Zákony termodynamiky v biologických systémech

Zákony termodynamiky jsou důležité sjednocující principy biologické vědy. Tyto principy regulují chemické procesy (metabolismus) ve všech biologických organismech.

První zákon termodynamiky, také známý jako zákon zachování energie, argumentuje, že energie nemůže vypadat nikde a zmizet. Je schopen přesunout z jedné formy do druhé, ale energie v uzavřeném systému zůstává konstantní.

Druhý zákon termodynamiky uvádí, že při přenosu energie na konci procesu přenosu bude méně energie než na začátku. Vzhledem k entropii, což je míra poruchy v uzavřeném systému, nebude mít všechna dostupná energie užitečná pro tělo. Entropie se zvyšuje jako přenosy energie.

Kromě zákonů termodynamiky teorie buněk, teorie genů, teorie evoluce a homeostázy představují hlavní principy, které jsou základem studia života.

První zákon termodynamiky v biologických systémech

Všechny biologické organismy potřebují energii přežít. V uzavřeném systému, jako je vesmír, tato energie není konzumována, ale transformována z jedné formy do druhé. Například buňky těla provádějí řadu důležitých procesů. Tyto procesy vyžadují energii. S fotosyntézou, energie podává Slunce. Lehká energie je absorbována buňkami listů rostlin a promění se na chemickou energii.

Chemická energie je uložena jako glukóza, která se používá k tvorbě komplexních sacharidů nezbytných pro vytvoření rostlinné hmoty. Energie uložená v glukóze může být také uvolněna přes buněčné dýchání. Tento proces umožňuje zeleninové a zvířecí organismy pro přístup k energii uložené v sacharidech, lipidech a jiných makromolekulách tím, že produkují ATP.

Tato energie je nezbytná pro výkon buněčných funkcí, jako je replikace DNA, mitóza, meyóza, buněčný pohyb, endocytóza, exocytóza a apoptóza.

Druhý zákon termodynamiky v biologických systémech

Stejně jako v případě jiných biologických procesů je přenos energie 100% účinný. S photosyntézou, například ne všechna energie světla absorbována rostlinou. Jeho část se odráží a druhá část je transformována do tepla. Ztráta energie v životním prostředí vede ke zvýšení poruchy nebo entropie.

Na rozdíl od rostlin a dalších fotosyntetických organismů, zvířata nemohou generovat energii přímo ze slunečního světla. Měly by konzumovat rostliny nebo jiné zvířecí organismy pro energii. Čím vyšší je tělo v potravinovém řetězci, tím méně dostupná energie přijímá ze svých zdrojů potravin.

Většina této energie je ztracena během metabolických procesů. Proto je mnohem méně energie dostupná pro organismy ve vyšších trofických úrovních. Méně energie, tím menší je počet organismů může být podporována. Proto je v ekosystému více výrobců než spotřebitelé. Životní systémy neustále potřebují energii pro udržení svého vysoce objednaného státu.

Například buňky jsou přísně nařízeny a mají nízkou entropii. V procesu zachování této objednávky je nějaká energie ztracena v životním prostředí nebo transformována. Zatímco jsou buňky objednány, procesy prováděné pro udržení tohoto řádu vedou ke zvýšení entropie obklopené buňkami / organismem. Energetický přenos vede ke zvýšení entropie ve vesmíru.