Homöostase ist ein Zustand der inneren Stabilität im Körper. Homöostase bezieht sich auch auf den Prozess, bei dem ein Organismus das Gleichgewicht von Dingen wie Körpertemperatur, Wasser- und Salzgehalt aufrechterhält. Viele chemische Reaktionen laufen ab, um die Homöostase aufrechtzuerhalten. Hormone müssen durch Aufbrechen anderer Moleküle hergestellt werden. Salzionen müssen aus der Nahrung aufgenommen oder in die Knochen eingelagert werden. Muskeln müssen Wärme produzieren, um den Körper zu erwärmen.
Freisetzung von Energie aus ATP
Die überwiegende Mehrheit der Enzyme, die chemische Reaktionen in einer Zelle ablaufen lassen, verwendet ein Energiemolekül namens Adenosintriphosphat (ATP) – „tri“ bedeutet, dass sich drei Phosphatmoleküle darauf befinden. ATP ist wie eine wiederaufladbare Batterie. ATP kann in Adenosindiphosphat (ADP) zerlegt werden – „di“ bedeutet, dass es zwei Phosphate gibt – und ein einzelnes Phosphat (P)-Molekül. Wenn es in ADP und P zerlegt wird, setzt ATP Energie frei, die Enzymen die Fähigkeit verleiht, Moleküle zu brechen oder zu bilden. Die Homöostase wird durch viele zelluläre Prozesse aufrechterhalten, die ATP benötigen. Abgesehen von Enzymen, die Bindungen herstellen und brechen, umfassen andere Proteine, die ATP verwenden, Proteinpumpen, die Salze durch eine Membran bewegen.
Vitamin-D-Synthese
Vitamin D ist ein Hormon, das hilft, die Kalziumhomöostase aufrechtzuerhalten; das heißt, richtige Kalziumspiegel im Körper. Es muss über mehrere chemische Reaktionen hergestellt werden, bevor es die Homöostase beeinflussen kann. Es stammt aus Cholesterin in der Haut, das bei Sonneneinstrahlung seine Form ändert. Dieser Vorläufer von Vitamin D geht dann in die Leber, wo er modifiziert wird. Schließlich gelangt es in die Nieren, wo es erneut in die aktive Form von Vitamin D umgewandelt wird. Die aktive Form hat eine völlig andere Struktur als Cholesterin, wobei hier und da zusätzliche chemische Bestandteile hinzugefügt werden. Um aktives Vitamin D herzustellen, das als 1,25-Hydroxy-Vitamin D bezeichnet wird, sind mehrere Enzyme erforderlich.
Calciumablagerung in Knochen
Die Kalziumhomöostase beinhaltet auch die Aufnahme von Kalzium aus dem Blut, nicht nur die Aufnahme aus der Nahrung in das Blut. Menschliches Blut kann nicht zu viel oder zu wenig Kalzium enthalten, daher wird überschüssiges Kalzium in den Knochen gespeichert. Der Prozess der Einlagerung von Calciumionen in das Knochengewebe ist eine chemische Reaktion, die regelmäßig stattfindet. Calcium existiert als Kation (ausgesprochen Cat-Eye-on), d.h. es hat eine positive elektrische Ladung. Im Knochen wird Calcium als Calciumhydroxyapatit gespeichert, d. h. es ist an negativ geladene Moleküle gebunden, die als Phosphate bezeichnet werden. Wenn die Zelle Kalzium aus dem Blut nehmen und in den Knochen einlagern möchte, spucken die Knochenzellen Phosphatmoleküle um sie herum aus, die die positiv geladenen Kalziumionen anziehen. Das Calcium bindet an das Phosphat und bildet Kristalle.
Zellatmung zur Erzeugung von Wärme
Wenn dem menschlichen Körper zu kalt wird, hält er die Temperaturhomöostase aufrecht, indem er Wärme produziert, um sich selbst zu wärmen. Der menschliche Körper kann seine Innentemperatur erhöhen, indem er in Skelettmuskelzellen und braunen Fettzellen Wärme erzeugt. Diese Zellen enthalten viele Mitochondrien, die Taschen innerhalb einer Zelle sind, die ATP-Moleküle produzieren. Mitochondrien stellen ATP her, indem sie zuerst viele Wasserstoffionen in einem Kompartiment speichern und diese Ionen dann auf natürliche Weise in ein anderes Kompartiment fließen lassen – wie Wasser, das durch einen Damm fließt. Dieser Fluss erzeugt Energie, die verwendet wird, um neue ATP-Moleküle zu bilden. Beim Durchströmen von Wasserstoffionen entsteht jedoch Wärme. Der Körper erwärmt sich, indem er den Zellen sagt, dass sie absichtlich Lecks in den Mitochondrien verursachen sollen, damit mehr Wasserstoffionen fließen. Dazu müssen viele chemische Reaktionen ablaufen. Diese Reaktionen sind Teil der sogenannten Zellatmung.