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Meeresbiologie (Fach) / Physio Bastrop (Lektion)

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• 29 Beschreibe den Schwimmblasenauftrieb! Gehe dabei auf den Root-Effekt ein! -Schwimmblase = mit O2 gefüllter Hohlraum --> Auftrieb - 2 verschiedene Schwimmblasen: die der Physostomen (z.B. Hecht, Karpfen, Verbindung zwischen Darm und Schwimmblase, Füllung durch Schlucken von Luft) und die der Physoclisten (z.B. Barsche, Dorsch, keine Verbindung zw. Schwimmblase und Darm --> Gasdrüse mit Wundernetz) - Physoclisten: Gasdrüse füllt Schwimmblase mit O2-Aufbau Gasdrüse: Wundernetz (Kapillarsystem mit viel Gegenstrom-Anordnung) + Gasdrüsenepithel (ebenfalls Gegenstromprinzip) angrenzend an Schwimmblase1. Abbau von Glucose zu Lactat (anaerob) und CO2 (aerob) in Gasdrüse --> pH sinkt2. Erhöhte Stoffwechselrate in direkter Umgebung der Gasdrüse --> pH sinktafferente Blutbahnen O2-haltig, geringer pO2, pH hoch; niedriger pH an distalem Ende --> Root-Effekt (Abnahme der Hämoglobin-O2-Affinität bei geringem pH) --> Abgabe O2 --> pO2 hoch --> O2 diffundiert in Schwimmblase3. pO2 im efferenten Blut höher, als im afferenten --> O2 diffundiert aus efferentem in afferentes Blutgefäß --> O2-Übersättigung am distalen Ende des Wundernetzes und des Gasepithels --> O2 akkumuliert, hoher pO2 am distalen Ende wir aufrecht erhalten! 
• 35. Beschreiben Sie das Vorkommen von Hämoglobin und Myoglobin bei den antarktischen Eisfischen (Chanichtthyidae). Nennen Sie die spezifischen anatomischen und physiologischen Anpassungen dieser Fische. haben Hämoglobin verloren (keine Erytrozyten, weißes Blut), Myoglobin teilweise vorhanden (rosa Blut) -> Hypoxemia: niedriger pO2 Partialdruck im Blut Vergrößerung des Herzmuskel + kleiner Fortsatz am Herzen (Bulbus Anteriolus)- niedrige Temperatur (5 °C Hitzetod)- geringe Stoffwechselrate- O2 wird nur physikalisch gelöst transportiert (etwa 10% der Menge von Hb-besitzenden Fischen)- größere Herzen, 4-5fache Menge an ausgestoßenem Blut -> Blutvolumen bis 4x höher- Durchmesser der Blutkapillaren vergleichsweise größer- Sauerstoffgehalt des Wassers bei < 0 °C ist hoch, Stoffwechselrate gering- obligat aerobe Stoffwechsel wird durch diese Anpassungen gesichert
• 33 Durch welche Proteine wird Stress bei Organismen festgestellt? Hitzeschockproteine (HSP)
• 25. Nenne die Stickstoffexkretionsprodukte, auch die von marinen Säugern und deren mögliche Quellen - Harnstoff (Säuger, Teleostier), Harnsäure (Vögel, Reptilien), Ammonium (Kiemen) - Quellen: Proteinstoffwechsel, Purinbasen (Adenin, Guanin), Eiweißstoffwechsel
• 24. Skizzieren Sie die Harnbildung in der Niere eines Teleostier und eines marinen Säugers. Worin liegen die Unterschiede im Bau der Nephrone? - marine Säuger, Harnbildung: Vasae rectae bilden mit Interstitium einen frei kommunizierenden Flüssigkeitsraum -> in diesen wird NaCl aus aufsteigendem Schenkel der Henle-Schleife (Pars recta, hypoosmotisch) gepumpt -> Harnstoff akkumuliert in Papillenspitze• Nieren mit Henleschleife• können Nahrung mit Salz (isoomotisch) aufnehmeno Scheiden Salz mit Harn auso Nephron mit Henleschleife→ zum Blutplasma hyperosmotischer Harn kann gebildet werden- Teleostier: o Harnbildung: nur wenig und im Vgl. z. Blut isoosmotischer Urin gebildet• Elektrolyte bei ihnen stets im Überschuss vorhanden Eliminierung erfolgt nicht über Urin sondern über Epithel der Kiemen Harn dient nicht der Osmoregulation, sondern Ausscheidung zweiwertiger Ionen (wie Mg2+) und von überschüssigem Stickstoffo Nephron besitzt keine Henle-Schleife – wird zur Konzentration des Urins benötigt→ zum Blutplasma hypoosmotischer Harn
• 36. Skizzieren Sie die osmotischen Verhältnisse bei marinen Knochenfischen und den Mechanismus der Na+Cl- Exkretion in den mitochondrienreichen Zellen der Kiemen Knochenfische SW: hypoosmotisch zum Milieu, muss Meerwasser trinken um Wasser zu ersetzen, dass er auf osmotischem Weg an die salzreiche Umgebung verloren hat überschüssige Na+Cl- Ionen über Kiemen ausgeschieden (siehe VL Osmoregulation, Folie 44)
• 26 Warum erleiden Robben und Wale keine Taucherkrankheit/Dekompressionsunfall? Gaslöslichkeit in Flüssigkeit steigt mit Druck -> N aus Lunge löst sich beim Tauchen in Blut, bei zu schnellem Auftauchen erfolgt Entsättigung der Gewebe zu langsam -> Gasbläschen im Gewebe -> innere Verletzungen, unterbrochene Blutzufuhr etc. marine Säuger haben stark reduziertes Lungenvolumen beim Tauchen, Restluft wird in obere Atemwege gedrückt -> kein N in Lunge, das sich im Blut lösen könnte
• 27. Warum ist ein hoher CO2-Gehalt im Wasser ein Problem für Fische? wenn viel CO2 im Wasser, verringerte CO2 Abgabe -> mehr CO2 im Blut, geringerer pH -> geringere O2-Kapazität und -Affinität des HB (Root-Effekt) in Organen Root-Effekt erwünscht, wegen O2-Abgabe, an Kiemen eher schlecht
• 33 Was sind biochemische Antworten auf eine Temperaturänderung? bei hohen Temperaturen sinkt das Aktionspotential, bei niedrigen sinken Emzymaktivität und Stoffwechselrate o differentielle Genexpression z.B. Acetylcholinesterase-Isoenzyme im Forellengehirno Änderung von Enzymproteinkonzentrationen, der Proteinsyntheserateo Verschieben des Verhältnisses von Proteinkatabolismus und –anabolismuso Änderung der Fluidität von biologischen Membranen
• 28 Was ist der Bohr-Effekt? Beispiel? O2-Affinität von Hb sinkt mit abnehmendem pH-Wert/zunehmender CO2-Konzentration des Bluts -Bsp: Lunge/Kiemen: hoher pH, niedriger Partialdruck (CO2) --> O2-Affinität des Hb hoch, O2 wird gebunden; Organe: niedriger pH, hoher CO2-Partialdruck --> O2-Affinität des Hb gering, O2 wird abgegeben, Organe mit O2 versorgt
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• 26. Welche physiologischen Anpassungen ans Tauchen besitzen Robben und Wale hinsichtlich ihres O2-Speicher im Blut und im Gewebe, ihres Kreislaufes und ihres anaeroben Stoffwechsels gegenüber eines Menschen? tauchende Säuger – mehr Hämoglobin im Blut, mehr Myoglobin im Gewebe, höheres Blutvolumen-> hoher O2-Gehalt in Blut und Gewebe, wenig in Lunge; bei Mensch über 50 % in Lunge Herzfrequenz senkt sich beim Tauchen (stärker als beim Menschen), nicht benötigte Organe nicht durchblutet (Bsp. Darm) im anaeroben Bereich Zellatmung durch Milchsäuregärung ersetzt (marine Säuger)
• 24 Welche Teleostier haben aglomeruläre Nieren? = Niere ohne Glomerolus Seenadeln, polare Teleostier wie Antarktisdorsch (weil AFPs gehen durch Filter)
• 31 Welche Transporter sind bei der Osmoregulation in den Kiemenzellen (MRC = Mitochondrienreiche Zellen) von besonderer Bedeutung und warum? Süßwasser:- PDN (Pendrin) Cl-/HCO3- Austauscher zwischen H2O und Zelle- ECaC (Epithelial Ca-Channel) Ca2+ aus H2O in Fisch- PMCA (Plasma Membrane Ca2+ ATPase) Ca2+ aus Zelle in Blut- NCE (Na+/Ca2+ Exchanger) Ca2+ ins Blut, Na+ in Zelle Salzwasser- NKA (Na+-K+ ATPase) 2 K+ In Zelle, 3 Na+ in Blut- K+ Kanal; K+ aus Zelle in Blut- NKCC (Na+-K+-2Cl--Cotransporter) aus Blut in Zelle- CFTR (Cl- Kanal) CL- aus Zelle in Wasser
• 30. Welche Wege fanden verschiedene aquatische Organismen um Anoxie zu überleben? -Schildkröten: AnaerobioseReduktion der metabolischen Funktion (inklusive Glykolyse und ATP-Verbrauch bei Membranpotentialen), Pufferung von Lactat aus Milchsäuregärung durch Panzer und Skelett, Bikarbonatpuffer bei kurzzeitiger Anoxie, Mg2+/Ca2+ aus Skelettabbau bei langfristiger Anoxie -marine Polychaeten: Anaerobiose1. frühe Anaerobiose: Phosphagene wie Creatinphosphat als ATP-Quelle, bis diese aufgebraucht --> Milchsäuregärung zu Laktat, Kondensation von AS und Pyruvat (Endprodukt:Opine), Alanin und Malat aus Pyruvat2. späte Anaerobiose: Abbau von Glycogen (anaerob) über Malat zu Propionat, Abgabe von Propionat an Wasser -Karausche: AlkoholgärungLactat aus Muskulatur, Gehirn und Eingeweiden wird in Skelettmuskulatur in Ethanol umgewandelt --> Abgabe über Blut an Kiemen an Wasser
• 32 Wie erfolgt Stickstoffexkretion bei Salzwasserfischen? - passive NH3 oder NH4+ Diffusion über Interstitialraum - Basolaterale NH4+ Aufnahme via Na+K+ ATPase oder via Na+K+2Cl- Cotransporter (an Stelle von K+), anschließend aktive Abgabe ins Wasser via NHE2 ATPasen pumpen Protonen au Kiemen -> Bulkwasser minimal angesäuert -> Gleichgewichtsverschiebung von NH3 zu NH4+ -> keine Rückdiffusion
• 34. Wie ist das Hämoglobin eines Wirbeltieres aufgebaut? Proteinkomplex: 4 Untereinheiten mit aktivem Fe2 Zentrum (1 mol HB bindet 4 mol O2)
• 33 Wie und wann werden AFP-Proteine angeschaltet? AFP durch GH (growth hormone) reguliert, GH-Synthese lichtabhängig o im Sommer: Produktion von GH → AFP´s ausgeschaltet o im Winter keine GH → AFP´s angeschaltet um auf kältere Temperaturen zu reagieren
• 24 Worin liegen die Unterschiede im Bau der Nephrone bei marinen Säugern und Teleostiern? Welche Bedeutung hat dies für den Wasserhaushalt und die Ionenexkretion des Teleostiers? marine Säuger: Nephron mit Henleschleife → zum Blutplasma hyperosmotischer Harn  Teleostier: keine Henle-Schleife (wichtig für Aufkonzentrierung des Urins) → zum Blutplasma hypoosmotischer Harntrinken Meerwasser, extrarenale Ausscheidung von NaCl über Kiemen Harn dient bei Teleostiern nicht der Osmoregulation, sondern Ausscheidung zweiwertiger Ionen (wie Mg2+) und von überschüssigem Stickstoff
• Definieren Sie die Begriffe Osmolarität und Osmolalität - Osmolarität: Anzahl osmotisch wirksamer Teilchen/l Lösungsmittel [mOsmol/l]- Osmolalität: Anzahl osmotisch wirksamer Teilchen/kg Lösumgsmittel [mOsmol/kg]
• Was verstehen Sie unter dem Begriff Osmokonformer? Bsp? - selber osmotischer Wert in Intrazellulärer Flüssigkeit und Milieu – nur Ionenregulation, z.B. Wattwurm (Arenicola marina)
• Was verstehen Sie unter dem Begriff Osmoregulierer? Bsp? - hält osmotischen Wert der Körperflüssigkeit über Ionen- und Osmoregulation konstant, auch wenn sich äußerer osmotischer Wert verändert- Hypoosmotisch: osmotischer Wert des IZF niedriger als Milieu (z.B. Hering (Salzwasserfisch)- Hyperosmotisch: osmotischer Wert des IZF höher als Milieu, z.B. Bachforelle (Süßwasserfisch)
• Nennen Sie ein Bsp. für einen euryhalinen Osmoregulierer! Salzkrebs: Aremia salina
• Was verstehen Sie unter den Begriffen euryhalin & stenohalin? - euryhalin: breiter Toleranzbereich gegenüber des Salzgehaltes- stenohalin: enger Toleranzbereich
• Gibt es Tiere, die Ionenregulation aber keine Osmoregulation betreiben? Wenn ja, wie nennt man diese & geben Sie ein Beispiel! - Osmokonformer: z.B. marine Invertebraten z.B. Wattwurm
• Wo und wie wird der Primärharn in der Wirbeltierniere gebildet? - Ultrafiltration des Blutplasmas im Nierenkörperchen (Glomerolus + Bowman-Kapsel)o Blutdruck drückt Filtrat durch fenestrisches Endothel der Kapillaren → Blutzellen zurückgehalteno Basallamina hält große Proteinmoleküle zurücko Podocyen der Bowman-Kapsel bilden Schlitze mit einer Glykokalyx → nur Niedermolekulares kann passieren → Glykokalyx ist negativ geladen: elektrischer Filter
• Warum ist Ammoniak giftig? - nicht membrangängig, Veränderung der zellulären Ladung- Blockade von Kalium-Kanälen – behindert Membranpotential- Konkurrenz mit Kalium bei Na/K-ATPase kommt im Körper v.a. als Ammoniumion vor
• Wie nehmen Süßwasser Teleostier Ca2+ auf? aus H2O in MRC via ECAC (Epithelial Ca2+ Channel) aus MRC in Blut via PMCA (Plasmamembrane Ca2+ ATPase)und NCE (Na+ Ca2+ Exchanger)
• Was ist TMAO? Trimethylaminoxid verhindert bei Knochenfischen die Denaturierung von Proteinen durch Harnstoff/ Frostschutzmittel
• pH in Puffersystemem (Henderson Hasselbalch) pH = pKa + log A-/HA Ka = DissoziationskonstanteHA = Konz. der SäureA- = Konz. der korrespondierenden Base
• Puffersysteme bei Teleostiern Bikarbonatpuffer nicht gut, weil CO2 nicht abgeatmet werden kann daher zusätzlich Protonenaustauscher an Kiemen und nicht-Bikarbonatpuffer (NBPs):intrazellulär Phosphatpuffer, in Blut Proteinatpuffer
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• Isoton vs. Isoosmotisch Tonie von Teilchen bestimmt, die die ZM nicht passieren können vice versa
• Osmokonformer und Osmoregulierer Konformer: Haie, Schleimaale, Wattwürmer, Echinodermata Regulierer: Teleostier, marine Säuger
• N-Ex über Kiemen NH3 und NH4+ diffundieren nach draußen (aber in geringen Mengen) NH4+ über selbe Wege wie Cl- in MRCs, über NHEZ ins Wasser NH3 über Rhbg in PV-Zellen (umgeben die MRCs), über Rhcg2 ins Wasser
• Fick´sches Gesetz Gasaustausch pro Zeit n/t = -K A (pi - pa) / d n = Teilchenzahl; t = Zeit; K = Krogh´sches Gaskonstante; A = Fläche; pi = Partialdruck innen; d = Diffusionsstrecke
• Hämoglobin Tetramer aus vier Untereinheiten. Jede Untereinheit aus einem Globin, das über Histidin mit einem Pyrfirinring mit Fe2+ Kern (Häm-Gruppe) assoziiert ist 1 mol Blut bindet 4 mol O2, allosterische Koorperation (Briefmarkenmodell, rHB sehr O2 affin, tHB nicht sehr affin, wenn 1 O2 gebunden Konformationsänderung in rHB)
• nenne Gegenstromaustaucher Wärmeaustauscher Pinguinfüße Malpigisches Körperchen Niere Gasaustauscher Schwimmblase Speerfische Heater Tissue Augen
• Hämocyanin Mollusken vs. Athropoden Mollusken1-2 Decamere aus je 10 Untereinheiten, die je 7-8 O2 binden -> 70-160 O2 Athropoden2, 4 oder 8 Hexamere aus je 6 Untereinheiten, die je 1 O2 binden -> 12-48 O2 bei beiden Cu+ Ionen, bei beiden extrazellulär
• Niere Aufbau funktionelle Einheit: Nephron (ca. 1 mio pro Niere)Glomerulus, Bowman-Kapsel, proximaler Tubulus, absteigender und aufsteigender dünner Teil der HS, aufsteigender dicker Teil der HS, distaler Tubulus, Sammelrohr
• Niere Funktion Blut in Glomerulus + Bowman-Kapsel ultrafiltriert (Größe + Ladung) -> Primärharn in prox Tub isoosmotisch, Resorption von Na+, Glukose, Amino -> Resoption von H2O in dünner HS, NaCl in dicker HS -> Konzentrierung des Harns in distalem Tub -> Harnstoff akkumulation an Papillenspitze, Harn hyperosmotisch
• pH Def pH = - log H+

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