρ là khối lượng riêng của chất lỏng V. Hiện tượng thẩm thấu Thẩm thấu là quá trình vận chuyển dung môi qua một màng ngăn cách 2 dung dịch có thành phần khác nhau khi không có lực ngoài tác dụng. động lực thúc đẩy quá trình thẩm thấu là áp suất thẩm thấu; Khi nghiên cứu hiện tượng thẩm thấu Van’t Hoff nhận thấy có thể dung phương trình trạng thái của khí lý tưởng đẻ tính áp suất thẩm thấu: p là áp suất thẩm thấu m là khối lượng chất hòa tan µ là trọng lượng phân tử chất hòa tan Vm là thể tích dung dịch R hằng số khí lý tưởng VI. Định luật Bernoulli VI.1. Định luật bảo toàn dòng Xét sự chuyển động dừng (là của 1 điểm không phụ thuộc thời gian mà chỉ phụ thuộc vị trí) của chất lưu trong một ống dòng. Gọi ΔS1 và ΔS2 là hai tiết diện thẳng bất v1 , v 2 kì của ống dòng ấy. Gọi vecctơ lần lượt là vectơ vận tốc chuyển động của chất lưu tại vị trí ΔS1 & ΔS2 (có phương lần lượt vuông góc với ΔS1 & ΔS2). Vì chất lưu lý tưởng nghĩa là hoàn toàn không nén được, nên khối lượng chất lưu chứa trong ống dòng giới hạn bởi hai tiết diện ΔS1 , ΔS2 là không đổi, do đó lưu lượng chất lưu chuyển động qua ΔS1 , ΔS2 phải bằng nhau. Trang 11
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn v1 ΔS1= v2 ΔS2 (6.6) VI.2. Định luật Becnuli: Trên hình (6.4) ta thấy khối chất lỏng chiếm vị trí (1,2) chuyển động chiếm vị trí (1’,2’). Khối chất lưu này chuyển động được như vậy là do áp suất p1 gây nên lực F1=p1S1 đẩy chất lỏng tiến tới, áp suất p2 gây nên lực F2=p2S2 cản chuyển động của chất lỏng. Công gây ra do F1 là công dương, công gây ra do F2 là công âm nên công thực hiện do áp suất của chất lỏng là: dA F1 dx1 F2 dx 2 p1 S1 dx1 p 2 S 2 dx 2 p1V1 p 2V2 Trong đó S1 dx1 V1 S 2 dx 2 V2 Vì chất lưu không nén được do đó theo phương trình liên tục ta có V1=V2=V là thể tích chất lỏng co kh ́ ối lượng m. Do đó phương trình (6.7) trên viết lại là: dA=(p1p2)V (6.8) Giữa vị trí (1,2) và (1’,2’) có chung nhau phần (1’,2) nên ta có thể coi như công do áp suất này làm cho khối chất lỏng (1,1’) chuyển động tới vị trí (2,2’). Nghĩa là khối chất lỏng có năng lượng cơ học ở vị trí (1,1’) là: 1 mgh1 mv12 2 Ở vị trí (2,2’) là: 1 2 mgh2 mv2 2 (m khối lượng chất lỏng, h1, h2 và v1, v2 lần lượt là chiều cao so với mặt đất và tốc độ của các vị trí tương ứng). Vậy sự biến thiên năng lượng cơ học của khối chất lỏng giữa hai vị trí (2,2’) và (1,1’) là: 1 1 2 dE mgh2 mv22 mgh1 mv1 2 2 Theo định luật bảo toàn cơ năng thì công thực hiện do áp suất chất lỏng bằng độ biến thiên năng lượng cơ học, nên ta có: dA=dE (6.10) Trang 12
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Từ (6.8); (6.9); (6.10) ta được: 1 2 1 2 p1 p2 V mgh2 mv2 mgh1 mv1 2 2 Hay 1 2 1 2 p1V mgh1 mv1 p 2V mgh2 mv2 2 2 Tức là: là phương trình định luật Bernoulli Trong đó: p: Gọi là áp suất tĩnh. ́ ất động. : ap su ́ ất thủy lực. : ap su Ta có thể phát biểu như sau: Trong chất lưu lý tưởng chảy dừng, áp suất toàn phần (gồm áp suất tĩnh, áp suất động, áp suất thủy lực) luôn luôn là một đại lượng không đổi. VII. Vận chuyển vật chất qua màng tế bào 7.a.1. Các hình thức vận chuyển thụ động 7.1.a.i.1. Khuếch tán đơn giản (simple diffusion) Khuếch tán đơn giản là hình thức khuếch tán trong đó các phân tử vật chất được vận chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp và không tiêu tốn năng lượng. Sự khác biệt về nồng độ của một chất 2 bên màng bào tương tạo nên một gradient nồng độ. Sự khác biệt này làm cho các phần tử chất đó đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp cho tới khi đạt tới sự cân bằng động ở hai bên màng mà không đòi hỏi phải cung cấp năng lượng. Trang 13
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Sau khi đã đạt được cân bằng, sự khuếch tán của các phân tử vẫn được tiếp tục duy trì tuy nhiên nồng độ của chúng ở hai bên màng không thay đổi. Hiện tượng này phụ thuộc vào động năng (kinetic energy) của các phần tử nên sự khuếch tán sẽ xảy ra nhanh hơn khi (1) nhiệt độ tăng, (2) gradient nồng độ lớn và (3) vật thể có kích thước nhỏ. Các phân tử tan trong lipid như oxygen, doxide carbon, nitrogen, các steroid, các vitamin tan trong lipid như A, D, E và K, glycerol, rượu và ammonia có thể đễ dàng đi qua lớp phospholipid kép của màng bào tương theo cả 2 phía bằng hình thức này (hình 4). Tốc độ khuếch tán của chúng tỷ lệ thuận vào khả năng tan trong lipid của các phân tử. Các phần tử có kích thước nhỏ không tan trong lipid cũng có thể khuếch tán qua màng theo hình thức này thông qua các kênh (hình 4), như các ion natri (Na+), ion kali (K+), ion calci (Ca2+), ion clo (Cl), ion bicarbonate (HCO3) và urê. Tốc độ khuếch tán của chúng tỷ lệ thuận với kích thước phân tử, hình dạng và điện tích của các phần tử. Nước không những dễ dàng đi qua lớp phospholipid kép mà còn khuếch tán qua các kênh này. 7.1.a.i.2. Hiện tượng thẩm thấu (hình 4)(osmosis) Hiện tượng thẩm thấu là hiện tượng vận chuyển thụ động của các phân tử nước từ nơi có nồng độ nước cao (có nồng độ chất hòa tan thấp) tới nơi có nồng độ Trang 14
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn nước thấp (có nồng độ chất hòa tan cao). Một dung dịch có nồng độ các chất hòa tan càng cao thì áp lực thẩm thấu càng lớn và ngược lại. Gradient áp lực thẩm thấu được hình thành hai bên màng do sự có mặt của các chất hoà tan với các nồng độ khác nhau ở mỗi bên. Dưới tác động của áp lực thẩm thấu nước sẽ di chuyển từ nơi có áp lực thẩm thấu thấp đến nơi có áp lực thẩm thấu cao để đạt đến sự cân bằng áp lực thấm thấu. Bình thường áp lực thẩm thấu ở trong tế bào cân bằng với áp lực thẩm thấu trong dịch ngoại bào nhờ đó thể tích của tế bào duy trì được sự hằng định một cách tương đối, trong khi đó áïp lực thẩm thấu của huyết tương lại cao hơn so với dịch kẻ bao quanh các thành mao mạch, sự khác biệt này làm nước sẽ di chuyển từ phía mô kẻ và trong lòng mao mạch. Các tình huống làm giảm áp lực thẩm thấu của huyết tương sẽ làm ứ trệ nước trong dịch kẻ và dịch ngoại bào. 7.1.a.i.3. Hiện tượng khuếch tán qua trung gian (facilitated diffusion) Hiện tượng khuếch tán qua trung gian (hình 5) là hiện tượng khuếch tán của các chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp nhờ vai trò trung gian của các protein đóng vai trò chất vận chuyển trên màng bào tương. Tốc độ của kiểu khuếch tán này phụ thuộc vào sự khác biệt về nồng độ của chất được vận chuyển ở hai bên màng và số lượng của các chất vận chuyển đặc hiệu. Trong cơ thể các ion, urê, glucose, fructose, galactose và một số vitamin không có khả năng tan trong lipid để đi qua lớp phospholipid kép của màng sẽ di chuyển qua màng theo hình thức này. Ví dụ: Glucose là một trong những chất quan trọng đối với hoạt động sống của tế bào được vận chuyển vào theo hình thức khuếch tán qua trung gian để đi vào trong tế bào, quá trình này diễn ra theo các bước trình tự như sau: Trang 15
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn + Glucose gắn vào chất vận chuyển đặc hiệu ở phía bên ngoài màng, các chất vận chuyển này khác nhau tùy theo từng loại tế bào. + Chất vận chuyển thay đổi hình dạng. + Glucose đi qua màng và giải phóng vào trong tế bào, tại đây enzyme kinase sẽ gắn một nhóm phosphat vào phân tử glucose để tạo thành glucose 6phosphate. Phản ứng này giúp duy trì nồng độ glucose trong tế bào luôn luôn ở mức thấp tạo điều kiện cho glucose luôn luôn được vận chuyển vào bên trong. 7.a.2. Các hình thức vận chuyển chủ động Hình thức vận chuyển này được chia làm hai loại (1) vận chuyển chủ động nguyên phát và (2) vận chuyển chủ động thứ phát tùy theo năng lượng ATP được sử dụng trực tiếp hay gián tiếp trong qúa trình vận chuyển các chất. 7.2.a.i.1. Vận chuyển chủ động nguyên phát (primary active transport) Vận chuyển chủ động nguyên phát là hình thức vận chuyển trong đó năng lượng từ ATP được sử dụng trực tiếp để "bơm" một chất qua màng theo chiều ngược với chiều gradient nồng độ. Tế bào sẽ sử dụng năng lượng này thay đổi hình dạng của các protein vận chuyển trên màng bào tương để qua đó thực hiện việc vận chuyển. Khoảng 40% ATP của tế bào phục vụ cho mục đích này. Trang 16
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn 7.2.a.i.2. Vận chuyển chủ động thứ phát (secondary active transport) (hình 7) Trong hình thức vận chuyển này năng lượng tồn trữ do sự khác biệt về gradient nồng độ của ion Na+ được sử dụng để vận chuyển các chất đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chúng qua màng. Bơm natri duy trì một sự khác biệt lớn về nồng độ ion Na+ hai bên màng bào tương, nếu có một con đường qua đó cho phép các ion Na+ đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp thì năng lượng tồn trữ do sự khác biệt về nồng độ của Na+ sẽ được chuyển thành động năng để giúp vận chuyển một chất khác đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chất đó. Trang 17
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Vì sự khác biệt nồng độ của ion Na+ được thiết lập qua hình thức vận chuyển chủ động nguyên phát, đòi hỏi ATP một cách trực tiếp nên có thể coi hình thức vận chuyển thứ phát đã sử dụng ATP một cách gián tiếp để thực hiện việc vận chuyển chủ động qua màng. Nhiều loại ion và chất dinh dưỡng được vận chuyển bằng hình thức này: 7.2.a.i.3. Hình thức vận chuyển bằng các túi Đây là hình thức vận chuyển cho phép các phần tử có kích thước lớn có thể đi qua được màng tế bào, hình thức này gồm có (1) Hiện tượng nhập bào (endocytosis) bao gồm hiện tượng thực bào (phagocytosis), hiện tượng ẩm bào (pinocytosis), hiện tượng nhập bào qua trung gian receptor. (2) Hiện tượng thải bào (exocytosis) 7.2.a.i.4. Hiện tượng nhập bào Thành phần vật chất ngoại bào được đưa vào trong các túi được tạo thành từ sự lõm vào của màng tế bào Trong bào tương các túi nhập bào sẽ hoà lẫn với lysosome, các thành phần trong túi nhập bào sẽ bị thủy phân bởi các enzyme và các đơn phân sẽ được đưa vào trong dịch nội bào. Hiện tượng thực bào (hình 8) Hình 8: Hiện tượng thực bào 7.2.a.i.5. Hiện tượng thải bào Hiện tượng thải bào là hiện tượng các cấu trúc được gọi là túi tiết (secretory vesicle) được tạo thành trong lòng bào tương tiến tới và hòa nhập màng của túi vào màng bào tương để đưa các thành phần bên trong túi vào dịch ngoại bào. VIII. Tính chất vật lý của hệ tuần hoàn Trang 18
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn 8.1. Hệ thống tim mạch Hệ thống tim mạch gồm có tim và hệ mạch máu, đóng vai trò rất quan trọng trong cơ thể, có tính chất sinh mạng. Đảm nhiệm các chức năng sau: Cung cấp oxy và dưỡng chất cho tổ chức, đồng thời mang các chất cần đào thải chuyển cho các cơ quan có trách nhiệm thải ra ngoài. Thông tin liên lạc bằng thể dịch: vận chuyển các hormon, các enzym đến các cơ quan, liên lạc giữa các cơ quan với nhau. Điều hòa thân nhiệt: nguồn máu nóng sưởi ấm các cơ quan và làm nhiệm vụ thải nhiệt cho cơ thể. Trong các chức năng trên, nhiệm vụ cung cấp oxy, glucose cho việc chuyển hóa năng lượng là nhiệm vụ quan trọng nhất. Hình 1 : Sự lưu thông máu trong cơ thể Tế bào não thiếu năng lượng dù chỉ vài giây, đã ngừng hoạt động, nếu thiếu năng lượng quá 5 phút, nó sẽ tổn thương khó hồi phục. Tim hoạt động như một máy bơm, hút và đẩy máu vào 2 vòng tuần hoàn: đại tuần hoàn và tiểu tuần hoàn (Hình 1). Vòng đại tuần hoàn (tuần hoàn hệ thống) mang máu động mạch giàu oxy và các chất dinh dưỡng từ tim trái theo động mạch chủ, động mạch chủ tiếp tục phân thành những động mạch nhỏ dần đến các cơ quan. Ở tổ chức, các tiểu động mạch tiếp nối với mạng mao mạch, dưỡng chất và khí sẽ trao đổi qua các thành mỏng của mao mạch, dưỡng chất được cung cấp cho tổ chức. Sau đó máu đã bị khử oxy vào các tiểu tĩnh mạch, được mang ra khỏi mô, tập trung vào những tĩnh mạch lớn, về tim phải. Vòng tiểu tuần hoàn (tuần hoàn phổi) mang máu tĩnh mạch từ tim phải theo động mạch phổi lên phổi, ở mao mạch phổi, khí cacbonic được thải ra ngoài và máu nhận oxy để trở thành máu động mạch, theo tĩnh mạch phổi về tim trái, tiếp đó bắt đầu một chu trình tương tự qua vòng đại tuần hoàn. Trang 19
Giáo trình Vật lý – Sinh học GV: Trần Văn Tuẩn Như vậy tim là động lực chính của tuần hoàn, tim hút và đẩy máu vào động mạch. Động mạch và tĩnh mạch dẫn máu đến tổ chức và từ tổ chức về tim. Mao mạch chính là nơi diễn ra quá trình trao đổi chất giữa máu và mô. Hệ thống mạch máu có thể xem như hệ ống dòng, vì thế vận tốc chảy của dòng máu phụ thuộc nhiều vào các yếu tố áp suất dòng máu và tiết diện mạch máu. 8.2. Chức năng vận chuyển khí của máu 8.2.1. Vận chuyển khí O2 Hồng cầu vận chuyển O2 từ phổi đến tổ chức nhờ phản ứng sau: Hb + O2 Û HbO2 (oxyhemoglobin) Trong đó O2 được gắn lỏng lẻo với Fe2+. Đây là phản ứng thuận nghịch, chiều phản ứng do phân áp O2 quyết định. Trong phân tử Hb, O2không bị ion hoá mà nó được vận chuyển dưới dạng phân tử O2. Khi hít phải không khí nhiều CO (carbon monoxide), hemoglobin sẽ kết hợp CO để tạo ra carboxyhemoglobin theo phản ứng: Hb + CO Þ HbCO Ái lực của Hb đối với CO gấp hơn 200 lần đối với O2, vì vậy một khi đã kết hợp với CO thì Hb không còn khả năng vận chuyển O2 nữa. Dấu hiệu đầu tiên là da đỏ sáng, bệnh nhân rơi vào trạng thái kích thích, rồi buồn ngủ, hôn mê và tử vong. Khí CO thường được sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn. Điều trị bằng cách đưa bệnh nhân ra khỏi môi trường nhiều CO, đồng thời cho thở O2. Lượng CO trong không khí là chỉ số đo mức độ ô nhiễm môi trường. Khi máu tiếp xúc với những thuốc hoặc hoá chất có tính oxy hoá, Fe trong nhân heme chuyển thành Fe3+và hemoglobin trở thành methemoglobin không 2+ còn khả năng vận chuyển O2. Methemoglobin khi hiện diện trong máu nhiều sẽ gây triệu chứng xanh tím. Tình trạng này xảy ra khi ngộ độc một số dẫn chất của anilin, sulfonamide, phenacetin, nitroglycerin, nitrate trong thực phẩm ... 8.2.2. Vận chuyển khí CO2 Hồng cầu vận chuyển CO2 từ tổ chức về phổi theo phản ứng sau: Hb + CO2 Û HbCO2 (carbaminohemoglobin) CO2 được gắn với nhóm NH2 của globin. Đây cũng là phản ứng thuận nghịch, chiều phản ứng do phân áp CO2 quyết định. Chỉ khoảng 20% CO2 được vận chuyển dưới hình thức này, còn lại là do muối kiềm của huyết tương vận chuyển. 8.3. Lưu lượng tim Q = Qs . f Qs là khối lượng máu mỗi lần tim bóp tống ra (bình thường khoảng 70ml). f (tần số tim): số lần tim bóp trong 1 phút (bình thường khoảng 70 lần/phút). Vậy Q = Qs x f = 70ml x 70 lần = 4900ml/phút. Trang 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.