Zakoni termodinamike u biološkim sistemima

Zakoni termodinamike važni su objedinjavajući principe nauke o biologiji. Ovi principi regulišu kemijske procese (metabolizam) u svim biološkim organizmima.

Prvi zakon termodinamike, poznat i kao zakon očuvanja energije, tvrdi da se energija ne može nigdje ne pojaviti ni nestati. U stanju je da se preseli iz jednog oblika u drugi, ali energija u zatvorenom sistemu ostaje konstantna.

Drugi zakon termodinamike kaže da će prilikom prenošenja energije na kraju prijenosa proces prijenosa manje energija nego na početku. Zbog entropije, koja je mjera poremećaja u zatvorenom sustavu, sva raspoloživa energija neće biti korisna za tijelo. Entropija se povećava kao energetski transferi.

Pored zakona termodinamike Teorija ćelija, teoriju gena, teorija evolucije i homeostaze čine glavna principa koji su u osnovi studije života.

Prvi zakon termodinamike u biološkim sistemima

Svi biološki organizmi trebaju energiju za opstanak. U zatvorenom sistemu, poput svemira, ta se energija ne troši, već se transformira iz jednog oblika u drugu. Na primjer, ćelije tijela obavljaju niz važnih procesa. Ovi procesi zahtijevaju energiju. Sa fotosintezom, energija se poslužuje sunce. Lagana energija apsorbira ćelije listova biljaka i pretvara se u hemijsku energiju.

Hemijska energija se pohranjuje kao glukoza koja se koristi za formiranje složenih ugljikohidrata potrebnih za stvaranje biljne mase. Energija pohranjena u glukozu može se pustiti i putem ćelijskih disanja. Ovaj proces omogućava biljnim i životinjskim organizmima pristup energiji pohranjenoj u ugljikohidrama, lipidima i drugim makromolekulima proizvodnjom ATP-a.

Ova energija je neophodna za performanse mobilnih funkcija, poput replikacije DNK, mitoze, mejoze, pokreta ćelija, endocitoze, exocitoze i apoptoze.

Drugi zakon termodinamike u biološkim sistemima

Kao i u slučaju drugih bioloških procesa, prijenos energije je 100% ne učinkovit. Sa fotosintezom, na primer, ne apsorbiraju sva energija svjetlosti postrojenje. Njegov se dio ogleda, a drugi dio se transformira u toplinu. Gubitak energije u okolišu dovodi do povećanja poremećaja ili entropije.

Za razliku od bilja i drugih fotosintetskih organizma, životinje ne mogu generirati energiju direktno sa sunčeve svjetlosti. Oni bi trebali konzumirati biljke ili druge životinjske organizamu za energiju. Što je tijelo veće u prehrambenom lancu, manje dostupne energije prima iz svojih izvora hrane.

Većina ove energije se gubi tokom metaboličkih procesa. Stoga je za organizme na većim trofičkim nivoima dostupna mnogo manje energije. Manje energije, manje se može podržati broj organizma. Zato postoje više proizvođača u ekosustavu od potrošača. Živi sustavi kontinuirano trebaju energiju za održavanje njihove visoko narušene države.

Ćelije, na primjer, teško su naručene i imaju nisku entropiju. U procesu održavanja ove naredbe, neka energija se gubi u okolišu ili se transformiše. Dakle, dok su ćelije naručene, procesi su izvedeni za održavanje ove naredbe dovode do povećanja entropije okružene ćelijama / organizmom. Prijenos energije dovodi do povećanja entropije u svemiru.