Was macht etwas zu Essen?

Nach meinem (begrenzten) Verständnis beziehen Tiere Energie aus der Nahrung, indem sie chemische Bindungen zwischen Molekülen aufbrechen.

Es gibt hier viel Wasser [ Zitieren erforderlich ] , also scheint es, als würde die natürliche Auslese jeden Organismus bevorzugen, der davon leben könnte. Warum ist in der Geschichte des Lebens auf der Erde kein Organismus aufgetaucht, der Wasser frisst?

Gleiches gilt für Schmutz, Steine ​​- (obwohl Flechten vielleicht Steine ​​fressen? Ich bin unscharf bei Flechten.)

Oder Luft?

Warum sind Menschen und andere Tiere wie wir nur in der Lage, bestimmte Arten von Molekülen zu essen, wenn andere so viel reichlicher vorhanden sind?

Weil das Aufbrechen von H2O in H2 und O2 eine endotherme Reaktion ist: Das heißt, es wird Energie benötigt, um die Bindungen aufzubrechen. Lebensmittel enthalten Moleküle, die in exothermen (dh energieerzeugenden) Reaktionen abgebaut oder mit anderen Molekülen wie Sauerstoff kombiniert werden können.
Lebensmittel haben zwei Zwecke: Energie liefern und Rohstoffe für das Wachstum liefern. Wasser kann nur unter Energieeinsatz in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden, und Wasser selbst ist kein Rohstoff für etwas anderes als Eis. Es ist jedoch wichtig für das Leben auf der Erde als Lösungsmittel (unpolar und elektrolytisch) und als Bestandteil einiger Strukturchemikalien (Hydrate).

Antworten (2)

Sie erhalten keine Energie aus dem Aufbrechen chemischer Bindungen, Sie erhalten nur Energie aus dem Herstellen chemischer Bindungen, während das Aufbrechen chemischer Bindungen die Zufuhr von Energie erfordert. In der Praxis werden chemische Bindungen jedoch immer aufgebrochen, wenn andere gebildet werden, und die Nettozahl der Bindungen ist im Allgemeinen konstant. Andernfalls würden Sie mit freien Radikalen enden, die hochreaktiv sind und versuchen, mit dem nächsten Gegenstand, den sie berühren, eine chemische Bindung einzugehen.

Beispielsweise beinhaltet die Verbrennung von Glukose bei der Atmung das Aufbrechen von CC-, CH-, CO- und OH-Bindungen in Glukose und O=O-Bindungen in Sauerstoff bei gleichzeitiger Bildung von C=O-Bindungen in CO2 und OH-Bindungen in Wasser. Aber die C=O-Bindungen in CO2 und OH-Bindungen in Wasser enthalten viel weniger Energie als die Bindungen, die wir in Glucose aufbrechen. Der Schlüssel ist also, dass die gebildeten Bindungen weniger Energie enthalten als die gebrochenen Bindungen, und dass insgesamt Energie freigesetzt wird.

Und eigentlich ist es ein bisschen komplizierter, weil man auch die Entropie berücksichtigen muss, also wie ungeordnet das System ist. Im Allgemeinen ist die Entropie umso größer, je mehr Moleküle in einem System vorhanden sind. Wenn Sie also ein paar große Moleküle in viele kleine Moleküle zerlegen, wird durch die Erhöhung der Entropie tendenziell Energie freigesetzt.

Um Ihre Frage zu beantworten: "Nahrung" ist das, woraus wir nützliche Energie ziehen können, um sie in etwas anderes umzuwandeln, wenn wir chemische Bindungen eingehen und auflösen. Wir können dies nicht mit Wasser oder sogar mit Steinen tun, weil ihre chemischen Bindungen mehr Energie erfordern würden, um zu brechen, als die Energie, die wir durch die Bildung alternativer Bindungen mit irgendetwas anderem zurückbekommen würden.

Ach, das ist wirklich klar! Um es Ihnen nachzuplappern: Tiere, die Nahrung fressen, wandeln hochenergetische Bindungen in niederenergetische Bindungen um und nutzen die daraus resultierende Energie. Die energiearmen Bindungen, die bei diesem Prozess entstehen, befinden sich in Dingen wie Wasser und CO2, die von Pflanzen wieder in energiereiche Bindungen umgewandelt werden (sie erhalten die zusätzliche Energie aus Sonnenlicht).
Wenn also etwas für ein Tier „Futter“ ist, liegt es wahrscheinlich daran, dass es viele hochenergetische Bindungen hat.
Ja, das fasst es ziemlich gut zusammen. Letztendlich speichern Lebensmittel Energie in hochenergetischen Bindungen, und wir extrahieren die Energie, indem wir sie aufbrechen und durch niederenergetische Bindungen in CO2 und Wasser ersetzen. Tatsächlich enthalten die meisten organischen Verbindungen hochenergetische Bindungen, weshalb sie an der Luft verbrennen, um Energie (die Hitze und das Licht einer Flamme) abzugeben, obwohl wir die Enzyme nicht entwickelt haben, um sie alle als Nahrung zu verwenden.
Wir sprechen also über Bindungen, die viel potenzielle Energie haben. Sind das immer Bindungen, die leicht zu lösen sind, oder haben die beiden Kategorien nur gewisse Überschneidungen, sind aber nicht miteinander verbunden?
Die Energie einer Bindung und ob sie leicht zu brechen ist, sind nicht direkt miteinander verbunden, da sie von der Energie des Übergangszustands abhängt, aber im Allgemeinen gilt: Je mehr Energie in der Bindung gespeichert ist, desto leichter ist sie zu brechen und desto weniger Energie ist zum Brechen erforderlich es über den Übergangszustand. Die meisten Enzyme arbeiten jedoch, indem sie die Energie des Übergangszustands verringern, so dass Bindungen leichter brechen und sich bilden, und somit die Reaktion beschleunigen.
PS. Ein gutes Beispiel, um dies zu veranschaulichen, ist, dass Benzin nicht spontan in Luft verbrennt, man braucht einen Anfangsfunken, um den Übergangszustand zu durchlaufen, dann ermöglicht die freigesetzte Energie, dass der Rest der Reaktion über den Übergangszustand abläuft. In ähnlicher Weise verbrennt Glukose nicht spontan an der Luft, und Sie benötigen Enzyme, um die Energie des Übergangszustands zu reduzieren, damit die Reaktion bei Körpertemperatur abläuft.

Pflanzen verwenden sowohl Wasser als auch Luft als Nahrung, indem sie Photosynthese betreiben, bei der Wasser gespalten und mit Kohlendioxid aus der Luft rekombiniert wird, um Glukose herzustellen.

Insgesamt sieht die chemische Reaktion der Photosynthese wie folgt aus:

Lichtenergie + Pflanzenenzyme 6CO2 + 12H2O ------------------------------------------ ------> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

...was bedeutet, dass es dauert

six molecules of carbon dioxide plus
12 molecules of water

in Gegenwart von Licht und den richtigen Enzymen in der Zelle, zu machen

one molecule of glucose
6 molecules of oxygen
6 molecules of water

Beim Verbrennen von Glukose wird Energie freigesetzt

etwa 16 enzymatische rxns C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ------------------------------------> 6CO2 + 12H2O + ENERGIE

...was bedeutet, dass

one molecule of glucose in the presence of
six molecules of oxygen and
six molecules of water

kann "verbrannt" werden, um gespeicherte Energie sowie die "Abfall"-Produkte freizusetzen

6 molecules of carbon dioxide and
12 molecules of water

http://www.bio.miami.edu/dana/dox/photosynthesis.html

"Pflanzen verwenden sowohl Wasser als auch Luft als Nahrung, indem sie Photosynthese nutzen ... um Glukose herzustellen." - Nein, Glukose selbst ist die "Nahrung", die bei der Atmung mit Sauerstoff verbrannt wird, während CO2 und Wasser von Pflanzen verwendet werden, um die Glukosenahrung durch Photosynthese mit der Energie der Sonne herzustellen. Wasser und Luft könnten niemals als "Nahrung" bezeichnet werden. Nahrung ist das, woraus Sie durch Oxidation (Verbrennen mit Sauerstoff) Energie gewinnen .
Das Cambridge-Wörterbuch widerspricht Ihnen.
Ich sage nur, dass es genauer ist zu sagen, dass Pflanzen ihre eigene Nahrung durch Photosynthese herstellen und dass Nahrung Glukose ist, nicht „Luft und Wasser“, weil es keine Energie gibt, die aus Luft und Wasser extrahiert werden kann: Sie müssen Energie einsetzen hinein, um die Glukose (Nahrung) zu bekommen, aus der Sie dann Energie herausholen können.
Es kursiert ein Zitat von Richard Feynman, in dem er sagt, dass Bäume „Luft fressen“, um Nahrung zu bekommen. Über 95 % der Baummasse wird aus atmosphärischem CO2 und Wasser gewonnen.
Man könnte auch sagen, dass Häuser "Ziegel essen", um Nahrung zu bekommen, aber das macht es nicht zu Essen. Lebensmittel sind sowohl Energie- als auch Bausteine. Glukose liefert beides, aber Luft und Wasser liefern keine Energie.
PS. Wenn Sie mir nicht glauben, überprüfen Sie, wie viele Energiekalorien auf einer Flasche Wasser (oder Luft für diese Angelegenheit) beworben werden. ;-)