Summary of thermodynamics in living

Summary of thermodynamics in living organism
1. The second law of thermodynamics dictates that there is an inevitable metabolic inefficiency in all biological and biochemical processes with heat and high entropy molecules (carbon dioxide, water, urea) as the most common products.
2. The first law of thermodynamics is satisfied in living (open) systems by properly accounting for the mass excreted and the heat radiated and exported in high entropy molecules.
Weight loss due to reduced caloric intake
The most common example of weight loss is reduction of caloric intake. At the risk of oversimplification, if our subject ingests fewer than 2.5 moles of glucose and produces, for example, only 90 moles of ATP from food, then homeostasis would require enlisting endogenous body stores for further oxidation. This oxidation would then provide the additional 5 moles of ATP required. Oxidation of body stores (lipid or lean body mass) will result in production of additional carbon dioxide, urea, water and heat. The excretion of these products will result in weight loss. (Figure 1C).
Weight loss due to increased metabolic inefficiency
The implication of the first and second laws of thermodynamics is that reduced efficiency has precisely the same result as reduced caloric intake. One conceptually simple means of reducing efficiency involves the process of uncoupling in mitochondria. ATP is produced in a variety of cellular locations. Glycolysis produces a net of two ATP's per molecule of glucose, in the cell cytoplasm. On the other hand, we recall that 36 additional molecules of ATP are produced from glucose as a result of the mitochondrial TCA cycle and electron transport. A critical part of the process involves the development of a hydrogen ion gradient across the mitochondrial membrane. This concentration gradient provides the energy that is converted into ATP as hydrogen ions pass down the gradient through the ATP synthase particle, entirely analogous to the energy in a high-pressure gas in a cylinder with a movable piston. (The expansion of the gas is like diffusion down a gradient: It does work against the piston). In the mitochondrion the energy of moving down the gradient is captured in ATP, the medium of exchange for the performance of work within cells. This capture of energy, referred to as coupling the energy to the formation of ATP, is the essential process permitting work to be done by living systems.
There are known endogenous and pharmacologic agents, which result in uncoupling the formation of ATP from the dissipation of the gradient. Uncouplers such as 2, 4-dinitrophenol bypass ATP synthase and cause hydrogen ion gradient dissipation without ATP formation that can result in organ dysfunction causing death. More modest degrees of uncoupling may be caused by the class of endogenous compounds we know as uncoupling proteins (UCP's). Three different isoforms, UCP1, UCP2 and UCP3 have been identified thus far in mammalian tissues. While the overall and relative physiologic importance of these proteins remains incompletely understood in human tissues, UCP1 has been shown in mice [8] to result in modest degrees of uncoupling in brown fat. Elevation of fatty acid concentration has been associated with induction of UCP3 and even with pathologic reductions of myocardial efficiency in rat heart [9]. For purposes of illustration, then, we may consider that there may be physiologic triggers that result in oxidative uncoupling, reducing the overall efficiency of glucose metabolism. For example if efficiency is reduced from 40% to 35%, the result will be the production of only 34 moles of ATP instead of the usual 38. While this represents a mechanism better demonstrated in rats than humans, our subject would require more glucose to make 95 moles of ATP. Now 2.9 moles of glucose would be required to produce 95 moles ATP. Our subject would either eat more and stay at the same weight (Figure 1D) or would eat 2.5 moles of glucose, the same amount as previously, but would produce less ATP. By eating only 2.5 moles of glucose our subject's metabolism would enlist oxidation of body stores to make up the additional ATP needed for homeostasis. This would result in weight loss exactly as it did for reduced caloric intake. (Figure 1D).
The essence of the second law of thermodynamics is that it guarantees inefficiency in all metabolic processes. However, variation of efficiency is not excluded. In fact, the laws of thermodynamics are silent on the existence of variable efficiency. If efficiency can vary (as in the example of oxidative uncoupling) then "a calorie is a calorie" is no longer a true statement. The role of uncoupling proteins in humans, as indicated, is as yet incompletely defined [10]. However, thermodynamic principles permit variable efficiency, and its existence must be determined empirically.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สรุปของอุณหพลศาสตร์ในสิ่งมีชีวิต1. กฎหมายที่สองของอุณหพลศาสตร์บอกว่า มี inefficiency เผาผลาญที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการชีวภาพ และชีวเคมีที่ทั้งหมดด้วยความร้อนและเอนโทรปีสูงโมเลกุล (คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ ยูเรีย) เป็นผลิตภัณฑ์พบมากที่สุด2. กฎหมายแรกของอุณหพลศาสตร์จะพอใจในชีวิต (เปิด) excreted ระบบ โดยบัญชีอย่างถูกต้องสำหรับมวล และความร้อน radiated และส่งออกในโมเลกุลเอนโทรปีสูงการสูญเสียน้ำหนักเนื่องจากบริโภคลดแคลอริกตัวอย่างทั่วไปของการลดน้ำหนักคือ ลดการบริโภคแคลอริก เสี่ยงต่อ oversimplification ถ้าเรื่องของเรา ingests น้อยกว่า 2.5 โมลของกลูโคสและผลิต เช่น โมล 90 เท่าของ ATP จากอาหาร แล้วภาวะธำรงดุลต้องไทยร่างกาย endogenous เก็บการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ออกซิเดชันนี้แล้วจะให้ไฝ 5 เพิ่มเติมของ ATP ที่จำเป็น ออกซิเดชันของร้านร่างกาย (ไขมันหรือเนื้อแบบ lean โดยรวม) จะมีผลผลิตเพิ่มเติมคาร์บอนไดออกไซด์ ยูเรีย น้ำ และความร้อน การขับถ่ายของผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะส่งผลในการลดน้ำหนัก (รูปที่ 1C)การสูญเสียน้ำหนักเนื่องจาก inefficiency เผาผลาญเพิ่มขึ้นเนื่องจากกฎหมาย และสองของอุณหพลศาสตร์ได้ว่า ประสิทธิภาพลดลงได้อย่างแม่นยำผลลัพธ์เดียวกันบริโภคลดแคลอริก หมายความว่าทางแนวคิดอย่างหนึ่งลดประสิทธิภาพเกี่ยวข้องกับกระบวนการ uncoupling ใน mitochondria มีผลิต ATP ในหลากหลายสถานที่โทรศัพท์มือถือ Glycolysis สร้างสุทธิ 2 ATP ของต่อโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคส ในไซโทพลาซึมเซลล์ บนมืออื่น ๆ เรานึกว่า โมเลกุล 36 เพิ่มเติมของ ATP ที่ผลิตจากน้ำตาลกลูโคสจากวัฏจักร TCA mitochondrial และขนส่งอิเล็กตรอน ส่วนสำคัญของกระบวนการเกี่ยวข้องกับการพัฒนาของการไล่ระดับของไฮโดรเจนไอออนผ่านเยื่อ mitochondrial การไล่ระดับความเข้มข้นนี้ให้พลังงานที่จะถูกแปลงเป็น ATP เป็นประจุไฮโดรเจนผ่านลงไล่ระดับผ่านการ ATP synthase อนุภาค ทั้งคู่เป็นพลังงานในก๊าซแรงดันสูงในทรงกระบอกกับลูกสูบสามารถเคลื่อนย้าย (เป็นการขยายตัวของก๊าซเช่นการแพร่ลงไล่: มันทำงานต่อนอก) Mitochondrion ที่จับพลังงานย้ายลงระดับสีใน ATP แลกเงินกลางสำหรับประสิทธิภาพของงานที่ภายในเซลล์ พลังงาน เรียกว่า coupling พลังงานการก่อตัวของ ATP จับนี้เป็นกระบวนการสำคัญที่อนุญาตให้ทำงานโดยระบบชีวิตThere are known endogenous and pharmacologic agents, which result in uncoupling the formation of ATP from the dissipation of the gradient. Uncouplers such as 2, 4-dinitrophenol bypass ATP synthase and cause hydrogen ion gradient dissipation without ATP formation that can result in organ dysfunction causing death. More modest degrees of uncoupling may be caused by the class of endogenous compounds we know as uncoupling proteins (UCP's). Three different isoforms, UCP1, UCP2 and UCP3 have been identified thus far in mammalian tissues. While the overall and relative physiologic importance of these proteins remains incompletely understood in human tissues, UCP1 has been shown in mice [8] to result in modest degrees of uncoupling in brown fat. Elevation of fatty acid concentration has been associated with induction of UCP3 and even with pathologic reductions of myocardial efficiency in rat heart [9]. For purposes of illustration, then, we may consider that there may be physiologic triggers that result in oxidative uncoupling, reducing the overall efficiency of glucose metabolism. For example if efficiency is reduced from 40% to 35%, the result will be the production of only 34 moles of ATP instead of the usual 38. While this represents a mechanism better demonstrated in rats than humans, our subject would require more glucose to make 95 moles of ATP. Now 2.9 moles of glucose would be required to produce 95 moles ATP. Our subject would either eat more and stay at the same weight (Figure 1D) or would eat 2.5 moles of glucose, the same amount as previously, but would produce less ATP. By eating only 2.5 moles of glucose our subject's metabolism would enlist oxidation of body stores to make up the additional ATP needed for homeostasis. This would result in weight loss exactly as it did for reduced caloric intake. (Figure 1D).The essence of the second law of thermodynamics is that it guarantees inefficiency in all metabolic processes. However, variation of efficiency is not excluded. In fact, the laws of thermodynamics are silent on the existence of variable efficiency. If efficiency can vary (as in the example of oxidative uncoupling) then "a calorie is a calorie" is no longer a true statement. The role of uncoupling proteins in humans, as indicated, is as yet incompletely defined [10]. However, thermodynamic principles permit variable efficiency, and its existence must be determined empirically.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทสรุปของอุณหพลศาสตร์ในชีวิต
1 กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์สั่งการให้มีการขาดประสิทธิภาพการเผาผลาญหลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการทางชีววิทยาและชีวเคมีทั้งหมดที่มีความร้อนและโมเลกุลของเอนโทรปีสูง (คาร์บอนไดออกไซด์, น้ำ, ยูเรีย) เป็นผลิตภัณฑ์ที่พบมากที่สุด.
2 กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์มีความพึงพอใจในการดำรงชีวิต (เปิด) ระบบโดยต้องคิดเป็นมวลขับออกมาและความร้อนที่แผ่และส่งออกในโมเลกุลเอนโทรปีสูง. การสูญเสียน้ำหนักเนื่องจากการบริโภคแคลอรี่ลดลงตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดของการลดน้ำหนักคือการลดลงของการบริโภคแคลอรี่. ที่เสี่ยงต่อการเปลือกถ้าเรื่องของเรา ingests น้อยกว่า 2.5 โมลของน้ำตาลกลูโคสและผลิตตัวอย่างเช่นเพียง 90 โมลของเอทีพีจากอาหารแล้วสภาวะสมดุลจะต้องสมัครเป็นร้านค้าที่ร่างกายภายนอกสำหรับการเกิดออกซิเดชันต่อไป การเกิดออกซิเดชันนี้จากนั้นก็จะให้เพิ่มอีก 5 โมลของเอทีพีที่จำเป็น ออกซิเดชันของร้านค้าของร่างกาย (หรือไขมันมวลของร่างกาย) จะส่งผลในการผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นยูเรียน้ำและความร้อน ขับถ่ายของผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะส่งผลในการลดน้ำหนัก (รูปที่ 1C). การสูญเสียน้ำหนักเนื่องจากการขาดประสิทธิภาพการเผาผลาญที่เพิ่มขึ้นหมายของกฎหมายที่หนึ่งและสองของอุณหพลศาสตร์คือการที่มีประสิทธิภาพที่ลดลงได้อย่างแม่นยำมีผลเช่นเดียวกับแคลอรี่ลดลง หนึ่งวิธีง่ายๆแนวคิดของการลดประสิทธิภาพเกี่ยวข้องกับกระบวนการของการ uncoupling ในไมโตคอนเดีย เอทีพีที่ผลิตในความหลากหลายของสถานที่เซลล์ glycolysis ผลิตสุทธิต่อสองโมเลกุลของเอทีพีของน้ำตาลกลูโคสในพลาสซึมของเซลล์ ในทางกลับกันเราจำได้ว่า 36 โมเลกุลที่เพิ่มขึ้นของเอทีพีที่มีการผลิตจากน้ำตาลกลูโคสเป็นผลมาจากวงจร TCA ยลและการขนส่งอิเล็กตรอน เป็นส่วนหนึ่งที่สำคัญของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาของการไล่ระดับสีไฮโดรเจนไอออนผ่านเยื่อหุ้มยล ไล่ระดับความเข้มข้นนี้จะให้พลังงานที่จะถูกแปลงเป็นเอทีพีเป็นไฮโดรเจนไอออนผ่านลงทางลาดผ่านอนุภาคเทสเอทีพีคล้ายคลึงทั้งหมดให้พลังงานในก๊าซแรงดันสูงในกระบอกสูบที่มีลูกสูบที่สามารถเคลื่อนย้าย (การขยายตัวของก๊าซเป็นเหมือนการแพร่กระจายลงลาด: มันไม่ทำงานกับลูกสูบ) ใน mitochondrion พลังงานในการเคลื่อนย้ายลงทางลาดที่มีการบันทึกในเอทีพีสื่อกลางในการแลกเปลี่ยนสำหรับผลการดำเนินงานของการทำงานภายในเซลล์ การจับตัวของพลังงานนี้เรียกว่าการมีเพศสัมพันธ์พลังงานเพื่อการก่อตัวของเอทีพีเป็นกระบวนการที่สำคัญการอนุญาตให้งานที่จะทำโดยระบบที่อยู่อาศัย. มีที่รู้จักกันภายนอกและตัวแทนยากำลังซึ่งส่งผลให้เกิด uncoupling การก่อตัวของเอทีพีจากการกระจายของ ลาด Uncouplers เช่น 2 บายพาส 4 dinitrophenol เทสเอทีพีและก่อให้เกิดไฮโดรเจนไอออนกระจายการไล่ระดับสีโดยไม่ก่อเอทีพีที่สามารถทำให้เกิดความผิดปกติของอวัยวะในสาเหตุการตาย องศาเจียมเนื้อเจียมตัวมากขึ้นของ uncoupling อาจจะเกิดจากระดับของสารภายนอกที่เรารู้ว่าเป็นโปรตีน uncoupling (UCP) ที่ สามไอโซฟอร์มที่แตกต่างกัน UCP1, UCP2 UCP3 และได้รับการระบุป่านนี้ในเนื้อเยื่อเลี้ยงลูกด้วยนม ในขณะที่ความสำคัญทางสรีรวิทยาโดยรวมและญาติของโปรตีนเหล่านี้ยังคงเข้าใจไม่สมบูรณ์ในเนื้อเยื่อของมนุษย์ UCP1 ได้รับการแสดงในหนู [8] ที่จะส่งผลในองศาที่เจียมเนื้อเจียมตัวของ uncoupling ในไขมันสีน้ำตาล ระดับความสูงของความเข้มข้นของกรดไขมันที่มีความเกี่ยวข้องกับการเหนี่ยวนำของ UCP3 และแม้จะมีการลดลงของพยาธิวิทยาของประสิทธิภาพของกล้ามเนื้อหัวใจในหัวใจหนู [9] สำหรับวัตถุประสงค์ของตัวอย่างแล้วเราอาจจะพิจารณาว่าอาจจะมีการเรียกทางสรีรวิทยาที่มีผลใน uncoupling ออกซิเดชันลดประสิทธิภาพโดยรวมของการเผาผลาญกลูโคส ตัวอย่างเช่นถ้ามีประสิทธิภาพจะลดลงจาก 40% ถึง 35% ผลที่จะได้รับการผลิตเพียง 34 โมลของเอทีพีแทนที่จะเป็น 38 ในขณะที่นี้หมายถึงการแสดงให้เห็นถึงกลไกที่ดีขึ้นในหนูกว่ามนุษย์เรื่องของเราจะต้องมีระดับน้ำตาลมากขึ้นในการ ทำให้ 95 โมลของเอทีพี ตอนนี้ 2.9 โมลของกลูโคสจะต้องผลิต 95 โมลเอทีพี เรื่องของเราอาจจะกินมากขึ้นและพักที่น้ำหนักเดียวกัน (รูปที่ 1D) หรือจะกิน 2.5 โมลของน้ำตาลกลูโคสจำนวนเงินเช่นเดียวกับก่อนหน้านี้ แต่จะผลิตเอทีพีน้อย โดยการรับประทานอาหารเพียง 2.5 ไฝการเผาผลาญของกลูโคสเรื่องของเราจะขอความช่วยเหลือการเกิดออกซิเดชันของร้านค้าของร่างกายที่จะทำให้เอทีพีเพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับสภาวะสมดุล ซึ่งจะส่งผลในการลดน้ำหนักตรงตามที่มันสำหรับแคลอรี่ลดลง (รูปที่ 1D). สาระสำคัญของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ก็คือว่ามันรับประกันการขาดประสิทธิภาพในกระบวนการเผาผลาญทั้งหมด อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงของประสิทธิภาพจะไม่ได้รับการยกเว้น ในความเป็นจริงกฎหมายของอุณหพลศาสตร์จะเงียบในการดำรงอยู่ของตัวแปรที่มีประสิทธิภาพ หากประสิทธิภาพจะแตกต่างกัน (เช่นในตัวอย่างของ uncoupling ออกซิเดชัน) แล้ว "แคลอรี่เป็นแคลอรี่" ไม่เป็นคำสั่งจริง บทบาทของ uncoupling โปรตีนในมนุษย์ตามที่ระบุจะเป็นยังกำหนดไม่สมบูรณ์ [10] อย่างไรก็ตามหลักการทางอุณหพลศาสตร์อนุญาตให้มีประสิทธิภาพตัวแปรและการดำรงอยู่ของมันจะต้องได้รับการพิจารณาสังเกตุ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

บทสรุปของอุณหพลศาสตร์ในสิ่งมีชีวิต
1 กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งมีประสิทธิภาพการเผาผลาญอาหารที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการทางชีวภาพและชีวเคมีที่มีความร้อนสูงและโมเลกุลเอนโทรปี ( คาร์บอนไดออกไซด์ , น้ำ , ยูเรีย ) เป็นผลิตภัณฑ์ที่พบบ่อยที่สุด .
2