Năng lượng
Sử dụng trong khoa học > Sinh học

Trong sinh học, năng lượng là một thuộc tính của tất cả các hệ thống sinh học từ sinh quyển đến sinh vật nhỏ nhất. Trong một sinh vật, nó chịu trách nhiệm cho sự tăng trưởng và phát triển của một tế bào sinh học hoặc một cơ quan của một sinh vật. Năng lượng được sử dụng trong hô hấp hầu hết được lưu trữ trong oxy phân tử  và có thể được mở khóa bằng các phản ứng với các phân tử của các chất như carbohydrate (bao gồm cả đường), lipid và protein được lưu trữ bởi các tế bào. Về mặt con người, tương đương con người (He) (Chuyển đổi năng lượng của con người) chỉ ra, đối với một lượng chi tiêu năng lượng nhất định, lượng năng lượng tương đối cần thiết cho quá trình trao đổi chất của con người, giả sử chi tiêu năng lượng trung bình của con người là 12.500   kJ mỗi ngày và tốc độ trao đổi chất cơ bản là 80 watt. Ví dụ, nếu cơ thể chúng ta chạy (trung bình) ở mức 80 watt, thì một bóng đèn chạy ở 100 watt đang chạy ở mức 1,25 tương đương con người (100 ÷ 80) tức là 1,25 He. Đối với một nhiệm vụ khó khăn chỉ trong vài giây, một người có thể đưa ra hàng ngàn watt, gấp nhiều lần 746 watt trong một mã lực chính thức. Đối với các nhiệm vụ kéo dài vài phút, một người phù hợp có thể tạo ra khoảng 1.000 watt. Đối với một hoạt động phải được duy trì trong một giờ, sản lượng giảm xuống khoảng 300; đối với một hoạt động được duy trì cả ngày, 150 watt là khoảng tối đa. Tương đương con người hỗ trợ sự hiểu biết về dòng năng lượng trong các hệ thống vật lý và sinh học bằng cách biểu thị các đơn vị năng lượng theo thuật ngữ của con người: nó cung cấp "cảm giác" cho việc sử dụng một lượng năng lượng nhất định.
Năng lượng bức xạ của ánh sáng mặt trời cũng được thực vật thu giữ dưới dạng năng lượng hóa học trong quang hợp, khi carbon dioxide và nước (hai hợp chất năng lượng thấp) được chuyển đổi thành carbohydrate, lipid và protein và các hợp chất năng lượng cao như oxy  và ATP. Carbonhydrat, lipid và protein có thể giải phóng năng lượng oxy, được sử dụng bởi các sinh vật sống như một chất nhận điện tử. Sự giải phóng năng lượng được lưu trữ trong quá trình quang hợp vì nhiệt hoặc ánh sáng có thể được kích hoạt đột ngột bởi một tia lửa, trong một đám cháy rừng, hoặc nó có thể được cung cấp chậm hơn cho quá trình trao đổi chất của động vật hoặc con người, khi các phân tử hữu cơ được hấp thụ và quá trình dị hóa được kích hoạt bởi enzyme hoạt động.
Bất kỳ sinh vật sống nào cũng dựa vào một nguồn năng lượng bên ngoài - năng lượng bức xạ từ Mặt trời trong trường hợp thực vật xanh, năng lượng hóa học ở dạng nào đó trong trường hợp động vật - để có thể phát triển và sinh sản. 1500 15002000 hàng ngày   Calo (6 Tiếng8   MJ) được khuyến nghị cho một người trưởng thành được sử dụng như một sự kết hợp của các phân tử oxy và thực phẩm, sau này chủ yếu là carbohydrate và chất béo, trong đó glucose (C 6 H 12 O 6) và stearin (C 57 H 110 O 6) là những ví dụ thuận tiện. Các phân tử thực phẩm bị oxy hóa thành carbon dioxide và nước trong ty thể
{\ce {C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O}}
{\ce {C57H110O6 + 81.5O2 -> 57CO2 + 55H2O}}
và một số năng lượng được sử dụng để chuyển đổi ADP thành ATP.
ADP + HPO42− → ATP + H2O
Phần còn lại của năng lượng hóa học trong O 2  và carbohydrate hoặc chất béo được chuyển thành nhiệt: ATP được sử dụng như một loại "tiền tệ năng lượng", và một số năng lượng hóa học mà nó chứa được sử dụng cho chuyển hóa khác khi ATP phản ứng với các nhóm OH và cuối cùng phân tách thành ADP và phosphat (ở mỗi giai đoạn của quá trình trao đổi chất, một số năng lượng hóa học được chuyển thành nhiệt). Chỉ một phần rất nhỏ của năng lượng hóa học ban đầu được sử dụng cho công việc:
Dường như các sinh vật sống hoạt động kém hiệu quả (theo nghĩa vật lý) trong việc sử dụng năng lượng mà chúng nhận được (năng lượng hóa học hoặc năng lượng bức xạ), và sự thật là hầu hết các máy móc thực sự có độ hiệu quả cao hơn. Trong các sinh vật đang phát triển, năng lượng được chuyển đổi thành nhiệt phục vụ mục đích sống còn, vì nó cho phép mô sinh vật có trật tự cao đối với các phân tử mà nó được tạo ra. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học nói rằng năng lượng (và vật chất) có xu hướng lan tỏa đều hơn trong vũ trụ: tập trung năng lượng (hoặc vật chất) ở một nơi cụ thể, cần phải truyền ra một lượng năng lượng lớn hơn (dưới dạng nhiệt) trên phần còn lại của vũ trụ ("môi trường xung quanh"). Các sinh vật đơn giản hơn có thể đạt được hiệu quả năng lượng cao hơn các sinh vật phức tạp hơn, nhưng các sinh vật phức tạp có thể chiếm các hốc sinh thái không có sẵn cho các sinh vật khác đơn giản hơn. Sự chuyển đổi một phần năng lượng hóa học thành nhiệt ở mỗi bước trong quá trình trao đổi chất là lý do vật lý đằng sau kim tự tháp sinh khối quan sát được trong sinh thái học: chỉ thực hiện bước đầu tiên trong chuỗi thức ăn, theo ước tính 124,7   PG / a của carbon được cố định bằng quang hợp, 64.3 PG/a (52%) được sử dụng cho quá trình chuyển hóa của cây xanh, tức là được chuyển đổi thành carbon dioxide và nhiệt.