Tierphysiologie Flashcards
Wofür brauchen Organismen Energie?
- Aufrechterhalten der Lebensvorgänge
- Homoöstase (Konstanthalten des inneren Milieus)
- Mechanische Arbeit (z.B. Muskelkontraktion)
- Chemische Arbeit (Antrieb endogener Prozesse)
- Energie-Umformung (Nahrung verwertbare Verbindungen)
- Wärmeenergie
- Osmotische Arbeit (aktiver Transport)
Wie ist der durchschnittliche Energiegehalt von Kohlenhydraten?
17,2 kJ/g; Hauptenergielieferant, genutzt als Glucose
Wie werden Fette verstoffwechselt?
- Lipide werden über die Fettsäuresynthese verstoffwechselt
- Lipasen zerlegen Lipide in Glycerin und Fettsäure
- beta-Oxidation wandelt Fettsäuren zu Acetyl-CoA
- Acetyl-CoA wandert in den Citratzyklus oder Ketokörper-Synthese
Wie viel Energiegehalt haben Fette?
39,4 kJ/g; Energiespeicher, Nutzung als Fettsäuren
Wie wird Glucose im Körper aufgenommen (Glukoseresorption)?
- Na+-Glucose Symporter leitet Glucose in die Darmzelle
- Transporter verwendet Na+ Gradienten um Glucose gegen Konzentrationsgefälle in die Zelle zu transportieren
- Na+ Bindung an den Symporter bedingt eine Konformationsänderung und steigert so die Affinität für Glucose
- Nach Beladung: Zuerst Na+, dann Glucose ins Zellinnere
- Von den Darmzellen aus wird Glucose über das Blut im Körper verteilt
Können alle Kohlenhydrate verstoffwechselt werden?
Nein, es werden spezielle Enzyme für die Zersetzung/Aufspaltung benötigt. (Beispiel: Menschen können keine Cellulose zersetzen)
Stärke und Glycogen müssen zu Disacchariden umgeformt werden für Weiterverarbeitung.
Monosaccharide (Glucose, Fructose, Galactose) werden verstoffwechselt für Energielieferung
Bergmann’sche Regel
Homoiotherme (gleichwarme Tiere einer Art/Gattung sind in kalten Gebieten größer als in warmen Gebieten.
Durchschnittliche Körpergröße steigt zu den Polen hin an.
Wie erkennt die Etruskerspitzmaus ihre Beute?
- Taktiler Jäger wie kein anderer:
Verlassen sich bei der Nahrungssuche vorwiegend auf Geruchssinn- und Tastsinn (Sehsinn ist schlechter entwickelt) - Formerkennung:
Angriff von Insekten in dessen Toraxregion, scheinen Vorstellung der Grillen-Körperstruktur zu haben, Entfernung der Tasthaare (zufällige Formerkennung) - Merkmalserkennung:
Strukturierte und abstrakte Repräsentationen
Zum Beispiel Grillen besitzen zweiten Satz an Sprungbeinen und das gesamte Jagdverhalten der Maus wird umgestellt.
Was ist das Krogh’sche Prinzip?
“Für so eine große Anzahl an Problemen gibt es ein oder mehrere Tiere, an welchen es untersucht werden kann.”
Für jedes Problem gibt es das richtige Tier.
Wie ergibt sich die Notwendigkeit von Zirkulationssystemen?
Diffusion reicht auch bei kleinen Molekülen ab gewisser Transportdistanz nicht aus, um Stoffe in angemessener Zeit zu transportieren.
Sauerstoff bräuchte für 1m circa 18 Jahre mittels Diffusion.
> > Gefäßsysteme mit Transportflüssigkeiten und Pumporganen sichern den kontrollierten & optimierten Stofftransport.
Unterschiede zwischen Fisch- und Säugerzirkulation
Beide besitzen geschlossene Zirkulationssysteme.
- Fische:
- Unter kiefertragenden Vertebralen das am einfachste gebaute Zirkulationssystem
- ein Kreislauf (Mischblut: oxygeniertes & desoxygeniertes Blut sind vermischt)
- 2 kammeriges Herz, Herzkammern in Reihe angeordnet
- Kiemen-Muskulatur ist am Pumpen beteiligt
- Blutdruck fällt im Kapillarnetz stark ab, der Blutstrom im Körper ist relativ langsam
- Säuger:
- besitzen zwei Kreisläufe: Lungen- und Körperkreislauf sind vollständig getrennt
- 4 kammeriges Herz
- im Lungenkreislauf herrscht ein deutlich geringerer Druck als im Körperkreislauf
- Trennung der beiden Druckkreisläufe: Niederdruck- & Hochdruckkreislauf
Wie wird das Herz versorgt?
Wird selbst durch Koronararterien, Herzkransarterien (komplexen Blutgefäßen) versorgt.
Wie wirkt Noradrenalien auf die Herzfrequenz?
Erhöht die Herzfrequenz durch Aktivierung eines Adenylatcyclase (AC) - Signaltransduktionsweges.
- Erhöhung der Na- und Ca- Leitfähigkeit und schnellere Depolarisation
- Intervall zwischen den Aktionspotentialen nimmt ab: Herz schlägt schneller
Beschreiben Sie Aktionspotenzial und Kontraktion in Herzmuskel.
A. Herzmuskel
- Schnelle Depolarisation durch Öffnung spannungsabh. Na+ Kanäle & Na+ Einstrom: führt zu leichter Repolarisation
- Einwärtsgerichtete K+ Kanäle schließen
Plateauphase: Spannungsabh. L-Typ-Ca2+ - Kanäle öffnen relativ lange - Span. L-Typ-Ca2+ - Kanäle schließen wieder & K+ Kanäle öffnen -> Repolarisation
- Ruhepotential
ungewöhnliche lange Refraktärphase im Plateau verhindert Tetanisierung (tetanische Kontraktion)
verschiedene Bereich im Herz können Schrittmacherfunktionen für die Herzmuskelerregung übernehmen
Beschreiben Sie Aktionspotenzial und Kontraktion in Skelettmuskel.
B. Skelettmuskel
- Aktionspotential in Skelettmuskel deutlich kürzer als in der Herzmuskulatur
- Repolarisation erfolgt viel schneller
- nach “overshoot” öffnen sich die spannungsgesteuerten K+ Kanäle und K+ Ausstrom
- Membranpotential wird wieder negativ: Repolarisation
- geöffnete spannungsabh. K+ Kanäle erhöhen die Membranundurchlässigkeit des Ruhezustandes -> Membranpotential nähert sich Ek -> Hyperpolarisation -> Schließung der spannungsabh. K+ Kanäle
- AP des SM ist so kurz wie bei Neuronen (wenige ms)
Nach Abfall des AP erfolgt Muskelkontraktion
Welche Zellen sind an der Rhythmogenese des Herzschlages beteiligt?
Sogenannte Schrittmacherzellen (myogene Schrittmacher) sind im Sinusknoten und AV-Knoten zu finden.
Diese Zellen erzeugen Aktionspotentiale.
Beschreibe die wichtigsten Bestandteile des Bluts.
- Bestehend aus zellulären und flüssigen Bestandteilen
- Hämoglobinkonzentration [Hb] beträgt im Blut ca. 2-3 mmol/L
Zelluläre Bestandteile:
- Leukozyten (weiße Blutkörperchen): In Wirbeltieren 5 verschiedene Typen (Wichtig für Immunreaktion/-abwehr)
- Erythrozyten (rote Blutkörperchen): Im Knochenmark gebildet (Wichtig für Atemgas-Transport), Abbau erfolgt in Milz und Leber
- Thrombozyten (Blutplättchen) & bestimmte Plasmaproteine (Wichtig für Blutgerinnung)
Flüssige Bestandteile (Plasma):
- Wasser als Lösungsmittel
- Salze (Wichtig für osmotisches Gleichgewicht, pH Puffer, Regulation des Membran)
- Plasmaproteine (Albumin, Fibrinogen, Immunoglobine)
Nennen Sie strukturelle Charakteristika von Hämoglobin.
Hb besteht aus einem oder mehreren Globinprotein, die einen Prophyrinring mit komplex gebundenen Fe enthalten.
Vertebraten Hb: Tetramere (4 Globine + Häm-Gruppe). Und kooperatives Bindungsverhalten (sigmoide O2-Dissoziationskurve).
Invertebraten: Große, aus vielen UE Hb
Wie unterscheiden sich die Sauerstoffaffinität von Hämglobin und Myoglobin?
Weisen unterschiedliche O2-Bindungseigenschaften auf, als Antwort auf die Anpassung an verschiedenen physiologische Situationen.
a. Myoglobin (Mb)
* Höhere Sauerstoffaffinität als Hb -> Speicherung von O2 in Muskulatur, fördert O2-Transport ins Zellinnere.
* Monomeres Atmungspigment -> bindet O2 nicht-kooperativ -> hyperbolische O2-Dissoziationskurve
b. Hämoglobin (Häm)
* multimeres Atmungspigment (in Säugern) -> kooperatives Bindungsverhalten -> sigmoide O2-Dissoziationskurve
* reversible O2-Bindung
Wie wird der Sauerstofftransport in Säugerzellen sichergestellt?
Kopplung von Konvektion & Diffusion zur Gewährleistung der Versorgung über größere Distanzen.
* Atemgase diffundieren von Bereichen höheren Partialdrucks zu Bereichen niedrigeren Partialdrucks
O2-Versorgungskette nutzt Bindungseigenschaften von O2-bindenen Molekülen.
- Hämoglobin in Erythrozyten bindet O2 in der Lunge -> Transport im Blut zu den Geweben
- Atemluft -> Hb -> Mb -> Cytochrom
Wie unterscheidet sich die Beatmung der Vogel- & Säugerlunge?
A. Vogellunge
* Kreuzstromaustauscher: spezielle Anordnung der Luftsäcke & Parabronchien lässt Lunge UNIDIREKTIONAL ventilieren
B. Säugerlunge
* bidirektionale Ventilierung über spezielle Muskeln -> Zwerchfell, Rippenmuskeln
Was passiert mit der Lunge bei tiefen Tauchgängen der Meeressäuger?
- durch enormen Wasserdruck in der Tiefe kollabiert die Lunge (zusammengedrückt)
- restliche Lungeninhalt (meist Stickstoff) sammelt sich in der dann relativ steifen Luftröhre
- WALE: Herausfiltern von N aus Blut sonst würde N beim Auftauchen durch den wieder geringer werdenden Wasserdruck “auskochen” -> Taucherkrankheit -> Anpassung: Blut der Wale besitzt viel Hb & Mb
Was ist der wichtigste Sauerstoffspeicher tauchender Säuger?
- Myoglobin dient als Sauerstoffspeicher, durch hohe O2-Affinität
- Wale besitzen einen 5-10 fachen Mb-Gehalt in ihrer Muskulatur im vgl. zu Landsäugertieren
- Meeressäuger speichern viel Sauerstoff im Blut
Wie wird der Gasaustausch in Fischkiemen optimiert?
- Kiemen sind unidirektional ventiliert -> Gegenstromaustauscher (sehr effektiv)
- OPTIMIERUNG:
a. Stark aufgefaltete und vergrößerte Oberflächen, um auch bei kleinen Organabmessungen den Gasaustausch zu maximieren
b. Kiemenventilation & -perfusion mit Hilfe von Druck- & Saugpumpen
Was sind Osmosekonformere?
= Isoosmotische (innere entspricht äußerer Osmolarität) Tiere
Bsp.: Cnidaria, Schleimaal, Meeresmuscheln, Elasmobranchii (Haie, Rochen) & Spinnenkrabbe
Was sind Osmoregulierer?
= Innere Osmolarität konstant
a. In hyperosmotischen Umgebungen (hohe Salzkonzentration): geben Ionen ab, nehmen Wasser auf
b. In hypoosmotischen Umgebungen (niedrige Salzkonzentration): nehmen Ionen aktiv auf und geben Wasser über großen Mengen stark verdünntem Urin ab
Wie läuft die Exkretion bei Insekten ab?
Über Malpighi-Gefäße (meistens 4), welche zw. Mittel- &. Enddarm in den Darmtrakt münden.
Insekten kein geschlossenes Gefäßsystem -> kein Druchaufbau im Herzen und somit keine Druckfiltration bei der Primärharnproduktion.
Malpighi-Gefäß-Funktion: Über Sekretion und passivem Wasseraustrom (viele aktive Transporter, erzeugen so hohen osmanischen Gradienten zwischen Hämolymphe und dem Lumen der Gefäße, Wassernachstrom)
Ionen, AS, Zucker & anschließend Wasser werden über Enddarm reabsorbiert
Wie läuft die Exkretion bei Säugern ab?
Über Nieren findet Überdruckfiltration statt -> bedingt über ein geschlossenes Gefäßsystem
Durchlässigkeit von Blutkapillaren -> definierte Durchlässigkeit von Stoffen
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen den Exkretionsmechanismen der Insekten und Säuger?
Insekten:
Funktionieren ausschließlich über Sekretion und passiven Wassernachstrom. Das Herz kann wegen offenem Kreislaufsystem keinen Druck aufbauen.
Säuger:
Besitzen Nieren als Hauptexkretionsorgan. Druckfiltration in Niere - Bowmann Kapsel, Nephron, Harnstoff.
Was ist der Kryptonephridiale Komplex?
eine funktionelle Einheit aus Malpighi-Gefäßen und dem Enddarm bei Tenebrioniden
effektives System um Wasserverlust zu vermeiden → abgegebener Kot ist fast trocken
Wie funktionieren die Malpighi-Gefäße?
Aufbau eines osmotischen Gradienten zwischen den Hämolymphen und dem Lumen der Malpighi-Gefäße durch viele Transporter innerhalb der Zellen.
→ Solute (K+ und Cl-) und Harnsäure aus der Hämolymphe in die Malpighi-Zellen
→ osmotisch strömt Wasser nach
Gefäße münden in den Darm → im Enddarm werden K+, Cl- und das meiste Wasser wieder reabsorbiert.
Ermöglicht Ausscheidung der Abfallstoffe mit geringem Wasserverlust.
Wie scheiden Wüstenvögel Salz aus?
über SPEZIELLE SALZDRÜSEN, diese liegen in Augennähe und leiten stark NaCl-haltiges Sekret in Nähe der Nasenlöcher aus
das hypersaline Sekret bildet sich in lappenförmigen sekretorischen Drüsentubuli
der Blutstrom in den parallel liegenden Blutgefäßen ist dem Sekretfluss entgegengesetzt (Gegenstromaustausch)
→ ein aktiver Transport ist nötig
Nennen Sie verschiedene tierische stickstoffhaltige Exkretionsprodukte.
Ammoniak (NH3) → ammoniotelische Tiere
meisten wasserlebenden Tiere, inkl. meisten Knochenfische
Harnsäure (C5H4N4O3) → uricotelische Tiere
Reptilien, Vögel, Insekten, Landschnecken
Harnstoff (CH4N2O) → ureotelische Tieren
Säuger, meisten Amphibien, Haie, einige Knochenfische)
Exkretion von Harnsäure spart am meisten Wasser
Ammoniak ist für Zelle hochgiftig → muss ständig ausgeschleust werden (verhindern einer Anreicherung) oder vor der Ausscheidung in Harnstoff oder -säure umgewandelt werden
die meisten Arten erzeugen mehr als nur ein einziges stickstoffhaltiges Abfallprodukt
Eigenschaften tierischer stickstoffhaltiger Exkretionsprodukte.
Ammoniak:
für die Zelle hochgiftig, aber gut wasserlöslich und günstige Synthese
Harnsäure:
nicht toxisch, Auskristallisation (osmotisch inaktiv), wenig Flüssigkeit für Ausscheidung, aber schlecht wasserlöslich
Harnstoff:
gut wasserlöslich, in höheren Konzentrationen ungiftig, aber “teuer” in Herstellung und hohe Flüssigkeitsmengen nötig
Was ist das Stickstoff-Exkretionsprodukt der Vögel und welche Vorteile bietet es?
Vögel scheiden Harnsäure aus
Vorteile:
nicht-toxisch, ist osmotisch inaktiv durch Auskristallisation, wenig Flüssigkeitsverlust bei der Ausscheidung
Nennen sie die Funktionen der Niere.
Osmoregulation über die Abgabe von Wasser
Ionenregulation
Hormonbildung (Renin, Erythropoetin, Vitamin D)
Blutdruckregulation
Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen
Säure-Base-Regulation (über H+ und HCO3-)
Beschreiben sie die grobe Architektur der Niere.
unterhalb des Brustkorbs beidseitig der Wirbelsäule
- aus zwei Zonen bestehend: Nierenrinde (cortex renalis) und Nierenmark (medulla renalis)
- Feinstruktur: wiederholende Einheiten von Nephronen zur Ultrafiltration des Harnstoffs
- Nephronen besitzen Regionen welche auf Absorption und Sekretion spezialisiert sind
- Urin wird im Nierenkelch gesammelt
- der osmotische Gradient steigt von Nierenrinde zur inneren Markzone
Ablauf der Filtration in der Niere.
- Glomerulus -> Glomeruläre Kapillaren umschlossen von Bowman-Kapsel:
* afferente Arteriole leitet das zu filtrierende Blut in den Glomerulus (dichtes Kapillarknäuel), aus dem das Blut in die Bowman-Kapsel ultrafiltriert wird
* in den glomerulären Kapillaren wird das Plasma größen- & formenselektiv filtriert
* Bildung von Primärharn - Proximaler & distaler Tubulus:
* spezialisiert auf Regulation des Wasserhaushalts und Reabsorbtion von Stoffen
* aus Primärharn wird eigentlicher Harn
* größte Teil des Ultrafiltrats wird isoosmotisch reabsorbiert & gelangt zurück ins Blut
2a. proximaler Tubulus:
Reabsorbtion von Wasser und mithilfe von Na+ Cotransportern organische Moleküle (Glucose & Aminosäuren)
über Henle´sche Schleife gelangt restliches Filtrat in den Distalen Tubulus
2b. distaler Tubulus:
Reabsorbiert restliches Wasser über ein Gegenstromkanalsystem und Na+ Cl- Transporter
Na+ gelangt durch Kanal in Zelle, Cl- folgt dem Natrium
Tubuli transportieren aktiv
bei niedriger Stoffkonzentration im Plasma: komplette Reabsorption des Stoffs
steigt Plasmakonzentration oder Filtrationsrate: keine vollständige Reabsorption und Stoffkonzentration im Urin steigt stark an (z.B. bei Diabetes)
Rückreabsorption ist abhängig von Aktivität und maximalen Kapazität der Transporter
- Sammelrohr:
Harn mündet über Sammelrohr im Harnleiter, weitere Absorption von Ionen (Na+, Cl-, K+, Ca2+, HCO3-, H+), Harnstoff und Wasser, später zusätzlich NH4+ - Nierenkelch:
Urin wird im Nierenkelch gesammelt über Nierenbecken in den Harnleiter - Harnleiter:
fertig-filtrierter Urin in die Harnblase (Ureter)
Was ist und wo wird das Ultrafiltrat gebildet?
Ultrafiltrat = Primärharn
enthält Glucose, Aminosäuren, Ionen und N-haltige Abfallprodukte in derselben Konz. wie das Blutplasma, doch die Plasmaproteine fehlen
Bildungsort: Wird in der Bowman-Kapsel gebildet (zu filtrierendes Blut wird über die afferente Arteriole in die Bowman-Kapsel geleitet)
Wie werden dem Primärharn Nährstoffe entzogen?
spezifische Transporter reabsorbieren aktiv Solute aus Nephron
proximaler & distaler Tubulus sind auf Rückresorption spezialisiert
im proximalen Tubulus werden über Na+ Cotransporter organische Moleküle (Glucose) resorbiert
im distalen Tubulus befinden sich weniger und andere Transporter (z.B. Na-Cl-Cotransporter)
Wie wird dem Primärharn Wasser entzogen?
Henle´sche Schleife durchquert einen osmotischen Gradienten
Osmolarität steigt von der Nierenrinde zum Nierenmark hin an
über ein Gegenstromprinzip kann im herabsteigenden Ast Wasser entzogen werden
Was ist der wichtigste Kontrollmechanismus für die GFR der Niere?
GFR = glomeruläre Filtrationsrate
Myogener Mechanismus oder Bayliss-Effekt:
Erhöhung des Gefäßwiderstands in den afferenten Arteriolen durch Kontraktion der Gefäßmuskulatur, so ergibt sich konstante Perfusionsrate über einen großen systemischen Blutdruckbereich
Wie reagiert die Niere auf eine Erhöhung der NaCl-Konzentration im distalen Tubulus des Nephrons?
Thurau-Hypothese:
erhöhte [NaCl] im distalen Tubulus ist ein Maß für die glomuläre Filtrationsrate
Macula densa (Region des distalen Tubuls) misst [NaCl], ist diese erhöht → Vasokonstriktion (Gefäßverengung) durch Mesangium-Zellen → Konstriktion (Verengung) der afferenten Arteriolen → verringerte Perfusion (Durchblutung) → erniedrigt [NaCl] im Filtrat
Warum korreliert die NaCl-Konzentration im distalen Tubulus des Nephron mit der GFR?
die Na+ und Cl- Transporter besitzen eine beschränkte Kapazität
die Rückabsorption hängt von Aktivität und Kapazität der Transporter ab
→ erhöht sich die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) so erhöht sich auch die [NaCl]
Energiebilanz des Urinierens.
hoher Energiebedarf
hoher Verbrauch durch aktive Rückresorption in der Niere
durch warmen Urin geht Energie in Form von Wärme verloren
lohnt sich jedoch, da effektiv schädliche und unbekannte Stoffe aus dem Körper ausgeschleust werden können
Nennen sie Charakteristika von Hormonen.
- Produktionsort und Wirkort sind verschieden (diffusible Stoffe)
- sehr selektiv: Schlüssel-Schloss-Prinzip
- klein, einfach und kostengünstig herstellbar
- Nutzung vorhandener Transportwege (meist Blut)
- schon in geringsten Konzentrationen wirksam (oft über Verstärkungsmechanismen)
- einfach abbaubar & evtl. recyclebar
- begrenzte Lebensdauer
