Vorlesungsnotizen 6 PDF

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Mitschrift und beantwortete Aussagen zu Vorlesung 6...

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Tierphysiologie 6 1 2 3

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23.4.2018

Homöostase: Beibehaltung des Zustands Tiere mit respiratorischen Oberflächen, Außenhaut ist respiratorische Oberfläche, findet Diffusion statt a) Sauerstoff gelangt per Diffusion in das Tier, Ventilation in Form eines Kreislaufs möglich, b) Schwämme vergrößern Oberfläche stark, Wasser geht durch Kanäle, c) Kiemen können Körperanhänge sein oder geschützt in Kiemenhöhlen, auch Vergrößerung der Oberfläche, d) Lungen als Einstülpung der Oberfläche, e) Spezialsystem Tracheen (Insekten) sind flüssigkeitsgefüllt, O gelangt über Diffusion ins Körperinnere, münden in Tracheen-End -Zellen, diese liegen eng an Körperzellen an, bei komplizierteren Tieren zwei Diffusionsprozesse ( O gelangt in Kreiskauf, von Kreislauf in Körperzelle) über Oberfläche soll Sauerstoff diffundieren, je größer Oberfläche, desto mehr Moleküle pro Zeit, Konzentration muss außerhalb der Zelle größer ein (Konzentrationsgradient), Diffusionskoeffizient D ist eine Stoffkonstante, abhängig von der Art des Stoffes (Beschreibung über Molmasse), Strecke proportional zu Zeit Sauerstoffpartialdruck: 21% von 1 bar sind Sauerstoff, hat Druck von 210 mbar, Wasserdampfdruck in der Lunge muss abgezogen werden, Berechnung des Sauerstoff von 949 mbar, Alpha als Absorptionskoeffizient, Gas und Partialdruck sind einander in der Lösung proportional CO2 extrem gut löslich in Wasser, Hämoglobin sorgt für 100 mal mehr Sauerstoff im Blut als physikalisch gelöst werden kann tetrameres Protein aus 2 alpha und 2 beta UE, jede UE hat ein Häm, Häm bindet Sauerstoff Pyrole enthalten 1 Stickstoff, Reste beziehen sich auf menschliches Hämoglobin, zentral 1 Eisen lokalisiert, bindet 4mal Stickstoff, 1 stelle für binden an O, wenn kein O vorhanden Bindung an H2O, Histidin hält Häm an seiner Position Deoxyhämoglobin bindet keinen Sauerstoff Myoglobin ist Monomer, ist eng mit Hämoglobin verwandt (evolutionär), Hämoglobin aus Myoglobin entwickelt, Hämoglobin hat viele Alpha Helices Bindung des O zieht am Porphyrin Gerüst, dadurch nicht mehr konkav, sondern planar, Affinität für CO ist höher als für O, aber O kann CO verdrängen (Beispiel: Selbstmord mit Autoabgas, Rettung durch Zugabe mit reinem Sauerstoff), 3wertiges Eisen Hämiglobin kann keinen Sauerstoff binden, Reparaturprozesse durch Enzyme reduzieren wieder zu Fe2+, tense= deoxygenierte Form, Bindung des Sauerstoffs führt zu Zerren am Histidin, weil Gerüst planar wird, dadurch auch Änderung der AS im Arrangement, Zerren führt auch zur Bildung von Salzbrücken und H-Brücken, Bindung an einem Ort führt zur Konformationsänderung an anderem Ort (Allosterie)

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Sättigungskurve hat sigmoide Form po2 in Kapillaren und Alveolen unterschiedlich, in dem Bereich dazwischen wir Sauerstoff abgegeben (physiologischer Bereich)

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homotroph: der Ligand sorgt für Konformationsänderung, tensed Form: niedrige Sauerstoffaffinität, abgebildete Vorgänge führen zur sigmoiden Form der Kurve

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Erhöhung des pH- Werts entspricht Erniedrigung des Partialdrucks von Co2, niedrige co2 Konzentration: Bindung an Hämoglobin besser, schlägt sofort in tense- Konformation um

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wenn Wasserstoffionen an Hämoglobin binden wird o2 frei (Bohreffekt) Lysin und Histidin bilden eine salzbrücke, wenn Histidin protoniert ist, dann hat es höhere pK, dadurch Anziehung von Aspartam, dadurch ist es Deoxyhämoglobin Bei Oxyhämoglobin keine Salzbrücke, dadurch keine Anziehung des Aspartam, freie Drehbarkeit Bohreffekt größenabhängig, Maus hat größere Stoffwechsel pro kg Körpergewicht, Sauerstoffaffinität bei Maus höher (mehr Verbrauch pro kg) gereinigtes Hämoglobin hat extrem hohe Affinität für Sauerstoff, Co2 wirkt verschlechternd, bei Zugabe CO2 und BPG erreicht man „schlechte“ Bindung des Blutes wenn BPG in Lücke passt stabilisiert es Deoxyhämoglobin BPG verringert Affinität des Sauerstoffs. Wenn es nicht vorhanden wäre würde Sauerstoff schlecht abgegeben werden

Klausurrelevante Fragen

Die Diffusion von Molekülen ist proportional der Fläche und dem Konzentrationsunterschied und umgekehrt proportional dem Diffusionskoeffizienten und der Weglänge. Bei Verdopplung der Weglänge vervierfacht sich die Diffusionszeit. Für die Diffusion über eine Strecke von 2 μm benötigen Teilchen mit einem fiktiven 2∗10−4

Diffusionskoeffizienten von 2 x 10-6 cm2 x s-1 im Mittel 50 s. 2∗2∗10−6 Der Sauerstoffanteil in wasserdampffreier Luft sei 20%. Bei einem Gesamtluftdruck von 1 bar und einem Wasserdampfdruck von 40 mbar beträgt dann der Sauerstoffpartialdruck 192 mbar. 100040=960 20% von 960= 192 Sauerstoff sei in einem Gasgemisch mit einer relativen Konzentration von 15% vertreten. Die maximale Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser sei 34 ml pro Liter Wasser. Insgesamt lösen sich 4,5 ml Sauerstoff in einem Liter Wasser, wenn Gasphase und Flüssigkeitsphase miteinander im Gleichgewicht stehen. [Gas]= α* PPart 15%= 150 mbar 𝛼 bei 15° =3% 150 mbar*0,03=4,5 ml/l Das Fe2+ im Häm ist mit 4 Koordinationsstellen an die Stickstoffatome des Porphyrinrings gebunden. Seine restlichen zwei Koordinationsstellen werden zur Bindung eines Histidinrestes des Globins und der entsprechenden Liganden (z.B. O2, CO, CO2 und H2O) verwendet. Kohlendioxid verdrängt aufgrund seiner höheren Affinität O2 vom zentralen Fe2+. Nach der Dissoziation des Sauerstoffs vom Eisen des Häms wird das Häm planar. -> nach Bindung Die Bewegung des Fe2+ aufgrund der Bindung von O2 führt zu Konformationsänderung des Globins in der direkten Umgebung, wodurch sich auch in den weiter entfernten Bereichen zwischen den Untereinheiten Salz- und Wasserstoffbrücken bilden und lösen. -> Konformationsänderung in der Allosterie Das Eisenion im Methämoglobin ist zweiwertig. -> dreiwertig Hämiglobin entsteht durch Wechselwirkung von O2 mit dem zentralen Eisenion des Hämoglobins. Der sigmoide Verlauf der Sauerstoff-Bindungskurve von Hämoglobin ergibt sich aus homotropen allosterischen Wechselwirkungen zwischen den Untereinheiten aufgrund der Sauerstoff-Bindung. Da Hämoglobin aus 4 Untereinheiten besteht, hat der Hill-Koeffizient der Bindung von Sauerstoff an menschliches Hämoglobin einen Wert von 4. Das Symmetriemodell der Sauerstoff-Bindung durch Hämoglobin verlangt, dass die Untereinheiten eines Hämoglobinmoleküls unabhängig von der Sauerstoffkonzentration alle

entweder in der T oder in der R-Konformation vorliegen. Homotrope Allosterie beim Hämoglobin bedeutet, dass sich seine Raumstruktur durch die Bindung von Sauerstoff verändert. Bei steigender Temperatur steigt die Affinität des Hämoglobins für Sauerstoff. -> sinkt Die Erhöhung der Affinität des Hämoglobins für Sauerstoff bei steigender Temperatur zeigt an, dass die O2-Bindung an Hämoglobin eine exotherme Reaktion ist. Die Reaktion von CO2 mit der α-Aminogruppe am N-terminalen Ende jeder Untereinheit des Hämoglobins führt zur Bildung von Carbamat. Die Bildung von Carbamino-Hämoglobin durch Bindung von CO2 führt zur Erniedrigung der Affinität des Hämoglobins für Sauerstoff. Deoxyhämoglobin ist eine stärkere Base als Oxyhämoglobin, weil ein bestimmtes Histidin in der T-Konformation einen höheren pK-Wert hat als in der R-Konformation. Durch die Bindung von 2,3-Bisphosphoglycerat an die β-Untereinheiten des Hämoglobins sinkt dessen Affinität für O2. Ein sinkender pH im Blut führt zur Erhöhung der Produktion von 2,3-Bisphosphoglycerat. -> steigender Die Aktivität der 2,3-Bisphosphoglycerat-Phosphatase ist in den Erythrocyten niedrig....