Превращение энергии в живых клетках

Живые организмы подчиняются законам термодинамики. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Следовательно, живые организмы не могут ни создавать энергию из ничего, ни уничтожать ее, они могут только преобразовывать одну форму энергии в другую. Живые организмы потребляют из окружающей среды энергию в той форме, в которой они могут использовать ее в конкретных условиях температуры и давления, и затем возвращают в окружающую среду эквивалентное количество энергии в другой форме, менее пригодной для них. Полезная энергия, утилизируемая клеткой, называется свободной энергией, и ее можно определить просто как энергию, способную производить работу при постоянных температуре и давлении. Энергия, возвращаемая клеткой в окружающую среду, обычно выделяется в форме тепла и других бесполезных для нее форм энергии, это приводит к уменьшению упорядоченности среды, т.е. к повышению ее энтропии.

Первая важная аксиома молекулярной логики живого: живые организмы создают и поддерживают присущую им упорядоченность за счет внешней среды, степень упорядоченности которой в результате этого уменьшается.

Внешняя среда необходима для живых организмов не только как источник свободной энергии, но и как поставщик строительных материалов. С точки зрения термодинамики живые организмы представляют собой “открытые системы”, поскольку они обмениваются с внешней средой, как энергией, так и веществом и при этом преобразуют и то, и другое. Характерной чертой открытых систем является то, что они не находятся в равновесии с окружающей средой. Для живых организмов характерно так называемое стационарное состояние, которое является таким состоянием открытой системы, при котором скорость переноса вещества и энергии из среды в систему точно уравновешивается скоростью переноса вещества и энергии из системы.

Вторая аксиома молекулярной логики живого включает положение о том, что клетка - неравновесная открытая система, машина для извлечения из внешней среды свободной энергии, в результате чего происходит возрастание энтропии среды.

Третья важная аксиома - живая клетка является изотермической химической машиной.

Энергию, которую клетки поглощали из среды, они получали в форме химической энергии, которая затем преобразуется для выполнения химической работы, совершаемой в процессе биосинтеза клеточных компонентов, а также осмотической работы, необходимой для транспорта веществ в клетку, и механической работы сокращения и передвижения.