Der Stoffwechsel beschreibt alle chemischen Reaktionen, die an der Erhaltung des Lebens eines Organismus beteiligt sind. Dies ist der Prozess, bei dem Menschen und andere Organismen Nahrung in Energie umwandeln. Wärme ist sowohl ein Nebenprodukt des Stoffwechsels als auch eine Energieform, die die Geschwindigkeit des Stoffwechsels beeinflusst, auch bekannt als Stoffwechselrate.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Stoffwechsel ist der Prozess, bei dem Nahrung in Energie umgewandelt wird. Als Nebenprodukt dieses Prozesses wird Wärme von Organismen abgegeben. Da ektotherme Tiere ihre Körpertemperatur nicht selbst regulieren können, wird ihr Stoffwechsel von der Außentemperatur beeinflusst.
Wie der Stoffwechsel funktioniert
Der Stoffwechsel hat zwei Stoffwechselwege. Der erste ist der katabole Weg, der komplexe Verbindungen wie Glucose und Proteine in einfache Verbindungen zerlegt. Dadurch wird Energie für den Betrieb der Zelle zur Verfügung gestellt. Der zweite Weg ist der anabole Weg, der aus diesen einfachen Verbindungen komplexe Verbindungen aufbaut, die der Körper benötigt, wie Proteine für die Muskeln. Da chemische Reaktionen unvorhersehbar sind – sie produzieren möglicherweise nicht die richtigen Verbindungen oder die erforderliche Menge – benötigen Zellen Enzyme, um die Stoffwechselaktivität zu regulieren. Enzyme bringen die richtigen Chemikalien zusammen und beschleunigen chemische Reaktionen. Enzyme sind daher Katalysatoren chemischer Reaktionen.
Wärmeverlust
Nur ein kleiner Teil der aus der Nahrung gewonnenen Energie wird zu Energie, die die Zellen antreibt. Der Rest geht als Wärme verloren, die ein Nebenprodukt chemischer Reaktionen ist. Diese Wärme entweicht den Körpern von Menschen und anderen Organismen und lässt einen Raum voller Menschen unangenehm heiß werden. Die durch den Stoffwechsel erzeugte Wärme spielt eine wichtige Rolle, um den Körper von endothermen Tieren warm zu halten. Endotherme, in erster Linie Vögel und Säugetiere, sind Tiere, die in der Lage sind, ihre Körpertemperatur mit Hilfe der durch den Stoffwechsel erzeugten Energie zu regulieren.
Hitze und Enzyme
Die Zellen eines jeden Organismus enthalten viele verschiedene Arten von Enzymen, von denen jedes für eine bestimmte chemische Reaktion verantwortlich ist. Alle diese Enzyme benötigen einen ähnlichen Temperaturbereich, um zu funktionieren. Der Zusammenhang zwischen Stoffwechselrate und Temperatur kann als buckelförmige Kurve visualisiert werden. Die Enzymaktivität und damit der Stoffwechsel ist am unteren und oberen Ende eines gegebenen Temperaturbereichs langsam und an einem optimalen Punkt am höchsten. Die optimale Temperatur für das typische menschliche Enzym beträgt 37 Grad Celsius (98,6 Grad Fahrenheit). Der menschliche Körper hält daher eine Temperatur von etwa 37 Grad Celsius, um die Stoffwechselrate zu maximieren. Bei Temperaturen über 98,6 Grad fällt die Enzymaktivität stark ab, bei hohen Temperaturen „denaturieren“ Enzyme, was bedeutet, dass sie ihre Struktur verlieren und unbrauchbar werden.
Temperatur und Stoffwechselrate
Die Temperatur in der Umgebung beeinflusst direkt die Stoffwechselrate von ektothermen Tieren, Tieren, die ihre eigene Körpertemperatur nicht regulieren können. Beispielsweise ist der Stoffwechsel von Eidechsen bei kalten Temperaturen niedrig und bei heißen Temperaturen hoch. Das bedeutet, dass Eidechsen in der Kälte nicht sehr aktiv sein können, weil sie dafür keine Energie haben, während sie sich bei hohen Temperaturen schnell bewegen können, aber Nahrung aufnehmen müssen, um den Stoffwechselprozess anzukurbeln. Wissenschaftler glauben, dass Wärme den Stoffwechsel von Tieren erhöht, indem sie die Menge an kinetischer Energie erhöht, die den Zellen zur Verfügung steht. Kinetische Energie ist die Energie, die mit sich bewegenden Objekten verbunden ist. Wärme erhöht die kinetische Energie in Zellen, indem sie die an chemischen Reaktionen beteiligten Moleküle beschleunigt und sie häufiger zusammenbringt. Bei endothermen Tieren erhöht die Regulierung der Körpertemperatur die Stoffwechselrate. Die zum Abkühlen erforderlichen Aktionen, beispielsweise Hecheln, oder Aufwärmen, beispielsweise Schüttelfrost, erfordern Energie und damit einen schnelleren Stoffwechsel der Nahrung.