BIO-205 Fysiikka

Tasapaino + esimerkki

ilmiön lähtötilan ja lopputilan välillä ei ole vapaassa energiassa eroa
Esim. nestejäänityksen tasapaino soluvälitilan ja sytosolin välillä (?)

Mekaaninen energia

liike-energian ja potentiaalienergian summa

Bernoullin laki

virtauksessa nopeuden kasvaessa paine alenee
Esim. vesi-imu, äänihuulien toiminta, lentokoneiden siivet

Diffuusion mikroskooppinen malli

molekyylien/partikkelien satunnainen lämpöliike johtaa siihen, että törmäilyjen takia partikkeli joutuu todennäköisemmin pois päin alueelta, jossa partikkeleitä on enemmän

Diffuusioilmiöiden ominaisuukset

1) Diffuusio on hidas, jos diffundoituva etäisyys on pitkä. Esim. tämän takia solutasolla diffusiota hyödynnetään synapsiraoissa, sarkoplasmisessa kalvostossa (jotka toimivat lyhyen välimatkan viestinnässä)
2) Mitä suurempi molekyyli, sitä hitaampi on diffuusio

Difraktio

Aallon taipumista esteiden taakse

Seisova aaltoliike

syntyy, kun kaksi samanlaista mutta vastakkaisiin suuntiin etenevää aaktoliikettä kohtaa.

Vapaa energia

Ei-sidottua energiaa: esim. liike-, lämpö-, valo- tai sähköenergiaa.

Epätasapaino + esimerkki

lähtö- ja lopputilojen välillä on vapaa energian eroa
Esim. H⁺ ionien pitoisuus mitokondrion matriksin ja välitilan välillä.

Kemiallinen potentiaali (µ)

liuenneen aineen pot. energia joka perustuu sen pitoisuuteen ja vuorovaikutukseen liuottimen kanssa
µ = RT lna + µ_0
- jos ainetta kuljetetaan kohti korkeampaapitoisuutta, joudutaan tekemään työtä. Diffuusio matalampaan tapahtuu kohti matalampaan potentiaalienergiaan

Sähkökemiallinen potentiaali (~µ)

liuenneen varatun aineen potentiaalienergia, -> joka perustuu a) aineenpitoisuuteen (aktiivisuuteen), sekä b) aineen varaukseen ja liuoksen sähköiseen potentiaaliin, sekä c) vielälisäksi aineen vuorovaikutukseen väliaineen (liottimen) kanssa
~µ = RT ln(a) + zFψ + µ_0
- siirto kohti korkeampaan pitoisuuteen ja sama-merkkiseen varaukseen vaatii työtä

Mihin ja miten vapaa energiaa käytetään? Miten tämä liittyy Gibbsin energiaan?

Reaktioista vapautuvaa energiaa kytketään muihin reaktioihin, jotka vaativat energiaa. Tällöin vapaa energiaa käytetään tekemeään "hyötytyötä". Soluissa tähän takoitukseen hyödynnetään enstyymeitä, ATP:ta jne.
- Gibbsin energian verran energiaa on käytössä (ihanteellisesti)

Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan entropia kasvaa. Eliöt pienentävät entropiansa. Miten tämä ristiriita selitetään?

Entropian kasvu = epäjärjestykseen, eli vähempään vapaa energian tilaan pyrkiminen. Eliöt muodostavat epätasapainotiloja sisällään (vapaa energian kasvu), mutta tämän aikaan saaminen aiheuttaa entropian kasvua eliön ulkopuolella. Eli kokonais entropia kasvaa.
Esim. Glukoosia hajotetaan ATP:n muodostamiseksi. Glukoosin hajoaminen kasvattaa entropiaa, ATP:n muodostus vähentää entropiaa, osa glukoosin energiasta muuttuu lämpöenergiaksi, mikä kasvattaa entropiaa. Glukkosi -> ATP + lämpö.

Energiaperiiaate (energian säilymislaki)

Tarkoittaa sitä, että energian kokonaismäärä ei muutu. Energia voi vaihtua muodosta toiseen. Reaalisissa systeemeissä osa energiasta aina muuttuu kitkaksi ja lämmöksi, jolloin se "häviää"/poistuu systeemistä.

Diffuusion makroskooppinen malli

Ei kerro mekanismista mutta antaa kuvailevat matemaattiset yhtälöt, joilla diffuusioilmiötä voidaan laskea ja ennustaa.
- Fickin lait

Massaspektrometria

Perustuu molekyylien (varaukseellisia) kiihdyttämiseen sähkökentän avulla. Niiden lentorataa ohjaillaan sähkö- ja magneetikentällä.

Aaltofunktio

lauseke, joka riippuu aika ja paikkamuuttujasta, kuvaa aallin etenemistä paikan suhteen ajan kuluessa
-esim sini funktio

Aallonpituus

kahden peräkkäisen huipun välinen etäisyys

Taajuus

se, kuinka monta aaltoa (aallonpituuden verran?) ohittaa tarkastelukohdan sekunnissa

Interferenssi

Aaltojen summautumista