Свободная энергия и законы термодинамики

Жизнь существует и развивается за счет поступающей извне свободной энергии. Энергетический обмен животной клетки относится к органотрофному (у растений - фототрофный) типу, при котором накопление энергии происходит в результате деградации органических веществ. Сущность биоэнергетики составляет процесс превращения химической энергии органических соединений, поступающих из пищи, в различные формы полезной энергии (механическую, электрическую, световую, химическую, тепловую и т.д.).

Энергетический обмен живого организма подчиняется законам термодинамики.

Первый закон сохранения энергии утверждает, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, она может только переходить из одной формы в другую.

Второй закон термодинамики позволяет предсказать направление биохимических реакций. Согласно ему все процессы идут в направлении возрастания общей энтропии (меры разупорядоченности) системы и окружающей среды. Увеличение энтропии препятствует возврату к исходному состоянию. Поэтому все реакции, которые сопровождаются увеличением разупорядоченности, необратимы, и для их протекания необходимы затраты дополнительной энергии. Часть энергии системы, которая может использоваться для совершения работы при постоянных температуре и давлении, называется свободной. Если ее значения имеют отрицательный знак, то реакция происходит самопроизвольно с выделением добавочной энергии (экзэргоническая реакция), а положительные цифры показателя свидетельствуют о необходимости затрат энергии (эндэргоническая реакция). Если система находится в состоянии равновесия (А В), то количество свободной энергии равно нулю. Ее величины обычно выражают в джоулях на моль или калориях на моль вещества (Дж/моль или кал/моль).