3.9: Nierównowaga w komórce

Ważnym pojęciem w badaniu metabolizmu i energii jest równowaga chemiczna. Większość reakcji chemicznych jest odwracalna. Mogą poruszać się w obu kierunkach, uwalniając energię do otoczenia w jednym kierunku i absorbując ją z otoczenia w drugim kierunku. To samo dotyczy reakcji chemicznych biorących udział w metabolizmie komórkowym, takich jak rozkład i gromadzenie białek odpowiednio na i z poszczególnych aminokwasów. Reagenty w układzie zamkniętym będą ulegać reakcjom chemicznym w obu kierunkach, aż osiągną stan równowagi, który jest jedną z najniższych możliwych energii swobodnych i stanem maksymalnej entropii. Wypchnięcie reagentów i produktów ze stanu równowagi wymaga energii. Reagenty lub produkty muszą być dodawane, usuwane lub zmieniane.

Gdyby komórka była zamkniętym systemem, jej reakcje chemiczne osiągnęłyby równowagę i umarłaby, ponieważ nie pozostałoby wystarczająco dużo wolnej energii, aby wykonać pracę niezbędną do podtrzymania życia. W żywej komórce reakcje chemiczne stale zmierzają w kierunku równowagi, ale nigdy jej nie osiągają. Dzieje się tak, ponieważ żywa komórka jest systemem otwartym. Materiały wchodzą i wychodzą, komórka przetwarza produkty pewnych reakcji chemicznych do innych reakcji i nigdy nie ma równowagi chemicznej. W ten sposób żywe organizmy toczą nieustanną, wymagającą energii, ciężką walkę z równowagą i entropią. Ten stały dopływ energii ostatecznie pochodzi ze światła słonecznego, które wytwarza składniki odżywcze w procesie fotosyntezy.

Stan ustalony odnosi się do względnie stabilnego środowiska wewnętrznego wymaganego do utrzymania życia. Do prawidłowego funkcjonowania komórki potrzebują odpowiednich warunków, takich jak odpowiednia temperatura, pH i odpowiednie stężenie różnych substancji chemicznych. Warunki te mogą jednak zmieniać się z chwili na chwilę. Organizmy są w stanie utrzymać homeostatyczne warunki wewnętrzne w wąskim zakresie prawie stale, pomimo zmian środowiskowych, poprzez aktywację mechanizmów regulacyjnych. Na przykład organizm musi regulować temperaturę ciała poprzez proces termoregulacji.

Ten tekst jest adaptacją Openstax, Biology 2e, Sekcja 6.2 Energia potencjału, kinetyczna, swobodna i aktywacji Sekcja oraz 1.2 Tematy i koncepcje biologii.