熱力学の最初の法則：エネルギーの保存
* ステートメント： エネルギーは作成または破壊することはできず、ある形式から別の形式にのみ変換されます。
* 細胞代謝： この法律は、細胞が彼らの代謝プロセスを動かすために周囲からエネルギーを得なければならないことを規定しています。このエネルギーは、主にグルコースのような食物分子の分解から来ており、結合に保存されている化学エネルギーを放出します。このエネルギーは、新しい分子の構築、膜を横切る物質の移動、電気インパルスの生成など、必須の細胞機能を実行するために使用されます。
熱力学の第2法則：エントロピー
* ステートメント： 閉じたシステムの総エントロピー（障害またはランダム性）は、常に時間とともに増加します。これは、エネルギー変換が100％効率的ではないことを意味します。熱としてエネルギーが失われ、周囲の障害が増加します。
* 細胞代謝： セルは閉じたシステムではありませんが、オープンシステムは常にエネルギーと物質を環境と交換します。 この交換により、細胞は自分の内部で比較的低いレベルのエントロピーを維持できます。ただし、細胞プロセスは副産物として熱を生成し、宇宙の全体的なエントロピーの増加に貢献しています。
ここに、熱力学の法則が細胞代謝にどのように適用されるかのいくつかの具体的な例があります：
* 光合成： 植物は太陽から光エネルギーを捕獲し、グルコース分子に保存された化学エネルギーに変換します。このプロセスは100％効率的ではありません。一部のエネルギーは熱として失われますが、グルコースに保存されている全体のエネルギーは、それを作成するために使用されるエネルギーよりも大きくなります。
* 細胞呼吸： グルコースの分解は、化学エネルギーを放出して細胞プロセスをパワーします。一部のエネルギーは熱として失われるため、このプロセスも100％効率的ではありません。ただし、グルコースから放出されたエネルギーは、細胞内で作業を行うためにまだ使用されており、エネルギーの保存を示しています。
* エントロピーとタンパク質の折りたたみ： タンパク質は、特定の3次元形状に折り畳んで機能を実行します。この折り畳みプロセスは自発的ですが、より障害のある状態へのエントロピー傾向を克服するためにエネルギー入力が必要です。
* 代謝経路： 複雑な代謝経路には、多くの相互接続された反応が含まれます。各反応には独自のエネルギー要件がある場合がありますが、全体的な経路は熱力学の法則に従わなければなりません。 全体的なプロセスは、純エネルギーの増加または損失を有利にする必要があります。
要約
熱力学の第1および第2の法則は、制限ではなく、細胞代謝におけるエネルギーの流れの複雑なダンスを導く基本原則です。彼らは、細胞がエネルギーを獲得し、変換し、利用して生命を維持し、重要なプロセスを実行する方法を理解するためのフレームワークを提供します。
