Zákony termodynamiky v biologických systémoch

Zákony termodynamiky sú dôležitými zjednocujúcimi princípmi vedy biológie. Tieto zásady regulujú chemické procesy (metabolizmus) vo všetkých biologických organizmoch.

Prvý zákon termodynamiky, tiež známy ako zákon o ochrane energie, tvrdí, že energia sa nemôže zdať nikde a zmizne. Je schopný prejsť z jednej formy na druhú, ale energia v uzavretom systéme zostáva konštantná.

Druhý zákon termodynamiky uvádza, že pri prenose energie na konci procesu prevodu bude menej energie ako na začiatku. Kvôli entropii, ktorá je mierou poruchy v uzavretom systéme, všetka dostupná energia nebude užitočná pre telo. Entropia sa zvyšuje ako transfery energie.

Okrem zákonov termodynamiky teóriu buniek, teória génov, teória evolúcie a homeostázy predstavujú hlavné zásady, ktoré sú základom štúdia života.

Prvý zákon termodynamiky v biologických systémoch

Všetky biologické organizmy potrebujú energiu na prežitie. V uzavretom systéme, ako je vesmír, táto energia nie je spotrebovaná, ale transformovaná z jednej formy na druhú. Napríklad bunky tela vykonávajú množstvo dôležitých procesov. Tieto procesy vyžadujú energiu. S fotosyntézou je energia podávaná slnkom. Svetelná energia je absorbovaná bunkami listov rastlín a zmení sa na chemickú energiu.

Chemická energia sa skladuje ako glukóza, ktorá sa používa na vytvorenie komplexných sacharidov potrebných na vytvorenie hmotnosti rastlinnej hmotnosti. Energia skladovaná v glukóze sa môže tiež uvoľniť cez bunkové dýchanie. Tento proces umožňuje zeleninové a živočíšne organizmy prístup k energii uloženým v sacharidoch, lipidoch a iných makromolekulách produkciou ATP.

Táto energia je potrebná na výkon bunkových funkcií, ako je replikácia DNA, mitóza, meyóza, pohyb bunky, endocytóza, exocytóza a apoptóza.

Druhý zákon termodynamiky v biologických systémoch

Rovnako ako v prípade iných biologických procesov je prenos energie 100% nie je účinný. S fotosyntézou, napríklad, nie všetka energia svetla absorbovaná rastlinou. Jeho časť sa odráža a druhá časť sa transformuje na teplo. Strata energie v životnom prostredí vedie k zvýšeniu poruchy alebo entropie.

Na rozdiel od rastlín a iných fotosyntetických organizmov nemôžu zvieratá generovať energiu priamo zo slnečného svetla. Mali by konzumovať rastliny alebo iné živočíšne organizmy pre energiu. Čím vyššie je telo v potravinovom reťazci, tým menej dostupná energia dostáva zo svojich zdrojov potravín.

Väčšina tejto energie sa stratí počas metabolických procesov. Preto je pre organizmy k dispozícii oveľa menej energie. Čím menej energie je možné podporovať počet organizmov. Preto existuje viac výrobcov v ekosystéme ako spotrebitelia. Živé systémy nepretržite potrebujú energiu na udržanie svojho vysoko objednaného stavu.

Bunky, napríklad, sú vážne objednané a majú nízku entropiu. V procese zachovania tejto objednávky sa určitá energia stratila v životnom prostredí alebo transformované. Zatiaľ čo bunky sú usporiadané, procesy vykonávané na udržanie tohto poriadku viesť k zvýšeniu entropie obklopené bunkami / organizmom. Prenos energie vedie k zvýšeniu entropie vo vesmíre.