Termodynamika živých a chemických systémů - KME/TZCH

Garant

  • Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Přednášející

  • Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Cvičící

  • Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Rozvrhové akce

Cíle předmětu

Student porozumí následující problematice:
- Struktura termodynamiky - jednoduché systémy, druhý termodynamický zákon, entropie.
- Problematika nerovnováhy - produkce entropie, termodynamické toky a síly, disipativní struktury.
- Stabilita.
- Základy chemické termodynamiky, autokatalytické reakce, cykly.
- Chemické reakce v živých systémech, toky energie, změny konformací proteinových molekul.
- Molekulární stroje, práce na molekulární úrovni, bičíky, svalový mechanismus.
- Otevřené problémy.

Harmonogram

TýdenPřednáška
1. O čem je termodynamika, pojem práce, pojem tepla. První termodynamický zákon, energie. Jednoduchý systém. Druhý termodynamický zákon, teplo jako diferenciální forma, entropie. Druhý termodynamický zákon a živé systémy.
2. Ilustrace termodynamiky – ideální plyn, rovnice „90-procent“, produkce entropie, termodynamické toky a síly, lineární termodynamika.
3. Základy chemie, chemická vazba, chemické reakce, katalyzátor, exotermické a endotermické reakce.
4. Systémy s výměnou částic a chemické reakce (elektrochemický potenciál, afinita, zákon působících hmot).
5. Pojem a význam stability, stabilita a vznik struktur (jednoduchá ilustrace na difúzní rovnici s nelineárním členem), druhý diferenciál entropie.
6. Základní klasifikace termodynamických systémů z hlediska stability: rovnováha, blízko od rovnováhy, daleko od rovnováhy. Disipativní struktury.
7. Chemické reakce v systémech daleko od rovnováhy, stabilita, význam autokatalytických reakcí pro živé systémy.
8. Proteiny a jejich konformace, ligandy, mechanismy pohybu v živých systémech. Struktura živé buňky, cytoskeletální síť.
9. Základy fyziky makromolekul, polymerní řetězce, příklady.
10. Fraktály - základní ideje, matematický model fraktální křivky, fraktální povrchy v živých systémech - souvislost s metabolismem.
11-12. Přednášky přizvaných odborníků z termodynamiky, biologie a chemie podle dohody
13. Opakování.

Získané způsobilosti

Student zná základy chemické termodynamiky, orientuje se v základních způsobech fyzikálního popisu živých organismů.

Podmínky zápočtu

Aktivní účast na cvičeních, popřípadě zpracování zadaného příkladu z termodynamiky včetně jeho počítačové simulace.

Zkouška

Písemná zkouška sestávající ze dvou částí: 1. Test znalosti probraného učiva. 2. Samostatné vyřešení příkladu z termodynamiky.

Doporučená literatura