Emberi anyagcsere

A termodinamika 1. törvénye magyarázza az emberi anyagcserét: az étel energiává történő átalakulását, amelyet a test tevékenységek elvégzésére használ fel.

Tanulási cél

Kontraszt katabolizmus és anabolizmus az energia tekintetében

Főbb pontok

    • Az emberi anyagcsere bonyolult folyamat. A termodinamika 1. törvénye leírja ezeknek a folyamatoknak a kezdő és a végpontját.
    • Testünk elveszíti az internalenergiát. Három helyen lehet ez a belső energia - hőátadásra, munkára és tárolt zsírra.
    • Testünk jó példát mutat a visszafordíthatatlan folyamatokra. Bár a testzsír átalakítható munkára és hőátadásra, a testen végzett munka és a hőátadás nem alakítható testzsírgá.

Feltételek

Az élő sejtekben előforduló kémiai reakciók teljes halmaza.

Olyan reakció, amelyben egy elem atomjai elveszítik az elektronokat, és az elem vegyértéke megnő.

Az az energia, amely ahhoz szükséges, hogy 1 kilogramm víz hőmérsékletét 1 kelvinnel megemeljük. Ez megfelel 1000 (kis) kalóriának.

Teljes szöveg

Az anyagcsere az emberekben az élelmiszer energiává alakulása, amelyet aztán a test tevékenységek elvégzésére használ. Ez egy példa a termodinamika működésének első törvényére. A testet mint érdekes rendszert tekintve az első törvény alapján megvizsgálhatjuk a hőátadást, a munka elvégzését és a belső energiát az alvástól a nehéz testmozgásig terjedő tevékenységekben. Például az ilyen tevékenységek egyik fő tényezője a testhőmérséklet - amelyet rendszerint állandóan tartanak a környezetbe történő hőátadással, ami azt jelenti, hogy Q negatív (azaz testünk elveszíti a hőt). Egy másik tényező, hogy a test általában dolgozik a külvilágon, vagyis W pozitív. Így ilyen helyzetekben a test elveszíti a belső energiát, mivel ΔU = Q − W negatív.

Enni

Most vegye figyelembe az evés hatásait. A test metabolizálja az összes elfogyasztott ételt. Az étkezés kémiai potenciális energia hozzáadásával növeli a test belső energiáját. Lényegében az anyagcsere olyan oxidációs folyamatot használ, amelyben az élelmiszer kémiai potenciális energiája felszabadul. Ez azt jelenti, hogy az élelmiszer-bevitel munka formájában történik. Az élelmiszer-energiát egy speciális egységben, a Kalória néven jelentik. Ezt az energiát úgy mérik, hogy az ételeket kaloriméterben égetik el, így határozzák meg az egységeket.

Katabolizmus és anabolizmus

A katabolizmus az az út, amely a molekulákat kisebb egységekre bontja és energiát termel. Az anabolizmus a molekulák felépítése kisebb egységekből. Az anabolizmus felhasználja az étel katabolikus lebontása által előállított energiát, hogy a szervezet számára hasznosabb molekulákat hozzon létre.

Belső energia

Testünk elveszíti a belső energiát, és három helyre juthat ez a belső energia - a hőátadáshoz, a munka elvégzéséhez és a raktározott zsírokhoz (egy apró része a sejtek helyreállításához és növekedéséhez is). Amint az az 1. ábrán látható, a hőátadás és a munka elvégzése elvezeti a belső energiát a testből, majd az étel visszateszi. Ha éppen a megfelelő mennyiségű ételt eszi meg, akkor az átlagos belső energiája állandó marad. Bármit veszít a hőátadás és a munka elvégzése helyett, az étel helyettesíti, így hosszú távon ΔU = 0. Ha többször eszik túl, akkor a ΔU mindig pozitív, és a test ezt a belső energiát zsírként tárolja. Fordítva igaz, ha túl keveset eszel. Ha a ΔU néhány napig negatív, akkor a test a saját zsírját metabolizálja a testhőmérséklet fenntartása érdekében, és olyan munkát végez, amely energiát vesz fel a testből. Ez a folyamat a fogyókúra hogyan eredményezi a fogyást.

anyagcsere

Anyagcsere

a) A termodinamika első törvénye az anyagcserére vonatkozik. A testből átvitt hő (Q) és a test által végzett munka (W) eltávolítja a belső energiát, míg az étel bevitele helyettesíti azt. (Az ételbevitel a testen végzett munkának tekinthető.) (B) A növények a napfényben sugárzó hőátadás egy részét tárolt kémiai energiává alakítják át, ezt a folyamatot fotoszintézisnek nevezik.

Anyagcsere

Az élet nem mindig ilyen egyszerű, mint bármelyik fogyókúrázó tudja. A test csak akkor tárolja a zsírt vagy metabolizálja, ha az energiafogyasztás több napos időtartamra változik. Ha már jelentős étrendet tartott, a következő már kevésbé sikeres, mert a tested megváltoztatja az alacsony energiafogyasztásra adott reakciót. Alapanyagcseréje az a sebesség, amellyel az étel hőátadássá és munkává alakul át, miközben a test teljes nyugalomban van. A test az alapanyagcsere sebességét úgy állítja be, hogy (részben) kompenzálja a túlevést vagy az alultevést. A szervezet csökkenti az anyagcserét, nem pedig megszünteti saját zsírját, hogy pótolja az elveszett táplálékfelvételt. Az alacsonyabb anyagcsere következtében könnyebben lehűl, kevésbé energikusnak érzi magát, és nem fog olyan gyorsan fogyni, mint korábban. A testmozgás segít a fogyásban, mert mind a testből, mind a munkából hőátadást hoz létre, és emeli az anyagcserét még nyugalmi állapotban is.

Visszafordíthatatlanság

A test kiváló jelzéssel szolgál arra nézve, hogy számos termodinamikai folyamat visszafordíthatatlan. Egy visszafordíthatatlan folyamat egy adott irányban haladhat, de fordítva nem. Például, bár a testzsír átalakítható munkára és hőátadásra, a testen végzett munka és a hőátadás nem alakítható testzsírrá. Ellenkező esetben kihagyhatnánk az ebédet napozással vagy lépcsőn lefelé járással. Az irreverzibilis termodinamikai folyamat másik példája a fotoszintézis. Ez a folyamat az energia egyik formájának - a fénynek - a növények általi felvétele és átalakítása kémiai potenciális energiává. A termodinamika első törvényének mindkét alkalmazását a. Az ilyen természetvédelmi törvények egyik nagy előnye, hogy pontosan leírják a bonyolult folyamatok (például az anyagcsere és a fotoszintézis) kiinduló és végpontjait, tekintet nélkül a köztük lévő szövődményekre.