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41.1A: Einführung in die Osmoregulation - Biologie

41.1A: Einführung in die Osmoregulation - Biologie


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Die Osmoregulation gleicht Konzentrationen von gelösten Stoffen und Wasser über halbdurchlässige Membranen aus und erhält so die Homöostase aufrecht.

Lernziele

  • Beschreiben Sie den Prozess und Zweck der Osmoregulation

Wichtige Punkte

  • Die Osmoregulation hält das richtige Gleichgewicht der Elektrolyte im menschlichen Körper aufrecht, trotz äußerer Faktoren wie Temperatur, Ernährung und Wetterbedingungen.
  • Durch Diffusion von Wasser oder gelösten Stoffen stellt das osmotische Gleichgewicht sicher, dass optimale Konzentrationen von Elektrolyten und Nichtelektrolyten in Zellen, Körpergeweben und in der interstitiellen Flüssigkeit aufrechterhalten werden.
  • Gelöste Stoffe oder Wasser bewegen sich durch eine halbdurchlässige Membran, wodurch die Konzentration der Lösungen auf beiden Seiten ausgeglichen wird.
  • Zellen in hypotonischen Lösungen schwellen an, wenn Wasser über die Membran in die Zelle eindringt, während Zellen in hypertonischen Lösungen schrumpfen, wenn Wasser aus der Zelle austritt.
  • Die Wasserbewegung aufgrund des osmotischen Drucks durch die Membranen kann das Volumen der Flüssigkeitskompartimente des Körpers verändern; Daher kann es medizinische Indikatoren wie den Blutdruck direkt beeinflussen.

Schlüsselbegriffe

  • Elektrolyt: eines der verschiedenen Ionen (wie Natrium oder Chlorid), die die elektrische Ladung der Zellen und den Wasserfluss durch ihre Membranen regulieren
  • Osmose: Die Nettobewegung von Lösungsmittelmolekülen von einem Bereich mit hohem Lösungsmittelpotential zu einem Bereich mit niedrigerem Lösungsmittelpotential durch eine teilweise permeable Membran
  • osmotischer Druck: der hydrostatische Druck, der von einer Lösung auf eine semipermeable Membran eines reinen Lösungsmittels ausgeübt wird

Was ist Osmoregulation?

Ärzte empfehlen in der Regel, täglich acht bis zehn Gläser Wasser zu trinken. Diese Menge ist für das richtige Gleichgewicht der Elektrolyte im menschlichen Körper notwendig. Die Aufnahme wird durch eine mehr oder weniger gleichmäßige Flüssigkeitsausscheidung durch Wasserlassen, Stuhlgang, Schwitzen und in geringerem Maße durch Atmung ausgeglichen. Die Organe und Gewebe des Körpers werden in Flüssigkeit mit konstanter Temperatur, konstantem pH-Wert und gelöster Konzentration eingetaucht, die jeweils zur Aufrechterhaltung der Homöostase des Körpers beitragen. Die gelösten Stoffe in Körperflüssigkeiten sind hauptsächlich Mineralsalze und Zucker. Die osmotische Regulierung oder Osmoregulation hält diese gelösten Stoffe in den idealen Konzentrationen. Die osmotische Homöostase wird trotz des Einflusses externer Faktoren wie Temperatur, Ernährung und Wetterbedingungen aufrechterhalten.

Osmose ist die Diffusion von Wasser durch eine Membran als Reaktion auf osmotischen Druck, der durch ein Ungleichgewicht der Moleküle auf beiden Seiten der Membran verursacht wird. Osmoregulation ist der Prozess der Aufrechterhaltung des Salz- und Wasserhaushalts (osmotischer Gleichgewicht) über Membranen in den Körperflüssigkeiten, die aus Wasser plus Elektrolyten und Nichtelektrolyten bestehen. Ein Elektrolyt ist ein gelöster Stoff, der beim Auflösen in Wasser in Ionen zerfällt. Im Gegensatz dazu dissoziiert ein Nichtelektrolyt während der Wasserauflösung nicht in Ionen. Sowohl Elektrolyte als auch Nichtelektrolyte tragen zum osmotischen Gleichgewicht bei. Zu den Körperflüssigkeiten gehören Blutplasma, das Zytosol in den Zellen, und interstitielle Flüssigkeit, die Flüssigkeit, die in den Räumen zwischen Zellen und Geweben des Körpers vorhanden ist. Die Membranen des Körpers (wie die Pleura-, Serus- und Zellmembranen) sind semipermeabel: Sie lassen bestimmte Arten von gelösten Stoffen und Wasser passieren, andere jedoch nicht. Lösungen auf zwei Seiten einer semipermeablen Membran neigen dazu, die Konzentration gelöster Stoffe durch Bewegung von gelösten Stoffen und/oder Wasser durch die Membran auszugleichen.

Eine in reines Wasser getauchte Zelle neigt dazu, anzuschwellen, wenn Wasser aus der hypotonischen oder „salzarmen“ Lösung eindiffundiert. Im Gegensatz dazu schrumpft eine Zelle, wenn sie in eine Lösung mit hoher Salzkonzentration gegeben wird. Die Zelle verliert Wasser, das nach außen in die hypertonische oder „salzreiche“ Umgebung wandert. Isotonische Zellen haben eine gleiche Konzentration an gelösten Stoffen innerhalb und außerhalb der Zelle; dies gleicht den osmotischen Druck auf beiden Seiten der semipermeablen Membran aus.

Osmokonformer sind Meerestiere, die im Gegensatz zu Osmoregulatoren die Osmolarität ihrer Körperflüssigkeiten so halten, dass sie immer dem umgebenden Meerwasser entspricht. Osmokonformere verringern den Netto-Wasserfluss in oder aus ihrem Körper durch Diffusion. Sie halten innere Konzentrationen gelöster Stoffe in ihren Körpern auf einem Niveau, das der Osmolarität des umgebenden Mediums entspricht.

Der Körper unterliegt einer ständigen Aufnahme und einem Verlust von Wasser und Elektrolyten. Überschüssige Elektrolyte und Abfallstoffe, die aus der Osmoregulation resultieren, werden zu den Nieren transportiert und ausgeschieden. Der Ausscheidungsprozess hilft dem Körper, das osmotische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Bedarf an Osmoregulation

Komplexe vielzellige Tiere tauschen Wasser und Nährstoffe mit der Umwelt aus, indem sie Nahrung und Wasser konsumieren und Schweiß, Urin und Kot ausscheiden. Wenn Krankheiten oder Verletzungen die Mechanismen schädigen, die den osmotischen Druck regulieren, können sich giftige Abfälle oder Wasser ansammeln, mit möglicherweise schlimmen Folgen.

Säugetiersysteme haben sich entwickelt, um den osmotischen Druck zu regulieren, indem sie die Konzentrationen von Elektrolyten steuern, die in den drei Hauptflüssigkeiten vorkommen: Blutplasma, extrazelluläre Flüssigkeit und intrazelluläre Flüssigkeit. Die Wasserbewegung aufgrund des osmotischen Drucks über Membranen kann das Volumen dieser Flüssigkeitskompartimente verändern. Da Blutplasma einer der Flüssigkeitsbestandteile ist, kann der osmotische Druck den Blutdruck und andere medizinische Indikatoren direkt beeinflussen.


Osmose ist die Bewegung von Lösungsmittelmolekülen durch eine semipermeable Membran in einen Bereich mit einer höheren Konzentration an gelösten Stoffen. Der osmotische Druck ist der äußere Druck, der benötigt wird, um zu verhindern, dass das Lösungsmittel die Membran durchquert. Der osmotische Druck hängt von der Konzentration der gelösten Teilchen ab. In einem Organismus ist das Lösungsmittel Wasser und die gelösten Partikel sind hauptsächlich gelöste Salze und andere Ionen, da größere Moleküle (Proteine ​​und Polysaccharide) und unpolare oder hydrophobe Moleküle (gelöste Gase, Lipide) keine semipermeable Membran passieren. Um das Wasser- und Elektrolytgleichgewicht aufrechtzuerhalten, scheiden Organismen überschüssiges Wasser, gelöste Moleküle und Abfallstoffe aus.

Es gibt zwei Strategien für die Osmoregulation – konform und regulierend.

Osmokonformer verwenden aktive oder passive Prozesse, um ihre interne Osmolarität an die der Umgebung anzupassen. Dies wird häufig bei wirbellosen Meerestieren beobachtet, die in ihren Zellen den gleichen internen osmotischen Druck haben wie das äußere Wasser, obwohl die chemische Zusammensetzung der gelösten Stoffe unterschiedlich sein kann.

Osmoregulatoren kontrollieren den internen osmotischen Druck, so dass die Bedingungen in einem eng regulierten Bereich gehalten werden. Viele Tiere sind Osmoregulatoren, einschließlich Wirbeltiere (wie Menschen).


Bedarf an Osmoregulation

Biologische Systeme interagieren und tauschen ständig Wasser und Nährstoffe mit der Umwelt durch den Verzehr von Nahrung und Wasser sowie durch die Ausscheidung in Form von Schweiß, Urin und Kot aus. Ohne einen Mechanismus zur Regulierung des osmotischen Drucks oder wenn eine Krankheit diesen Mechanismus schädigt, besteht die Tendenz, giftige Abfälle und Wasser anzusammeln, was schlimme Folgen haben kann.

Säugetiersysteme haben sich entwickelt, um nicht nur den osmotischen Gesamtdruck durch Membranen zu regulieren, sondern auch spezifische Konzentrationen wichtiger Elektrolyte in den drei Hauptflüssigkeitskammern: Blutplasma, extrazelluläre Flüssigkeit und intrazelluläre Flüssigkeit. Da der osmotische Druck durch die Bewegung von Wasser durch Membranen reguliert wird, kann sich auch das Volumen der Flüssigkeitskompartimente vorübergehend ändern. Da Blutplasma einer der Flüssigkeitsbestandteile ist, haben osmotische Drücke einen direkten Einfluss auf den Blutdruck.


Übersicht über Nierenfunktion und -struktur

Vergleich zwischen Volumenregulierung und Osmoregulation

Die Osmoregulation wird von einem einzigen Hormonsystem, ADH, kontrolliert, während die Volumenregulierung von einer Reihe redundanter und überlappender Kontrollmechanismen kontrolliert wird. Ein Mangel oder Überschuss an ADH führt zu definierten und ziemlich dramatischen klinischen Syndromen von übermäßigem Wasserverlust oder Wassereinlagerungen. Im Gegensatz dazu führt ein Defekt in einem Regulierungsmechanismus für ein einzelnes Volumen aufgrund der redundanten Regulierungskapazität der anderen Mechanismen im Allgemeinen zu subtileren Anomalien. Daher führt überschüssiges Aldosteron aufgrund der Wirkung der anderen Mechanismen zu einer leichten Volumenretention, gefolgt von einem Entweichen und einer Rückkehr zur normalen Na + -Ausscheidung. In ähnlicher Weise führt ein Überschuss an ANP nur zu einer bescheidenen Abnahme des Volumens ohne anhaltende Abnormalität der Na + -Ausscheidung. Schwere Salzretentionszustände wie Leberzirrhose oder Herzinsuffizienz sind durch die Aktivierung aller volumenregulierenden Mechanismen gekennzeichnet.

Schließlich sind die für Osmoregulations- und Volumenregulationsstörungen charakteristischen Symptome unterschiedlich, wobei Hyponatriämie und Hypernatriämie die Kennzeichen einer gestörten Osmoregulation sind und Ödeme oder Hypovolämien als Folge einer gestörten Volumenregulation. Die Plasma-Na + -Konzentration korreliert überhaupt nicht mit dem Gesamtkörpernatrium oder dem extrazellulären Flüssigkeitsvolumen. Tatsächlich kann ein niedriges Serum-Na + sowohl bei Natriumüberschuss als auch bei Natriummangelzuständen gefunden werden. Die Plasma-Na + -Konzentration ist jedoch die wichtigste Determinante für die Osmolarität der extrazellulären Flüssigkeit. Im Allgemeinen entstehen Anomalien der Na + -Konzentration durch Defekte in der Osmoregulation, nicht durch die Volumenregulierung.


Nierenfunktion und Physiologie

Nieren filtern Blut in einem dreistufigen Prozess. Zunächst filtern die Nephrone Blut, das durch das Kapillarnetz im Glomerulus fließt. Fast alle gelösten Stoffe, mit Ausnahme von Proteinen, werden durch einen Prozess namens glomeruläre Filtration in den Glomerulus herausgefiltert. Zweitens wird das Filtrat in den Nierentubuli gesammelt. Die meisten der gelösten Stoffe werden im PCT durch einen Prozess, der als tubuläre Reabsorption bezeichnet wird, resorbiert. In der Henle-Schleife tauscht das Filtrat weiterhin gelöste Stoffe und Wasser mit dem Nierenmark und dem peritubulären Kapillarnetz aus. Bei diesem Schritt wird auch Wasser resorbiert. Dann werden während der tubulären Sekretion zusätzliche gelöste Stoffe und Abfallstoffe in die Nierentubuli sezerniert, was im Wesentlichen der entgegengesetzte Prozess zur tubulären Reabsorption ist. Die Sammelrohre sammeln das von den Nephronen kommende Filtrat und verschmelzen in den Markpapillen. Von hier aus geben die Papillen das Filtrat, jetzt Urin genannt, in die kleinen Kelche ab, die schließlich über das Nierenbecken mit den Harnleitern verbunden sind.

Jeder Teil des Nephrons erfüllt eine andere Funktion bei der Filterung von Abfall und der Aufrechterhaltung des homöostatischen Gleichgewichts. (1) Der Glomerulus verdrängt durch Druck kleine gelöste Stoffe aus dem Blut. (2) Der proximale gewundene Tubulus reabsorbiert Ionen, Wasser und Nährstoffe aus dem Filtrat in die interstitielle Flüssigkeit und transportiert aktiv Toxine und Medikamente aus der interstitiellen Flüssigkeit in das Filtrat. Der proximale gewundene Tubulus passt auch den Blut-pH-Wert an, indem er selektiv Ammoniak (NH3) in das Filtrat absondert, wo es mit H+ reagiert, um NH4+ zu bilden. Je saurer das Filtrat, desto mehr Ammoniak wird ausgeschieden. (3) Die absteigende Henle-Schleife ist mit Zellen ausgekleidet, die Aquaporine enthalten, die es ermöglichen, dass Wasser aus dem Filtrat in die interstitielle Flüssigkeit übergeht. (4) Im dünnen Teil der aufsteigenden Henle-Schleife diffundieren Na+- und Cl--Ionen in die interstitielle Flüssigkeit. Im dicken Teil werden dieselben Ionen aktiv in die interstitielle Flüssigkeit transportiert. Da Salz, aber kein Wasser verloren geht, wird das Filtrat verdünnter, während es die Extremität hinauf wandert. (5) Im distalen gewundenen Tubulus werden K+- und H+-Ionen selektiv in das Filtrat sezerniert, während Na+-, Cl- und HCO3-Ionen resorbiert werden, um den pH-Wert und das Elektrolytgleichgewicht im Blut aufrechtzuerhalten. (6) Der Sammelkanal resorbiert gelöste Stoffe und Wasser aus dem Filtrat, wobei verdünnter Urin gebildet wird. (Gutschrift: Änderung der Arbeit durch NIDDK)


Das atriale natriuretische Peptid (ANP) senkt den Blutdruck, indem es als Vasodilatator wirkt. Es wird von Zellen im Vorhof des Herzens als Reaktion auf hohen Blutdruck und bei Patienten mit Schlafapnoe freigesetzt. ANP beeinflusst die Salzfreisetzung, und da Wasser dem Salz passiv folgt, um das osmotische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, hat es auch eine harntreibende Wirkung. ANP verhindert auch die Natriumresorption durch die Nierentubuli, verringert die Wasserresorption (und wirkt somit als Diuretikum) und senkt den Blutdruck. Seine Wirkungen unterdrücken die Wirkung von Aldosteron, ADH und Renin.

Hormonelle Signale helfen den Nieren, die osmotischen Bedürfnisse des Körpers zu synchronisieren. Hormone wie Adrenalin, Noradrenalin, Renin-Angiotensin, Aldosteron, antidiuretisches Hormon und atriale natriuretische Peptide helfen, die Bedürfnisse des Körpers sowie die Kommunikation zwischen den verschiedenen Organsystemen zu regulieren.


Tierernährung und Verdauung - Osmoregulation

Unser Körper ist ziemlich kompliziert. Wir reden über Lost kompliziert. Damit alles so funktioniert, wie es soll, erfordern richtige biologische Prozesse genaue Konzentrationen verschiedener Ionen: Natrium (Na+), H+, HCO3-, Kalium (K+) usw. All diese bösen Jungs sind wichtig für die Körperfunktion, aber wenn es welche gibt leichte Veränderungen dieser Konzentrationen werden mehr als nur ein bisschen verrückt. Bestimmte Lebensmittel oder Getränke können diese Verhältnisse aus dem Gleichgewicht bringen. Zellen schwellen an oder schrumpfen. Gehirnzellen können nicht mehr kommunizieren. Es sind schlechte Nachrichten. Glücklicherweise verfügt unser Körper über einen Mechanismus, um die Motoren am Schnurren zu halten und die Ionenkonzentrationen wieder in ihren richtigen Bereich zu bringen.

Betrachten Sie die Süßwasserfische. Wählen Sie Ihren Favoriten: Barsch, Barsch, gebänderter Shovelnose-Wels, was auch immer. Mach weiter, wir warten. Diese Jungs schwimmen den ganzen Tag im Wasser herum, und wenn sie ihre Kiemen öffnen, kommt Wasser herein. All dieses Wasser verdünnt schließlich die entscheidenden Ionenkonzentrationen in unserem Fischfreund, und die Dinge geraten aus dem Ruder.

Glücklicherweise hat sich die Evolution um unsere Flossenfreunde gekümmert. Wenn ein Fisch Wasser schluckt, hält seine Niere den Salz- und Wasserhaushalt durch Osmoregulation. Im Grunde pinkeln Fische viel. Versuchen Sie, beim nächsten Schwimmen in einem See nicht daran zu denken.


Dank der Osmoregulation brauchen Fische keine Regenschirme, um sie vor Wasser zu schützen. Bild von hier.

Bevor wir uns mit den Details der Nieren befassen, konzentrieren wir uns auf das Konzept der Osmoregulation oder die Art und Weise, wie Tiere die Ionenkonzentration und den Wasserhaushalt kontrollieren. Der einfachste Weg, die Dinge wieder in den Normalzustand zu bringen, ist mit Wasser und Osmose. Wenn die Innen- und Außenseite der Zellmembran unterschiedliche Ionenkonzentrationen aufweisen, oder Osmolarität, bewegt sich das Wasser auf die Seite mit der höchsten Osmolarität. Dies ist ein Versuch, die Konzentration auszugleichen. Wasser ist so ein kleiner Kontrollfreak.

Angenommen, die Außenseite der Zelle weist eine hohe Salzkonzentration auf oder ist hyperosmotisch. Inzwischen ist die Salzkonzentration im Inneren niedrig, oder hypoosmotisch. Wasser bewegt sich durch die selektiv durchlässige Membran der Zelle von der weniger salzigen Seite zur salzigeren Seite. Da Wasser die Zelle verlässt, steigt die Gesamtsalzkonzentration im Inneren der Zelle. Das zusätzliche Wasser, das in das umgebende Wasser eindringt, verdünnt die Salzkonzentration außerhalb der Zelle. Grundsätzlich beginnt sich die Salzkonzentration zwischen Wasser und Zelle auszugleichen. Verwirrt? Sehen Sie sich die Abbildung unten an.


Wenn eine Lösung hyperosmotisch ist, fließt Wasser zu dieser Lösung, um sie zu verdünnen. Wasser will nur, dass alles fair und gleich ist.

Wenn die Osmolaritäten über eine Membran hinweg gleich sind, wird die Umgebung als isosmotisch bezeichnet, und die gleiche Menge Wasser fließt in die Zelle hinein, wie sie herausfließt. Denken Sie daran, nur weil die Konzentrationen ausgeglichen sind, bedeutet das nicht, dass das Wasser kreischend zum Stillstand kommt. Stattdessen bewegt sich das Wasser immer noch, aber nur mit gleichen Geschwindigkeiten, sodass sich die Gesamtwassermenge und die Ionenkonzentrationen auf beiden Seiten nicht ändern.

Wenn Ihnen bei einem Blind Date der Gesprächsstoff ausgeht, erwähnen Sie einfach die Tatsache, dass die Osmolarität von menschlichem Blut etwa 300 mOsm/L (Milliosmol pro Liter) beträgt und das konzentriertere Meerwasser etwa 1.000 mOsm/L beträgt. Es wird sicherlich zu Gesprächen führen.

Dieses ganze Geschäft mit der Osmoregulation ist normalerweise ziemlich vielseitig und kann sich je nach Umgebung des Tieres zu jedem Zeitpunkt ändern. Nehmen Sie zum Beispiel Lachs. Sie werden in Süßwasserseen und -flüssen geboren, reisen ins salzige Meerwasser, um den horizontalen Tango zu machen (wir sind uns nicht sicher, ob dieser Slang auf Fische zutrifft, aber rollen mit uns) und kehren dann ins Süßwasser zurück, um ihre Eier zu legen . Wenn sie sich in Süßwasser befinden, reagieren sie hyperosmotisch auf ihre Umgebung. Infolgedessen trinken Lachse nicht viel Wasser und pinkeln viel, um ihren Wasserhaushalt aufrechtzuerhalten. Aber wenn sie aufs offene Meer hinausfahren, um ihren Wildfischhafer zu säen, werden sie hypoosmotisch. Sie versuchen dann, so viel Wasser wie möglich zu erhalten. Zum Ausgleich scheiden Lachse kleine Mengen sehr konzentrierten Urins aus.

Die Osmoregulation reguliert nicht nur die Konzentrationsunterschiede zwischen einem Tier und seiner Umgebung. Normale, alltägliche biologische Prozesse machen alles Mögliche mit Ionen, die das Gleichgewicht durcheinanderbringen. Einige Prozesse benötigen Ionen, während andere letztendlich Ionen ausscheiden. Überall werden Ionen geworfen. Während er seine Sache macht, vermasselt der Körper wichtige Konzentrationen von gelösten Stoffen. Osmoregulation rettet einmal mehr den Tag und sorgt dafür, dass die Dinge wieder dorthin zurückgebracht werden, wo sie hingehören.

Hier ist ein sehr wichtiges Beispiel: Wenn biologische Proteine ​​und Nukleinsäuren, aus denen die DNA besteht, in Energie oder eine andere biologische Verbindung umgewandelt werden, werden sie freigesetzt Ammoniak (NH3) als Abfall. Zunächst einmal bringen die Ammoniumionen das Ionengleichgewicht durcheinander. Zweitens ist Ammoniak giftig und unser Körper muss es sofort loswerden.

Wie reguliert der Körper die Ausscheidung dieses giftigen Ammoniaks, fragen Sie? Es kann in drei verschiedenen Formen ausgeschieden werden, je nachdem, welche Mittel das Tier zur Osmoregulation gewählt hat. Der einzige sichere Weg, Ammoniak im Körper zu haben, besteht darin, es in extrem niedrigen Konzentrationen zu haben, so dass die einzigen Tiere, die stickstoffhaltige Abfälle als Ammoniak ausscheiden, viel Zugang zu Wasser haben. Fische sind in der Lage, Ammoniakkonzentrationen auf ein Niveau zu verdünnen, das sie nicht tötet. Kamele können das nicht – ihr Wasser ist viel zu wertvoll.

Harnstoff ist eine weitere Möglichkeit für Tiere, diesen Abfall loszuwerden. Es entsteht, wenn Ammoniak und Kohlendioxid auf ATP treffen, oder die Energie, die der Körper auf zellulärer Ebene verbraucht. Da es ziemlich sicher ist, kann Harnstoff in hohen Konzentrationen gelagert werden. Viele Amphibien scheiden auf diese Weise stickstoffhaltige Abfälle aus. Viele Ammoniakabfälle können als Harnstoff gespeichert werden, der einzige Nachteil ist, dass die Herstellung von Harnstoff viel Energie erfordert.

Die meisten Landtiere scheiden aus Harnsäure anstelle von Ammoniak, da es relativ ungiftig ist. Harnsäure ist jedoch nicht wasserlöslich und wird als halbfeste Paste ausgeschieden. Es hat ungefähr die Konsistenz von Hummus. Wir würden es jedoch nicht mit Pita empfehlen. Es ist großartig, weil es nicht viel Wasser verbraucht, aber Harnsäure ist energetisch teuer und gibt Vögeln festen Urin. Ja, solide. Osmoregulation vom Feinsten.

Ich frage mich, wie wir homosapiens Ammoniak loswerden? Wir werden diese Abfälle auch über Harnstoff und nicht über Harnsäure los. Wir würden wahrscheinlich viel mehr Klempner anrufen, wenn wir festen Urin hätten.

Gehirn-Snack

Das beste Beispiel für Osmoregulation ist die Känguru-Ratte. Diese Kreaturen, die eher der zweiten Hälfte ihres Namensgebers ähneln als der ersteren, leben in der heißen und trockenen Wüste. Die Art und Weise, wie sie sich an ihre Umgebung angepasst haben, ist verdammt cool:


Campbell Biologie

Campbell Biology ist unübertroffen führend in der Einführungsbiologie. Die charakteristischen Werte des Textes - Genauigkeit, Aktualität und Leidenschaft für das Lehren und Lernen - haben ihn zum erfolgreichsten einführenden Biologiebuch für Hochschulen für acht aufeinanderfolgende Ausgaben gemacht

Überarbeitete Ausgabe von: Biologie / Neil A. Campbell, Jane B. Reece. 8. Aufl. c2009

Enthält Literaturhinweise und Index

Einführung -- Themen in der Lebensforschung. -- Einheit 1. Die Chemie des Lebens. -- 2. Der chemische Kontext des Lebens. -- 3. Wasser und Leben. -- 4. Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt des Lebens. -- 5. Die Struktur und Funktion großer biologischer Moleküle. -- Einheit 2. Die Zelle. -- 6. Ein Rundgang durch die Zelle. -- 7. Membranstruktur und -funktion. -- 8. Eine Einführung in den Stoffwechsel. -- 9. Zellatmung und Gärung. -- 10. Photosynthese. -- 11. Zellkommunikation. -- 12. Der Zellzyklus. -- Einheit 3. Genetik. -- 13. Meiose und sexuelle Lebenszyklen. -- 14. Mendel und die Genidee. -- 15. Die chromosomale Grundlage der Vererbung. -- 16. Die molekulare Grundlage der Vererbung. -- 17. Vom Gen zum Protein. -- 18. Regulation der Genexpression. -- 19. Viren. -- 20. Biotechnologie. -- 21. Genome und ihre Evolution. -- Einheit 4. Mechanismen der Evolution. -- 22. Abstieg mit Modifikation: eine darwinistische Sicht des Lebens. -- 23. Die Entwicklung der Populationen. -- 24. Der Ursprung der Arten. -- 25. Die Geschichte des Lebens auf der Erde. -- Einheit 5. Die Evolutionsgeschichte der biologischen Vielfalt -- 26. Phylogenie und der Baum des Lebens -- 27. Bakterien und Archaeen -- 28. Protisten. -- 29. Pflanzenvielfalt 1: Wie Pflanzen Land besiedelten. -- 30. Pflanzenvielfalt 2: Die Evolution der Samenpflanzen -- 31. Pilze. -- 32. Ein Überblick über die Tiervielfalt -- 33. Eine Einführung in die Wirbellosen -- 34. Der Ursprung und die Evolution der Wirbeltiere -- Einheit 6. Pflanzenform und -funktion. -- 35. Pflanzenstruktur, Wachstum und Entwicklung -- 36. Ressourcenerwerb und -transport in Gefäßpflanzen -- 37. Boden- und Pflanzenernährung -- 38. Angiosperm-Reproduktion und Biotechnologie -- 39. Pflanzenreaktionen auf interne und externe Signale. -- Einheit 7. Tierform und -funktion. -- 40. Grundprinzipien der Tierform und -funktion. -- 41. Tierernährung -- 42. Kreislauf und Gasaustausch -- 43. Das Immunsystem -- 44. Osmoregulation und Ausscheidung. -- 45. Hormone und das endokrine System. -- 46. Tierische Fortpflanzung -- 47. Tierische Entwicklung. -- 48. Neuronen, Synapsen und Signalübertragung. -- 49. Nervensystem. -- 50. Sensorische und motorische Mechanismen. -- 51. Tierverhalten -- Einheit 8. Ökologie. -- 52. Eine Einführung in Ökologie und Biosphäre. -- 53. Bevölkerungsökologie. -- 54. Gemeinschaftsökologie. -- 55. Ökosysteme und Restaurationsökologie. -- 56. Naturschutzbiologie und globaler Wandel

Access-restricted-item true Hinzugefügt am 04.12.2019 13:02:42 Associated-names Reece, Jane B Campbell, Neil A., 1946-2004. Biologie Boxid IA1722502 Kamera Sony Alpha-A6300 (Control) Collection_set printdisabled External-identifier urn:oclc:record:1150052579 Foldoutcount 0 Identifier isbn_9781256158769 Identifier-ark ark:/13960/t5z68nc0r Rechnung 1652 Isbn 9780321558237
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Inhalt

Zwei Hauptarten der Osmoregulation sind Osmokonformer und Osmoregulatoren. Osmokonformer passen ihre Körperosmolarität aktiv oder passiv an ihre Umgebung an. Die meisten wirbellosen Meerestiere sind Osmokonformer, obwohl sich ihre Ionenzusammensetzung von der des Meerwassers unterscheiden kann. Bei einem streng osmoregulierenden Tier werden die Mengen an internem Salz und Wasser angesichts von Umweltveränderungen relativ konstant gehalten. Es erfordert, dass Aufnahme und Abfluss von Wasser und Salzen über einen längeren Zeitraum gleich sind.

Organismen, die eine andere interne Osmolarität als das Medium aufrechterhalten, in das sie eingetaucht sind, werden als Osmoregulatoren bezeichnet. Sie regulieren ihre Körperosmolarität streng und halten konstante interne Bedingungen aufrecht. Im Tierreich sind sie häufiger. Osmoregulatoren kontrollieren aktiv die Salzkonzentrationen trotz der Salzkonzentrationen in der Umwelt. Ein Beispiel sind Süßwasserfische. Die Kiemen nehmen aktiv Salz aus der Umgebung auf, indem sie mitochondrienreiche Zellen verwenden. Wasser diffundiert in den Fisch, so dass er einen sehr hypotonen (verdünnten) Urin ausscheidet, um das gesamte überschüssige Wasser auszustoßen. Ein Meeresfisch hat eine niedrigere interne osmotische Konzentration als das umgebende Meerwasser, daher neigt er dazu, Wasser zu verlieren und Salz zu gewinnen. Es scheidet aktiv Salz aus den Kiemen aus. Die meisten Fische sind stenohalin, was bedeutet, dass sie entweder auf Salz- oder Süßwasser beschränkt sind und in Wasser mit einer anderen Salzkonzentration, als sie angepasst sind, nicht überleben können. Einige Fische zeigen jedoch die Fähigkeit zur effektiven Osmoregulation über einen breiten Bereich von Salzgehalten. Fische mit dieser Fähigkeit sind als euryhaline Arten bekannt, z. B. Flunder. Es wurde beobachtet, dass Flunder zwei unterschiedliche Umgebungen bewohnen – Meer- und Süßwasser – und es ist inhärent, sich an beide anzupassen, indem sie Verhaltensänderungen und physiologische Veränderungen einbringen.

Einige Meeresfische, wie Haie, haben einen anderen, effizienten Mechanismus zum Wassersparen übernommen, nämlich die Osmoregulation. Sie behalten Harnstoff in relativ höherer Konzentration in ihrem Blut. Harnstoff schädigt lebendes Gewebe, so dass einige Fische Trimethylaminoxid zurückhalten, um dieses Problem zu bewältigen. Dies bietet eine bessere Lösung für die Toxizität von Harnstoff. Haie mit einer etwas höheren Konzentration an gelösten Stoffen (d. h. über 1000 mOsm, was der Konzentration an gelösten Meeresprodukten entspricht) trinken kein Wasser wie Süßwasserfische.

Während es in höheren Pflanzen keine spezifischen osmoregulatorischen Organe gibt, sind die Spaltöffnungen wichtig für die Regulierung des Wasserverlusts durch Evapotranspiration, und auf zellulärer Ebene ist die Vakuole entscheidend für die Regulierung der Konzentration von gelösten Stoffen im Zytoplasma. Starke Winde, niedrige Luftfeuchtigkeit und hohe Temperaturen erhöhen die Evapotranspiration aus den Blättern. Abscisinsäure ist ein wichtiges Hormon, das Pflanzen hilft, Wasser zu sparen – sie bewirkt, dass sich die Spaltöffnungen schließen und das Wurzelwachstum stimuliert, damit mehr Wasser aufgenommen werden kann.

Pflanzen teilen mit Tieren die Probleme der Wasserversorgung, aber im Gegensatz zu Tieren ist der Wasserverlust bei Pflanzen entscheidend, um eine treibende Kraft zu erzeugen, um Nährstoffe aus dem Boden in das Gewebe zu transportieren. Bestimmte Pflanzen haben Methoden zur Wasserkonservierung entwickelt.

Xerophyten sind Pflanzen, die in trockenen Lebensräumen wie Wüsten überleben und längere Zeiträume mit Wassermangel überstehen können. Sukkulenten wie die Kakteen speichern Wasser in den Vakuolen großer Parenchymgewebe. Andere Pflanzen haben Blattmodifikationen, um den Wasserverlust zu reduzieren, wie nadelförmige Blätter, eingefallene Spaltöffnungen und dicke, wachsartige Nagelhaut wie bei der Kiefer. Das Sanddünen-Dünengras hat gerollte Blätter mit Spaltöffnungen auf der Innenseite.

Hydrophyten sind Pflanzen in Wasserhabitaten. Sie wachsen meist im Wasser oder an nassen oder feuchten Orten. Bei diesen Pflanzen erfolgt die Wasseraufnahme über die gesamte Pflanzenoberfläche, z.B. die Seerose.

Halophyten sind Pflanzen, die in sumpfigen Gebieten (in Meeresnähe) leben. Sie müssen Wasser aus einem solchen Boden aufnehmen, der eine höhere Salzkonzentration und damit ein niedrigeres Wasserpotential (höherer osmotischer Druck) hat. Halophyten bewältigen diese Situation, indem sie Salze in ihren Wurzeln aktivieren. Als Folge entwickeln die Zellen der Wurzeln ein geringeres Wasserpotential, das durch Osmose Wasser einbringt. Das überschüssige Salz kann in Zellen gespeichert oder aus den Salzdrüsen der Blätter ausgeschieden werden. Das so von einigen Arten abgesonderte Salz hilft ihnen, Wasserdämpfe aus der Luft einzufangen, die von Blattzellen in Flüssigkeit aufgenommen werden. Daher ist dies eine weitere Möglichkeit, zusätzliches Wasser aus der Luft zu gewinnen, z.

Mesophyten sind Pflanzen, die in Ländern der gemäßigten Zone leben und in gut bewässerten Böden wachsen. Sie können den Wasserverlust durch Transpiration leicht ausgleichen, indem sie Wasser aus dem Boden aufnehmen. Um eine übermäßige Transpiration zu verhindern, haben sie eine wasserdichte Außenhülle namens Cuticula entwickelt.

Menschen Bearbeiten

Die Nieren spielen eine sehr große Rolle bei der menschlichen Osmoregulation, indem sie die Wassermenge regulieren, die aus glomerulärem Filtrat in den Nierentubuli resorbiert wird, die durch Hormone wie das antidiuretische Hormon (ADH), Aldosteron und Angiotensin II gesteuert wird. Beispielsweise wird eine Abnahme des Wasserpotentials durch Osmorezeptoren im Hypothalamus nachgewiesen, was die ADH-Freisetzung aus der Hypophyse stimuliert, um die Durchlässigkeit der Wände der Sammelrohre in den Nieren zu erhöhen. Daher wird ein großer Teil des Wassers aus der Flüssigkeit in den Nieren resorbiert, um zu verhindern, dass zu viel Wasser ausgeschieden wird. [ Zitat benötigt ]

Meeressäuger Bearbeiten

Trinken ist bei Flossenfüßern und Walen kein übliches Verhalten. Der Wasserhaushalt wird bei Meeressäugern durch Stoffwechsel- und Nahrungswasser aufrechterhalten, während versehentliche Einnahme und Nahrungssalz dazu beitragen können, die Homöostase der Elektrolyte aufrechtzuerhalten. Die Nieren von Flossenfüßern und Walen haben im Gegensatz zu denen von Nichtbären bei Landsäugetieren eine gelappte Struktur, aber diese spezifische Anpassung verleiht keine größere Konzentrationsfähigkeit. Im Gegensatz zu den meisten anderen Wassersäugetieren trinken Seekühe häufig Süßwasser und Seeotter trinken häufig Salzwasser. [2]

Teleost Bearbeiten

Bei Knochenfischen (fortgeschrittenen Strahlenflossen) sind die Kiemen, die Niere und der Verdauungstrakt als wichtigste osmoregulatorische Organe an der Aufrechterhaltung des Flüssigkeitshaushalts des Körpers beteiligt. Insbesondere Kiemen gelten als das primäre Organ, durch das die Ionenkonzentration in marinen Knochenfischen kontrolliert wird.

Die Welse der Familie Plotosidae besitzen ungewöhnlicherweise ein extrabranchial salzsezernierendes dendritisches Organ. Das dendritische Organ ist wahrscheinlich ein Produkt konvergenter Evolution mit anderen salzsezernierenden Wirbeltierorganen. Die Rolle dieses Organs wurde durch seine hohe NKA- und NKCC-Aktivität als Reaktion auf steigenden Salzgehalt entdeckt. Das dendritische Organ von Plotosidae kann jedoch unter extremen Salzgehaltsbedingungen von begrenztem Nutzen sein, verglichen mit der typischeren Ionoregulation auf Kiemenbasis. [3]

Amoeba nutzt kontraktile Vakuolen, um durch Diffusion und aktiven Transport Ausscheidungsprodukte wie Ammoniak aus der intrazellulären Flüssigkeit zu sammeln. Während die osmotische Wirkung Wasser aus der Umgebung in das Zytoplasma drückt, bewegt sich die Vakuole an die Oberfläche und pumpt den Inhalt in die Umgebung.

Bakterien reagieren auf osmotischen Stress, indem sie sich schnell Elektrolyte oder kleine organische gelöste Stoffe über Transporter ansammeln, deren Aktivitäten durch eine Erhöhung der Osmolarität stimuliert werden. Die Bakterien können auch Gene aktivieren, die Transporter von Osmolyten und Enzyme codieren, die Osmoschutzmittel synthetisieren. [4] Das Zweikomponentensystem EnvZ/OmpR, das die Expression von Porinen reguliert, ist im Modellorganismus gut charakterisiert E coli. [5]

Abfallprodukte des Stickstoffstoffwechsels Bearbeiten

Ammoniak ist ein giftiges Nebenprodukt des Proteinstoffwechsels und wird im Allgemeinen in weniger giftige Substanzen umgewandelt, nachdem es produziert wurde, dann wandeln ausgeschiedene Säugetiere Ammoniak in Harnstoff um, während Vögel und Reptilien Harnsäure bilden, die über ihre Kloake mit anderen Abfällen ausgeschieden wird.


Zukünftige Richtungen

Jede der taxonomischen Gruppen von Meeressäugern hat mindestens ein Mitglied, das ausschließlich eine Süßwasserumgebung bewohnt, aber es wurden nur Studien zur Nierenfunktion von Robben durchgeführt, die natürlich in Süßwasser vorkommen (Hong et al., 1982). Vergleichende Nierenuntersuchungen von repräsentativen Arten in jeder der wichtigsten taxonomischen Gruppen von Meeressäugern würden aufschlussreiche Informationen über die Evolution osmoregulatorischer Funktionen bei an das Meer angepassten Säugetieren liefern. Derzeit scheint es, dass Süßwasserarten keine verminderte Nierenkapazität aufweisen, was darauf hindeutet, dass sie die osmoregulatorischen Funktionen ihrer marinen Artgenossen nicht verloren haben. Obwohl eine Vielzahl von Studien zu Nahrungsaufnahme, Fasten und Infusionen eine Fülle von Informationen über ihre Auswirkungen auf die Nierenfunktion geliefert haben, bleiben die zugrunde liegenden Mechanismen, die die Ausscheidung und Resorption von Wasser und gelösten Stoffen regulieren, ungeklärt. Therefore, studies incorporating a hormonal component would be of interest. For example, the involvement of ANP in Na + excretion has yet to be examined in any marine mammal. Also, the anti-diuretic function of AVP in marine mammals remains inconclusive and warrants further investigations. A comparison of osmoregulatory hormones between river and sea otters would be of interest. The present review has indicated a number of important areas that warrant further or initial examination to elucidate osmoregulation in marine mammals.



Bemerkungen:

  1. Lindael

    Ähnlich ist es etwas?

  2. Peppin

    die autoritäre Antwort, seltsamerweise ...

  3. Hwistlere

    Du hast nicht recht. Ich bin versichert. Ich kann es beweisen. Schreib mir per PN, wir reden.

  4. Kagal

    Ja ich verstehe dich.

  5. Cassian

    Sie müssen sie nicht alle nacheinander ausprobieren

  6. Melrajas

    the Timely response



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