Das Prinzip des Lebens
Betrachtet man Lebewesen aus thermodynamischen Blickwinkel, so
fällt auf, dass diese hochgeordnete Systeme
darstellen und nicht im geringsten eine höhere
Unordnung anstreben, wie es der 2. Hauptsatz der Thermodynamik vermuten
läßt. Befragt man einen Thermodynamiker nach
diesem Paradoxon, so wird er darauf hinweisen, dass es sich
bei
Lebewesen um offene Systeme handelt und thermodynamische Gesetze
für solche nicht anwendbar sind. Das ist zweifellos richtig,
doch erklärt man damit nicht, wodurch die hohe Ordnung
eigentlich zustande kommt. Im folgenden wird diese Frage mit
Hilfe des
Irreversibilitätsprinzips beantwortet.
Chemische Prozesse in Lebewesen sind bekanntlich enzymatisch bestimmt.
Betrachtet man Enzyme als normale Katalysatoren, so gilt auch
für sie das Dogma, dass die Gleichgewichtslage durch
diese nicht beeinflußt wird, da beide Reaktionsrichtungen
gleichermaßen beschleunigt werden. Für den obigen
Reaktionsmechanismus gilt das jedoch nicht. Das Enzym katalysiert die
Synthese von AB Molekülen, wobei es innerhalb eines komplexen
Reaktionsmechanismus zu einer Konformationsänderung am Enzym
kommt. Erst dadurch wird das Ausbilden einer Bindung zwischen A und
B ermöglicht. Nach Abtrennung des AB Produktes kehrt
das Enzym in seine ursprüngliche Form zurück. In
dieser kann das AB Produkt aber für eine Rückreaktion
nicht mehr an beide Arme andocken. Der Vorgang ist somit
irreversibel . Wenn ein Enzym nur eine Reaktionsrichtung
beschleunigt, so ändert sich aus kinetischen Gründen
aber auch die Gleichgewichtslage.
Stellt man sich den Mechanismus als irreversible Autokatalyse
vor,
bei dem sich das Enzym selbst herstellt, so hat man damit schon ein
wesentliches Grundprinzip des Lebens. Zwar sind lebende Zellen sehr
viel
komplexer, doch hat man auch hier schon eine "chemische Fortpflanzung",
die wesentlich mehr "Nachkommen" erzeugt, als es thermodynamische
Berechnungen zulassen.
Sucht man in lebenden Zellen nach solchen irreversiblen
Vorgängen, so kann man komplexe Prozesse wie die
Proteinbiosynthese oder auch die Atmungskette und Photosynthese
diskutieren.
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: Irreversibilität
und der Föhneffekt
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