Закони термодинаміки в біологічних системах

Закони термодинаміки є важливими об’єднують принципами науки біології. Ці принципи регулюють хімічні процеси (обмін речовин) у всіх біологічних організмах.

Перший закон термодинаміки, також відомий як закон збереження енергії, стверджує, що енергія не може з’явитися нізвідки і зникнути. Вона здатна переходити від однієї форми до іншої, але енергія в замкнутій системі залишається незмінною.

Другий закон термодинаміки говорить, що при передачі енергії в кінці процесу перенесення буде менше енергії, ніж на початку. Через ентропії, яка є мірою безладдя в замкнутій системі, вся доступна енергія не буде корисна для організму. Ентропія збільшується в міру передачі енергії.

На додаток до законів термодинаміки теорія клітин, теорія генів, теорія еволюція і гомеостаз становлять головні принципи, що лежать в основі вивчення життя.

Перший закон термодинаміки в біологічних системах

Всі біологічні організми потребують енергії для виживання. У замкнутій системі, такий як Всесвіт, ця енергія не споживається, а трансформується з однієї форми в іншу. Наприклад, клітини організму виконують ряд важливих процесів. Ці процеси вимагають енергії. При фотосинтезі енергія подається сонцем. Світлова енергія поглинається клітинами листя рослин і перетворюється в хімічну енергію.

Хімічна енергія зберігається у вигляді глюкози, яка використовується для утворення складних вуглеводів, необхідних для створення рослинної маси. Енергія, що зберігається в глюкозі, також може виділятися через клітинне дихання. Цей процес дозволяє рослинним і тваринним організмам отримувати доступ до енергії, що зберігається в вуглеводах, ліпідах і інших макромолекул, шляхом виробництва АТФ.

Ця енергія необхідна для виконання клітинних функцій, таких як реплікація ДНК, мітоз, мейоз, рух клітин, ендоцитоз, екзоцитоз і апоптоз.

Другий закон термодинаміки в біологічних системах

Як і у випадку з іншими біологічними процесами, передача енергії на 100% не ефективна. При фотосинтезі, наприклад, не вся енергія світла поглинається рослиною. Деяка частина енергія відбивається, а інша частина трансформується в тепло. Втрата енергії в навколишнє середовище призводить до збільшення безладу або ентропії.

На відміну від рослин і інших фотосинтезуючих організмів тварини не можуть генерувати енергію безпосередньо з сонячного світла. Вони повинні споживати рослини або інших тварин організми для отримання енергії. Чим вище організм знаходиться в харчовому ланцюгу, тим менше доступною енергії він отримує від своїх джерел їжі.

Велика частина цієї енергії втрачається під час метаболічних процесів. Тому для організмів у вищих трофічних рівнях є набагато менше енергії. Чим менше енергії, тим менше число організмів може бути підтримано. Саме тому в екосистемі більше виробників, ніж споживачів. Живі системи безперервно потребують енергії для підтримки свого високоупорядоченние стану.

Клітини, наприклад, сильно впорядковані і мають низьку ентропію. В процесі підтримки цього порядку деяка енергія втрачається в навколишньому середовищі або трансформується. Таким чином, в той час як клітини впорядковані, процеси, що виконуються для підтримки цього порядку, призводять до збільшення ентропії в оточенні клітини / організмі. Передача енергії призводить до збільшення ентропії у Всесвіті.

...
ПОДІЛИТИСЯ: