Законите на термодинамиката во биолошките системи

Законите на термодинамиката се важни обединувачки принципи на биолошката наука. Овие принципи ги регулираат хемиските процеси (метаболизам) во сите биолошки организми.

Првиот закон на термодинамиката, исто така познат како закон за зачувување на енергијата, тврди дека енергијата не може да се појави никаде и да исчезне. Тоа е во состојба да се движи од една форма на друга, но енергијата во затворениот систем останува константна.

Вториот закон на термодинамиката вели дека при пренесување на енергија на крајот од процесот на трансфер ќе биде помала енергија отколку на почетокот. Поради ентропија, што е мерка на нарушување во затворен систем, сите достапни енергија нема да бидат корисни за телото. Ентропијата се зголемува како трансфери на енергија.

Во прилог на законите на термодинамиката теоријата на клетките, теоријата на гените, теоријата на еволуцијата и хомеостазата претставуваат главни принципи кои се во основата на изучувањето на животот.

Првиот закон на термодинамиката во биолошките системи

Сите биолошки организми имаат потреба од енергија за да преживеат. Во затворен систем, како што е универзумот, оваа енергија не се консумира, но трансформира од една форма на друга. На пример, клетките на телото вршат голем број важни процеси. Овие процеси бараат енергија. Со фотосинтезата, енергијата се служи од сонцето. Лесната енергија се апсорбира од клетките на лисјата на растенијата и се претвора во хемиска енергија.

Хемиската енергија се чува како гликоза, која се користи за формирање на сложени јагленохидрати потребни за создавање на растителна маса. Енергијата складирана во гликоза, исто така, може да биде пуштена преку клеточно дишење. Овој процес овозможува растителни и животински организми за пристап до енергија складирани во јаглени хидрати, липиди и други макромолекули со производство на АТП.

Оваа енергија е неопходна за извршување на клеточните функции, како што се репликација на ДНК, митоза, мејоза, движење на клетки, ендоцитоза, егзоцитоза и апоптоза.

Вториот закон на термодинамиката во биолошките системи

Како и во случај на други биолошки процеси, енергетскиот пренос е 100% не е ефективен. Со фотосинтеза, на пример, не сите енергија на светлината се апсорбира од фабриката. Неговиот дел од него се рефлектира, а другиот дел се трансформира во топлина. Губењето на енергијата во животната средина води до зголемување на нарушувањето или ентропијата.

За разлика од растенијата и другите фотосинтетички организми, животните не можат да генерираат енергија директно од сончева светлина. Тие треба да консумираат растенија или други животински организми за енергија. Колку е повисоко телото во синџирот на исхрана, толку помалку достапна енергија што ја добива од своите извори на храна.

Поголемиот дел од оваа енергија се губи за време на метаболичките процеси. Затоа, многу помалку енергија е достапна за организми на високото трофични нивоа. Помалку енергија, толку помалку бројот на организми може да биде поддржан. Затоа постојат повеќе производители во екосистемот од потрошувачите. Живите системи постојано имаат потреба од енергија за одржување на нивната високо нарачана состојба.

Клетките, на пример, се строго наредени и имаат ниска ентропија. Во процесот на одржување на оваа нарачка, некои енергија се губи во животната средина или трансформирана. Така, додека клетките се нарачани, процесите извршени за одржување на оваа цел доведуваат до зголемување на ентропијата опкружена со клетки / организам. Енергетскиот пренос води до зголемување на ентропијата во универзумот.