Zellatmung photosynthese entropie
Die Entropie besagt, dass die Unordnung in einem System immer weiter zunimmt. Dies kann man z.B. durch die Anzahl der Teilchen beschreiben: wenn z.b. ein Makromolekül abgebaut wird, entstehen viele kleine Moleküle und die Unordnung nimmt zu.
Wenn man das nun umgekehrt machen will, also ein Makromolekül herstellen, so muss die Unordnung im Gesamtsystem zunehmen. Deshalb sind Lebewesen dazu bestrebt, ihre innere Ordnung zu vergrößern , aber auch die Unordnung im Ganzen System zu vergrößern.
Letzteres kann z.B. durch die Abgabe von überschüssiger Wärmeenergie passieren . Die Frage ist aber: Entsteht Wärmeenergie, welche abgegeben wird, falls Lebewesen Makromoleküle synthetisieren?
Betrachtet man z.B. Die Photosynthese und die normale Zellatmung:
Bei der Zellatmung wird Glucose in Wasser und Kohlenstoffdioxid zersetzt. Dabei entsteht Energie in Form von ATP. Manches wird abgegeben -> Unordnung steigt.
Bei der Photosynthese ist es umgekehrt: es wird Energie verwendet, um ein großes Molekül durch kleine Moleküle herzustellen. Die Frage ist nun: entsteht dabei auch Wärmeenergie, welche abgegeben wird? Oder wie kann man sonst diese Reaktion erklären, ohne die Regel der Entropie zu verletzen?
5 Antworten zur Frage
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Zellatmung und Photosynthese: Entropie?
Bei der Synthese von Makromolekülen werden oft Bauteile verwendet, die sehr viel Energie beinhalten. So wird zum Beispiel für die Synthese von RNA nicht das Nucleosid verwendet, sondern das Nukleotid, das anstelle eines einzelnen Phosphates ein Triphosphat gebunden hat . Während der Synthese werden zwei dieser Phosphate abgespalten und erhöhen dadurch ein bisschen das Chaos und zusätzlich wird ein Teil der freigewordenen Bindungsenergie in Vibrationsenergie und dann zu Wärmeenergie umgewandelt. Nach der Anregung der Bindungselektronen fallen die Elektronen in eine neue, tieferenergetische Bindung, die überschüssige Energie verursacht eine Schwingung im Molekül, also ein rythmisches Ausdehnen und Zusammenziehen einer oder mehrerer Bindungen. Dies schubst dann aussen die rundherum liegenden Moleküle an, die beschleunigt werden, während die Schwingung langsam abebbt. Die Beschleunigung ist eine erhöhte kinetische Energie, die wir als Temperatur messen.
Bei der Photosynthese ist der Fall etwas komplizierter. Durch die Lichtenergie wird eine kleine Pumpe betrieben, die Protonen über eine Zellmembran hinweg transportiert, sodass in Konzentrationsgefälle entsteht. Durch die Bewegung in der Pumpe wird ebenfalls ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt, und nur ein Teil kann für die Arbeit genutzt werden. An einer anderen Stelle der gleichen Zellmembran sitzt dann eine Art Turbine. Dadurch können die Protonen wieder auf die Seite fliessen, wo es jett weniger hat . Dieser Strom treibt eine kleine Maschine an, die die Kraft des Protonenstroms investiert, um neues ATP zu machen. Die Energie wird über molekulare Hebel in eine neue Phosphat-Phosphat bindung gezwungen. Auch bei diesem Prozess geht ein kleiner Teil der Energie als Wärmeenergie verloren.
Also stimmt die Behauptung, dass bei der Photosynthese, Energie frei wird welche zur Unordnung im Gesamtsystem beiträgt?
Ja, kein Prozess in der realen Welt kann Energie vollständig von einer Form in eine andere umwandeln, ohne Verluste in Form von Wärme zu machen. Dazu zählen natürlich auch biochemische Prozesse.
Es muss keine Wärme abgegeben werden, damit die Hauptsätze der Thermodynamik eingehalten sind. Für unsere Biosphäre ist die Sonne *die* Entropiepumpe. Die Energie, die wir von ihr erhalten, ermöglicht die Entstehung und Erhaltung des Lebens. Deswegen darf es sein, dass in einer chemischen Reaktion netto keine Energie abgegeben wird - die nötige Energie stammt von der Sonne. Der Satz von dem "Verbot der Entropieverringerung" gilt ja nur für *abgeschlossene* Systeme. Das ist für Moleküle allgemein nicht gegeben.
In meinem Biologiebuch steht: "wie können sich unter solchen Umständen überhaupt komplexe makromoleküle bilden? Dies geht nur, wenn sich gleichzeitig die Unordung im Universum als Ganzem erhöht. Lebewesen sind also darauf spezialisiert, ihre innere Ordnung aufzubauen, indem sie Unordnung in ihrer Umgebung erhöhen
So in etwa. Wobei man für das Leben auf der Erde nicht unbedingt gleich das ganze Universum betrachten muss. Erde und Sonne reicht schon.