Physiologie und Biochemie der Pflanzen at Universität Hohenheim

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Energie

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kinetische Energie

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potentielle Energie

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heterotrophe Organismen

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autotrophe Organismen

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1. Hauptsatz der Thermodynamik

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2. Hauptsatz der Thermodynamik

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freie Energie

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Systeme mit hoher freier Energie

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für einen spontan ablaufenden Vorgang gilt:

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DeltaG, das bei einer exergonen Reaktion freigesetzt wird kann Arbeit leisten:

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offenes System:

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Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Energie

alle lebenden Systeme sind auf Zufuhr von Energie angewiesen:

  • um geordnete Strukturen aufzubauen 
  • für Wachstum und Entwicklung 
  • zur Fortbewegung 
  • um Ordnung aufrecht zu erhalten

Energie ist das Vermögen, Arbeit zu leisten  


Physiologie und Biochemie der Pflanzen

kinetische Energie

- die Energie bewegter Körper/Teilchen 

- Elektrizität, Licht, Hitze

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

potentielle Energie

  • kommt Materie auf Grund ihrer Lage zu: Lage im elektrischen, im Gravitations- oder Magnetfeld 
  • Gradienten in Konzentration oder elektrochemischem Potential
  • chemische Energie, Anordnung der Atome in einem Molekül 

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

heterotrophe Organismen

nehmen chemische Energie direkt auf (Nahrung)

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

autotrophe Organismen

sind in der Lage, andere Energiequellen (z.B. Licht) zu nutzen, um energiereiche Moleküle aufzubauen

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

1. Hauptsatz der Thermodynamik

Energieerhaltungssatz „Energie kann übertragen und umgewandelt, aber nicht erzeugt oder zerstört werden“

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

2. Hauptsatz der Thermodynamik

  • „Jeder Energietransfer oder Energiewandel vergrössert die Unordnung (Entropie) des Universums“ 

oder anders ausgedrückt: 

  • Bei allen Energieumwandlungen ist die potentielle Energie des Endzustandes stets kleiner als die des Ausgangszustandes (wenn dem System keine Energie zugeführt oder entnommen wird).

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

freie Energie

derjenige Teil der Energie eines Systems, der (bei einheitlicher Temperatur) Arbeit leisten kann 

  • Organismen leben von freier Energie, die sie ihrer Umgebung entziehen

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Systeme mit hoher freier Energie

  • sind instabil. 
  • Sie neigen dazu, spontan in einen Zustand grösserer Stabilität (niedrigerer freier Energie) überzugehen.

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

für einen spontan ablaufenden Vorgang gilt:

  • die freie Energie (F) des Ausgangszustandes ist größer als die des Endzustandes 
  • Bei konstantem Druck: Gibb‘s Energie (G; die freie Enthalpie) des Ausgangszustandes ist größer als die des Endzustandes
  • GEndzustandGAusgangszustand = DeltaG  
  • spontaner Ablauf bei DeltaG <0

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

DeltaG, das bei einer exergonen Reaktion freigesetzt wird kann Arbeit leisten:

  • potentielle Energie des Wassers wird in kinetische Energie umgewandelt, erst in mechanische, dann in elektrische 
  • im geschlossenen System stellt sich Gleichgewicht ein: es kann keine Arbeit mehr verrichtet werden 
  • gleiches gilt für chemische Reaktionen: wenn sich das Gleichgewicht von Hin- und Rückreaktion eingestellt hat ist DeltaG = 0

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

offenes System:

  • wegen Zufluss und Abfluss von Wasser erreicht das System nie das Gleichgewicht, es wird kontinuierlich Arbeit geleistet
  • Vergleich chemische Reaktion: durch Zufuhr eines der Reaktanden oder Entfernen zumindest eines Produktes kommt es nicht zum Gleichgewicht
  • alle lebenden Organismen sind offene Systeme: der Stoffwechsel der Zelle befindet sich in einem Fließgleichgewicht (steady state), das durch ständige Zufuhr von Energie aufrecht erhalten wird.

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