Υπάρχει ένα θερμοδυναμικό σύστημα στον ζωντανό οργανισμό;
Τι είναι ένα θερμοδυναμικό σύστημα;
* Ένα θερμοδυναμικό σύστημα είναι οποιαδήποτε συλλογή ύλης μέσα σε ένα καθορισμένο όριο.
* Αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του μέσω της ανταλλαγής ενέργειας (θερμότητα, εργασίας) και ανταλλαγής ύλης.
ζωντανοί οργανισμοί ως θερμοδυναμικά συστήματα:
* Ανοιχτά συστήματα: Οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ανοιχτά συστήματα, που σημαίνει ότι ανταλλάσσουν τόσο ενέργεια όσο και ύλη με το περιβάλλον τους.
* ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Λαμβάνουν ενέργεια με τη μορφή τροφίμων (χημική ενέργεια) και οξυγόνου (για αναπνοή).
* Ενεργειακή έξοδος: Απελευθερώνουν ενέργεια ως θερμότητα και εργασία (κίνηση, ανάπτυξη κ.λπ.)
* Έληξη της ύλης: Λαμβάνουν θρεπτικά συστατικά, νερό και οξυγόνο.
* Έξοδος ύλης: Εξαλείφουν τα απόβλητα όπως το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό και η ουρία.
* Μεταβολικές διαδικασίες: Οι ζωντανοί οργανισμοί χαρακτηρίζονται από ένα σύνθετο δίκτυο χημικών αντιδράσεων (μεταβολισμός) που μετατρέπουν την ενέργεια από τα τρόφιμα σε χρησιμοποιήσιμες μορφές. Αυτό διέπεται από θερμοδυναμικές αρχές:
* Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής: Η ενέργεια διατηρείται μέσα σε ένα σύστημα. Δεν δημιουργείται ή καταστρέφεται, αλλά μετασχηματίζεται.
* Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής: Η εντροπία (διαταραχή) αυξάνεται πάντοτε σε ένα απομονωμένο σύστημα. Οι ζωντανοί οργανισμοί διατηρούν την τάξη και μειώνουν την εντροπία τοπικά χρησιμοποιώντας ενέργεια από το περιβάλλον τους.
Παραδείγματα θερμοδυναμικών αρχών σε ζωντανούς οργανισμούς:
* Κυτταρική αναπνοή: Αυτή η διαδικασία μετατρέπει τα τρόφιμα σε ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη), το αρχικό ενεργειακό νόμισμα των κυττάρων. Πρόκειται για μια εξαιρετικά αποτελεσματική διαδικασία μετατροπής ενέργειας.
* φωτοσύνθεση: Τα φυτά χρησιμοποιούν το φως του ήλιου για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε γλυκόζη και οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει μετασχηματισμό και αποθήκευση ενέργειας.
* Ρύθμιση θερμοκρασίας σώματος: Η ομοιόσταση διατηρεί μια σταθερή εσωτερική θερμοκρασία παρά τις εξωτερικές διακυμάνσεις. Αυτό περιλαμβάνει ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον.
* Σύάση μυών: Απαιτεί ενέργεια από το ATP για τη δημιουργία δύναμης και κίνησης. Πρόκειται για μια θερμοδυναμική διαδικασία που περιλαμβάνει τη μετατροπή της χημικής ενέργειας στη μηχανική ενέργεια.
Key Takeaway: Οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ιδιαίτερα οργανωμένοι και δυναμικά θερμοδυναμικά συστήματα που ανταλλάσσουν συνεχώς ενέργεια και έχουν σημασία με το περιβάλλον τους. Η κατανόηση της θερμοδυναμικής είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση των βιολογικών διεργασιών σε όλα τα επίπεδα, από τα κύτταρα έως τα οικοσυστήματα.
