Tổng hợp bài giảng lý sinh cho sinh viên y

BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
§1. Mộtsố khái niệm:
1.1. Hệ nhiệt động:
- Khái niệm: Là tậphợpcácvậtthể , các phân tử,
nguyên tử,… giới hạn trong một không gian nhất
định.
- Ví dụ: Mộtthể tích nước trong bình, mộtkhối khí trong
xy lanh, mộtcơ thể sinh vật, mộttế bào sống,
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.1. Hệ nhiệt động:
•-Phânloại: 3 loại:
• + Hệ nhiệt động cô lập: Không trao đổivậtchấtvà
năng lượng với bên ngoài (nước trong một
phích kín, cách nhiệttốt)
• + Hệ nhiệt động kín (hệđóng): Chỉ trao đổinăng
lượng mà không trao đổivậtchấtvới bên ngoài
(nước trong phích kín nhưng cách nhiệtkém).
•+
Hệ nhiệt động mở: Trao đổicả vậtchấtvànăng
lượng với bên ngoài (nước trong phích hở, cơ
thể sống củasinhvật,
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.2. Thông số trạng thái:
• - Khái niệm: Là các đạilượng đặctrưng cho
trạng thái củamộthệ nhiệt động
•+ Vớihệ nhiệt động vậtlý(như hệ khí,…) thì
các thông số trạng thái củahệ có thể là N (số
phân tử), V (thể tích), P (áp suất), T (nhiệt độ),

U (nộinăng), S (entropy),…
•+ Vớihệ nhiệt động là tế bào sống thì thông số
trạng thái có thể là nồng độ chất, nồng độ ion,
độ pH , áp suấtthẩmthấu,…
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.2. Thông số trạng thái:
•Khihệ thay đổitrạng thái thì các thông số
củahệ cũng thay đổi theo những quy luật
nhất định (quy luật nhiệt động).
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.2. Thông số trạng thái:
-Trạng thái củahệ mà các thông số trạng thái
không thay đổitheothờigianlàtrạng thái cân
bằng; Khi đó
đạo hàm các thông số trạng thái
củahệ theo thờigiansẽ bằng không.
-Một quá trình biến đổicủahệ gồmmộtchuỗi liên
tiếpcáctrạng thái cân bằng
gọi là quá trình cân
bằng. Một quá trình cân bằng là quá trình thuận
nghịch
• Ví dụ: Các quá trình lý tưởng như dãn nở khí
đẳng áp, đẳng nhiệt, …
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.2. Thông số trạng thái:
•Một quá trình biến đổi mà quá trình ngượclại
không thể tự sảyrahoặcnếusảyrathìlàmmôi

trường xung quanh có thay đổi, đượcgọilàquá
trình bấtthuận nghịch hay không cân bằng.
• Ví dụ: Quá trình truyền nhiệt, biến đổi công
thành nhiệt,….
• Các quá trình xảy ra trong tự nhiên thường là
bất thuân nghịch.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.3. Gradien (grad):
• - Khái niệm: Gradien củamột đạilượng
vậtlýlàđạilượng có trị số bằng độ biến
thiên của đạilượng đótrênmột đơnvị
dài:
• gradU =
Dạng véc tơ:
vớilàvéctơđơnvị theo chiềuU tăng.
dx
dU
n
=Ugrad
dx
dU
n
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.3. Gradien (grad):
• Ví dụ:
•+ Gradiencủanồng độ: gradC =
•+ Gradiencủa điệnthế: gradV =
•-Trongtế bào sống luôn tồntại nhiềuloại gradien, nó là

một đặctrưng cho tế bào sống:
•+ Gradiennồng độ hình thành do sự phân bố không
đồng đềucủacácchấthữucơ và vô cơ giữacácphần
củatế bào hoặc trong và ngoài tế bào
dx
dC
dx
dV
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.3. Gradien (grad):
• + Gradien thẩmthấu hình thành do chênh lệch
áp suấtthẩ
mthấu, đặcbiệtlàápsuấtthẩmthấu
keo giữa bên trong và ngoài tế bào.
• + Gradien màng tạo ra do phân bố không đồng
đềucácchất có phân tử lượng khác nhau ở hai
phía màng tế bào mà nguyên nhân là do màng
tế bào có tính bán thấm, chúng cho các phân tử
nhỏđiqua dễ dàng, nhưng các phân tử có
phân
tử lượng lớnthìrấtkhóthấm vào hoặcgiải
phóng ra khỏitế bào.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 1.3. Gradien (grad):
• + Gradien độ hòa tan xuấthiện ở hai pha không trộnlẫn,
do sự hòa tan các chấtcủa hai pha khác nhau (như pha
lipit và protein trong tế bào,…)
•+ Gradienđiệnthế xuấthiệndo sự chênh lệch vềđiện

thếởhai phía màng tế bào, khi có phân bố không đều
các ion như Na
+
, K
+
,…
•+ Gradienđiệnhóagồmtổng gradien nồng độ và
gradien điệnthế, xuấthiện khi có sự phân bố không đều
các hạt mang điện ở trong và ngoài tế bào.
• Nói chung, khi tế bào chết thì gradien mất đi.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• §2. Nguyên lý I nhiệt động họcvớihệ sinh vật:
• 2.1. Nộinăng, công, nhiệtlượng:
• 2.1.1. Nộinăng:
•Nộinăng (U) củamộthệ nhiệt động là toàn bộ năng
lượng chứa trong hệ.
•Năng lượng chứatronghệ gồmnăng lượng chuyển
động nhiệt, năng lượng dao động của các phân tử,
nguyên tử, nă
ng lượng chuyển động của các electrron,
năng lượng hạt nhân,… Như vậy, năng lượng tương tác
củahệ với bên ngoài và động năng chuyển động củacả
hệ không được tính vào nộinăng.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.1.1. Nộinăng:
•Mỗitrạng thái củahệ tương ứng có một
nộină
ng xác định, khi hệ thay đổitrạng

thái thì nộinăng thay đổi; Nói cách khác
nộinăng là hàm trạng thái củahệ.
•Nếuhệ thựchiệnmột quá trình kín và trở
về trạng thái ban đầuthìđộ biến thiên nội
năng ΔU = 0.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.1.2. Công:
•Công(A) làsốđophầnnăng lượng trao đổigiữa
hai hệ sau quá trình tương tác mà kếtquả là làm
thay đổimức độ chuyển động định hướng của
mộthệ nào đó.
• Ví dụ:
•Hệ khí trong xy lanh dãn nởđẩy pit tông chuyển
động thì hệ khí đãtruyền cho pít tông năng lượng
dướidạng công,
•Khiđámộtquả bóng làm nó chuyển động thì quả
bóng đãnhận đượcnăng lượng dướidạ
ng công.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.1.2. Công:
• Công phụ thuộc vào quá trình biến đổi,
nếuhệởmộttrạng thái xác định không có
trao đổinăng lượ
ng thì công bằng không.
•Tronghệ sinh họccũng luôn tồntạicác
quá trình thựchiện công. Công sinh họclà
công mà cơ thể sinh vật sinh ra trong quá
trình sống của chúng. Công sinh họccó

nhiềudạ
ng
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• Công sinh học
•-Do cơ thể sinh ra khi có sự dịch chuyểncácbộ phận,
các c
ơ quan trong nộibộ cơ thể sinh vậthoặctoànbộ
cơ thể sinh vật.
• Ví dụ:
• + Công sinh ra khi hô hấplàcôngđượcthựchiệnbởi
các cơ hô hấp để thắng tấtcả các lựccản khi thông khí.
Công củatimthựchiệnkhiđẩymáuvàomạch và đẩy
máu chuyển động theo mộtchiềuxácđịnh,…
• + Công sinh ra khi động vậtchạy, khi côn trùng bay,…
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• Công sinh học:
• Ví dụ:
1. Công tổng hợpcácchất cao phân tử sinh vật
từ các phân tử có phân
tử lượng thấphơnnhư
tổng hợp protein, axit amin, axit nucleic từ
mononucleotit hay tổng hợpgluxittừ
monosacarit,…
2. - Công điệnsinhrakhixuấthiện điệnthế sinh
vật, khi dẫntruyềnxungthần kinh,…
3. - Công vận chuyểncácchấtngượcchiều
gradien nồng độ, công vận chuyểncác
ion

ngượcchiềugrdienđiệnthế,…
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.1.3. Nhiệtlượng
•Nhiệtlượng (Q) là sốđophầnnăng lượng trao
đổigiữa hai hệ sau quá trình tương tác thông
qua sự trao đổitrựctiếpnăng lượng giữacác
phân tử chuyển động hỗnloạn trong các hệđó.
Ví dụ:
•Phầnnăng lượng truyềntừ vật nóng cho vật
lạnh khi tiếp xúc nhau là nhiệtlượng.
•Nhiệtlượng cũng phụ thuộc quá trình biến đổi.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.2. Nguyên lý I nhiệt động học:
•
Nguyên lý I nhiệt động họclàđịnh luậtbảo toàn
năng lượng áp dụng cho quá trình nhiệt
• Phát biểu: Nhiệtlượng mà hệ nhận đượctrong
một quá trình bằng tổng công mà hệ sinh ra
cộng với độ biến thiên nộinăng củahệ
•Biểuthức: Q = A +
Δ U
• Quá trình biến đổi vô cùng nhỏ: ƏQ = ƏA + dU
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.2. Nguyên lý I nhiệt động học:
•Nếumộthệ không nhận nhiệtlượng (Q = 0) mà
liên tuc sinh công (A > 0) hoặc liên tụcsinh
công lớnhơn nhiệtlượng nhậnvào(A > Q) thì

ΔU = Q - A < 0 tứclàU giảmdần đếnhếtnội
năng (U = 0) thì dừng.
•Vậy theo nguyên lý I:
Không thể chế tạo động cơ
vĩnh cửuloạiI liêntục sinh công mà không nhận nhiệt
lượng hoặc liên tục sinh công lớnhơn nhiệtlượng nhận
vào.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.3. Nguyên lý I nhiệt động họcápdụng
cho chuyểnhóahóahọc:
• 2.3.1. Hiệu ứng nhiệtcủaphản ứng hóa học:
• - Khái niệm: Hiệu ứng nhiệtdQcủaphản ứng
hóa họclàlượng nhiệth
ệ sinh ra trong phản
ứng: dQ = - Q
•-Xétphản ứng diễnratrongđiềukiện đẳng tích
thì A = 0 nên dQv = -Q = -dU
Vậy: Hiệu ứng nhiệt trong quá trính đẳng tích
bằng độ giảmnộinăng củahệ.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.3.1. Hiệu ứng nhiệtcủaphản ứng hóa học:
•-Xétphản ứng diễn ra trong điềukiện đẳng áp:
dQp = -Q = - dU – PdV = -d(U + PV) = -dH
• Đạilượng H = U + PV gọi là entanpi củahệ.
•Vậy: Hiệu ứng nhiệt trong quá trình đẳng áp
bằng độ giảm entanpi củahệ.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC

• 2.3.2. Định luật Hertz:
•Khi áp dụng nguyên lý I cho các
chuyển hóa hóa học, Hertz đưara
đinh luật:
Hiệu ứng nhiệtcủa các chuyểnhóahóahọcxảy
ra qua các quá trình trung gian chỉ phụ thuộc
vào dạng và trạng thái củacácchất ban đầuvà
chấtcuối mà không phụ thuộc vào các quá trình
trung gian.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.3.2. Định luậtHertz:
• Định luật Hertz có ý nghĩa cho phép xác
đị
nh hiệu ứng nhiệtcủa các phản ứng mà
vì lý do nào đó không thể x
ảyratrong
điềukiện thí nghiệmhoặc không thểđo
trựctiếp đượchiệu ứng nhiệtcủa nó.
• Định luậtcũng giúp khẳng định mộtphản
ứng nào đócóxảy ra qua các phản ứng
trung gian hay không.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.3.2. Định luậtHertz:
• Ví dụ:
•Ta khôngthể xác định đượchiệu ứng
nhiệtcủap
hản ứng đốt cháy cacbon (C) ở
thể rắn thành oxitcacbon (CO) ở thể khí vì

trong quá trình đốt luôn có kèm theo một
lượng khí CO
2
thoát ra.
BÀI GIẢNG LÝ SINH
CHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC
• 2.3.2. Định luậtHertz:
• Ví dụ:
• Tuy nhiên có thể xác định đượchiệu ứng
nhiệtcủa hai phản ứng:
C
rắn
+ O
2 khí
CO
2
+ 97 kcal/mol
CO
rắn
+ O
2 khí
CO
2 khí
+ 68 kcal/mol
•Từ hai phản ứng có:
C
rắn
+ O
2 khí
CO

khí
+ 29 kcal/mol