Ποιοι είναι οι πρώτοι και δεύτεροι νόμοι της θερμοδυναμικής τους εξηγούν σε βιολογικά συστήματα;

Οι νόμοι της θερμοδυναμικής στα βιολογικά συστήματα:

1. Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής:Διατήρηση της ενέργειας

Αυτός ο νόμος δηλώνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, μετασχηματίζεται μόνο από τη μία μορφή σε άλλη. Στα βιολογικά συστήματα, αυτό σημαίνει:

* Εισαγωγή ενέργειας: Οι οργανισμοί απαιτούν μια σταθερή εισροή ενέργειας, συνήθως με τη μορφή τροφίμων, για τη διατήρηση των διαδικασιών ζωής. Αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια που αποθηκεύεται σε μόρια όπως η ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη).

* Μετασχηματισμός ενέργειας: Στη συνέχεια χρησιμοποιείται το ATP για την τροφοδοσία διαφόρων μεταβολικών διεργασιών όπως η συστολή των μυών, η πρωτεϊνική σύνθεση και η κυτταρική σηματοδότηση. Αυτές οι διαδικασίες περιλαμβάνουν τον μετασχηματισμό ενέργειας, αλλάζοντας την ενέργεια από τη μία μορφή στην άλλη.

* Ενεργειακή έξοδος: Οι μετασχηματισμοί ενέργειας δεν είναι απόλυτα αποτελεσματικοί, οδηγώντας σε απελευθέρωση ενέργειας ως θερμότητας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το σώμα μας δημιουργεί θερμότητα, η οποία είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος.

Παράδειγμα: Τα φυτά χρησιμοποιούν το φως του ήλιου για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε σάκχαρα μέσω φωτοσύνθεσης, αποθηκεύοντας την ενέργεια από τον ήλιο σε χημικούς δεσμούς. Αυτά τα σάκχαρα καταναλώνονται στη συνέχεια από ζώα, τα οποία τα διασπούν για να απελευθερώσουν ενέργεια για τις δικές τους διαδικασίες.

2. Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής:εντροπία

Αυτός ο νόμος αναφέρει ότι η συνολική εντροπία (μέτρο διαταραχής ή τυχαιότητας) ενός απομονωμένου συστήματος αυξάνεται πάντοτε με την πάροδο του χρόνου. Στα βιολογικά συστήματα, αυτό σημαίνει:

* Οι οργανισμοί δεν είναι απομονωμένοι: Οι ζωντανοί οργανισμοί δεν είναι απομονωμένα συστήματα, ανταλλάσσουν συνεχώς ενέργεια και έχουν σημασία με το περιβάλλον τους.

* Διατήρηση της παραγγελίας: Παρά την τάση προς την αύξηση της εντροπίας, οι ζωντανοί οργανισμοί διατηρούν υψηλό βαθμό τάξης και πολυπλοκότητας. Αυτό απαιτεί μια σταθερή είσοδο ενέργειας για να εξουδετερώσει τη φυσική αύξηση της εντροπίας.

* Δαπάνες ενέργειας: Η διατήρηση αυτής της παραγγελίας έρχεται με κόστος - οι οργανισμοί δαπανούν ενέργεια για να οικοδομήσουν και να διατηρήσουν τις δομές τους, να πραγματοποιήσουν μεταβολικές διεργασίες και να αναπαράγουν.

Παράδειγμα: Το σώμα σας πρέπει να καταναλώνει συνεχώς ενέργεια για να διατηρήσει ένα σταθερό εσωτερικό περιβάλλον, όπως η ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος, η επισκευή κυττάρων και τα απόβλητα φιλτραρίσματος. Αυτό απαιτεί μια συνεχή είσοδο ενέργειας από τα τρόφιμα.

Συνοπτικά:

* Ο πρώτος νόμος υπογραμμίζει την ανάγκη για εισροή ενέργειας για τη διατήρηση των διαδικασιών ζωής.

* Ο δεύτερος νόμος Υπογραμμίζει την πρόκληση που αντιμετωπίζουν οι οργανισμοί στη διατήρηση της τάξης και της πολυπλοκότητας σε ένα σύμπαν που τείνει προς τη διαταραχή, απαιτώντας σταθερές ενεργειακές δαπάνες.

Αυτοί οι νόμοι είναι θεμελιώδεις αρχές που εξηγούν τη ροή και τον μετασχηματισμό της ενέργειας στα βιολογικά συστήματα, διαμορφώνοντας τελικά τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί και εξελίσσεται η ζωή.