세포호흡에서 생성되는 에너지 모두를 생명 활동에 사용하는 것은 안되나요?
세포 호흡을 통해 생성된 에너지는 ATP에 저장되던가 열에너지로 방출 되잖아요. 그런데 열에너지로 방출 되지 않고 전부 ATP로 합성되어서 생명 활동에 사용하면 안되는 것인가요? 안된다면 그 이유를 알려주세요. 열역학 제 2법칙 때문인가요?
안녕하세요. 김경태 전문가입니다.
맞습니다, 세포 호흡을 통해 생성된 에너지는 주로 ATP에 저장되지만, 일부는 열에너지로 방출됩니다. 그러나 왜 모든 에너지가 ATP로 합성되어 생명 활동에 사용되지 않는지에 대해 이유가 있습니다.
이는 열역학 제 2법칙인 "엔트로피 증가의 법칙"과 관련이 있습니다. 엔트로피는 시스템의 무질서 정도를 나타내는데, 열에너지는 높은 엔트로피를 가지고 있습니다. 에너지를 100%로 ATP로 합성하여 저장한다면, 열에너지로 방출되는 대신에 에너지가 완전히 질서 정연한 ATP에 저장되므로, 시스템의 엔트로피가 감소합니다.
하지만 열역학 제 2법칙에 따라, 시스템의 엔트로피는 증가하는 경향을 가지기 때문에, 모든 에너지를 ATP로 저장한다면 시스템의 엔트로피 감소와는 반대되는 방향으로 작용하게 됩니다. 따라서, 세포는 일부 에너지를 ATP로 저장하고, 나머지는 열에너지로 방출하여 엔트로피 증가와 열역학 제 2법칙을 따르도록 합니다.
안녕하세요. 김지호 박사입니다. 포도당이 세포호흡을 통해 물과 이산화탄소가 되는 과정에서 약 60%의 열에너지와 40%의 ADP가 생성됩니다. 말씀하신 것처럼 열역학 제 2법칙에 의해 에너지는 전환될 때마다 항상 손실이 일어날 수 밖에 없습니다. 따라서 포도당에 있는 에너지 중 일부만 ATP에 저장되며 나머지는 물이나 이산화 탄소로도 나오고 열에너지로 방출됩니다.
세포 호흡에서 생성된 에너지가 모두 ATP로 저장된다면 생명 활동에 문제가 생기는 것은 사실이지만, 열역학 제2법칙 때문만은 아닙니다.
사실 세포 호흡 과정에서 화학 에너지를 ATP로 변환하는 과정은 완벽하지 않습니다. 일부 에너지는 열 형태로 손실되기 때문인데, 이는 모든 화학 반응이 불가역적입니다. 즉, 반응 과정에서 방출된 에너지를 완벽하게 되돌려 ATP로 저장하는 것 자체가 불가능합니다. 만약 모든 에너지를 ATP로 저장한다면, 열 손실 없이 100% 효율의 에너지 변환이 가능해야 하는데, 이는 말씀하신 열역학 제2법칙에 위배됩니다.
게다가 세포 호흡 과정에서 발생하는 열 에너지는 체온 조절에 중요한 역할을 합니다. 만약 모든 에너지가 ATP로 저장된다면, 체온을 유지하기 위한 열 에너지를 확보하지 못하게 됩니다. 특히, 근육 활동을 할 때 발생하는 많은 에너지는 열 형태로 방출되어야 오히려 지나친 체온 상승을 막고 체온을 유지하는 데 유리합니다.
더 많은 이유가 있지만, 이렇게 세포 호흡에서 생성된 에너지가 일부 열 에너지로 방출되는 것은 열역학 제2법칙뿐만 아니라, 에너지 손실 문제, 생체 온도 조절 문제나 ATP 활성화 문제 등의 이유 때문입니다.
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
세포 호흡을 통해 생성된 에너지는 ATP에 저장되거나 열에너지로 방출됩니다. 그러나 모든 에너지가 생명 활동에 사용되는 것은 아닙니다. 이는 열역학 제 2법칙에 따라 불가능합니다. 열역학 제 2법칙은 에너지가 항상 열로 이동하려는 경향이 있기 때문에 모든 에너지를 ATP로 합성하는 것은 불가능합니다.
세포 내에서는 열에너지가 방출되는 과정이 발생하며 이는 세포 내부의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 합니다. 따라서 열에너지를 모두 ATP로 합성하게 되면 세포 내부의 온도가 불안정해지고 생명 활동에 필요한 다른 화학 반응들도 영향을 받게 됩니다.
그리고 ATP는 세포 내에서 사용되는 에너지의 일종으로서 생명 활동에 필요한 에너지를 공급하는 역할을 합니다. 따라서 모든 에너지를 ATP로 합성하게 되면 다른 화학 반응들에 필요한 에너지를 충분히 공급할 수 없게 되어 생명 활동이 불가능해집니다.
따라서 세포 호흡에서 생성된 에너지는 일부는 ATP에 저장되고 일부는 열에너지로 방출되어 세포 내부의 온도를 일정하게 유지하고 일부는 다른 화학 반응에 사용되어 생명 활동을 유지하는 역할을 합니다. 이러한 과정은 열역학 제 2법칙에 따라 불가능한 일이 아니며 세포 내부의 에너지 균형을 유지하는 중요한 역할을 합니다. 감사합니다.
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세포호흡을 통해 생성된 에너지를 전부 ATP로 합성하여 생명 활동에 사용하는 것은 불가능합니다. 그 이유는 열역학 제2법칙 때문입니다. 열역학 제2법칙에 따르면 모든 자발적인 과정은 엔트로피 증가를 수반합니다. 즉, 열이나 다른 형태의 에너지가 반드시 손실되게 됩니다. 세포호흡 과정에서도 열이 방출되며, 이는 불가피한 손실이 됩니다. 만약 모든 에너지를 ATP로 전환한다면 세포의 대사 과정이 지나치게 비효율적이 되어 세포 기능이 제대로 작동하지 않게 됩니다. 따라서 일부 에너지는 열로 방출되고 나머지만이 ATP 형태로 저장되어 생명활동에 사용되는 것이 최선의 방법이라고 할 수 있습니다.