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Exkretion und Flüssigkeitshaushalt 1

  • Osmose
    • Zwei Kammern durch semipermeable Membran getrennt (wasserdurchlässig)
    • Zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration
    • Wasser wird in stärker konzentrierte Lösung diffundieren
      • Dies kann durch Erhöhung des Drucks in dieser Lösung verhindert werden
      • Der Betrag dieses Drucks, um die Osmose gerade zu verhindern, heisst osmotischer Druck
    • Donnan-Gleichgewicht
      • Annahme: auch kleine Ionen können durch die Membran diffundieren
      • Nicht nur der Konzentrationsunterschied ist entscheidend, sondern Ionen werden sich so verteilen, dass jede Kammer in sich möglichst elektrisch neutral ist
      • Dadurch kann von einer Kammer zur anderen eine Potentialdifferenz entstehen, also eine Spannung
  • Osmolaritäten
    • Physiologische Kochsalzlösung: 0,9% NaCl (9g auf 1l Wasser)
      • NaCl ≈ 60U => (9g / 60U) / 1l ≈ 0,15 mol/l = 150 mmol/l
      • NaCl in H2O => Na+ + Cl- => 2·150 mosmol = 300 mosmol
      • Mittels Nernst-Gleichung und Konzentrationen lässt sich das Ruhepotential berechnen
    • Osmolarität Meerwasser
Gesamt1000 mosmol
Na+460 mosmol
Cl-530 mosmol
Ca++10 mosmol
K+10 mosmol
Mg++50 mosmol
  • Invertebraten im marinen Lebensraum haben extrzellulär eine Ionenzusammensetzung, die nahezu dem des Seewassers entspricht
  • Osmolarität Süßwasser
Gesamt1,00 mosmol
Na+0,45 mosmol
Cl-0,45 mosmol
  • Osmotische Kompartimente
    1. Intrazellulär <=> extrazellulär
    2. Organismus <=> Umwelt (Waser, Luft)
    • Wasserlebewesen: verschiedene Strategien, das Zellvolumen trotz osmotischer Änderungen des Außenmediums konstant zu halten
    • Euryhaline Lebewesen (anpasungsfähig): Tolerant gegenüber Schwankungen
    • Stenohaline Lebewesen (nicht anpassungsfähig): Kaum tolerant gegenüber Schwankungen
    • Osmokonformer: Passen extrazelluläre Konzentrationen dem Außenmedium an
    • Osmoregulierer: Halten interne Konzentrationen konstant und steuern den Flüssigkeitshaushalt so, dass gewissen Schwankungen im Außenmedium ausgeglichen werden können
      • Hyperosmoregulierer: Osmolarität höher als Außenmedium
      • Hypoosmoregulierer: Osmolarität geringer als Außenmedium
    • Terrestrische Lebewesen: Müssen Wasserhaushalt regulieren, um nicht auszutrocknen
  • Internes Milieu
    1. K+
      • K+ besser als Na+
        • Durch geringere Ladungsdichte von K+ kann es Wasser weniger effektiv fixieren als Na+
          => Ermöglicht höhere Konzentrationen von Stoffen in Zellen
        • Proteinstrukturen werden durch K+ besser stabilisiert als durch Na+
        • Zellen wenden hohen Energieteil darauf auf, K+/Na+-Gradienten aufrecht zu erhalten (19 bis 28% des ATP-Umsatzes bei Mammaliern für Na+/K+-ATPase)
      • Vorteile des K+/Na+-Gradienten intra-/extrazellulär
        • Elektrische Erregbarkeit
        • Leichterer Transport anderer Moleküle gegen deren Konzentrationsgradient im Austausch von K+ oder Na+
    2. Alkohole (Glycerin, Zucker)
      • Hohe Löslichkeit in Wasser
    3. Freie Aminosäuren
      • Keine Nettoladungen
    4. Methylammonium und ähnliche Verbindungen
      • Eher negativ als positiv geladen
    5. Harnstoff (Urea)
      • Ohne stark hydrophobe Regionen
  • Intra-/extrazelluläre Osmolyte mariner Lebewesen
    • Extrazellulär
      • Muss nicht isoosmotisch mit dem Außenmedium sein
      • Aber relative Zusammensetzung der Ionenkonzentrationen vergleichbar mit der des Meerwassers
    • Intrazellulär
      • Isoosmotisch mit dem extrazellulären Medium
      • Zusammensetzung der Ionen aber sehr unterschiedlich zu extrazellulär und Außenmedium
  • Intrazelluläre Osmoregulation von Invertebraten
    • Zellmilieu muss isoosmotisch zum extrazellulären Milieu sein
    • Wird erreicht durch Regulation von:
      1. Anorganische Ionen
      2. α-Aminosäuren (AS)
        • AS zu Proteinen zusammenstetzen <=> Proteine zerlegen zu AS
        • AS nach extrazellulär transportieren <=> intrazelluläre Synthese von AS
      3. Kleine organische Moleküle wie Glucose, Glycerin, etc.
  • Osmoregulation von Vertebraten
    1. Fische und Amphibien (Wassertiere)
      • Manche Fische im Süß- und Salzwasser lebend
        • anadrom: laichen im Süßwasser, leben im Meerwasser
        • katadrom: laichen im Meerwasser, leben im Süßwasser
    2. Reptilien, Vögel, Mammalier (terrestrische Tiere)
    • Salzkonzentration im Blutplasma beträgt bei fast allen Wirbeltieren nur 1/4 bis 1/2 der Konzentration des Meerwassers
  • Osmoregulation von Elasmobranchiern
    • Osmokonformer durch Anreicherung von Harnstoff
      • Harnstoff ist in hoher Konzentration schädlich, Elamsobranchier ergreifen spezielle Gegenmaßnahmen
    • Aktive Abgabe von NaCl durch Rektaldrüse (Fkt. ähnlich wie Chloridzellen, s. u.)
    • Aufnahme von Wasser durch hyperosmolares extrazelluläres Milieu (höhere Osmolarität als Meerwasser => H2O-Einstrom), kein Trinken von Meerwasser
  • Osmoregulation von Knochenfischen im Meer
    • Trinken von Meerwasser
    • Aktive Abgabe von NaCl in Chloridzellen in den Kiemen
      1. Cotransporter bringt Na+ + 2Cl- + K+ aus dem Blut ins Innere der Chloridzelle
      2. Na+ wird durch Na+/K+-ATPase wieder ins Blut gepumpt
      3. K+ kann durch Kanäle wieder passiv ins Blut diffundieren
      4. Hoher Cl--Überschuss intrazellulär: passive Diffusion ins Meerwasser durch Kanäle
      5. Hoher Na+-Überschuss im Blut: passive Diffusion ins Meerwasser durch Leaky-Junktions zwischen den Chloridzellen und Accessory-Zellen
    => Antrieb über Na+-Gradient
    • Niere hat keine osmoregulatorische Funktion
  • Osmoregulation von Knochenfischen im Süßwasser
    • MR-Zellen (ähnlich der Chloridzellen) zur aktiven Aufnahme von NaCl in den Kiemen
      1. CO2 diffundiert aus dem Blut in Zelle, wird durch Carboanhydrase in HCO3- und H+ katalysiert
      2. ATPase transportiert aus Zelle H+ ins Außenwasser
      3. Cotransporter holt Cl- aus dem Wasser nach innen im Tausch gegen HCO3-
      4. Cl- diffundiert ins Blut durch offene Kanäle
      5. Na+/K+-ATPase transportiert Na+ ins Blut und K+ von extra- nach intrazellulär
      6. Na+ diffundiert passiv aus dem Wasser ins Zellinnere
      7. K+ kann durch offene Kanäle aus der Zelle wieder ins Blut diffundieren
    => Antrieb über CO2 (bzw. Kohlensäure)

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Zuletzt geändert am 21 September 2006 19:26 Uhr von chrschn