Обратимость и необратимость биологических процессов

Исходя из II-ого закона термодинамики полный переход тепловой энергии в работу не может произойти без соответствующей компенсации, которая обусловлена либо изменением состояния системы, либо изменением в окружающей среде. Можно назвать процесс перехода системы из одного состояния в другое обратимым, если обратный переход не связан с некомпенсированным превращением энергии в работу.

Процесс перехода системы из одного состояния в другое называется необратимым, если обратный переход связан с необходимостью затраты излишней энергии извне. Это – термодинамический критерий обратимости. Этот критерий не совпадает с понятием обратимости или необратимости биохимических реакций.

Биохимическую реакцию называют обратимой, если она может осуществляться как в прямом, так и в обратном направлении, несмотря на то, что возвращение реакционной смеси в исходное состояние сопряжено с некомпенсированными потерями энергии. Более того, в организме функционируют различные обратимые биохимические циклы, в котором возвращение продуктов реакции в исходное состояние включает множество побочных реакций, в том числе и необратимые процессы – диффузию.

Такое различие в толковании обратимости связано с различием в толковании понятия термодинамического или устойчивого равновесия, поскольку для химических реакций понятия обратимость и равновесие совпадают. При равновесном процессе, т.е. процессе, идущем через ряд равновесных состояний, в каждый данный момент система находится в состоянии, бесконечно близком к равновесию, и достаточно незначительно изменить условия, чтобы процесс был обращен. Исходя из этого, можно полагать, что движение к равновесию химической реакции заключается в стремлении достигать равновесия и остановиться. Однако, равновесие химической реакции является динамическим, которая предполагает, что все химические реакции обратимы и используют термодинамические параметры для описания кинетики биохимических процессов.

Таким образом, при использовании термодинамики для описания биохимических реакций необходимо учитывать, что биохимические процессы, могут лишь в той или иной степени приближаться к равновесным и считаться обратимым.