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41.4: Stickstoffhaltige Abfälle - Biologie

41.4: Stickstoffhaltige Abfälle - Biologie


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Fähigkeiten zum Entwickeln

  • Vergleichen und vergleichen Sie die Art und Weise, wie Wasser- und Landtiere giftiges Ammoniak aus ihren Systemen eliminieren können
  • Vergleichen Sie das Hauptnebenprodukt des Ammoniakstoffwechsels bei Wirbeltieren mit dem von Vögeln, Insekten und Reptilien

Von den vier Hauptmakromolekülen in biologischen Systemen enthalten sowohl Proteine ​​als auch Nukleinsäuren Stickstoff. Beim Katabolismus oder Abbau stickstoffhaltiger Makromoleküle werden Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff extrahiert und in Form von Kohlenhydraten und Fetten gespeichert. Überschüssiger Stickstoff wird aus dem Körper ausgeschieden. Stickstoffhaltige Abfälle neigen dazu, giftiges Ammoniak zu bilden, das den pH-Wert der Körperflüssigkeiten erhöht. Die Bildung von Ammoniak selbst erfordert Energie in Form von ATP und große Mengen Wasser, um es aus einem biologischen System zu verdünnen. Tiere, die in Gewässern leben, neigen dazu, Ammoniak ins Wasser abzugeben. Tiere, die Ammoniak ausscheiden, werden als ammonotelisch bezeichnet. Terrestrische Organismen haben andere Mechanismen entwickelt, um stickstoffhaltige Abfälle auszuscheiden. Die Tiere müssen Ammoniak entgiften, indem sie es in eine relativ ungiftige Form wie Harnstoff oder Harnsäure umwandeln. Säugetiere, einschließlich des Menschen, produzieren Harnstoff, während Reptilien und viele wirbellose Landtiere Harnsäure produzieren. Tiere, die Harnstoff als primäres stickstoffhaltiges Abfallmaterial absondern, werden als ureotelische Tiere bezeichnet.

Stickstoffhaltiger Abfall bei Landtieren: Der Harnstoffkreislauf

Der Harnstoffzyklus ist der Hauptmechanismus, durch den Säugetiere Ammoniak in Harnstoff umwandeln. Harnstoff wird in der Leber gebildet und mit dem Urin ausgeschieden. Die chemische Gesamtreaktion, durch die Ammoniak in Harnstoff umgewandelt wird, beträgt 2 NH3 (Ammoniak) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (Harnstoff) + 2 ADP + 4 Pich + AMP.

Der Harnstoffzyklus verwendet fünf Zwischenschritte, die von fünf verschiedenen Enzymen katalysiert werden, um Ammoniak in Harnstoff umzuwandeln, wie in Abbildung (PageIndex{1}) gezeigt. Die Aminosäure L-Ornithin wird in verschiedene Zwischenprodukte umgewandelt, bevor sie am Ende des Harnstoffzyklus regeneriert wird. Daher wird der Harnstoffzyklus auch als Ornithinzyklus bezeichnet. Das Enzym Ornithin-Transcarbamylase katalysiert einen wichtigen Schritt im Harnstoffzyklus und sein Mangel kann zu einer Ansammlung toxischer Ammoniakspiegel im Körper führen. Die ersten beiden Reaktionen erfolgen in den Mitochondrien und die letzten drei Reaktionen im Zytosol. Die Harnstoffkonzentration im Blut, genannt Blutharnstoffstickstoff oder BUN, wird als Indikator für die Nierenfunktion verwendet.

Evolution-Verbindung

Ausscheidung von stickstoffhaltigen Abfällen

Die Evolutionstheorie geht davon aus, dass das Leben in einer aquatischen Umgebung begann. Es ist nicht überraschend zu sehen, dass sich biochemische Stoffwechselwege wie der Harnstoffzyklus entwickelt haben, um sich an eine sich ändernde Umwelt anzupassen, als sich terrestrische Lebensformen entwickelten. Trockene Bedingungen führten wahrscheinlich zur Entwicklung des Harnsäurewegs als Mittel zur Wassereinsparung.

Stickstoffhaltiger Abfall bei Vögeln und Reptilien: Harnsäure

Vögel, Reptilien und die meisten terrestrischen Arthropoden wandeln giftiges Ammoniak in Harnsäure oder die eng verwandte Verbindung Guanin (Guano) anstelle von Harnstoff um. Auch Säugetiere bilden beim Abbau von Nukleinsäuren etwas Harnsäure. Harnsäure ist eine Purin-ähnliche Verbindung, die in Nukleinsäuren vorkommt. Es ist wasserunlöslich und neigt dazu, eine weiße Paste oder ein weißes Pulver zu bilden; es wird von Vögeln, Insekten und Reptilien ausgeschieden. Die Umwandlung von Ammoniak in Harnsäure erfordert mehr Energie und ist viel komplexer als die Umwandlung von Ammoniak in Harnstoff Abbildung (PageIndex{2}).

Alltagsverbindung

Gicht

Säugetiere verwenden Harnsäurekristalle als Antioxidans in ihren Zellen. Zu viel Harnsäure neigt jedoch zur Bildung von Nierensteinen und kann auch eine schmerzhafte Erkrankung namens Gicht verursachen, bei der sich Harnsäurekristalle in den Gelenken ansammeln, wie in Abbildung (PageIndex{3}) dargestellt. Eine Auswahl von Nahrungsmitteln, die die Menge an stickstoffhaltigen Basen in der Nahrung reduzieren, trägt zur Verringerung des Gichtrisikos bei. Tee, Kaffee und Schokolade haben beispielsweise purinähnliche Verbindungen, sogenannte Xanthine, und sollten von Menschen mit Gicht und Nierensteinen vermieden werden.

Zusammenfassung

Ammoniak ist der Abfall, der durch den Stoffwechsel von stickstoffhaltigen Verbindungen wie Proteinen und Nukleinsäuren entsteht. Während Wassertiere Ammoniak leicht in ihre wässrige Umgebung ausscheiden können, haben Landtiere spezielle Mechanismen entwickelt, um das giftige Ammoniak aus ihren Systemen zu entfernen. Harnstoff ist das Hauptnebenprodukt des Ammoniakstoffwechsels bei Wirbeltieren. Harnsäure ist das Hauptnebenprodukt des Ammoniakstoffwechsels bei Vögeln, terrestrischen Arthropoden und Reptilien.

Rezensionsfragen

BUN ist ________.

  1. Blutharnstoffstickstoff
  2. Blutharnsäure Stickstoff
  3. ein Indikator für das Blutvolumen
  4. ein Indikator für den Blutdruck

EIN

Der Mensch sammelt ________, bevor er stickstoffhaltigen Abfall ausscheidet.

  1. Stickstoff-
  2. Ammoniak
  3. Harnstoff
  4. Harnsäure

C

Freie Antwort

Warum könnte sich der Harnstoffzyklus in Bezug auf die Evolution in Organismen entwickelt haben?

Es wird angenommen, dass sich der Harnstoffzyklus entwickelt hat, um sich an eine sich ändernde Umgebung anzupassen, als sich terrestrische Lebensformen entwickelten. Trockene Bedingungen führten wahrscheinlich zur Entwicklung des Harnsäurewegs als Mittel zur Wassereinsparung.

Vergleichen und kontrastieren Sie die Bildung von Harnstoff und Harnsäure.

Der Harnstoffzyklus ist der Hauptmechanismus, durch den Säugetiere Ammoniak in Harnstoff umwandeln. Der Harnstoffzyklus nutzt fünf Zwischenschritte, die von fünf verschiedenen Enzymen katalysiert werden, um Ammoniak in Harnstoff umzuwandeln. Vögel, Reptilien und Insekten hingegen wandeln giftiges Ammoniak in Harnsäure statt in Harnstoff um. Die Umwandlung von Ammoniak in Harnsäure erfordert mehr Energie und ist viel komplexer als die Umwandlung von Ammoniak in Harnstoff.

Glossar

Ammoniak
Verbindung aus einem Stickstoffatom und drei Wasserstoffatomen
ammonotelisch
beschreibt ein Tier, das Ammoniak als primären Abfallstoff ausscheidet
Antioxidans
Wirkstoff, der die Zellzerstörung durch reaktive Sauerstoffspezies verhindert
Blutharnstoffstickstoff (BUN)
Schätzung von Harnstoff im Blut und ein Indikator für die Nierenfunktion
Harnstoffzyklus
Weg, über den Ammoniak in Harnstoff umgewandelt wird
ureotisch
beschreibt Tiere, die Harnstoff als primären stickstoffhaltigen Abfallstoff absondern
Harnsäure
Nebenprodukt des Ammoniakstoffwechsels bei Vögeln, Insekten und Reptilien

41.4: Stickstoffhaltige Abfälle - Biologie

Harnstoff, ein stickstoffhaltiger Abfallstoff, ist das Endprodukt, das im Urin ausgeschieden wird, wenn Ammoniak von Tieren wie Säugetieren verstoffwechselt wird.

Lernziele

Die zentralen Thesen

Wichtige Punkte

  • Ureotelische Tiere, zu denen auch Säugetiere gehören, produzieren Harnstoff als wichtigstes stickstoffhaltiges Abfallmaterial.
  • 2 NH3 + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 + 2 ADP + 4 Pi + AMP ist die chemische Reaktion, bei der giftiges Ammoniak in Harnstoff umgewandelt wird.
  • Der Harnstoffzyklus beinhaltet die mehrstufige Umwandlung (durchgeführt von fünf verschiedenen Enzymen) der Aminosäure L-Ornithin in verschiedene Zwischenprodukte, bevor sie regeneriert wird.

Schlüsselbegriffe

  • ureotisch: Tiere, die Harnstoff als primären stickstoffhaltigen Abfallstoff absondern
  • ornithin: eine Aminosäure, die als Zwischenprodukt bei der Biosynthese von Harnstoff fungiert
  • Harnstoff: eine wasserlösliche organische Verbindung, CO(NH2)2, die durch den Stoffwechsel von Proteinen gebildet und mit dem Urin ausgeschieden wird

Stickstoffhaltiger Abfall bei Landtieren: Der Harnstoffkreislauf

Säugetiere, einschließlich des Menschen, sind die Hauptproduzenten von Harnstoff. Da sie als primäres stickstoffhaltiges Abfallprodukt Harnstoff absondern, werden sie als ureotelische Tiere bezeichnet. Harnstoff spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel stickstoffhaltiger Verbindungen durch Tiere. Es ist die wichtigste stickstoffhaltige Substanz im Urin von Säugetieren. Harnstoff ist ein farbloser, geruchloser Feststoff, gut wasserlöslich und praktisch ungiftig. In Wasser gelöst ist es weder sauer noch alkalisch. Der Körper verwendet es in vielen Prozessen, wobei der bemerkenswerteste die Stickstoffausscheidung ist. Harnstoff wird häufig in Düngemitteln als bequeme Stickstoffquelle verwendet. Es ist auch ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie.

Neben Säugetieren findet sich Harnstoff auch im Urin von Amphibien und einigen Fischen. Interessanterweise scheiden Kaulquappen Ammoniak aus, wechseln aber während der Metamorphose zur Harnstoffproduktion. Beim Menschen spielt Harnstoff nicht nur als Überträger von Abfallstickstoff eine Rolle im Gegenstrom-Austauschsystem der Nephrone, das eine Rückresorption von Wasser und kritischen Ionen aus dem ausgeschiedenen Urin ermöglicht. Dieser Mechanismus, der durch ein antidiuretisches Hormon gesteuert wird, ermöglicht es dem Körper, hyperosmotischen Urin zu bilden, der eine höhere Konzentration an gelösten Substanzen als das Blutplasma aufweist. Dieser Mechanismus ist wichtig, um den Wasserverlust zu verhindern, den Blutdruck aufrechtzuerhalten und eine geeignete Konzentration von Natriumionen im Blutplasma aufrechtzuerhalten.

Der Harnstoffzyklus ist der Hauptmechanismus, durch den Säugetiere Ammoniak in Harnstoff umwandeln. Harnstoff wird in der Leber gebildet und mit dem Urin ausgeschieden. Die chemische Gesamtreaktion, durch die Ammoniak in Harnstoff umgewandelt wird, beträgt 2 NH3 (Ammoniak) + CO2 + 3 ATP + H2O → H2N-CO-NH2 (Harnstoff) + 2 ADP + 4 Pich + AMP.

Der Harnstoffzyklus nutzt fünf Zwischenschritte, die von fünf verschiedenen Enzymen katalysiert werden, um Ammoniak in Harnstoff umzuwandeln. Die Aminosäure L-Ornithin wird in verschiedene Zwischenprodukte umgewandelt, bevor sie am Ende des Harnstoffzyklus regeneriert wird. Daher wird der Harnstoffzyklus auch als Ornithinzyklus bezeichnet. Das Enzym Ornithin-Transcarbamylase katalysiert einen Schlüsselschritt im Harnstoffzyklus. Sein Mangel kann zu einer Ansammlung toxischer Ammoniakspiegel im Körper führen. Die ersten beiden Reaktionen laufen in den Mitochondrien ab, während die letzten drei Reaktionen im Zytosol ablaufen.

Harnstoffzyklus: Der Harnstoffzyklus wandelt Ammoniak in Harnstoff in fünf Schritten um, die die Katalyse von fünf verschiedenen Enzymen beinhalten.


Stickstoffhaltiger Abfall bei Landtieren: der Harnstoffkreislauf

Der Harnstoffzyklus ist der Hauptmechanismus, durch den Säugetiere Ammoniak in Harnstoff umwandeln. Harnstoff wird in der Leber gebildet und mit dem Urin ausgeschieden. Die chemische Gesamtreaktion, durch die Ammoniak in Harnstoff umgewandelt wird, beträgt 2 NH 3 (Ammoniak) + CO 2 + 3 ATP + H 2 O &rarr H 2 N-CO-NH 2 (Harnstoff) + 2 ADP + 4 P ich + AMP.

Der Harnstoffzyklus verwendet fünf Zwischenschritte, die von fünf verschiedenen Enzymen katalysiert werden, um Ammoniak in Harnstoff umzuwandeln, wie in [Link] gezeigt. Die Aminosäure L-Ornithin wird in verschiedene Zwischenprodukte umgewandelt, bevor sie am Ende des Harnstoffzyklus regeneriert wird. Daher wird der Harnstoffzyklus auch als Ornithinzyklus bezeichnet. Das Enzym Ornithin-Transcarbamylase katalysiert einen wichtigen Schritt im Harnstoffzyklus und sein Mangel kann zu einer Ansammlung toxischer Ammoniakspiegel im Körper führen. Die ersten beiden Reaktionen erfolgen in den Mitochondrien und die letzten drei Reaktionen im Zytosol. Die Harnstoffkonzentration im Blut, genannt Blutharnstoffstickstoff oder BUN, wird als Indikator für die Nierenfunktion verwendet.

Der Harnstoffzyklus wandelt Ammoniak in Harnstoff um.


Abschnittszusammenfassung

Ammoniak ist der Abfall, der durch den Stoffwechsel von stickstoffhaltigen Verbindungen wie Proteinen und Nukleinsäuren entsteht. Während Wassertiere Ammoniak leicht in ihre wässrige Umgebung ausscheiden können, haben Landtiere spezielle Mechanismen entwickelt, um das giftige Ammoniak aus ihren Systemen zu entfernen. Harnstoff ist das Hauptnebenprodukt des Ammoniakstoffwechsels bei Wirbeltieren. Harnsäure ist das Hauptnebenprodukt des Ammoniakstoffwechsels bei Vögeln, terrestrischen Arthropoden und Reptilien.


Evolution-Verbindung

Vögel, Reptilien und die meisten terrestrischen Arthropoden wandeln giftiges Ammoniak in Harnsäure oder die eng verwandte Verbindung Guanin (Guano) anstelle von Harnstoff um. Auch Säugetiere bilden beim Abbau von Nukleinsäuren etwas Harnsäure. Harnsäure ist eine den Purinen ähnliche Verbindung, die in Nukleinsäuren vorkommt. Es ist wasserunlöslich und neigt dazu, eine weiße Paste oder ein weißes Pulver zu bilden, das von Vögeln, Insekten und Reptilien ausgeschieden wird. Die Umwandlung von Ammoniak in Harnsäure erfordert mehr Energie und ist viel komplexer als die Umwandlung von Ammoniak in Harnstoff [Link] .

Stickstoffhaltige Abfälle werden von verschiedenen Arten in unterschiedlicher Form ausgeschieden. Diese umfassen (a) Ammoniak, (b) Harnstoff und (c) Harnsäure. (Kredit a: Modifikation der Arbeit von Eric Engbretson, USFWS Credit b: Modifikation der Arbeit von B. "Moose" Peterson, USFWS Credit c: Modifikation der Arbeit von Dave Menke, USFWS)


Schau das Video: Die Niere 2 Organe des Menschen (Juli 2022).


Bemerkungen:

  1. Abriell

    wunderbar nützlicher Satz

  2. Giollamhuire

    Ich denke, dass Sie einen Fehler begehen. Schreib mir per PN, wir besprechen das.

  3. Bac

    Direkt am Ziel



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