Es gibt einige Dinge, die zuerst angegangen werden sollten.

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Chemisches Gleichgewicht

Dies ist eine Bedingung, bei der die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion für eine reversible Reaktion ist .

$$\ce{A<=>[k_f][k_r]B}$$

In diesem Fall,$k_f.A=k_r.B$, im Gleichgewicht, wenn die Reaktionen erster Ordnung sind. Wenn$k_f>k_r$, dann wäre die Konzentration von B am Gleichgewichtspunkt höher als die Konzentration von A.

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Gleichgewichtszustand

Es ist ein Zustand des Systems, in dem die Gesamtkonzentration aller Komponenten (Reaktanten und Produkte) zeitlich konstant bleibt oder mit einer konstanten Amplitude und Frequenz oszilliert. Mathematisch gesehen würden die Differentialgleichungen, die das System bezeichnen (wie von Dexter erwähnt ), Null entsprechen.

Trifft diese Bedingung nur auf eine oder mehrere, aber nicht alle Komponenten des Systems zu, so spricht man von einem Quasi-Steady-State.

Wenn es nur zwei Spezies gibt, die sich ineinander umwandeln, aber nicht gebildet oder abgebaut werden, wäre der stationäre Zustand derselbe wie das chemische Gleichgewicht. Es ist jedoch zu beachten, dass das chemische Gleichgewicht eine Eigenschaft einer reversiblen Reaktion ist , während der stationäre Zustand die Eigenschaft des Systems ist .

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Um zu Ihrer Hauptfrage zu kommen, ich weiß nicht, was Ihr Lehrer wirklich im Sinn hatte, aber dies ist meine Erklärung.

Nach den obigen Definitionen kann man nicht sagen, dass sich die Zelle im Gleichgewicht befindet, weil die Zelle ein System und keine Reaktion ist. Die Verwendung des Begriffs "Gleichgewicht" variiert zwischen verschiedenen Studienbereichen, und Physiker verwenden stationäre Zustände und Gleichgewicht synonym. Dies ist jedoch nicht die Praxis unter Chemikern und Biochemikern.

Abgesehen davon würde ich sagen, dass eine Zelle einen stationären Zustand erreicht. Ich denke, was Ihr Lehrer andeuten wollte, war, dass eine Zelle ständig auf äußere Reize reagiert (die sich zufällig ändern) und daher niemals lange Zeit in einem bestimmten stabilen Zustand bleibt.

Können die Zellen nicht im statischen Gleichgewicht existieren?

Nein, tun sie nicht. Tatsächlich wird der Begriff "statisches Gleichgewicht" in der Chemie nie verwendet, weil es nie wirklich passiert. Bei einem statischen Gleichgewicht müssen alle Raten Null sein, während sich bei einem dynamischen Gleichgewicht die Raten gegenseitig ausgleichen müssen. Das statische Gleichgewicht gilt normalerweise nur für makroskopische Objekte (die keine Moleküle enthalten).

Ein Hinweis zur Stochastik : Chemische Reaktionen folgen einer probabilistischen Kinetik, dh die Reaktionen treten mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten statt festen Raten auf (diese Wahrscheinlichkeiten können für verschiedene Reaktionen ungleich sein). Chemische Systeme können durch deterministische Modelle an der thermodynamischen Grenze angenähert werden , die das "durchschnittliche" Verhalten des Systems widerspiegelt.

Wenn sich etwas im dynamischen Gleichgewicht befindet, warum bedeutet dies, dass die Konzentrationen von Reaktanten und Produkten nicht unbedingt gleich sind?

Siehe den ersten Abschnitt. Eine ähnliche Logik gilt für den stationären Zustand. Die stationären Konzentrationen hängen von den kinetischen Parametern ab.

Wenn eine Zelle ein geschlossenes System wäre (was sie nicht ist),

Ja, du hast recht. Zelle ist kein geschlossenes System.

Mein Lehrer erwähnt, dass Zellen niemals im Gleichgewicht sein können

Nein. Es hängt von Ihrer Definition von Gleichgewicht ab und von welcher Art von Gleichgewicht. Beispiel: Zellmembranen befinden sich die meiste Zeit im chemischen Gleichgewicht, um ihr Ruhepotential aufrechtzuerhalten .

Können sich Zellen nicht im dynamischen Gleichgewicht befinden (wobei Reaktionsgeschwindigkeiten = Produktgeschwindigkeiten sind)?

Ja. Von den meisten zellulären Prozessen wird angenommen , dass sie sich in einem dynamischen Gleichgewicht befinden, was für die meisten makroskopischen Phänomene richtig ist. Mikroskopisch ist alles stochastisch.

Es wird angenommen , dass sich die meisten zellulären Prozesse in einem dynamischen Gleichgewicht befinden.

Ich verstehe die Unterschiede zwischen Gleichgewicht, Dynamik und Statik nicht ganz. Und wenn sich etwas im dynamischen Gleichgewicht befindet

Schau hier !

Und wenn sich etwas im dynamischen Gleichgewicht befindet, warum bedeutet dies, dass die Konzentrationen von Reaktanten und Produkten nicht unbedingt gleich sind?

Angenommen System A -> B -> C -> A mit Reaktionsgeschwindigkeiten v1, v2 und v3. Schreibt man Differentialgleichungen für dieses System,

$$\frac{dA}{dt} = v3\times C - v1\times A\\ \frac{dB}{dt} = v1\times A - v2\times B\\ \frac{dC}{dt} = v2\times B - v3\times C$$ Jetzt im Gleichgewicht, $$v3\times C = v1\times A = v2\times B$$ Jetzt können Sie Ihre v1, v2 und v3 so einstellen, dass die Konzentrationen von A, B, C unterschiedlich sind. In diesem Versorgungssystem kann sich ein dynamisches Gleichgewicht befinden, selbst wenn die Konzentrationen von A, B und C nicht gleich sind.