微生物寿命は常に負のエントロピーを食べますか？微生物成長の熱力学的分析

Schrödingerは、彼の画期的な本「What Is Life？」で、人生は否定的なエントロピーを食べていると述べました。この貢献では、この声明の妥当性については、微生物成長プロセスの慎重な熱力学的分析を通じて議論されています。原則として、負のエントロピーを供給し、つまり基質よりも高いエントロピーの生成物を生成し、生成熱を微生物によって使用して、維持プロセスと成長プロセスに起因する内部エントロピー産生から自分自身を取り除くことができます。これらの2つのメカニズムを比較するために、文献データがレビューされています。エントロピー中立、エントロピー駆動型、およびエントロピーリターンの成長が存在することが示されています。いくつかの特に興味深い微生物の分析は、エンタルピーに遅れた微生物の成長も存在する可能性があることを示しており、これは成長中の熱の正味の取り込みを意味します。しかし、吸熱寿命の存在は熱量計では決して実証されていません。ライブセルの内部エントロピー産生は、バイオマス収量に定量的に関連する成長に伴うGIBBSエネルギー散逸にも反映されています。成長基質の物理化学的性質の観点からギブスエネルギー散逸の経験的相関は、文献で提案されており、バイオマスの収量をほぼ予測するために使用できます。エンタルピーの変化とギブスのエネルギー変化の比は、関連する異化プロセスのみの同じ比とほぼ等しいことが示されているため、予測できます。

Schrödinger stated in his landmark book, What is Life?, that life feeds on negative entropy. In this contribution, the validity of this statement is discussed through a careful thermodynamic analysis of microbial growth processes. In principle, both feeding on negative entropy, i.e. yielding products of higher entropy than the substrates, and generating heat can be used by microorganisms to rid themselves of internal entropy production resulting from maintenance and growth processes. Literature data are reviewed in order to compare these two mechanisms. It is shown that entropy-neutral, entropy-driven, and entropy-retarded growth exist. The analysis of some particularly interesting microorganisms shows that enthalpy-retarded microbial growth may also exist, which would signify a net uptake of heat during growth. However, the existence of endothermic life has never been demonstrated in a calorimeter. The internal entropy production in live cells also reflects itself in the Gibbs energy dissipation accompanying growth, which is related quantitatively to the biomass yield. An empirical correlation of the Gibbs energy dissipation in terms of the physico-chemical nature of the growth substrate has been proposed in the literature and can be used to predict the biomass yield approximately. The ratio of enthalpy change and Gibbs energy change can also be predicted since it is shown to be approximately equal to the same ratio of the relevant catabolic process alone.