تخضع الجمل الحيوية لقوانين الثرموديناميكا العامة

ينص القانون الأول من الثرموديناميكا على أن الطاقة الإجمالية لجملة ما بما في ذلك محططها، تبقى ثابتة. وهو يعرف أيضا بقانون الحفاظ على الطاقة، الذي تتضمن أنه لا يعكن للطاقة أن تضيع أو أن تزداد في أثناء حدوث أي تبدل ضمن الجملة الواحدة. لكن من الممكن انتقال الطاقة من جزء إلى أخر أو أن تتحول إلى شكل أخر من الطاقة ضمن هذه الجملة. فعلى سبيل المثال، قد تتحول الطاقة الكيميائية في الجمل الحيوية إلى حرارة أو إلى طاقة كهربائية أو إشعاعية أو حركية.

ينص القانون الثاني من الثرموديتاميكا على أن الانتروبي (Entropy) الإجمالي لجملة ما يجب أن يزداد في حال حدوث التفاعل أو الحدث بشكل تلقائي ويمثل الانتروبي درجة الاضطراب أو العشوائية في الجملة، ويصبح أعظمياً عندما تقترب هذه الجملة من التوارن الحقيقي. ويعبر عن العلاقة بين تبدل الطاقة الحرة (G) لجملة تفاعلية وتبدل الانتروبي (AS) في شروط ثابتة من الحرارة والضغط بالمعادلة التالية، التي تجمع قانوني الثرموديناميكا:

حيث ممثل ΔH تبدل السخانة (المحتوى الحراري Enthalpy) وT هي درجة احرارة المطلقة.

وتحت شروط التفاعلات الكيميائية الحيوية، ولأن HΔ تكون مساوية تقريباً ل EΔ، أي التبدل الإجمالي في الطاقة الحركة للتفاعل، فإنه يمكن التعبير عن المعادلة السابقة بالشكل التالي:

اذا كانت AG سالبة الإشارة، فإن التفاعل سيسير تلقائياً مع حدوث خسارة بالطاقة احرة، أي أن التفاعل مطلق للطاقة (Exergonic) إضافة لذلك إذا كانت قيمة GΔ كبيرة جدا، فإن التفاعل سيكون تاماً وبشكل أساسي غير عكسى. من جانب أخر إذا كانت إشارة GΔ إيجابية فإن التفاعل لا يحدث إلا عندما ترداد الطاقة احرة أي عندما يتم صرف الطاقة فيكون عندها التفاعل ماصاً للطاقة (Endergonic). إضافة لذلك إذا كانت قيمة AG كبيرة هنا، فإن هذه اسملة تكون ثابتة مع ميل قليل أو معدوم لإجراء التفاعل، أما إذا كانت قيمة AG مساوية للصفر فإن اسملة تكون بحالة توازن ودون حدوث أي تبدل في الطاقة.

عندما توجد المواد المتفاعلة بتراكيز 1 جزئي/ ليتر، تكون GΔ هي تبدل الطاقة احرة المعيارية وتتصف الحالة المعيارية في التفاعلات الكيميائية احيوية بأنها ذات قيمة باهاء (pH) يساوي 7.0 ويشار إلى تبدل الطاقة الحرة المعيارية عند هذه احالة المعيارية بالمصطلح GΔ_^٥.

 يمكن احتساب تبدل الطاقة الحرة المعيارية من ثابتة التوازن Keq على الشكل التالي:

حيث R هي ثابتة الغاز و T هي درجة الحرارة المطلقة . ومن المهم ملاحظة أن قيمة GΔ الفعلية قد تكون أكبر أو أصغر من GΔ، حيث يتعلق ذلك بتراكيز المتفاعلات (Reactants) المتعددة، بما فيها المذيب والأيونات المتنوعة والبروتينات. ومن الضروري أن ندرك، أته في جملة التفاعل الكيميائي الحيوى، يقوم الإنزيم بتسريع الوصول لحالة التوازن فقط دون أن يغير التراكيز النهائية للمتفاعلات عند التوازن وبعد أن تففصل عن الإنزيم.