Figure 1. A: Oxidation of glucose i

Figure 1. A: Oxidation of glucose in a calorimeter is completely inefficient. The products of oxidation are carbon dioxide and water, and all of the energy produced is released as heat. 1B: To illustrate the proper interpretation of the first law of thermodynamics in living organisms we must consider that conservation of matter and energy includes excretion of products into the external environment. None of the products of oxidation (CO2 and H2O) remain within the organism. There is stoichiometric balance and no net weight change. Only the ATP, representing the useful energy, is retained. The wasted heat constitutes 60% of the energy of oxidation, while the efficiency is reflected in the retained ATP, available for reactions in the organism. Body fat stores are signified as TAG (triacylglycerol) 1C. A common way of thinking of weight loss is from reduction of caloric intake. If our subject ingests 2.3 moles of glucose (or equivalent lipid and/or protein) and produces only 90 moles of ATP, then homeostasis will enlist body stores of fat (and/or lean body mass) to yield the additionally required 5 moles ATP. The additional resultant CO2 and H2O (and heat) will be excreted (and radiated) leading to weight loss. 1D: If efficiency is reduced then our subject would have to eat more (e.g. 2.9 moles of glucose, or equivalent lipid/protein) to produce 95 moles of ATP and remain at the same weight. The additional CO2 and H2O produced will be excreted maintaining constant weight. 1E: Under conditions of reduced metabolic efficiency (from 40% to about 38% in this example), 90 moles of ATP will be produced from oxidation of 2.5 moles glucose (or equivalent lipid/protein). The remaining 5 moles ATP needed for homeostasis must be made up from oxidation of body stores of lipid or lean mass. This results in weight loss, exactly as it does for the example of reduced caloric intake (Figure 1C).
The illustration above can be compared to the oxidation of glucose in a calorimeter in which no useful energy is obtained and the total energy of oxidation is measured as the heat produced. This process is completely inefficient. A traditional (Atwater) value for glucose obtained in the calorimeter is approximately 4 kilocalories of energy per gram (Figure 1A). By contrast, the living organism above metabolizes and oxidizes glucose so that approximately forty percent of the energy of oxidation is retained as useful ATP (38 moles per mole of glucose)) whereas sixty percent is released as heat, the inefficiency in this mode of oxidation. The entropy (i.e. the second law of thermodynamics) shows up in this inefficiency. The calorimeter heat can no longer be interpreted in a simple way. The energy stored in useful ATP represents the efficiency of 40% (neglecting the difference in entropy between the structures of the products and reactants). This value approximates the efficiency for oxidation of carbohydrate as well as lipid, whereas proteins are generally oxidized at a lower value of approximately 30–35% (Figure 1B).
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).

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

รูปที่ 1 ตอบ:การเกิดออกซิเดชันของกลูโคสในแคลอรีมิเตอร์ไม่สมบูรณ์ได้ ผลิตภัณฑ์ของการเกิดออกซิเดชันคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ และทั้งหมดของพลังงานที่ผลิตออกเป็นความร้อน 1B: เพื่อแสดงความเหมาะสมของกฎหมายแรกของอุณหพลศาสตร์ในชีวิต เราต้องพิจารณาว่า การอนุรักษ์สสารและพลังงานรวมถึงการขับถ่ายผลิตภัณฑ์ในสภาพแวดล้อมภายนอก ไม่มีการเกิดออกซิเดชัน (CO2 และ H2O) ผลิตภัณฑ์อยู่ภายในสิ่งมีชีวิตที่ มี stoichiometric ดุลและการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักสุทธิไม่ เป็นสะสมเฉพาะ ATP แสดงพลังงานที่มีประโยชน์ ความร้อนเสียถือ 60% ของพลังงานของการเกิดออกซิเดชัน ในขณะที่ประสิทธิภาพแต่ ATP สะสม พร้อมใช้งานสำหรับปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิตที่ ร่างกายเก็บไขมันเป็น signified เป็นแท็ก (triacylglycerol) c. 1 เป็นวิธีคิดของการลดน้ำหนักทั่วไปจากการลดลงของการบริโภคแคลอริก เรื่องของเรา ingests 2.3 โมลของกลูโคส (หรือเทียบเท่าไขมัน หรือโปรตีน) และสร้างเพียง 90 โมลของ ATP ถ้าภาวะธำรงดุลจะสมัครร่างกายเก็บไขมัน (หรือแบบ lean มวลในร่างกาย) ให้ไฝ 5 นอกจากนี้ต้องใช้ ATP การเพิ่มเติมผลแก่ CO2 และ H2O (และความร้อน) จะ excreted (และ radiated) นำไปสู่การสูญเสียน้ำหนัก 1D: ประสิทธิภาพจะลดลง ถ้าเรื่องของเราจะต้องกินมากกว่า (เช่น 2.9 โมลของกลูโคส โปรตีนกับไขมัน) ผลิต 95 โมลของ ATP และยังคงอยู่ในน้ำหนักเดียวกัน CO2 และ H2O ที่ผลิตเพิ่มเติมจะ excreted ได้รักษาน้ำหนักคง 1E: ภายใต้เงื่อนไขของประสิทธิภาพการเผาผลาญลดลง (จาก 40% เป็นประมาณ 38% ในตัวอย่างนี้), 90 โมลของ ATP จะผลิตจากออกซิเดชันของโมล 2.5 กลูโคส (หรือไขมันโปรตีนเทียบเท่า) ต้องทำค่าโมล 5 เหลือ ATP ที่จำเป็นสำหรับภาวะธำรงดุลจากออกซิเดชันของร่างกายเก็บไขมันหรือมวลแบบ lean ซึ่งผลในการลดน้ำหนัก เหมือนไม่เช่นบริโภคแคลอริกลดลง (รูปที่ 1C)ภาพประกอบข้างต้นสามารถเปรียบเทียบการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสในแคลอรีมิเตอร์ที่ซึ่งได้รับพลังงานไม่มีประโยชน์ และพลังงานรวมของการเกิดออกซิเดชันจะวัดเป็นความร้อนที่ผลิต กระบวนการนี้จะไม่สมบูรณ์ ค่า (Atwater) แบบดั้งเดิมสำหรับกลูโคสที่ได้รับในแคลอรีมิเตอร์จะมีประมาณ 4 kilocalories พลังงานต่อกรัม (รูปที่ 1A) ตำแหน่ง ชีวิตข้าง metabolizes และ oxidizes กลูโคสดังกล่าวประมาณร้อยละ 40 ของพลังงานของการเกิดออกซิเดชันจะถูกเก็บเป็นประโยชน์ ATP (ไฝ 38 ต่อโมลของกลูโคส)) ในขณะที่ปล่อยหกเปอร์เซ็นต์ เป็นความร้อน inefficiency ในการออกซิเดชัน แสดงค่าเอนโทรปี (เช่นสองกฎหมายของอุณหพลศาสตร์) ใน inefficiency นี้ ความร้อนของแคลอรีมิเตอร์สามารถแปลผลทางไม่ พลังงานที่เก็บไว้ใน ATP ประโยชน์แสดงถึงประสิทธิภาพของ 40% (neglecting ความแตกต่างในเอนโทรปีระหว่างโครงสร้างของผลิตภัณฑ์และ reactants) ค่านี้ approximates ประสิทธิภาพการเกิดออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตรวมทั้งไขมัน ในขณะที่โปรตีนถูกออกซิไดซ์โดยทั่วไปที่ค่าต่ำประมาณ 30-35% (รูปที่ 1B)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)

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

รูปที่ 1 A : ออกซิเดชันของกลูโคสในแคลอรีมิเตอร์ได้อย่างไม่มีประสิทธิภาพ ผลิตภัณฑ์ของออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ และทั้งหมดของพลังงานที่ผลิตออกมา เช่น ความร้อน 1B :แสดงให้เห็นถึงการตีความที่เหมาะสมของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในสิ่งมีชีวิต เราต้องพิจารณาว่า การอนุรักษ์สสารและพลังงาน รวมถึงการขับถ่ายของผลิตภัณฑ์สู่สิ่งแวดล้อมภายนอก ไม่มีผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาออกซิเดชัน ( CO2 และ H2O ) ยังคงอยู่ภายในชีวิต มีอัตราส่วนไม่สมดุลและน้ำหนักรวมเปลี่ยน เพียง เอทีพี แทนพลังงานที่มีประโยชน์จะยังคงอยู่ การเสียความร้อนถือ 60% ของพลังงานของปฏิกิริยา ในขณะที่ประสิทธิภาพที่สะท้อนอยู่ในสะสม ATP ที่มีอยู่สำหรับปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิต . เก็บไขมันในร่างกายเป็น signified เป็นแท็ก ( triacylglycerol ) 1c วิธีการทั่วไปของการคิดของการสูญเสียน้ำหนักจากการลดลงของการบริโภคแคลอริก . ถ้าประธานของเรา ingests 23 โมลกลูโคส ( หรือเทียบเท่า และ / หรือ โปรตีน ไขมัน ) และผลิตเพียง 90 ไฝของเอทีพี แล้วสมดุลจะสมัครร้านค้าของร่างกายไขมันและ / หรือมวลร่างกาย ) ให้ผลผลิตเพิ่มเป็น 5 โมลเอทีพี . เพิ่มค่า CO2 และ H2O ( และความร้อน ) จะถูกขับออกมา ( และรังสี ) ที่นำไปสู่การสูญเสียน้ำหนัก 1 ดี : ถ้าประสิทธิภาพจะลดลงแล้ว วิชาของเราจะต้องกินอีก ( เช่น 29 โมลของกลูโคส ไขมันและโปรตีน หรือเทียบเท่า ) เพื่อผลิต 95 ไฝของเอทีพี และยังคงอยู่ที่น้ำหนักเดียวกัน การเพิ่ม CO2 และ H2O ที่ผลิตจะถูกรักษาน้ำหนักให้คงที่ 1e : ภายใต้เงื่อนไขของประสิทธิภาพลดลงการเผาผลาญอาหาร ( จาก 40% เป็นประมาณ 38 % ในตัวอย่างนี้ ) , 90 ไฝของ ATP จะถูกผลิตจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฝ 2.5 กลูโคส ( หรือเทียบเท่าโปรตีน / ไขมัน )ส่วนที่เหลือ 5 โมล เอทีพี ที่จำเป็นสำหรับการสมดุลต้องถูกสร้างขึ้นจากปฏิกิริยาของร่างกายร้านค้า ของไขมัน หรือมวล . นี้ส่งผลในการสูญเสียน้ำหนักตรงตามที่มันตัวอย่างเช่น ลดการบริโภคแคลอริก ( รูป
1C )ภาพประกอบข้างต้นสามารถเปรียบเทียบการออกซิเดชันของกลูโคสในวัดความร้อนที่ไม่มีพลังงานที่มีประโยชน์ได้ และพลังงานรวมของปฏิกิริยาออกซิเดชันคือวัด เพราะความร้อนที่ผลิต กระบวนการนี้จะสมบูรณ์ผล ประเพณี ( Atwater ) ค่ากลูโคสได้ในประมาณ 4 กิโลแคลอริมิเตอร์คือพลังงานต่อกรัม ( รูปที่ 1A ) โดยความคมชัดชีวิตเหนือ เผาผลาญกลูโคสและให้ oxidizes ประมาณสี่สิบเปอร์เซ็นต์ของพลังงานของปฏิกิริยาออกซิเดชัน เก็บไว้เป็นประโยชน์เอทีพี ( 38 โมลต่อโมลของกลูโคส ) ในขณะที่ร้อยละหกสิบ คือที่ปล่อยความร้อน ประสิทธิภาพในโหมดนี้ของการเกิดออกซิเดชัน เอนโทรปี ( คือกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ) แสดงขึ้นในความนี้ส่วนวัดความร้อนความร้อนไม่อาจตีความในทางที่ง่าย พลังงานที่ถูกเก็บไว้ในที่มีประโยชน์ เอทีพี แสดงถึงประสิทธิภาพของ 40 % ( แต่ความแตกต่างในค่าระหว่างโครงสร้างของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น ) ค่านี้มีประสิทธิภาพสำหรับออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตเป็นไขมันในขณะที่โปรตีนโดยทั่วไปจะออกซิไดซ์ที่มูลค่าลดลงประมาณ 30 - 35 % ( รูปที่ 1A ) .
สรุปอุณหพลศาสตร์ในสิ่งมีชีวิต
1 กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งมีประสิทธิภาพการเผาผลาญอาหารที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการทางชีวภาพและชีวเคมีที่มีความร้อนสูงและโมเลกุลเอนโทรปี ( คาร์บอนไดออกไซด์ , น้ำ , ยูเรีย ) เป็นผลิตภัณฑ์ที่พบบ่อยที่สุด .
2กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือพอใจในชีวิต ( เปิด ) ระบบบัญชีโดยถูกต้องสำหรับมวลและความร้อนที่แผ่ออกมา และส่งออกในโมเลกุลของเอนโทรปีสูง
การสูญเสียน้ำหนักเนื่องจากการลดลงของการบริโภคแคลอริก
ตัวอย่างที่พบมากที่สุดของการสูญเสียน้ำหนักคือการลดแคลอรี่การบริโภค ความเสี่ยง oversimplification ถ้าหัวข้อของเรา ingests น้อยกว่า 2.5 โมลกลูโคสและผลิตตัวอย่างเช่นเพียง 90 ไฝ ATP จากอาหาร ก็จะต้องเป็นร้านค้าภายนอกร่างกายสมดุลการต่อไป ปฏิกิริยานี้จะให้เพิ่มเติม 5 โมลของเอทีพี ที่ต้องการ ออกซิเดชันของร้านร่างกาย ( หรือมวลไขมันในร่างกาย ) จะมีผลในการผลิตเพิ่มเติมคาร์บอนไดออกไซด์ , ยูเรีย , น้ำและความร้อน การขับถ่ายของผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะมีผลในการสูญเสียน้ำหนัก

( รูป 1C )