Biyolojik termodinamik, canlı sistemlerdeki enerji dönüşümlerini ve bu süreçlerin termodinamik ilkelerle ilişkisini inceler. Biyoenerjetik ve biyokimyasal termodinamikle yakından bağlantılı olan alan; metabolizma, kimyasal tepkimeler ve hücrelerin çevreleriyle enerji alışverişi gibi konuları kapsar. Canlı sistemler termodinamik yasalarından ayrı değildir; bu ilkeler biyolojik süreçlere de uygulanır. [1][2]
Serbest enerji ve metabolizma
Hücrelerde enerji, kimyasal tepkimelerle aktarılır ve biyolojik işlevlerde kullanılır. Gibbs serbest enerji değişimi, belirli koşullardaki bir tepkimenin enerji bakımından elverişliliğini değerlendirmeye yarar. Hücrelerde enerji gerektiren süreçler, enerji açığa çıkaran tepkimelerle eşleştirilebilir. ATP, bu aktarımda önemli rol oynayan moleküllerden biridir; ancak hücresel enerjinin tek biçimi veya bütün metabolik süreçleri tek başına açıklayan bir mekanizma değildir. Biyokimya kaynakları ATP’nin, enerji sağlayan ve enerji gerektiren süreçler arasında serbest enerji aktarımına katkısını açıklar. [2]
Açık sistemler ve denge dışı süreçler
Organizmalar çevreleriyle madde ve enerji alışverişi yaptığından, onları çevrelerinden yalıtılmış sistemler gibi değerlendirmek uygun değildir. Canlılığın sürmesi, enerji akışını ve denge dışı süreçleri içerir. Bir organizmada yerel düzenin korunması, çevreyi de kapsayan toplam sistemde entropi üretimiyle çelişmez. Biyokimyasal sistemlere ilişkin denge dışı termodinamik araştırmaları, enerji tüketimi ve tepkime ağlarının davranışını incelemek için çeşitli kuramsal yaklaşımlardan yararlanır. [1]
Araştırma konusu yalnızca hücre ölçeğiyle sınırlı değildir: moleküler süreçlerden metabolik ağlara uzanan farklı düzeylerde enerji dönüşümleri ele alınabilir. Bununla birlikte termodinamik ilkelerin biyolojiye uygulanması, her canlı sürecin tek bir basit enerji hesabına indirgenebileceği anlamına gelmez. Sistemlerin çevreyle alışverişi, tepkimelerin eşleşmesi ve gözlem koşulları değerlendirmeye katılmalıdır. Bu alan, fiziksel kısıtlarla biyolojik işlevler arasındaki ilişkiyi nicel olarak incelemeye çalışır. [1][2]