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Steuerung und Regelung - Erklärung der biologischen Vorgänge

Steuerung und Regelung sind zwei wichtige Komponenten in der Biologie. Sie erklären, wie sich Größen eines Systems gegenseitig beeinflussen und angleichen.

Licht als Beispiel für die Steuerung.
Licht als Beispiel für die Steuerung.

Was ist Steuerung?

  • Steuerung entspricht einem Vorgang in einem biologischen System, bei welchem bestimmte Eingangsgrößen andere Größen, die Ausgangsgrößen genannt werden, aufgrund der im System enthaltenen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen. Steuerung beschreibt demnach eine gerichtete Beeinflussung.
  • Die Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese entspricht zum Beispiel der Steuerung. Ein bestimmtes Gen instruiert die Bildung eines bestimmten Polypeptids, zum Beispiel die Bildung eines Enzyms. Das Enzym katalysiert eine bestimmte Reaktion, bei der aus Substanz A Substanz B hervorgeht.
  • Ein weiteres Beispiel für Steuerung ist die Züchtung von Kulturpflanzen. Durch die Selektion geeigneter Pflanzen kann der Ertrag der Kulturpflanzen gesteigert werden.
  • Auch Licht ist ein Beispiel für Steuerung, da Licht die Entwicklung von Pflanzen steuert.

Die Erklärung von Regelung

  • Die Regelung ist ein Vorgang, bei dem eine Größe von einer anderen Größe ständig erfasst wird, mit einer Führungsgröße verglichen wird und in Abhängigkeit zu dem Ergebnis dieses Vergleichs an die Führungsgröße angeglichen und somit beeinflusst wird. Der Wirkungsablauf der Regelung findet in einem geschlossenen Kreis statt, welcher Regelkreis genannt wird.
  • Die wichtigsten Elemente eines Regelkreises sind der Fühler, die Regelgröße, die Störgröße und der Regler.
  • Der Fühler oder Sensor misst den augenblicklichen Wert (Ist-Wert) der Größe, die geregelt werden muss. 
  • Der Zustand der Regelgröße soll konstant gehalten werden. Die Regelgröße stellt den Soll-Wert da. Der Ist-Wert stimmt so gut wie nie mit dem Soll-Wert überein.
  • Ein System ist nie frei von Störungen. Diese Störgrößen müssen bei der Angleichung mit einbezogen werden und korrigierbar sein.
  • Der Ist- und der Soll-Wert werden im Regler miteinander verglichen. Hierbei kommt es teilweise zur negativen Rückkopplung, da der Ist-Wert oft mit einem negativen Vorzeichen in den Abgleich eingeht.
  • Ein Beispiel für die Regelung ist die Endprodukthemmung, die der Regulation von Stoffwechselwegen dient. Das Endprodukt einer Synthesekette hemmt hier seine eigene Synthese, wenn genug Endprodukte vorhanden sind. Die Synthesekette wird unterbrochen.
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