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La bioquímica y la segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica

La cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo, es decir, tiende a aumentar el desorden en todos los procesos naturales en el conjunto sistema más entorno (es decir, en el Universo).

Pero, ¿qué es la entropía? Podríamos definirle una serie de características:

  • Es una función de estado que mide el grado de desorden o libertad de un sistema.
  • En los sistemas abiertos (como en la célula) hay que tener en cuenta el intercambio de entropía con el entorno o exterior.
  • En las reacciones exotérmicas aumentará la entropía del entorno, mientras que en las endotérmicas disminuirá la entropía del entorno.
  • En procesos reversibles, el incremento de entropía del universo (sistema + entorno) no varía, mientras que en procesos irreversibles éste incremento es positivo (aumenta).

El sistema célula más el entorno

Si aislásemos una célula, podríamos hablar del sistema célula como tal, siendo el entorno todo lo demás que rodea a la misma, y por tanto, el Universo se compondría del sistema célula más su entorno.

La aparente contradicción entre la generación de orden y la entropía.

Todo ser vivo tiende a generar moléculas que contienen mucha información (por ejemplo, en la síntesis de ADN en la célula) y por tanto, aumentar el orden, a partir de la entrada de materia y energía, pero este hecho parece contradecir a la segunda ley de la termodinámica; sin embargo, si analizamos detenidamente se comprueba que solo parte de esa energía y materia se utiliza para generar esa molécula ordenada, la otra parte se disipará en forma de calor, que es una forma de fluir de la energía muy desordenada, la cual se libera al entorno celular provocando el aumento de entropía. De esta forma, la entropía del universo aumentará ya que la de la célula disminuye y la de su entorno aumenta en mayor proporción.
De ahí la importancia del estudio de las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos, conociendo la energía contenida en los enlaces de reactivos y productos y el intercambio de calor de la célula con el entorno.
 
En la combustión de los alimentos que tiene lugar en el interior celular, por ejemplo, se aprovecha el calor generado en dicha combustión gracias a las diferentes rutas metabólicas (anabolismo), es decir, que a partir de la generación de desorden en el entorno celular (calor), los seres vivos son capaces de acoplarlo a reacciones que generan orden, como en la síntesis de polisacáridos, lípidos y proteínas a partir de sus respectivos monómeros.
 

 

Conclusión: siempre se crea orden, pero a gran escala predomina el desorden.

De esta forma, tanto las biomoléculas de las que están formados los seres vivos como la materia inerte (por ejemplo, al encender una hoguera, el calor generado puede aprovecharse para mantener la vida en una noche fría) contribuyen de alguna manera a mantener ese orden interno de los organismos vivos (sistemas), mientras que, según la segunda ley de la termodinámica, en todos los procesos naturales siempre tiende a aumentar el desorden en el Universo (que incluye el sistema más el entorno). Es decir, que a gran escala la entropía siempre aumenta aunque a nivel interno de los seres vivos haya una creación de orden.
 
 

Bibliografía:

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