Begegnungen mit der Natur 5, Schulbuch

37 Bioenergetik, auf- und abbauender Stoffwechsel M Arbeitsheft Seite 10 Energieumwandlung bedeutet Verlust an nutzbarer Energie Mit jeder Energieumwandlung nimmt jedoch der Anteil an nutzbarer Energie (Energie, die Arbeit leisten kann) ab, während der Anteil an nicht nutzbarer Energie (Energie, die nicht mehr zum Verrichten einer Arbeit zur Verfügung steht) zunimmt (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Ist in einem abge­ schlossenen System das Maximum an nicht nutzbarer Energie erreicht, kön­ nen keine Änderungen im System (also auch keine chemischen Reaktionen) mehr stattfinden – das System ist im thermodynamischen Gleichgewicht. Jedes System strebt das thermodynamische Gleichgewicht an Ein verschlossenes Einsiedeglas, in dem sich Sand, Wasser, eine Wasser­ schnecke, eine Pflanze sowie Bakterien und Pilze befinden, ist von seiner Umgebung stofflich isoliert. Würde man es nach außen vollständig isolieren, so dass auch kein Licht (Energie) das Glas durchdringen kann (abgeschlosse­ nes bzw. isoliertes System), könnten die Lebewesen darin nur solange leben bis das thermodynamische Gleichgewicht, also ein Maximum an nicht nutzba­ rer Energie, erreicht ist. Dringt jedoch Licht durch das Glas, bleibt im Idealfall (bei passendem Größen­ verhältnis) die Lebensgemeinschaft im Glas jahrelang bestehen – das thermo­ dynamische Gleichgewicht wird zwar angestrebt, jedoch durch die Zufuhr freier Energie von außen ( geschlossenes System ) nie erreicht. Innerhalb des Einsiedeglases treten die einzelnen Organismen miteinander und mit ihrem Lebensraum in Wechselwirkung. Sie sind offene Systeme . Daher nehmen sie Stoffe aus der Umgebung auf und geben auch wieder wel­ che ab. Unter permanenter Energiezufuhr wird ihre Körpersubstanz ständig auf-, um- und abgebaut. Es finden also ständig Stoffumsetzungen statt. Dadurch herrscht nie ein thermodynamisches Gleichgewicht. Trotz des Stoffwechsels bleibt die Individualität der einzelnen Organismen erhalten. Aufgrund eines bestimmten Verhältnisses zwischen Stoffaufnahme und Stoffabgabe bleiben sie also in einem stabilen Zustand, im so genannten Fließgleichgewicht, einem Gleichgewichtszustand, der weit entfernt vom ther­ modynamischen Gleichgewicht ist. Das Fließgleichgewicht ist ein Hauptkennzeichen des Lebens. Lebewesen, und somit auch Zellen als kleinste lebende Einheiten, sind offene Systeme, die durch Energiezufuhr erhalten bleiben. Eine Zelle, die sich mit ihrer Umgebung nicht mehr im Stoff- und Energieaus­ tausch befindet, ist tot.  nutzbare Energie kann für biologische Prozesse verwendet werden. Sie wird auch als freie Energie bezeichnet.  nicht nutzbare Energie ist für biologische Prozesse nicht verwendbar.  geschlossenes System Ein geschlossenes System kann mit der Umgebung Energie austauschen. Es erfolgt aber kein Stoffaustausch.  offenes System Ein offenes System befindet sich mit seiner Umgebung sowohl im Energie- als auch im Stoffaustausch. 2  Erster Hauptsatz der Thermodynamik: in einem abgeschlossenen System entspricht die Gesamtenergie vor der Umwandlung der Gesamtenergie nach der Umwandlung. Gesamtenergie vorher Gesamtenergie nachher ENERGIEUMWANDLUNG 3  Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik: Bei einer Energieumwandlung in einem abgeschlossenen System nimmt der Anteil an nicht nutzbarer Energie zu, während der Anteil an nutzbarer Energie geringer wird. nutzbare Energie vorher nutzbare Energie nachher ENERGIEUMWANDLUNG nicht nutzbare Energie 4  Fließgleichgewicht, schematische Darstellung Zufluss Abfluss In welchem Gleichgewicht befin­ det sich eine tote Zelle? Begründe deine Überlegungen. Selbst aktiv! Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv