กฎของอุณหพลศาสตร์และเมแทบอลิซึม

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง กฎของอุณหพลศาสตร์และเมแทบอลิซึม

กฎของอุณหพลศาสตร์ vs. เมแทบอลิซึม

กฎของอุณหพลศาสตร์ มีทั้งหมด 4 ข้อ โดยกฎข้อที่หนึ่งและข้อที่สองนั้น ถือว่าเป็นสองกฎที่สำคัญที่สุดของฟิสิกส์เลยทีเดียว อย่างไรก็ตาม กฎบางข้อ เช่น ข้อที่สอง จะเป็นจริงก็ต่อเมื่อเมื่อมองธรรมชาติแบบมหภาคเท่านั้น แต่เมื่อมองในระดับจุลภาคหรือระดับอะตอม มีความน่าจะเป็นที่กฎข้อที่สองจะถูกฝ่าฝืน เพียงแต่ความน่าจะเป็นนั้นมีค่าน้อยมาก จนไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในระดับมหภาคเท่านั้น. กระบวนการสร้างและสลาย หรือ เมแทบอลิซึม (metabolism) มาจากภาษากรีก μεταβολή ("metabolē") มีความหมายว่า "เปลี่ยนแปลง" เป็นกลุ่มปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์สิ่งมีชีวิตเพื่อค้ำจุนชีวิต วัตถุประสงค์หลักสามประการของเมแทบอลิซึม ได้แก่ การเปลี่ยนอาหารและเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานในการดำเนินกระบวนการของเซลล์ การเปลี่ยนอาหารและเชื้อเพลิงเป็นหน่วยย่อยของโปรตีน ลิพิด กรดนิวคลิอิกและคาร์โบไฮเดรตบางชนิด และการขจัดของเสียไนโตรเจน ปฏิกิริยาเหล่านี้มีเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้สิ่งมีชีวิตเติบโตและเจริญพันธุ์ คงไว้ซึ่งโครงสร้างและตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม "เมแทบอลิซึม" ยังสามารถหมายถึง ผลรวมของปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดที่เกิดในสิ่งมีชีวิต รวมทั้งการย่อยและการขนส่งสสารเข้าสู่เซลล์และระหว่างเซลล์ กลุ่มปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่า เมแทบอลิซึมสารอินเทอร์มีเดียต (intermediary หรือ intermediate metabolism) โดยปกติ เมแทบอลิซึมแบ่งได้เป็นสองประเภท คือ แคแทบอลิซึม (catabolism) ที่เป็นการสลายสสารอินทรีย์ ตัวอย่างเช่น การสลายกลูโคสให้เป็นไพรูเวต เพื่อให้ได้พลังงานในการหายใจระดับเซลล์ และแอแนบอลิซึม (anabolism) ที่หมายถึงการสร้างส่วนประกอบของเซลล์ เช่น โปรตีนและกรดนิวคลีอิก ทั้งนี้ การเกิดแคแทบอลิซึมส่วนใหญ่มักมีการปลดปล่อยพลังงานออกมา ส่วนการเกิดแอแนบอลิซึมนั้นจะมีการใช้พลังงานเพื่อเกิดปฏิกิริยา ปฏิกิริยาเคมีของเมแทบอลิซึมถูกจัดอยู่ในวิถีเมแทบอลิซึม (metabolic pathway) ซึ่งสารเคมีชนิดหนึ่งๆ จะถูกเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอนจนกลายเป็นสารชนิดอื่น โดยอาศัยการเข้าทำปฏิกิริยาของใช้เอนไซม์หลายชนิด ทั้งนี้ เอนไซม์ชนิดต่างๆ นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเกิดเมแทบอลิซึม เพราะเอนไซม์จะเป็นตัวกระตุ้นการเกิดปฏิกิริยาเคมีเหล่านั้น โดยการเข้าจับกับปฏิกิริยาที่เกิดเองได้ (spontaneous process) อยู่แล้วในร่างกาย และหลังการเกิดปฏิกิริยาจะมีปลดปล่อยพลังงานออกมา พลังงานที่เกิดขึ้นนี้จะถูกนำไปใช้ในปฏิกิริยาเคมีอื่นของสิ่งมีชีวิตที่ไม่อาจเกิดขึ้นได้เองหากปราศจากพลังงาน จึงอาจกล่าวได้ว่า เอนไซม์ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ของร่างกายดำเนินไปอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เอนไซม์ยังทำหน้าที่ควบคุมวิถีเมแทบอลิซึมในกระบวนการการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในสิ่งแวดล้อมของเซลล์หรือสัญญาณจากเซลล์อื่น ระบบเมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตจะเป็นตัวกำหนดว่า สารใดที่มีคุณค่าทางโภชนาการและเป็นพิษสำหรับสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ ตัวอย่างเช่น โปรคาริโอตบางชนิดใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นสารอาหาร ทว่าแก๊สดังกล่าวกลับเป็นสารที่ก่อให้เกิดพิษแก่สัตว์ ทั้งนี้ ความเร็วของเมแทบอลิซึม หรืออัตราเมแทบอลิกนั้น ส่งผลต่อปริมาณอาหารที่สิ่งมีชีวิตต้องการ รวมไปถึงวิธีที่สิ่งมีชีวิตนั้นจะได้อาหารมาด้วย คุณลักษณะที่โดดเด่นของเมแทบอลิซึม คือ ความคล้ายคลึงกันของวิถีเมแทบอลิซึมและส่วนประกอบพื้นฐาน แม้จะในสปีชีส์ที่ต่างกันมากก็ตาม ตัวอย่างเช่น กลุ่มกรดคาร์บอกซิลิกที่ทราบกันดีว่าเป็นสารตัวกลางในวัฏจักรเครปส์นั้นพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่มีการศึกษาในปัจจุบัน ตั้งแต่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอย่างแบคทีเรีย Escherichia coli ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ขนาดใหญ่อย่างช้าง ความคล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจของวิถีเมแทบอลิซึมเหล่านี้เป็นไปได้ว่าอาจเป็นผลเนื่องมาจากวิถีเมแทบอลิซึมที่ปรากฏขึ้นในช่วงแรกของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ และสืบมาจนถึงปัจจุบันเพราะประสิทธิผลของกระบวนการนี้.

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์

ทั่วไปเมื่อระบบทางอุณหพลศาสตร์สองระบบสัมผัสกันจะมีการแลกเปลี่ยนพลังงานต่อกันและกัน ภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ (Thermodynamical equilibrium) เกิดขึ้นเมื่อทั้งสองระบบไม่มีการถ่ายทอดพลังงานกันอีกแล้ว หรือเราอาจนิยามให้หมายถึงสภาวะที่ระบบอุณหพลศาสตร์อยู่ในสภาวะสมดุลทุก ๆ ด้าน ไม่ว่าจะเป็น สมดุลทางกลศาสตร์ สมดุลทางไฟฟ้า สมดุลทางเคมี หรือสมดุลทางอุณหภูมิ เป็นต้น อนึ่ง ภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์นี้ เป็นนิยามสำคัญในกฎข้อที่ 0 ของอุณหพลศาสตร.

กฎของอุณหพลศาสตร์และสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ · สมดุลทางอุณหพลศาสตร์และเมแทบอลิซึม · ดูเพิ่มเติม »

เอนโทรปี

การละลายของน้ำแข็งในน้ำ นับเป็นตัวอย่างหนึ่งของการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีของน้ำแข็ง ซึ่งเดิมมีโมเลกุลเรียงอยู่กับที่ มาเป็นโมเลกุลเคลื่อนที่ไปมาภายในแก้ว เอนโทรปี (entropy) มาจากภาษากรีก εν (en) แปลว่าภายใน รวมกับ τρέπω (trepo) แปลว่า ไล่ หนี หรือ หมุน ถือเป็นหัวใจของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นเองทางธรรมชาติ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะทำให้ความแตกต่างของ ไม่ว่าจะเป็น อุณหภูมิ แรงดัน ความหนาแน่น หรือค่าอื่น ๆ ในระบบค่อย ๆ น้อยลงจนกลืนเป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งต่างจากกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งกล่าวถึงการอนุรักษ์พลังงาน เอนโทรปีเป็นจำนวนซึ่งใช้อธิบายระบบอุณหพลศาสตร์ เมื่อมองในระดับโมเลกุล กระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติทำให้โมเลกุลมีการเรียงตัวที่ไม่เป็นระเบียบมากขึ้น สามารถแทนได้ด้วยค่าเอนโทรปีที่เพิ่มขึ้น ในการคำนวณ นิยมใช้สัญลักษณ์ S ซึ่งนิยามจากสมการดิฟเฟอเรนเซียล dS.

กฎของอุณหพลศาสตร์และเอนโทรปี · เมแทบอลิซึมและเอนโทรปี · ดูเพิ่มเติม »