Entropie

Unter dem Begriff Entropie versteht man so etwas wie Unordnung. Ein aufgeräumter Schreibtisch hat einen Zustand niedriger Entropie, ein unaufgeräumter Schreibtisch zeichnet sich durch eine hohe Entropie aus.

In der Biologie ist der Entropie-Begriff wichtig, weil Lebewesen einen Zustand hoher Ordnung = geringer Entropie darstellen. Ein solcher entropiearmer Zustand kann nur langfristig aufrechterhalten werden, indem das Lebewesen ständig Energie aus der Umwelt aufnimmt. Das ist der Hauptgrund für den katabolischen (abbauenden) Stoffwechsel aller Lebewesen.

Entropie und Leben
Autor: Ulrich Helmich 03/2024, Lizenz: siehe Seitenende

Die lebenden Zellen nehmen Energie aus der Umwelt auf, zum Beispiel in Form von Photonen (grüne Pflanzenzellen), Nahrung (Tierzellen) oder chemischen Redoxreaktionen (viele Prokaryoten). Diese Energie nutzen sie, um aus kleinen Teilchen (Molekülen wie Wasser, CO₂ oder Ionen wie Nitrat, Sulfat etc.) größere Moleküle wie Proteine, Nucleinsäuren etc. herzustellen. Neben solchen anabolischen (aufbauenden) Reaktionen laufen aber auch noch jede Menge katabolischer (abbauender) Reaktionen ab, mit denen beispielsweise Energie aus der aufgenommenen Nahrung gewonnen wird, außerdem dienen diese katabolischen Reaktionen zur Gewinnung und Bereitstellung weiterer kleiner Moleküle zum Aufbau großer Moleküle. Insgesamt ist der Stoffwechsel einer Zelle (Katabolismus + Anabolismus) recht exotherm, es wird also überschüssige Wärme an die Umgebung abgegeben. Diese abgegebene Wärme führt in der Umgebung zu einer Entropiezunahme, die deutlich größer ist als die Entropieabnahme infolge des Aufbaus großer Moleküle.

Katabolischer Stoffwechsel heißt: Energiegewinnung aus Nährstoffen (Kohlenhydraten, Fetten, Eiweißen) oder anorganischen chemischen Reaktionen (bei vielen Prokaryoten), damit anabolische (aufbauende) Stoffwechselprozesse ablaufen können, welche die Entropie des Lebewesens verringern.