Prawa termodynamiki w systemach biologicznych

Prawa termodynamiki są ważnymi zjednoczeniem zasad nauki biologii. Zasady te regulują procesy chemiczne (metabolizm) we wszystkich organizmach biologicznych.

Pierwsze prawo termodynamiki, znane również jako prawo ochrony energii, twierdzi, że energia nie może pojawić się nigdzie i zniknąć. Jest w stanie przejść z jednej formy do drugiej, ale energia w systemie zamkniętym pozostaje stała.

Drugie prawo termodynamiki stwierdza, że ​​podczas przekazywania energii na końcu procesu transferu będzie mniej energii niż na początku. Ze względu na entropię, która jest miarą zaburzenia w systemie zamkniętym, cała dostępna energia nie będzie przydatna dla organizmu. Entropia zwiększa się jako transfery energetyczne.

Oprócz ustawodawstw termodynamiki teoria komórek, teoria genów, teoria ewolucji i homeostazy stanowią główne zasady leżące u podstaw badania życia.

Pierwsze prawo termodynamiki w systemach biologicznych

Wszystkie organizmy biologiczne potrzebują energii do przetrwania. W zamkniętym systemie, taki jak wszechświat, ta energia nie jest spożywana, ale przekształcona z jednej formy do drugiego. Na przykład komórki ciała wykonują szereg ważnych procesów. Te procesy wymagają energii. Z fotosyntezy energia jest obsługiwana przez słońce. Energia lekka jest wchłaniana przez komórki liści roślin i zamienia się w energię chemiczną.

Energia chemiczna jest przechowywana jako glukoza, która służy do tworzenia złożonych węglowodanów niezbędnych do tworzenia masy roślinnej. Energia przechowywana w glukozie można również uwalniana przez oddychanie komórkowe. Proces ten umożliwia organizmami warzywnymi i zwierzęcymi do uzyskania dostępu do energii przechowywanej w węglowodanach, lipidach i innych makrocyczkach, produkując ATP.

Ta energia jest niezbędna do wykonywania funkcji komórkowych, takich jak replikacja DNA, mitoza, Meyoza, ruch komórek, endocytoza, egzocytoza i apoptozę.

Drugie prawo termodynamiki w systemach biologicznych

Podobnie jak w przypadku innych procesów biologicznych, transmisja energetyczna wynosi 100% nie skuteczna. Z fotosyntezą, na przykład, nie całą energię światła jest absorbowana przez zakład. Jego część jej znajduje się odzwierciedlenie, a druga część jest przekształcana w ciepło. Utrata energii w środowisku prowadzi do wzrostu zaburzenia lub entropii.

W przeciwieństwie do roślin i innych organizmów fotosyntetycznych, zwierzęta nie mogą generować energii bezpośrednio ze światła słonecznego. Powinny spożywać rośliny lub inne organizmy zwierzęce dla energii. Im wyższy organizm jest w łańcuchu żywnościowym, tym mniej dostępna energia otrzymuje ze źródeł żywności.

Większość tej energii jest tracona podczas procesów metabolicznych. Dlatego znacznie mniej energii jest dostępna dla organizmów w wyższych poziomach trofijskich. Mniejsza energia, tym mniejsza liczba organizmów może być obsługiwana. Dlatego w ekosystemie jest więcej producentów niż konsumenci. Systemy żywe nieustannie potrzebują energii, aby utrzymać swoje wysoce uporządkowane państwo.

Komórki, na przykład, są poważnie uporządkowane i mają niską entropię. W procesie utrzymywania tego zamówienia, niektóre energy ginie w środowisku lub przekształcane. Tak więc, gdy komórek są uporządkowane, procesy wykonywane w celu utrzymania tego zamówienia prowadzą do wzrostu entropii otoczonej komórek / organizm. Przekładnia energetyczna prowadzi do wzrostu entropii we wszechświecie.