Tierphysiologie (Fach) / Energieumsatz (Lektion)

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  • Homöostase = Konstanz des inneren Milieus im Bezug auf Ionen, Metabolite, Atemgase...Zellen, Organe und Organismen versuchen Zustand der Homöostase aufrecht zu erhalten, verändert sich der Wert, wird versucht, wieder herzustellen, zB Blut pH-Wert = 7,4 Ziel: Organe bzw Zellen ideal funktionsfähig erhalten.Lebewesen befinden sich in einem Fließgleichgewicht, wobei die Nahrungskette einen Energietransfer darstellt. Strahlungsenergie von der Sonne wird von phototrophen Pflanzen in chemische Energie umgewandelt, die weiters von Herbivoren genutzt wird um wieder chemische Energie zu gewinnen, diese wird wiederum von Carnivoren aufgenommen usw.
  • Woraus besteht Nahrung? Kolenhydraten, Fetten, Proteinen.. 1) verwertbare Bestandteile2) nichtverwertbare Bestandteile (zB Zellulose)
  • Verwertbare Bausteine Nahrung Verwertbare Bausteine gehen ein in:1) Baustoffwechsel (Wachstum und Erneuerung):2 Mio Erythrozyten werden im menschlichen Körper pro Sekunde gebaut bzw abgebaut. Auch Lymphozyten leben nur wenige Tage und müssen wieder nachgebaut werden + abgebaut -> chronischer BaustoffwechselNiedrige Regenerationsrate: NervensystemHoher Umsatz: Epithelien2) Betriebsstoffwechsel (inkl. Energiestoffwechsel):Zur Aufrechterhaltung der normalen Lebensfunktionen, vor allem für Leistung von Arbeit zB. Thermoregulation vor allem bei gleich-warmen Organismen
  • 1. Hauptsatz der Thermodynamik Bei allen in einem geschlossenen System verlaufenden Änderungen bleibt die Gesamtenergie des Systems konstant. Jeder Organismus ist ein offenes System und abhängig von Energiezufuhr von außen. Energieumsätze: -Strahlungsenergie (übertragen von einem Objekt zum nächsten) -mechanische Energie (Bewegung von Objekten)-elektrische Energie (Bewegung von geladenen Teilchen)-thermische Energie (Bewegung von Molekülen)-chemische Energie (in chemischen Bindungen) Die innere Energie eines System ergibt sich aus der mit der Umgebung ausgetauschten Wärmemenge abzüglich der Arbeit (in einem geschlossenen System).
  • Biologische Formen von Arbeit Expansionsarbeit (Ausdehnung gegen einen Druck)Oberflächenarbeit (Oberflächenverkleinerung gegen eine Oberflächenspannung)Kontraktionsarbeit (Verkürzung gegen eine Kraft)Elektrische Arbeit (Transport einer Ladungsmenge gegen ein elektrisches Potential) und chemische Arbeit (Transport einer Mohlzahl einer Stoffkomponente gegen ihr chemisches Potential) kann verrichtet werden
  • 2. Hauptsatz der Thermodynamik Die Energie des Universums wird letztendlich in Wärme überführt.Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung und nimmt in einem geschlossenen System zu.Endzustand: keine Energie ist mehr frei verfügbar.Je größer die Unordnung, desto größer die Entropie. Der einzelne Organismus ist kein geschlossenes System, sondern lebt auf Kosten seiner Umwelt. Sämtliche Nährstoffe, die der Organismus zu sich nimmt, müssten berücksichtigt werden, damit der 2. Hauptsatz der Thermodynamik auch auf lebende Organismen angewendet werden kann.
  • Kalorienlehre Delta Q ist die Wärmemenge, die mit der Umgebung ausgetauscht wird. Organismen arbeiten unter nahezu isothermen Bedingungen, sie sind chemodynamisch arbeitende Systeme. Nicht die Wärmetönung einer Reaktion (Delta H), sondern die mit der chemischen Umsetzung verbundene Änderung der freien Enthalpie (Gibbssches thermodynamisches Potential Delta G) ist das wahre Maß für die Arbeitsfähigkeit. Enthalpie (Wärmetönung) = (freie Energie + absolute Temperatur) * Entropie Freie Energie = (Enthalpie - absolute Temperatur) * EntropieWärmetönung negativ = exotherme ReaktionWärmetönung positiv = endotherme ReaktionKann auch aus dem Massenwirkungsgesetz abgeleitet werden.
  • Exergonische Reaktion Läuft von alleine ab.Energie wird abgegeben.
  • Endergonische Reaktion Energie muss hineingesteckt werden.Oft muss bei exergonischen Reaktionen auch zuerst eine Aktivierungsenergie überwunden werden. Bsp: pH-Wert Unterschied zwischen Blut und Magen kann nur entstehen, wenn aktiv Energie hinein gesteckt wird -> endergone Reaktion
  • Autokatalytische Reaktion Übergangssituation.Das Energieniveau der Ausgangsstoffe ist höher als die Endprodukte, aber die Aktivierungsenergie muss überwunden werden, damit die Reaktion ablaufen kann und am Ende mehr herauskommt (zB Glykolyse).Enzyme können die Aktivierungsenergie deutlich herabsetzen. Es gibt nur wenige autokatalytische Reaktionen.

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