第一法則―生体系への応用

🧠 生体はエネルギーを作るのではなく形を変換する。 代謝は栄養素の化学エネルギー chemical energy 化学エネルギー（chemical energy） chemical energy（化学エネルギー） をATP・熱・仕事へ変える。

生体のエネルギー収支

代謝で得た化学エネルギー chemical energy 化学エネルギー（chemical energy） chemical energy（化学エネルギー） は外部仕事 external work外部仕事（external work） external work（外部仕事）、輸送仕事、合成、熱へ配分される。体重や体温などの状態量がほぼ一定でも物質・エネルギーの流れは続く。定常状態では、各収支 net yield 収支（net yield） net yield（収支） について流入・生成・流出が釣り合い、巨視的macroscopic 巨視的（macroscopic）macroscopic（巨視的） な蓄積量が時間的にほぼ一定となる¹。

代謝エネルギーの配分

呼吸や光合成にも第一法則 Fick's first law 第一法則（Fick's first law） Fick's first law（第一法則） が成り立つ。

flowchart TD
  A["生体の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='energy balance'>エネルギー収支</span>"] --> B
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='metabolic energy'>代謝エネルギー</span>の配分"] --> C
  C["呼吸や光合成にも<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Fick&#39;s first law'>第一法則</span>が成り立つ"] --> D
  D["定常状態と効率"]

定常状態と効率

生体は物質とエネルギーを交換する開放系であり、代謝は栄養素の化学エネルギー chemical energy 化学エネルギー（chemical energy） chemical energy（化学エネルギー） をATP・熱・仕事へ変換する。このときも第一法則Fick's first law第一法則（Fick's first law）Fick's first law（第一法則）は成立し、摂取・排出・蓄積を含む全収支 net yield 収支（net yield） net yield（収支） を取ればエネルギーは保存される。

エネルギー収支energy balance エネルギー収支（energy balance）energy balance（エネルギー収支） は摂取・蓄積・仕事・熱放散heat dissipation 熱放散（heat dissipation）heat dissipation（熱放散） を結ぶ。効率は目的に応じて、機械仕事/代謝エネルギーmetabolic energy代謝エネルギー（metabolic energy）metabolic energy（代謝エネルギー）、ATPに保存された自由エネルギー free energy自由エネルギー（free energy） free energy（自由エネルギー）/基質の自由エネルギー free energy 自由エネルギー（free energy） free energy（自由エネルギー） など異なる入出力で定義されるため、分母と分子を明示する必要がある²。機械効率で仕事に数えないエネルギーも「消失」せず、内部エネルギーinternal energy 内部エネルギー（internal energy）internal energy（内部エネルギー） 変化や熱として収支 net yield 収支（net yield） net yield（収支） に含まれる。

まとめ

• 生体はエネルギーを作るのではなく形を変換する。代謝は栄養素の化学エネルギー chemical energy 化学エネルギー（chemical energy） chemical energy（化学エネルギー） をATP・熱・仕事へ変える。
• 呼吸や光合成にも第一法則 Fick's first law 第一法則（Fick's first law） Fick's first law（第一法則） が成り立つ。
• エネルギー収支energy balance エネルギー収支（energy balance）energy balance（エネルギー収支） は摂取・蓄積・仕事・熱放散heat dissipation 熱放散（heat dissipation）heat dissipation（熱放散） を結ぶ。