Zakoni termodinamike u biološkim sustavima

Zakoni termodinamike važni su ujedinjeni načela biološke znanosti. Ova načela reguliraju kemijske procese (metabolizam) u svim biološkim organizmima.

Prvi zakon termodinamike, također poznat kao zakon očuvanja energije, tvrdi da se energija ne može pojaviti nigdje i nestati. Može se preseliti iz jednog oblika na drugi, ali energija u zatvorenom sustavu ostaje konstantna.

Drugi zakon termodinamike navodi se da će prilikom prijenosa energije na kraju procesa prijenosa biti manje energije nego na početku. Zbog entropije, što je mjera poremećaja u zatvorenom sustavu, sva dostupna energija neće biti korisna za tijelo. Entropija se povećava kao transferi energije.

Osim zakona termodinamike teorija stanica, teorija gena, teorija evolucije i homeostaze predstavljaju glavna načela na kojima se temelji na proučavanju života.

Prvi zakon termodinamike u biološkim sustavima

Svi biološki organizmi trebaju energiju za preživljavanje. U zatvorenom sustavu, kao što je svemir, ova energija se ne konzumira, ali se transformira iz jednog oblika na drugi. Na primjer, stanice tijela izvode brojne važne procese. Ti procesi zahtijevaju energiju. S fotosintezom, energija poslužuje sunce. Svjetlosna energija se apsorbira stanicama lišća biljaka i pretvara se u kemijsku energiju.

Kemijska energija je pohranjena kao glukoza, koja se koristi za stvaranje složenih ugljikohidrata potrebnih za stvaranje biljne mase. Energija pohranjena u glukozi se također može osloboditi kroz stanično disanje. Ovaj proces omogućuje daljnji i životinjski organizmi za pristup energiji pohranjeni u ugljikohidratima, lipidima i drugim makromolekulama proizvodeći ATP.

Ova energija je neophodna za izvedbu staničnih funkcija, kao što je replikacija DNA, mitoza, mejoza, kretanje stanica, endocitoza, egzocitoza i apoptoza.

Drugi zakon termodinamike u biološkim sustavima

Kao iu slučaju drugih bioloških procesa, prijenos energije je 100% nije učinkovit. S fotosintezom, na primjer, ne može se apsorbirati sva energija svjetlosti. Njegov dio se odražava, a drugi dio se pretvara u toplinu. Gubitak energije u okolišu dovodi do povećanja poremećaja ili entropije.

Za razliku od biljaka i drugih fotosintetskih organizama, životinje ne mogu generirati energiju izravno od sunčeve svjetlosti. Trebali bi konzumirati biljke ili druge životinjske organizme za energiju. Što je tijelo više u prehrambenom lancu, manje dostupna energija koju prima iz svojih izvora hrane.

Većina te energije se gubi tijekom metaboličkih procesa. Stoga je mnogo manje energije dostupna za organizme u višim trofičkim razinama. Manje energije, manje se može podržati broj organizama. Zato ima više proizvođača u ekosustavu od potrošača. Životni sustavi kontinuirano trebaju energiju za održavanje visoko naručene države.

Stanice, na primjer, ozbiljno naručuju i imaju nisku entropiju. U procesu održavanja ove narudžbe, neka energija se gubi u okolišu ili transformira. Dakle, dok su stanice naručene, postupci izvedeni za održavanje ovog reda dovode do povećanja entropije okružene stanicama / organizmom. Energetski prijenos dovodi do povećanja entropije u svemiru.