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关于微生物活细胞,星元如是说:

已有 3449 次阅读 2008-4-30 13:39 |个人分类:细胞经济假说|系统分类:观点评述|关键词:微生物细胞,复杂性系统,热力学系统,能量代谢,发酵原理| 发酵原理, 复杂性系统, 能量代谢, 微生物细胞, 热力学系统

张星元:关于微生物活细胞,星元如是说:

世界上一切物体总是相互作用、相互关联,形成一个整体。世界作为一个整体是无法进行实验和研究的,为了实验和研究的方便,只好从这个整体分隔出一部分(我们感兴趣的部分)来,这样分隔出来的被界面包围的部分(准备进行研究的部分),被称为热力学的体系(或系统),与体系相互作用着的其余部分称为该体系的环境或外界。

根据界面的性能可将热力学的体系分成3类:孤立(隔离)体系,指与环境既没有物质交换也没有能量交换的体系;封闭体系,指与环境没有物质交换,但可以有能量交换的体系;开放体系,指与环境既可有能量交换又可有物质交换的体系。

微生物活细胞属于哪一类系统呢?这还得从热力学第二定律说起。

德国克劳修斯(R.E.Clausius)发现的热力学第二定律(1850 年)指出:热量不能自发地由低温物体向高温物体传递。也就是说,热力学系统的自发过程总是向有序性程度减少、无序程度增加(即熵增加)的方向发展。这个定律的经典热力学表述是:在封闭系统及其所处的环境组成的孤立系统中,任何自发过程总是朝着越来越混乱的方向演化。

微生物的活细胞任何时刻都离不开它生存的环境,只有在与环境的交换中才能维持细胞结构和生命活动,因此微生物细胞绝不是孤立系统。如果微生物细胞是封闭系统,那么根据熵增加原理,它们及它们所处的环境组成的孤立系统必将自发地走向混乱,其结果必将是微生物细胞的解体;因为微生物活细胞是客观存在的,所以微生物细胞也不是封闭系统。综上所述,微生物活细胞只能是开放体系

微生物活细胞的生命活动是朝着有序的方向进行的,有序状态的形成和维持都需要与环境之间有交流的、开放的条件;而交换则要靠细胞内外的不平衡来推动。微生物活细胞总是不断地从环境取得营养物质(一般是作为化学能源的低熵物质),在细胞内进行生物氧化,获得代谢能和生物合成的代谢中间物,同时把细胞内部这样的不可逆过程产生的热量和一部分降解物排放到环境中去。因此,微生物细胞是不平衡的开放体系

微生物活细胞靠消耗能量来维持细胞的低熵(高度有序)状态。为了维持生存状态或使生物量有所增长,必须有足够的有效能源。如果净的能量输入超过临界值,细胞状态会发生宏观变化,即出现一种新的有序状态(生长)。对于微生物细胞这个系统而言,细胞离开平衡状态越远,混乱的输出能力越强,细胞结构越稳定,细胞的活力越强。因此,微生物活细胞是一个远离平衡状态的不平衡的开放体系



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