Energiehaushalt/Verdauung VL7 Flashcards
Energietransfer
- spontane Reaktionen wenn Entalphie G<0
- benötigt Energie wenn G>0 =endergonisch
- endergonische Reaktionen brauchen energetische Rückkopplung (stark exergonisch)
- Entalphie ist kennzeichnender Parameter
ATP
-Adenosintriphosphat ist ein Energieträger aus 3Phosphat, Zucker und Base (Adenin)
-abspalten von Phosphat führt zu Energiefreisetztung =Spontan
Nährstoffe durch Katabolismus zu h2o und (co2 abgeatmet) =>Energie in vor von ATP =>viel verloren und wertlos als Wärme,energietransfortmation in Zellarbeit =Energieverbrauch ADP entsteht +Phospaht und geht wieder in Katabolismus
Thermodynamik
1 Hauptsatzt
Bei allen makroskopisch es Vorgängen in der Natur wird Energie weder zerstört noch erzeugt,sondern nur von einer in die andere transformiert
Der instabile Zustand des Lebens
- abgeschlossene Systeme sterben zum energetisch günstigen Gleichgewichtszustand
- Gleichgewicht = Stillstand= Tod
- Energie im System nimmt nicht zu
- Organismen sind offene Systeme
- ständige Zufuhr und Abgabe von Energie (Fließgleichgewicht was im Idealfall ausgeglichen ist )
- Organismen können Energie nicht neu erschaffen aber aufnehmen
Energie Herkunft
Autrophie
- Pflanzen,Bakterien,Protisten
- Energiesammlung aus Licht oder chemischen Prozessen
Heterotrphie
- Tiere,Pilze
- Energie direkt /indirekt von autotrphen Organismen
Aufnehmen von: totem organischen Material =Destruenten (Bakterien),Detritivoren(Substratfresser:was herunterfällt zB Regenwurm)
Oder aus:lebenden Organismen =Herbivoren,Carnivoren,Omnivoren,Filtrierer,Strudler,Säftesauger
Wirkungsgrad
-Verluste bei Energie-Umwandlung (zB Wärme)
-Maß für die Effizienz von Energieumwandlung
-desto größer der Wert desto effizienter, das was fehlt geht als Wärme verloren
effektiv = Elektomotor=Ottomoter=Photosynthese=Skelettmuskel=Glühlampe =nicht effektiv
Messung von Energieumsatz
direkte Kalorimetrie:
-Wärmemessers aus Prozessen messen
-Kessel mit Netz,dort kommt ein Tier rein (Meerschwein),da wo Auslauf ist kommt Eis rein, rund um Tier, nochmal eine Isolationsschicht um das ganze, und Deckel,Ganzes Tier isoliert
-durch Stoffwechsel des Meerschweins =Energieverlust als Wärme schmilzt Eis
-Menge an Wasser messen,muss jetzt wissen wie viel Energie nötig ist Eis zu schmelzen
-Stoffwechsel eines Organismus kann so direkt gemessen werden
=EISKALORIEMETER
-Kilokalorien ist handlichere Zahl als Kalorien,jWärmemenge um 1g Wasser um 1celsius zu erwärmen
Energiebudget =Bürger
-Energiesufnahme durch Nahrung hat gewissen Energiegehalt
-Cheeseburger (125g) 530 kcal
=reicht für 6sdt Ruhen oder 2std gehen oder 1 Sdt joggen
-Energie wird für verschiedene Bereiche gesetzt
-3/4 geht als Wärme verloren (der aufgenommenen Energie)
Energiebudget
-mit der Nahrung zugeführte Energie
Geht einmal in den kot (wie effektiv die Energie aus der Milch extrahiert wurde (gering also Energie gut extrahiert.
-der Rest geht resorbierte zirkulierende Energie im Verdauungstrakt, spezifische dynamisch Energie geht verloren als Wärme
-Intrazelluläre Energie ist nach verdauen da und aufgespaltene Nahrung ist nun in Zellen als energieverfügbar manches wird gespeicherte Energie kann auch von da wieder raus geholt werde und als Wärme verbraucht werden
-intrazelluläre verwendetbarenEnergie (ATP Umwandlung)
Darauf können wieder gespeicherte Energiewende ,Wärme,andere Arbeitsleistung,innere Reibung, mechanische Arbeit oder Exkrete
-exkrete (aktiver Prozess , energiesufwendig, zB harnstoffherstellen)
Stoffwechselrate
-Energieumsatz pro Zeit
-Grundumsatz (Ruhestoffwechsel)
-Mensch mit 70 kg
Männchen ca 7100kj pro Tag
Weibchen ca 6300kj pro Tag
-Sauerstoffverbrauch durch stoffwechselaktivität
-Stoffwechselrate ist temperaturabhängig
RGT - Regel
-Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur Regel
- wenn man etwas um 10 Grad erwärmt dann verdoppelt sich die reaktionsGeschwindigkeit
- Enzymkinetik (RGT Regel da wichtig)
- Kartoffelkäfer=sieht man das die Stoffwechselaktivität mit Temp in Abhängigkeit steht
- Stoffwechselaktivität zu Beginn plus q10wert der sich aus Steigung ergibt
- Stoffwechselrate ist abhängig von Körpermaße
Körpermaße
- größe ist beschränkt
- steigt mit Körpermaße
- aber nicht linear
- relative Stoffwechselintensität nimmt mit steigender Körpermassse ab
- günstigeresVolumen Oberflächen Verhältnis
- Maus ungünstiges
- kleine Stiere eher nicht an kalten Orten
- große Organismen verlieren weniger Energie
Stoffwechselrate aktivitätsabhängig
- Seeanemone,Ringelwirm,Wattewurm sind eher stationär also nicht so aktiv, Kolibri haben hingegen hohen Energieverbrauch =Wirbeltiere aktiver als Wirbellose
- gesteigerte Aktivität nach motorische Aktivitäten
- Laufen benötigt ungefähr 10 mal mehr Energie als Schwimmen
- zweibeinig Lsufen ist zweimal vierbeinig doppelt so hoher Verbrauch
- laufen Kake weil Erdanziehung
- eigenständig ne Stabilität aufbauen deswegen auch kake
Essentielle Nahrungsbestandteile
- Mineralien und Spurenelemente
- Nährstoffe
- Vitamine
Mineralstoffe
Natrium = Hauptkation extrazelluläre Flüssigkeit,Nerven/Muskelfunktion,Wasserhaushalt
Kalium= Hauptkation intrazelluläre Flüssigkeit,nerven und muskelfunktion
Calcium= erregungsleitung, muskelkontraktion,intrazellulärer Botenstoff, Kalkskelett,Enzymaktivierung
Magnesium=Cofaktor vieler Enzyme , Knochen und Zahnbildung
Phosphor=Nucleinsäuren,atp,phospholipide
Chlor= wasserhaushalt ,Verdaaung, Hauptkation extrazelluläre Flüssigkeit
Spurenelemente
Eisen=Hämoglobin,Myoglobiin,Cytochrome,Katalase, Fe/S-Komplexe
Kupfer=Enzyme der Atmungskette,Hämoglobinbildung
Zink=carboanhydrase,Peptidasen,weitere Enzyme
Mangan= Cofaktor bei vielen Enzymen
Kobalt = Bestandteil Vitamin b12
Molybdän=Xanthinodase
Jod=Thyroxin
Chrom=Insulinwirkung
Zinn,Fluor,Silicium,Arsen
Mineralstoffe
-andere Quellen ,wenn die Nahrung Mineraliensammlung ist zB Giraffen essen Akatienblätter die wenig Mineralien enthalten und deswegen auch manchmal zu Knochen greifen
Vitamine
- keine Strukturelle Funktion
- Cofaktor bei Enyzmen/Enzymreaktionen
- Essentiell (keine Synthese möglich) und durch Nahrung aufgenommen werden müssen
- essentielle haben Variationen zwischen Tierarten
Vitamine wasserlöslich
- kann man nie zu viel von haben da sie ausgeschieden werden
- B1 Thiamin
- B2 Riboflavin
- B6 apyridoxin
- B12 Cobalamin
- Folsäure
- Ascorbinsäure (c)
Vitamine fettlöslich
A Retinol D Calciferol E Tocopherol K Menadion -überschüssige können nicht im Harn ausgeschieden werden also kann man. Zu viel davon haben
Nährstoff Aufbau
Lipide (39,4 kj/g) Kohlenhydrate (17,2 kj/g) -C5 oder C6 Körper -zusammengesetzt in Ketten Proteine(18,0 kj/g) -Kanalproteine/Enzyme -Verkettung As
Essentielle Nährstoffe
- Fettsäuren ( besonders Mensch :Linol-/Linolensäure
- benötigt zur Synthese von ungesättigten Fettsäuren (Arachifonsäure (wichtiger sec. Messenger)
- Aminosäuren (Mensch: isoleucin, Leucin, methionin, Lysin, phenylalanin, threonin, tryptophan, valin
- keine Speicherung im Körper möglich,aufnahme durch Nahrung
Nahrungsaufschluss
- mechanisch durch kauen ,Gewebe Zerkleinerung (auch durch Säuren)
- chemisch durch Säuren im Magen
- enzymatisch durch Proteasen im Verdauungstrakt
- Carnivore haben spitze Zähne,Muskelgewebe zum zerkleinern
- Herbivore haben flache Zähne zum zermalmen
- direkte Aufnahmefähig von Ionen , Vitaminen und Wasser
- nicht direkte Aufnahmefähig von Eiweißem und Kohlenhydraten , große Verkettung von einzelmolekülen (Hydrolasen) =>Aufspaltung in nierdermolekulare Komponenten
Verdauungsenzyme
Hydrolasen
Klasse der Hydrolasen
-Hydrolytische Spaltung , da Substrate hydrostatisch Verbunden
S1-S2 + H2O => S1-OH + S2-H
Verdauungsenzyme
-asen
Carbohydrasen
- schrittweise Abbau
- Spaltung von Kohlenhydraten in Polysaccheride=>Olgigosaccharide=>Monosaccharoide
Proteasen
- Spaltung von Eiweiß
- Endopeptidasen Spalten innerhalb des Peptids (Bruchstücke)
- Exopeptidasen Spalten vom Ende des Peptids ab (Oligo-/Monomere
Lipasen
- Spaltung von Fetten
- Glycerin und Fettsäuren
Verdauungsenzyme
Problem der Selbstverdauung wird verhindert durch inaktives Proenzym (Zymogen)
- Aktivierung nach Sezernierung in Verdauungsraum
- schützende Schleimhaut
Besondere enzymatische Anpassungen (Verdauungsenzyme)
-Zellulase (Holz) und Chitin sind schwer verdaulich = endosymbiotische Einzeller im Darm
Verdauungstrakt
- intrazelluläre Verdauung bei Einzellern oder sehr einfachen Organismen
- extrazelluläre Verdauung durch Gastrovaskularsystem mit einer Öffnung ( nicht genutztes wird sofort wieder ausgeschieden)oder komplexer durchgehender Verdauungstrakt mit zwei Öffnungen (Mund/After)
Intrazelluläre Verdauung
- Protozoen,Schwämme (Polifera)
- Phagocytose/Pinocytose
- Ingestionsvakuole verschmilzt mit Lysosomen
- Verdauungsvakuole (kleinschneiden Makromoleküle
- Egestionsvakuole (unverdautes , nutzloses wird entlassen)
gastrovaskularsystem
- keine Afteröffnung
- stark verzweigt
- Enzym-sezernierung
- Endocytose von Nahrungspartikeln
- intrazelluläre Verdauung
- Nesseltiere und Plattwürmer
- Strudelwurm und Leberegel haben aussackung um Oberfläche zu vergrößern
durchgängiger Verdauungstrakt
- komplexer
- Regenwurm
- Insekt hat schon klare Abgrenzungen des Verdauungstrakt
Verdauungstrakt Säuger
Mundhöhle,Oesophagus,Gaster,Dünndarm (Duodenum (12Fingerdarm )Jejunum (Leerdarm),Ileum (Krummdarm),Dickdarm(Grimmdarm (Colon),Blinddarm (Caecum) Mastdarm (Rectum)
- Speicheldrüsen
- Pankreas
- Leber
Speicheldrüsen
- Anfeuchten, Schlüpfrigkeit
- Mucin (Mucoproteine +
Mucopolysaccharide)-> in speicheldrüse - kann Enzyme enthalten
- Wasserbewohner:
Speicheldrüsen reduziert oder
fehlend
Speicheldrüsen Enzyme bei Mensch
- Alpha Amylase spaltet 1,4 glykosidische Bindungen
- Amylose (lineare
Verkettung von D-Glucose
Monomeren) - Aufspaltung zu Mono-, Di-, Oligosacchariden, Dextrin
an α-1,4-glykosidischen
Bindungen
-aber nicht Zellulose (β-1,4)
Magen
- Nahrungsaufbewahrung
- Physikalische Bearbeitung
- Beginn chemischer Aufarbeitung
(Proteolyse) - Wirbeltiere: niedriger pH (~1-3) = Sauerer Ph denaturiert Proteine
- bakterientötend,
eiweißdenaturierend,
Knochenentkalkung,
Kollagenauflösung - sauer-optimierte Protease
(Pepsin)
-Fundusdrüse
-Magenschleimhaut zum Schutz
-Hauptzellen und Belegzellen produzieren Pepsin und HCl
Belegzellen
- sezernieren HCl
- H+gegen Konzentrationsgefälle
(1:10 Mio.) - Aktiver Transport (H
+/K+-ATPase, Protonenpumpe) - energieaufwändig (oxidativer
Glucoseabbau)
-in Zelle H2O
-h+ aus raus und k+ rein (energie)
-Oh - bleibt übrig und reagiert mit CO2 zu Hco3- und verlässt zelle
-Cl- geht rein => HCl dezerniert
-Regulation von Tubulovesikel - aktintransporter können auch diese abgeschnürrt werden
Pepsinaktiveirung
Vorstufe: Inaktives pesinogen hat eine blockierte Peptidsequenz dies das Aktivezentrum blockiert durch niedrigen Ph Wert spaltet sich die Blockade ab und Aktives Pepsin ist da welches autokatalyse betreit und weitere inaktive aktiviert
-aktives Pepsin kann nun Peptide spalten
Magen: Spezialisierungen
-Kaumagen bei z.B. körnerfressenden Vögeln, -Schnecken, Insekten, Krebsen (Säugetiere selten: Schuppentier, Ameisenbär, Tümmler, Sirenen) - Kristallstiel bei Muscheln (zirkuliert um mageninhalt zu zerkleinern, filtrierer studelt h2o durch körper und nimmt partikel auf - Wiederkäuer .
Wiederkäuer
= Pansen haben verschiedene Regionen und der Netzmagen hat viele Bakterien die Zellulose verarbeiten können
▷ Pansen/Netzmagen:
Zellulose vergärende
Mikroorganismen
▷ Panseninhalt periodisch
hochgewürgt/gekaut
▷ Blättermagen: Konzentration
durch Wasserentzug
▷ Labmagen (HCl + Proteasen) eigentliche verdauuung
▷ Dünndarm
-Blättermagen und Pansen sind mikrobielle Nährkammern
Leber und Pankreas
- Wirbeltiere: zwei Drüsenorgane mit Abgabe des Sekretes in Duodenum Gallenblase (Leber): ▷ Produziert Galle ▷ Sekret: Gallensäure => Verdauung und Resorption von Fetten ▷ keine Enzyme ▷ Gallenblase als Speicherorgan (auch Eindickung)
Leber Gallensäuren
▷ Steroide ▷ Emulgatoren ▷ Förderung von feinen FettTröpfchen ▷ Micellenbildung ▷ Erhöhung der Oberfläche für Lipasen ▷ Voraussetzung für Resorption ▷ Exkret: Gallenfarbstoff (HämAbbauprodukte) ▷ Zentrales Organ des Stoffwechsels
Leber Regulation
▷ Leber als Regler für den Umsatz energiereicher Moleküle ▷ Umwandlung und Speicherung ▷ Blutzuckerspiegel ▷ Glycogen (Speicherpolysaccharid) ▷ Insulin/Glucagon ▷ Gluconeogenese (Neusynthese von D-Glucose)
Mitteldarmdrüse
▷ Mollusken, Krebsen, Arachniden und Seesternen ▷ zentrales Organ des Stoffwechsel (wie Leber – aber: nicht homolog) ▷ Produktion Verdauungsenzyme ▷ Resorption ▷ Speicherung
Pankreas
▷ endokrin/exokrin ▷ Verdauungsenzyme: Lipasen, Amylasen, Proteasen ▷ Bikarbonat-Ionen (HCO3-) zur Neutralisation (das Saure aus dem Magen wird neutralisiert) ▷ Dünndarmenzyme optimal bei neutralem – leicht basischem pH
Dünndarm
▷ Verdauung
(Zwölffingerdarm)
▷ Aufnahme (Resorption) von Stoffen (Leerdarm,
Krummdarm)
-Darmwand mit Darmzotten und Mikrovili => Oberflächenerweiterung
▷ Produktion: Enzyme zur Peptid- und Zuckerspaltung ▷ Oligopeptide in Tri-, Dipeptide und einzelne Aminosäuren ▷ Oligosaccharide in Monosaccharide ▷ Aufnahme in die Zellen ▷ Abgabe ins Blut (Pfortader in Leber)
Aktivierung Pankreasenzyme
- Aus dem Pankreas kommen Vorstufen : Procarboxypeptidase, Chymotrypsinogen und Trypsinogen.
- Trypsinogen wird durch eine Membranstädngie enteropeptidase aktiviert zu einem Autokatalyse fähigen Trypsin welches dann auch noch die Procarboxypeptidas und Chymotrypsinogen aktiviert zu Carboxypeptidase und Chymotrypsin (im Lumen des Duodenums)
Dickdarm
- Resorption: Wasser und Ionen - Bakterien (Escherichia coli) - Spaltung von unverdaulichen Stoffen - Produktion: Vitamin K und Biotin
Darmanpassung an ernährungsweisen
Carnivore : relativ langen Dünndarm und Dickdarm und kleinen Blinddarm
Herbivore: Dünndarm ,relativ langen Blinddarm und langen Dickdarm
Blinddarm ( Caecum)
-Wurmfortsatz beim Menschen ohne Verdauungsfunktion (Immunabwehr) -Früchtefresser keinen - Allesfresser haben einen - Wurzelfresser sehr langen ▷ Anpassung: zellulosereiche Nahrung ▷ Einige herbivore Säugetier ▷ z.B. Nagetiere, Hasenartig ▷ mikrobielle Gärkammer ▷ Entleerung in Dickdarm ▷ Ineffiziente Aufnahme der von Mikroorganismen produzierten Nährstoffe
Blinddarm ding bei Hase oder Pferd
▷ Wiederaufnahme von Nährstoffen aus mikrobiellem Abbau ▷ Koprophagie/ Caecophagie -Hauptsächlich bei Zellulosefressern -2Arten von Kot .Exkretion .Aufnahme -Weil der Blinddarm nach dem Dünndarm kommt und damit sehr weit hinten ist so das die von den bakterien erst dort zersetzten Nährstoffen nichts mehr beim Hase ankommt sondern direkt ausgeschieden wird. Damit diese Nährstofffe nicht verloren gehen und im Dünndarm absorbiert werden isst der Hase seinen kot.
Extraintestinale Verdauung
▷ Verdauung außerhalb des Körpers ▷ Abgabe von Verdauungssäften ▷ Aufnahme von verflüssigtem Nahrungsbrei ▷ Spinnen, einige Insekten (z.B. Gelbrandkäferlarven Dytiscus), Onychophoren, Zangenseesterne (z.B. Asterias rubens)
