ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN LÝ SINH HỌC
1. hãy cho biết hướng nghiên cứu và triền vọng của lý sinh ?
Sự áp dụng kiến thức vật lý vào nghiên cứu sinh học đã được thực
hiện vào cuối thế kỷ XVIII. Năm 1780 hai nhà khoa học Pháp là Lavoadie
và Laplace đã tiến hành thí nghiệm để khảo sát tính đúng đắn của định
luật I nhiệt động học khi áp dụng vào hệ thống sống. Năm 1791, Galvani,
giáo sư giải phẫu trường đại học Bolon (Italia) đã công bố kết quả
nghiên cứu trong quyển sách "Bàn về các lực điện động vật trong co
cơ", khẳng định có tồn tại dòng điện sinh vật. Năm 1859, Raymond đã
phát hiện phần trước và phần sau cầu mắt động vật có xương sống tồn
tại một hiệu điện thế và đo được giá trị từ 10 đến 38mV, gọi là điện thế
tĩnh (hay điện thế nghỉ ngơi). Năm 1865, Holgreen phát hiện được giá trị
hiệu điện thế giữa phần trước và phần sau cầu mắt động vật có xương
sống sẽ tăng lên khi mắt được chiếu sáng. Sau này các nhà khoa học
xác định, đó chính là điện thế hoạt động (hay điện thế hưng phấn). Năm
1875, Calton khẳng định khi mắt được chiếu sáng, không những điện
cầu mắt tăng lên như Holgreen đã phát hiện mà điện ở vùng thị giác trên
bán cầu đại não cũng tăng lên. Sau này các nhà khoa học xác định đó
chính là dòng điện hưng phấn xuất hiện khi mắt được chiếu sáng, đã lan
truyền theo dây thần kinh thị
giác tới vùng thị giác trên bán cầu đại não, dẫn tới hiệu ứng sinh học là
cảm nhận được ánh sáng. Năm 1922, Erlanger và Gasser dùng dao
động ký âm cực để đo dòng điện hưng phấn xuất hiện trong dây thần
kinh. Năm 1922,Viện Lý sinh ở Liên Xô cũ được thành lập. Năm 1929,
Berger ghi được điện não đồ của động vật. Lịch sử hình thành Lý sinh
đã được Taruxop, giáo sư trường Đai học tổng hợp Lomonoxop khẳng
định: "Lý sinh được xem như là một khoa học bắt đầu được hình thành
từ thế kỷ XIX".
Thế kỷ XX là thế kỷ phát triển mạnh mẽ những nghiên cứu khoa học về
Lý sinh trong các lĩnh vực: Nhiệt động học, động học của các quá trình
sinh vật, vận chuyển chất qua màng tế bào, quang sinh học và phóng xạ

- Phần định lượng khẳng định giá trị năng lượng vẫn được bảo toàn (tức
giữ nguyên giá trị khi qui đổi thành nhiệt lượng) khi chuyển từ dạng năng
lượng này sang dạng năng lượng khác. Giá trị năng lượng chỉ được bảo
toàn khi quá trình xảy ra là quá trình thuận nghịch và hiệu suất của quá
trình đạt 100%. Đối với quá trình bất thuận nghịch, hiệu suất của quá
trình nhỏ hơn 100% thì ngoài phần năng lượng truyền cho hệ phải cộng
thêm phần năng lượng đã toả ra môi trường xung quanh.
Biểu thức toán học của định luật I nhiệt động học: Một hệ cô lập ở trạng
thái ban đầu có nội năng U1, nếu cung cấp cho hệ một nhiệt lượng Q thì
một phần nhiệt lượng hệ sử dụng để thực hiện công A, phần còn lại làm
thay đổi trạng thái của hệ từ trạng thái ban đầu có nội năng U1 sang
trạng thái mới có nội năng U2 (U2>U1). Từ nhận xét trên ta có biểu thức:
Q = ΔU + A
Trong đó ΔU = U2 - U1
Công thức (1.1) có thể viết dưới dạng:
ΔU = U1 - U1 = Q - A (1.2)
Đối với quá trình biến đổi vô cùng nhỏ, phương trình (1.2) có thể viết
dưới dạng:
dU = δQ - δA (1.3)
dU: Chỉ sự biến đổi nội năng, là hàm số trạng thái
δQ và δA: Chỉ sự biến đổi nhiệt và công, là hàm số của quá trình.
Từ biểu thức (1.2), định luật I nhiệt động học có thể phát biểu như sau:
"Sự biến thiên nội năng của hệ bằng nhiệt lượng do hệ nhận được trừ đi
công do hệ đã thực hiện".
Từ định luật I nhiệt động học dẫn đến các hệ quả sau đây:
- Nếu hệ biến đổi theo một chu trình kín (có trạng thái đầu và trạng thái
cuối trùng nhau) thì nội năng của hệ sẽ không thay đổi (U2 = U1→ΔU =
0).
- Khi cung cấp cho hệ một nhiệt lượng, nếu hệ không thực hiện công thì
toàn bộ nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ làm tăng nội năng của hệ.

nhiệt độ, theo công thức sẽ tính được nhiệt lượng Q1. Đồng thời lấy một
lượng thức ăn tương đương với lượng thức ăn đã cho chuột ăn trước
khi thí nghiệm đem đốt cháy trong bom nhiệt lượng kế cũng tới khí CO2
và H2O, giải phóng ra nhiệt lượng Q2. So sánh hai kết quả thí nghiệm
thấy giá trị Q1 tương đương với Q2. Điều này chứng tỏ nhiệt lượng giải
phóng ra từ các phản ứng hoá sinh diễn ra trong cơ thể sống hoàn toàn
tương đương với nhiệt lượng giải phóng ra từ các phản ứng ôxy hoá
diễn ra ở ngoài cơ thể sống. Nói cách khác, hiệu ứng nhiệt của quá trình
ôxy hoá chất diễn ra ở trong cơ thể sống và hiệu ứng nhiệt của quá trình
ôxy hoá chất diễn ra ở ngoài cơ thể sống là hoàn toàn tương đương.
Để tăng độ chính xác của thí nghiệm, sau này có nhiều mô hình thí
nghiệm của nhiều nhà nghiên cứu được tiến hành nhưng đáng chú ý
nhất là của Atwater và Rosa vào năm 1904.
Đối tượng thí nghiệm là người và thời gian thí nghiệm là một ngày đêm
(24 giờ). Trong thời gian thí nghiệm, cho người tiêu thụ một lượng thức
ăn nhất định, thông qua đo lượng khí ôxy hít vào (hay khí CO2 thở ra),
nhiệt thải ra từ phân và nước tiểu... sẽ tính được hiệu ứng nhiệt của các
phản ứng phân huỷ thức ăn diễn ra ở cơ thể người trong 24 giờ. Đồng
thời đốt lượng thức ăn tương đương với lượng thức ăn mà người đã
tiêu thụ ở trong bom nhiệt lượng kế sẽ đo được nhiệt lượng toả ra.
Kết quả thí nghiệm của Atwater và Rosa khẳng định năng lượng chứa
trong thức ăn sau khi cơ thể tiêu thụ đã chuyển thành năng lượng giải
phóng thông qua quá trình phân giải bởi các phản ứng hoá sinh diễn ra
trong cơ thể sống. Năng lượng chứa trong thức ăn và năng lượng giải
phóng ra sau khi cơ thể phân giải thức ăn là hoàn toàn tương đương.
Nhiệt lượng trong cơ thể người được chia làm hai loại là nhiệt lượng cơ
bản (hay nhiệt lượng sơ cấp) và nhiệt lượng tích cực (hay nhiệt lượng
thứ cấp). Nhiệt lượng cơ bản xuất hiện ngay sau khi cơ thể hấp thụ thức
ăn và tiêu thụ ôxy để thực hiện phản ứng ôxy hoá đồng thời giải phóng
ra nhiệt lượng. Ví dụ khi cơ thể hấp thụ 1 phân tử gam (tức 1M) glucose,

trường,độ trật tự cao, khả năng sinh công dồi dào => cân bằng dừng
4. Trình bày phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp và ứng dụng của
nó ?
Phương pháp đo nhiệt lượng của Lavoadie và Laplace dùng trong thí
nghiệm chứng minh tính đúng đắn của định luật I nhiệt động học khi áp
dụng vào hệ sinh vật, gọi là phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp. Cơ
sở của phương pháp này là dựa vào lượng khí ôxy tiêu thụ hoặc lượng
khí CO2 do cơ thể thải ra ở động vật máu nóng (động vật có vú và
người), có liên quan chặt chẽ với nhiệt lượng chứa trong thức ăn.
Ví dụ: Quá trình ôxy hóa glucose, phản ứng diễn ra như sau:
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 678 KCal
(180gam) (134,4l) (134,4l)
Từ phản ứng trên cho thấy cứ ôxy hoá hoàn toàn 1 phân tử gam
glucose thì cần phải tiêu thụ 6 phân tử gam ôxy đồng thời thải ra 6 phân
tử gam khí CO2 và giải phóng ra 678 KCal. Ở điều kiện tiêu chuẩn, mỗi
phân tử gam chất khí đều chứa 22,4 lít. Do vậy 6 phân tử gam ôxy hoặc
CO2 đều chứa: 6 x 22,4 lít = 134,4 lít.
Từ đó suy ra, cơ thể cứ tiêu thụ 1 lít O2 để ôxy hoá hoàn toàn một
phân tử gam glucose đồng thời thải ra 1 lít CO2 thì kèm theo giải phóng
một nhiệt lượng là: 678 KCal:
134,4 lít = 5,047 KCal/lít và gọi là đương lượng nhiệt của ôxy. Dựa và
phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp, có thể xác định được sự thải
nhiệt của bất kì động vật máu nóng nào thông qua số lít ôxy tiêu thụ
(hoặc số lít CO2 thải ra). Từ phản ứng ôxy hóa glucose ở trên và sau
này áp dụng chung cho Gluxit khi ôxy hoá hoàn toàn sẽ giải phóng ra
nhiệt lượng được tính theo công thức:
Q(KCal) = số lít O2 ( hoặc số lít CO2) x 5,047
Khi ôxy hóa Protein, nhiệt lượng giải phóng ra được tính theo công thức:
Q(KCal) = số lít O2 x 4,46
Khi ôxy hoá Lipit, nhiệt lượng giải phóng ra được tính theo công thức:

có ý nghĩa rất quan trọng đối với hệ sinh vật. Trong hệ sinh vật diễn ra
nhiều phản ứng phức tạp, cho đến nay vẫn còn nhiều phản ứng trung
gian chưa có thể đo trực tiếp được hiệu ứng nhiệt. Dựa vào định luật
Heccer có thể giải quyết được khó khăn này.
6. Tại sao nói định luật II nhiệt động học là định luật về entropy ?
Định luật II nhiệt động học xác định được chiều hướng tự diễn biến của
một quá trình cũng như cho biết quá trình tự diễn biến đến khi nào thì
dừng lại và cho phép đánh giá khả năng sinh công của các hệ nhiệt
động khác nhau.
Định luật II nhiệt động học có ba cách phát biểu.
Cách phát biểu thứ nhất còn gọi là tiên đề Clausius đưa ra 1850: "Nhiệt
không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng". Từ đó suy ra rằng
nhiệt nói riêng còn những quá trình nhiệt động nói chung chỉ có thể tự
diễn ra nếu xảy ra sự truyền năng lượng từ mức độ cao đến mức độ
thấp, tức là theo chiều gradien. Gradien của một thông số đặc trưng cho
một tính chất nào đó về trạng thái của hệ (như nồng độ) được xác định
bằng hiệu số giá trị của thông số đó ở tại hai điểm chia cho khoảng cách
giữa hai điểm đó Cách phát biểu thứ hai do Thomson phát triển tiên đề
của Clausius "Không thể có một quá trình biến đổi chuyển toàn bộ nhiệt
lượng thành công".
Theo cách phát biểu của Thomson thì hiệu suất hữu ích của quá trình
bao giờ cũng nhỏ hơn 1 (tức η < 1). Điều này có nghĩa trong tự nhiên
không có một quá trình nào có thể chuyển toàn bộ nhiệt lượng được
cung cấp thành công hữu ích.
Cách phát biểu thứ ba trên cơ sở ý kiến của Planck, cho rằng Entropi là
một tiêu chuẩn đầy đủ và cần thiết để xác định tính thuận nghịch và
không thuận nghịch của bất cứ quá trình vật lí nào diễn ra trong thiên
nhiên. Định luật II nhiệt động học phát biểu như sau:
"Đối với hệ cô lập, mọi quá trình trong tự nhiên đều diễn biến theo chiều
tăng của entropi".

trong hệ sẽ tiến triển theo chiều tăng của entropi và entropi của hệ sẽ
đạt giá trị cực đại ở trạng thái cân bằng nhiệt động.
Tính chung cho cả quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch thì sự
thay đổi entropi
của hệ có thể viết như sau:
ΔS ≥ 0 (1.17)
Đối với quá trình thay đổi entropi vô cùng nhỏ (gọi là quá trình vi phân)
thì: dS ≥ 0 (1.18)
(Dấu bằng dùng cho quá trình thuận nghịch còn dấu lớn hơn dùng cho
quá trình không thuận nghịch).
……………
7. Tốc độ phản ứng là gì ? trong cơ thể sinh vật có những loại phản
ứng nào ?
Tốc độ phản ứng là tốc độ xuất hiện hay biến mất 1 chất của hợp chất
tham gia phản ứng
Tốc độ phản ứng được xác định theo công thức:
v = k. [A]a[B]b (2.1)
[A] và [B] là nồng độ chất A và nồng độ chất B còn a và b là các hệ số
của chất A và của chất B còn k là hằng số tốc độ phản ứng.
• các loại phản ứng trong cơ thể sinh vật :
phản ứng đơn phân tử : biến đổi cấu trúc 1 loại phân tử
phản ứng nhị phân tử : biến đổi cấu trúc 2 loại phân tử
phản ứng tam phân tử : biến đổi cấu trúc 3 loại phân tử.
tốc độ phản ứng :
Phản ứng bậc một
Phản ứng bậc một là phản ứng: A → P
Tốc độ phản ứng được xác định theo công thức:
v =-
dC
dt

Tốc độ phản ứng bậc không được xác định theo phương trình:
Phản ứng tự xúc tác
Phản ứng tự xúc tác là phản ứng tạo thành sản phẩm và sản phẩm lại
đóng vai trò là một chất xúc tác.
Phản ứng dây chuyền
Phản ứng dây chuyền là một hệ thống các phản ứng và có sự xúc tác
của sản phẩm trung gian. Điều kiện để có thể xảy ra phản ứng dây
chuyền là phải có các trung tâm hoạt động đầu tiên. Các trung tâm hoạt
động đầu tiên thường là các gốc tự do. Các gốc tự do có các điện tử
không được ghép đôi nên chúng có khả năng tham gia vào phản ứng
hoá học rất cao do vậy chúng thường có thời gian sống rất ngắn. Gốc tự
do khi tham gia vào phản ứng với các phân tử ngoài tạo thành sản phẩm
cuối cùng còn có khả năng tạo ra sản phẩm trung gian là những gốc tự
do mới và gốc tự do mới này lại tiếp tục tương tác với các phân tử khác
để gây ra phản ứng tiếp theo.