Izojonia, izowolemia

Woda - pierwotne środowisko życia

• Izotoniczność - „komórka nie podlega zmianom objętości” (prawie) - bezwzględnie wymagana do przetrwania

• Osmolarność - liczba rozpuszczonych cząsteczek

• St. soli w płynach ustrojowych kręgowców ~ 200 mM

Organizmy:

• izoosmotyczne

• hipoosmotyczne

• hiperosmotyczne

Ryby chrzęstnoszkieletowe (morskie)

Izoosmotyczne (choć stężenie soli jest 2~3 razy niższe niż w morzu) Mocznik: ~ 0.5 M (100 razy wyższe stężenie niż ssaki!)

Wytwarzają metyloaminy (TMAO, betainę, sarkozynę) chroniące białka przed denaturacją

Ryby kostnoszkieletowe (morskie)

Hipoosmotyczne - piją wodę (ale muszą wydalać jony, gł. Na+ i Cl- - skrzela: „komórki chlorkowe”, energochłonne)

Ryby kostnoszkieletowe (słodkowodne)

Hiperosmotyczne - duże ilości moczu (jony są wchłaniane czynnie w skrzelach)

Płazy

Hiperosmotyczne - duże ilości moczu (jony są wchłaniane czynnie przez skórę). Żaba morska - mocznik

Gady

Woda stanowi mniej niż 45% masy ich ciała, więc nie mają zbytniego problemu z jej ucieczką (u kręgowców woda stanowi ponad 75% masy).

Ląd - problemy z utratą wody,

• Utrzymanie właściwego stężenia jonów,

• Usuwanie produktów przemiany materii, toksyn,

• utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej, itd.

Płazy - mogą gromadzić rozcieńczony mocz (do 30% masy ciała - Chirdeptes)

Gady, ssaki, ptaki - szczelne pokrywy ciała (zazwyczaj jednak nie mają problemów z nadmiarem wody).

Nerka:

Miąższ nerki (kora nerki)

Piramida nerkowa (rdzeń)

Kanał zbiorczy

Miedniczka nerkowa

Moczowód

Nefron - jednostka czynnościowa, 1.2 mln nefronów w nerce

GFR - objętość filtrowana przez kłębuszki (1/5 RPF~180 L/dobę)

tętniczka doprowadzająca kłębuszek nerkowy & torebka Bowmana tętniczka odprowadzająca (która ma mniejszą średnicę niż doprowadzająca, co podnosi znacznie ciśnienie wewnątrz torebki).

Śródbłonek tętniczek pokryty jest podocytami.

ilośc moczu ~1.5 L/dobę

mocz pierwotny ~ 180 L/dobę

Filtracja kłębuszkowa

• poniżej ~15 000 Da,

• aniony (białka): 1.8 - 4.4 nm - filtracja częściowa

Śródbłonek naczyń krwionośnych w kłębuszku posiada otwory, przez które mogą przedostawać się różne substancje (poza elementami morfotycznymi krwi; jeśli te pojawią się w moczu, świadczy to o stanie zapalnym).

Podocyty tworzą dodatkową ochronę - zmniejszają otwory i zatrzymują duże białka.

Resorpcja kanalikowa:

1. glukoza (99,5%), mleczany

2. aminokwasy(98%), peptydy i białka

3. jony: Na+(99%), K+, Ca2+(99%), Mg2+(95%), Cl-, HCO3-

4. Woda (99%)

5. Witaminy, mocznik(50%)

Mocz pierwotny powstaje w kłębuszku nerkowym; substancje organiczne wchłaniane są w kanaliku tuż za kłębuszkiem, resorpcja wody zachodzi w kanaliku I-rzędu oraz w ramieniu zstępującym pętli; Na i Cl wchłaniane są w ramieniu wstępującym pętli.

Zagęszczanie moczu regulowane jest hormonalnie i zachodzi w kanaliku zbiorczym.

Resorpcja glukozy

• SGLT - transportuje glukozę razem z Na+ (wykorzystuje gradient Na+)

• W moczu pierwotnym poziom sodu jest taki sam jak w płynach ustrojowych (150 mM).

• Związanie Na+ z SGLT powoduje zmianę konformacji i umożliwia wprowadzenie glukozy do wnętrza komórki kanalika nerkowego.

• GLUT2 - transportuje glukozę do krwi

• Jony Na+ muszą by usuwane z komórek (przy pomocy K+/Na+ ATPazy)

• „cukromocz” - glukoza w moczu - przy stężeniu glukozy ~ 180-200 mg/dL we krwi

Resorpcja białek, peptydów i aminokwasów

• aminokwasy - kotransport z Na+ (energia zużywana na usuwanie Na+ z komórki kanalika)

• oligopeptydy - peptydazy zewnątrzkomórkowe - aminokwasy (Na+) i dipeptydy (H+)

• białka - wchłaniane poprzez egzocytozę w I odcinku kanalika oraz ramieniu zstępującym pętli Henlego

Resorpcja Na+ - gł. w kanaliku krętym bliższym

Kotransport:

- glukoza

- aa's

- Cl-, K+

- HCO3-

- CO2

Resorpcja H2O

60-70% resorpcji następuje w ramieniu zstępującym pętli Henlego

Kanalik musi znajdować się w środowisku hiperosmotycznym (środowisko rdzenia nerki - duża zawartość mocznika).

Zagęszczanie moczu:

• mocz jest hiperosmotyczny już na dole pętli

• wchłanianie substancji w końcowych partiach nefronu

• w kanaliku wstępującym pętli Henlego mocz znów zaczyna być izoosmotyczny, a potem hypoosmotyczny (ścianki są nieprzepuszczalne dla wody; istnieją tylko transportery Na+ i Cl-; tu objętość moczu już się nie zmienia)

Akwaporyny

• 
  homotetramer ~ 28 kDa (monomer)

• Bardzo dużo tych białek występuje w kanaliku zstępującym i zbiorczym (różna odmiany akwaporyn).

• Akwaporyny przepuszczają tylko H20; nie przepuszczają jonów H30+ i w ten sposób uniemożliwiają zmianę pH.

AQP1 - kanalik zstępujący (70% resorpcji)

AQP2 - w kanaliku zbiorczym (regulowane przez wazopresynę)

Wazopresyna (ADH) hamuje wydzielanie moczu (alkohol i kofeina hamują wydzielanie wazopresyny, a nikotyna zwiększa).

Receptor wazopresyny związany jest z białkiem G.

Wzbudzenie transporterów wody powoduje jej zwiększoną resorpcję.

Mocznik - ssaki, płazy, chrzęstnoszkieletowe

Powstaje z połączenia amoniaku (deaminacja aminokwasów!) z CO2, energochłonny - 3ATP/1 cz. mocznika (cykl mocznikowy zachodzi niemal wyłącznie w wątrobie)

Człowiek ~ kilkanaście gramów na dobę

Gady, ptaki - kwas moczowy (C5H4 N4 O3)

Nierozpuszczalny w wodzie

(człowiek <1 g/dobę)

U ssaków kwas moczowy powstaje podczas degradacji kwasów nukleinowych przyjętych z pożywieniem.

Resorpcja Ca2+

• Kotransport z Na+ - gł. W końcowym odcinku kanalika dalszego

• Całkowity wapń w surowicy ~2 mM (wolny ~1.6 mM)

• Hormony regulujące gospodarkę wapniową:

• Parathormon, kalcytonina i kalcyferol

Parathormon (84 aa's) - przytarczyce

• Zwiększa stężenie wapnia w surowicy

• Działa poprzez receptor sprzężony z białkami G

• Wzmaga:

- resorpcję w nerkach

- aktywuje osteoklasty

- zwiększa wchłanianie w jelicie (pośrednio)

Kalcytonina - 32 aa's

• Wytwarzana przez komórki C tarczycy

• Działa poprzez receptor sprzężony z białkami G

• Obniża st. Ca2+ - gł. zwiększając wbudowywanie wapnia do kości i hamując wydzielanie PTH

kalcyferol, cholokalcyferol, witamina D

1,25-(OH)-cholekacyferol lub (1,25 dihydrocholokalcyferol)

• gł. pobudza wchłanianie Ca2+ w jelicie

• pobudza ekspresję genów ATPazy Ca2+ (i wielu innych)

• obniża wydzielanie PTH (ekspresję)

Nerka jest głównym narządem glukoneogennym podczas długotrwałego głodzenia

Wazopresyna wydzielana jest przez przysadkę; przysadka kontrolowana jest przez receptory angiotensyny w przysadce oraz osmoreceptory w podwzgórzu.

fizjologia zwierząt wykład 12

6

ATP

ADP

GLUT2

SGLT1-14

Resorpcja glukozy

(gradient el-chem)

ATP↓

K⁺

Na⁺

Na⁺

Kanalik nabłonek krew

Aldosteron wzmaga resorpcję Na⁺ w kanaliku wstępującym

Angiotensyna II obniża przesącz kłębuszkowy

Wazopresyna wzmaga resorpcję wody w kanaliku zbiorczym (AQP2)

Pobudza wydzielanie wazopresyny

Obkurcza naczynia

Obniża przesącz kłębuszkowy

Wzrost ekspresji Na⁺/K⁺ ATPazy

Resorpcja Na⁺ (jako i wody)

aldosteron

Zmniejszona objętość osocza

renina

angiotensyna II

renina - angiotensyna

Receptor sprzężony z białkiem G i aktywacją fosfolipazy C

(wzrost st. Ca²⁺ w mięśniach gładkich naczyń krwionośnych)

konwertaza angiotensyny

(karboksypeptydaza)

angiotensyna II (8 aa's)

Angiotensynogen ~450 aa's

renina (proteaza asparaginowa ~ 37 kDa)

angiotensyna I (10 aa's)

---