Entropie innerhalb der Zelle

Lebende Zellen folgen dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass Systeme dazu neigen, ohne äußeren Input von niedrigen entropiegeordneten Zuständen zu hohen entropieungeordneten Zuständen zu gelangen.

Zum Beispiel dispergiert der passive Transport von konzentriertem Sauerstoff aus der Lunge in das weniger sauerstoffreiche Blut die Sauerstoffmoleküle, wodurch die Entropie des Systems erhöht wird.

Zellen gewinnen Energie aus dem Abbau von Molekülen wie Glukose. Die Nebenprodukte der Reaktion – Kohlendioxid, Wasser und Wärme – werden an die Umgebung abgegeben, wodurch die Entropie erhöht wird.

Das Überleben von Zellen hängt von hochgeordneten Systemen wie DNA und Proteinen ab. Die Bildung dieser geordneten Strukturen bewirkt eine Abnahme der Entropie des Systems, die mit einer gleichen oder größeren Zunahme der Entropie der Umgebung einhergehen muss.

Einzelne DNA-Stränge sind ungeordnet und ihre Entropie nimmt ab, wenn sie sich zu einer geordneten Doppelhelixstruktur zusammenfügen.

Gleichzeitig wird bei der Doppelhelixbildung Energie an die Umgebung abgegeben. Diese Energie bringt die Umgebung ungeordneter und erhöht ihre Entropie.