3.4: 세포 내의 엔트로피

살아 있는 세포가 에너지를 얻고, 변환하고, 사용하여 일을 하는 주요 임무는 간단해 보일 수 있습니다. 그러나 열역학 제2법칙은 이러한 작업이 보이는 것보다 어려운 이유를 설명합니다. 우주의 에너지 전달 중 어느 것도 완전히 효율적이지 않습니다. 모든 에너지 전달에서 일정량의 에너지는 사용할 수 없는 형태로 손실됩니다. 대부분의 경우 이 형태는 열 에너지입니다. 열역학적으로 열 에너지는 한 시스템에서 작동하지 않는 다른 시스템으로 전달되는 에너지로 정의됩니다. 예를 들어, 일부 에너지는 세포 대사 반응 중에 열 에너지로 손실됩니다.

물리적 체계에서 중요한 개념은 질서와 무질서의 개념이다. 시스템에 의해 주변 환경으로 손실되는 에너지가 많을수록 시스템은 덜 정렬되고 더 무작위적입니다. 과학자들은 시스템 내의 무작위성 또는 무질서의 측정을 엔트로피라고 부릅니다. 높은 엔트로피는 높은 무질서와 낮은 에너지를 의미합니다. 분자와 화학 반응은 엔트로피도 다양합니다. 예를 들어, 엔트로피는 한 곳에 고농도로 있는 분자가 확산되고 퍼질 때 증가합니다.

생물은 고도로 질서 정연하여 낮은 엔트로피 상태로 유지되기 위해 일정한 에너지 입력이 필요합니다. 살아있는 시스템이 에너지를 저장하는 분자를 흡수하고 화학 반응을 통해 변형시킬 때, 어떤 반응도 완전히 효율적이지 않기 때문에 그 과정에서 사용 가능한 에너지의 일정량을 잃게 됩니다. 그들은 또한 유용한 에너지원이 아닌 폐기물과 부산물을 생산합니다. 이 과정은 시스템 주변의 엔트로피를 증가시킵니다. 모든 에너지 전달은 사용 가능한 에너지의 손실을 초래하기 때문에 열역학 제2법칙에 따르면 모든 에너지 전달 또는 변환은 우주의 엔트로피를 증가시킵니다. 생명체는 고도로 질서 정연하고 낮은 엔트로피 상태를 유지하지만, 에너지 전달이 발생할 때마다 사용 가능한 에너지가 손실되기 때문에 전체 우주의 엔트로피는 지속적으로 증가하고 있습니다. 본질적으로, 생명체는 보편적 엔트로피의 끊임없는 증가에 맞서 끊임없이 힘겨운 싸움을 벌이고 있다.

이 텍스트는 Openstax Biology 2e, Section 6.3<a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/6-3-the-laws-of-thermodynamics"> The Laws of Thermodynamics에서 발췌한 것입니다.