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Innere Atmung

  • Gastransport im Körper mittels Transportproteinen
  • Hämoglobin
    • Atommasse: 64.000 bis 4 Mio. U (beim Menschen eher klein)
    • Zentralatom: Eisen (1 O2 pro 1 Fe++)
    • Hb kann stärker im Blut konzentriert werden als Hc
      • 10-fach höhere O2-Kapazität im Blut mit Hb gegenüber Hc
      • 70-fach höhere O2-Kapazität gegenüber Kochsalzlösung
    • Bei Wirbeltieren:
      • Chromoprotein mit vier Häm-Gruppen: 2 α-Gruppen, 2 β-Gruppen
      • Jede Häm-Gruppe bindet ein O2-Molekül
  • Hämocyanin
    • Atommasse: 400.000 bis 8 Mio. U
    • Zentralatom: Kupfer (1 O2 pro 2 Cu++)
    • Aus 24 Untereinheiten aufgebaut (vier 6er-Gruppen)
  • Sigmoide Bindungskurve von Hämoglobin
    • Bei geringem O2-Partialdruck ist die Affinität von Hb zu O2 relativ gering, erst ab einem höheren Partialdruck nimmt die Affinität stark zu
    • Erleichtert die O2-Abgabe von Hb an Mb in Muskeln und die O2-Aufnahme durch Hb in den Alveolen
    • Bei kleineren Säugetieren nimmt die O2-Bindungskraft von Hb gegenüber größeren Tieren ab
      => Niedrigere Bindungskraft bedeutet höhere Sauerstoffversorgung im Gewebe (kleinere Tiere haben relativ höheren Stoffwechsel)
  • Sauerstoff-Affinität der Bindungsproteine hängt ab von
    • pH-Wert
      • Verringerung des pH-Werts erleichtert O2-Abgabe durch Hb
      • Mensch: pH 7,5 in der Lunge, pH 7,1 in Muskeln
    • Temperatur
      • Erhöhung der Temperatur erleichtert O2-Abgabe durch Hb
      • Effekt bei exothermen Organismen stärker ausgeprägt als bei endothermen
    • CO2-Partialdruck
      • Erhöhung des pCO2 erleichtert O2-Abgabe durch Hb
    • Organische Phosphate
      • Hilft dem Menschen bei der Höhenanpassung bei längeren Aufenthalt in größeren Höhen
    • Bohr-Effekt: Höherer pH und geringerer pCO2 erleichtern die Aufnahme von O2 (und umgekehrt)
      => Leichtere O2-Abgabe im Gewebe, geförderte O2-Aufnahme in der Lunge
  • Erythrozyten
    • Bestehen hauptsächlich aus Hb und Enzymen
    • Nicht bei allen Tieren kernlos (z. B. Fische, Vögel, Reptilien)
    • Durch Einlagerung des Hb in Erythrozyten wesentlich höhere Packdichte möglich
    • Mensch (erwachsen)
      • Pro Erythrozyt ca. 280 Mio. Hb-Moleküle
      • Pro ml Blut ca. 109 Erythrozyten
      • Ca. 5 l Blut, Herzminutenvolumen ca. 5 l/min
      • Pro Minute werden ca. 100ml reiner Sauerstoff im Blut transportiert
  • Funktion der Schwimmblase bei Fischen
    • Root-Effekt im Blut:
      • Bei Verringerung des pH-Wertes und gleichzeitiger Erhöhung von pCO2 nimmt O2-Bindungskraft von Hb ab
    • Zwei Fisch-Typen bzgl. der Schwimmblase:
      1. Physostomen: Füllen Blase durch Schlucken von Luft
      2. Physoclisten: Füllen Blase durch Abscheiden von Luft
        • Blut strömt bei Gasdrüsen in einer Schleife an der Schwimmblase vorbei
        • Durch anaerobe Glycolyse entsteht Lactat und CO2, dadurch wird ein niedriger pH-Wert aufgebaut (=> Kohlensäure)
        • Wegen Root-Effekt ist O2-Abgabe vom Hb begünstigt
        • Durch höhere Ionen-Konzentration (Lactat aus Glycolyse) sinkt Löslichkeit von O2 im Blut (Salting-out)
        • Mittels Gegenstromprinzip? bleiben Konzentrationsgradienten lokal begrenzt
      => O2 diffundiert in Schwimmblase
  • CO2-Abtransport
    • Am sauerstoffarmen Hb bindet CO2 besser als am sauerstoffreichen (Haldane-Effekt)
      => Begünstigte Aufnahme im Gewebe, bessere Abgabe in der Lunge
  • Atmung und pH-Regulation
    • Puffersystem: korrespondierendes Paar von schwacher Säure (Protonendonator) und Base (Protonenakzeptor)
      • Puffert den pH-Wert im Bereich um einen typischen pK-Wert
      • Wird benötigt, da durch Stoffwechselprozesse ständig Säuren und Basen anfallen
        • Z. B. Lactat bei Muskelaktivität
        • Z. B. Aminosäuren bei Synthetisiersprozessen
      • Biologische Puffersysteme:
        • Bikarbonat-Puffer
        • Phosphat-Puffer
        • Proteinat-Puffer
  • Bikarbonat-Puffer-System
    • Gleichgewichtsreaktion: CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3- (abhängig u. a. von pCO2)
    • pK-Wert von 6,1 (in diesem pH-Bereich arbeitet Puffer optimal)
      • pK-Wert physiologisch nicht optimal (~ pH 7,4)
      • Dafür ist CO2 nahezu immer und unbegrenzt aus dem Stoffwechsel verfügbar
      • Kann leicht über Atmung reguliert werden
    • CO2 kann abgeatmet werden
      • Säurekonzentration durch HCO3- + H+ nimmt ab
      • Ausgleich für Anstieg von Protonendonatoren
    • CO2 kann aufgenommen werden
      • Säurekonzentration durch HCO3- + H+ nimmt zu
      • Ausgleich für Anstieg von Protonenakzeptoren
=> pH-Wert bleibt stabil, aber Gesamt-Pufferkapazität nimmt dadurch ab (kurzfristiger Ausgleich)

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Zuletzt geändert am 26 September 2006 18:37 Uhr von chrschn