Tierphysiologie (Fach) / Stoffumsatz (Lektion)
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- Wie kann man den Energieumsatz quantifizieren? Autotrophe Organismen: Kohlenstoffbindung oder Herstellung energiereicher Verbindungen mithilfe von Sonnenlicht.Heterotroph: Zerlegen autotrophe Organismen in ihre Einzelteile. Nahrung beinhaltet organische Moleküle mit hohem Energieniveau (Pflanzen haben diese produziert). Ein Teil dieser Substanz ist nicht verwertbar und wird ausgeschieden (Ballaststoffe).Ein Teil ist jedoch metabolisierbar und wird vewendet für Wachstum, Reproduktion und basalen Stoffwechsel, Aktivität.Schlussendlich wird alles in Wärme überführt.
- Direkte Kalorimetrie Energieumsatz gemessen, indem Wärmeumsatz eines Organismus gemessen wird.z.B.: Eismantelkalorimeter von Lavoisier: 80kcal bringen 1 kg Eis zum Schmelzen. Die Stoffwechselrate bzw. die damit verbundene Wärmeproduktion steigt mit der Körpermasse. Bei logarithmischem Auftragen gibt es immer eine Gerade, unabhängig von Ektothermie und Endothermie. Aber es gibt Sprünge, z.B. zwischen Einzellern und Mehrzellern oder Ektothermen und Endothermen. Warmblüter verbrauchen etwa 10 mal so viel Energie wie ein Kaltblüter bei gleicher Körpermasse. Warmblütigkeit ist energetisch teuer → es muss mehr Nahrung aufgenommen werden.
- Gewichtsspezifischer Verbrauch 1g Maus gegen 1g Elefant.Maus hat einen vielfachen Energieverbrauch im Vergleich zum Elefanten.Säugetiere: Körpermasse steigt um Faktor 10 -> gewichtsspezifischer Umsatz steigt um 48%Erklärung:Oberflächenregel!Körperoberfläche: Fläche, auf der Wärme verloren geht (Energie). Je größer die Körperoberfläche im Verhältnis zur Körpergröße, desto mehr Wärmeenergie geht verloren. Je kleiner ein Organismus, desto größer ist die Oberfläche. Verhält sich ähnlich zu der Geraden, die man beim Vergleich zwischen Körpermasse und Wärmeproduktion erhält???????In Wirklichkeit ist die Erklärung die Summe aus verschiedenen Faktoren. Reaktionsschritte und Stoffwechselumsätze sind zusätzlich zur Oberflächenregel daran beteiligt.
- Ruheumsatz und Arbeitsumsatz Arbeit = subjektiv, kann nicht wirklich gemessen werden.Auch beides abhängig von der Masse.
- Wärmeumsatz Basiert auf chemischen Reaktionen.Es reagieren Proteine miteinandern und man erhält ein bestimmtes Ergebnis. Direkter Energieumsatz kann über den Energiestoffwechsel gefasst werden.Nur der chemische Umsatz, der direkt oder indirekt Energie für bestimmte Arbeitsleistung, wird benötigt.zB: Glykolyse Umsatz: ATP= Energiegewährung des Körpers.Glucose wird aufgenommen und phosphoryliert -> 2 ATP hinein, 4 ATP erhalten, also in Summe Gewinn von 2 ATP -> Atmungsenergie Diese Stoffwechselwege werden für den Energieumsatz benötigt. Die Kilokalorien werden nicht komplett in Wärme umgesetzt, sondern teilweise als ATP zwischengelagert. ATP kann wiederum genutzt werden, um endergone Reaktionen anzutreiben.
- Warum gibt es 2 Ergebnisse bei Messung mit direkter und indirekter Kalorimetrie? Erklärung im Stoffwechsel, Cytoplasma:Es entstehen 2 Reduktionselemente im Cytoplasma (NADH)Dieses NADH wird an der inneren Mitochondrienmembran gebrauchtCytoplasmatisches NADH muss in die Atmungskette eingeschleust werden
- Sauerstoffschuld Sauerstoffmangel im Gewebe führt zu einer Umschaltung von der Atmungskette auf anaerobe Glykolyse, in der mit niedrigem Wirkungsgrad ATP erzeugt wird.Die überschüssige Energie wird im Gewebe als Milchsäure gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt, wenn genügen Sauerstoff vorhanden ist, für den aeroben Stoffwechsel zur Verfügung gestellt.Nach Beendigung einer anstrengenden Aktivität, liefern Atmungs- und Kreislaufsysteme noch für einige Zeit größere Mengen von Sauerstoff, um die durch die Anhäufung von Milchsäure entstandene Sauerstoffschuld zu begleichen.In der Eingangsphase (Kreislauf- und Atmungsbeschleunigung setzt erst später ein) steigt der Sauerstoffverbrauch und muss sich erst an das neue Niveau anpassen → Sauerstoffschuld Wenn ich plötzlich stehen bleibe, geht die Arbeitsleistung schlagartig nach unten, der Sauerstoff-Verbrauch bleibt hoch bis die Sauerstoff-Schuld „abbezahlt“ ist. Energieumsatz + Laktatproduktion → hohe Wärmeproduktion
- Malat-Aspartat Shuttle Im Zuge der Glykolyse erzeugtes NADH (im Cytosol) muss in die Mitochondrien gebracht werden, damit es dann in die Atmungskette eingeschleust werden kann. Malat wird durch den α-Ketoglutarat-Malat-Carrier in die Matrix des Mitochondriums transportiert, wobei α-Ketoglutarat im Antiport ins Cytosol gelangt. Neben dem Glycerin-3-Phosphat-Shuttle einer der wichtigsten Transportprozesse (läuft schneller, auch zum Transport von Reduktionsäquivalenten vom Cytoplasma in die Atmungskette bzw. Mitochondrien).
- Energiestoffwechsel Bedeutet Bildung und Verbrauch von ATP!Ein ruhender Mensch setzt in etwa 40kg ATP pro Tag um.Der beste Brennstoff zur ATP-Produktion ist Creatinphosphat, gefolgt von Glucose und Fettsäuren.
- Wann funktioniert indirekte Kalorimetrie? nur wenn der Stoffwechsel sauerstoffabhängig ist. Bei anerobem Stoffwechsel lässt sich durch indirekte Kalorimetrie der Energieumsatz nicht messen. Laufen ist im Energieumsatz das teuerste, während schwimmen billig ist, da der Körper vom Wasser getragen wird und nur die Dichtedifferenz getragen werden muss.