Informacija

Išsiskyrimas ir medžiagų apykaitos atliekos?

Išsiskyrimas ir medžiagų apykaitos atliekos?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

sN yT eP dG nF tg bz BD bt qA Se wX Ij ad dC Bx

Žinau, kad yra skirtumas tarp virškinimo ir medžiagų apykaitos atliekų, bet kuris iš jų vadinamas išsiskyrimu? O kaip vadinasi kitas? Dėkoju!


Išmetimas yra nesuvirškinto maisto pašalinimas, kuris paprastai vyksta per išangę. Nors įdomu, o gal tiesiog šiurkščiai, plokščiosios kirmėlės turi naudoti burną, jei neturi išangės. Tai yra nemetabolizuojama medžiaga.

Išskyrimas – tai bet kokios metabolizuojamos medžiagos, įskaitant šlapimą ar anglies dioksidą, patekimas į aplinką.


13) Išsiskyrimas žmonėms

Išskyrimas yra šių medžiagų pašalinimas:

  • toksiškos medžiagos
  • metabolizmo atliekos
  • medžiagų perteklius iš organizmų

Aminorūgščių perteklius kepenyse deaminuojamas, kad susidarytų glikogenas ir karbamidas. Karbamidas krauju pašalinamas iš audinių ir pašalinamas per inkstus.

  • Kepenys – Suskaido aminorūgščių perteklių ir gamina karbamidą.
  • Plaučiai – Iškvėpdami pašalinkite CO2 ir H2O.
  • Inkstai – Pašalina iš kraujo karbamidą ir kitas azotines atliekas bei pašalina vandens perteklių, druskas. Hormonai ir vaistai.
  • Oda – Praranda vandenį, druską, karbamidą, bet ne šalinimo organą.

Kepenys ir jų vaidmuo gaminant baltymus:

  • Suvaidina svarbų vaidmenį asimiliacija (absorbuojančios) amino rūgštys.
  • Pašalina aminorūgštis iš kraujo plazmos ir paverčia jas baltymais.
  • Baltymai yra ilgos aminorūgščių grandinės, sujungtos peptidiniais ryšiais.

Deaminacija: yra azoto turinčios aminorūgščių dalies pašalinimas, kad susidarytų karbamidas.

  • Šlapimas paimamas iš inkstų į šlapimo pūslė prie šlapimtakiai.
  • Šlaplė yra vamzdelis, kuriuo šlapimas pašalinamas iš kūno.
  • Kai kurie junginiai, susidarantys vykstant organizmo reakcijoms, gali būti toksiški, jei jų koncentracija didėja.
  • CO2 tirpsta skysčiuose, tokiuose kaip audinių skystis ir kraujo plazma, ir susidaro anglies rūgštis. Šis rūgštingumo padidėjimas gali turėti įtakos fermentų veikimui ir gali būti mirtinas.
  • Amoniakas susidaro kepenyse, kai suskaidomas aminorūgščių perteklius. Tačiau amoniakas yra labai šarminis ir toksiškas. Jis paverčiamas karbamidu, kuris yra daug mažiau nuodingas, todėl yra saugus azoto pertekliaus pašalinimo būdas.

Mikroskopinė inkstų struktūra:

  • Inkstų audinys susideda iš daugybės kapiliarų ir mažų vamzdelių, vadinamų inkstų kanalėliai, laikomi kartu su jungiamuoju audiniu.
  • The žievė yra tamsi, išorinė sritis.
  • The smegenys yra šviesesnė, vidinė zona.
  • Inksto arterija perneša kraują į inkstą, o inkstų vena jį išneša.
  • Šlapimtakis nešioja šlapimą iš inkstų į šlapimo pūslę.
  • Kur šlapimtakis prisijungia prie inksto, yra tarpas, vadinamas dubens.
  • Inkstų arterija dalijasi į daugybę arteriolių ir kapiliarų, daugiausia žievėje.
  • Kiekviena arteriolė veda į glomerulų. Tai yra kapiliaras, pakartotinai suskaidytas ir susuktas, sudarydamas indų mazgą.
  • Kiekvieną glomerulą beveik visiškai supa puodelio formos organas, vadinamas a inkstų kapsulė, kuris veda į susuktą inkstų kanalėlis.
  • Šis vamzdelis po kelių ritinių ir kilpų prisijungia prie surinkimo kanalas, kuris praeina per smegenėlę, kad atsivertų į dubenį.
  • A nefronas yra vienas glomerulas su inkstų kapsule, inkstų kanalėliu ir kraujo kapiliarais.
  • Dėl kraujospūdžio glomeruluose dalis kraujo plazmos nutekėja per kapiliarų sieneles.
  • Raudonieji kraujo kūneliai ir plazmos baltymai yra per dideli, kad galėtų išeiti iš kapiliarų, todėl skystis, kuris filtruojasi, yra plazma be baltymų.
  • Taigi skystį daugiausia sudaro vanduo su ištirpusiomis druskomis, gliukozė, karbamidas ir šlapimo rūgštis.
  • Procesas, kurio metu skystis iš organizmo filtruojamas glomerulų, vadinamas ultrafiltracija.
  • Filtratas iš glomerulų susirenka į inkstų kapsulę ir nuteka inkstų kanalėliuose.
  • Tai darydami, vamzdelius supantys kapiliarai sugeria atgal į kraują šias organizmui reikalingas medžiagas.
  • Pirma, visa gliukozė reabsorbuojama kartu su didele vandens dalimi.
  • Tada kai kurios druskos paimamos atgal, kad būtų išlaikyta teisinga koncentracija kraujyje.
  • Vadinamas organizmui reikalingų medžiagų absorbcijos procesas selektyvi reabsorbcija.
  • Molekulės, kurios nėra selektyviai reabsorbuojamos, tęsiasi išilgai nefrono kanalėlio kaip šlapimas.

Dializės aparatas (dirbtinis inkstas):

Dializė yra procedūra, kuri filtruoja ir valo kraują mašina

  • gliukozės koncentracija, panaši į normalią kraujyje
  • jonų koncentracija panaši į normalioje kraujo plazmoje
  • nėra karbamido

Kadangi dializės skystyje nėra karbamido, yra didelis koncentracijos gradientas – tai reiškia, kad karbamidas difuzijos būdu juda per iš dalies pralaidžią membraną iš kraujo į dializės skystį.

Kadangi dializės skystyje yra gliukozės koncentracija, lygi normaliam cukraus kiekiui kraujyje, tai neleidžia grynajam gliukozės judėjimui per membraną, nes nėra koncentracijos gradiento.

Kadangi dializės skysčio jonų koncentracija yra panaši į idealią kraujo plazmos koncentraciją, jonai juda per membraną tik tada, kai yra disbalansas.


Inkstų vaidmuo | Inkstų histologija

Įvadas

Išskyrimas apima medžiagų apykaitos atliekų produktų atskyrimą ir pašalinimą iš organizmo. Šiame procese dalyvauja įvairūs organai: plaučiai, žiaunos, oda ir kt. Inkstai ir jų latakai yra pagrindiniai visą darbo laiką išskiriantys organai ir sudaro išskyrimo sistemą.

Be medžiagų apykaitos atliekų šalinimo, šalinimo sistema veikia palaikant tinkamą vandens balansą organizme: vandens, neorganinių druskų ir kitų medžiagų pusiausvyrą vidinėje organizmo aplinkoje. Vandens balanso problemos, su kuriomis susiduria jūriniai, gėlavandeniai ir sausumos stuburiniai, labai skiriasi, ir stebėtina, kad jų inkstai yra tokie pat panašūs, kaip ir jie.

Visų stuburinių gyvūnų inkstus sudaro kraujagyslių mazgai, glomerulai arba glomera, glaudžiai susiję su inkstų kanalėlių masėmis ( 1 pav(a), 1(b), ir 2 ). Vienas kanalėlis su susijusiomis kraujagyslėmis yra nefronas.

Figūra 1 . Smeigtuko šunelio inkstų dalies fotomikrografija (Squalus acanthias). a) Trys glomerulai (vienaskaita, glomerula) dešinėje yra apsupti daugybe inkstų kanalėlių. Gležni kapiliarai (nematyti) įsiveržia į laisvą jungiamąjį audinį tarp kanalėlių. 10 ×. b ) Vienas iš a punkte nurodytų glomerulų yra apsuptas nefrotinės kapsulės (Bowmano kapsulė). Kapsulė susideda iš paprasto plokščiojo epitelio ir primena balioną, kurį įstumia glomerulas, kad kiekvienas kapiliaras būtų padengtas visceraliniu nefrinės kapsulės sluoksniu, o tarpas – parietaliniu sluoksniu. Likusį lauką užpildo inkstų kanalėlių masės. Retkarčiais tarp kanalėlių atsiranda 40 × kapiliarų.

2 pav. Mikrografijos, skirtos parodyti kapiliarų kilpas gėlavandenės žuvies inkstų ląstelėse (Carassius auratus gibelio) Viršuje: skilties fotomikrografija, rodanti gerai išvystytą kapiliarų mazgą su daugybe kilpų ir plačiai patentuotą liumeną. AA, aferentinė arteriolė su juxtaglomerulinėmis ląstelėmis (rodyklės). Skalė = 10 μm. Apačioje: kapiliarų kilpų paviršiaus skenuojantis elektroninis mikrografas, kuriame yra rutuliniai podocitai, iš kurių tęsiasi pirminiai ir antriniai pėdų procesai. Skalė = 10 μm.

Iš Elger M ir Hentschel H (1981) Stentohalino gėlo vandens teleosto glomerulas, Carassius auratus gibelio, pritaikytas druskingam vandeniui. Skenavimo ir perdavimo elektronų mikroskopinis tyrimas. Ląstelių ir audinių tyrimai 220: 73–85 .


Išsiskyrimas ir medžiagų apykaitos atliekos? - Biologija

Audesirk / Audesirk: Gyvenimas Žemėje 21 skyrius. Mityba, virškinimas ir išsiskyrimas

Kokių maistinių medžiagų reikia gyvūnams?

A. Gyvūnų maistinės medžiagos skirstomos į penkias pagrindines klases: angliavandeniai, lipidai, baltymai, mineralai, vitaminai.

1. Šios maistinės medžiagos aprūpina organizmą pagrindiniais poreikiais: a. energijos, kuri skatina ląstelių metabolizmą ir veiklą

b. cheminės statybinės medžiagos, tokios kaip aminorūgštys, skirtos sudaryti sudėtingas molekules, unikalias kiekvienam organizmui

c. mineralų ir vitaminų, dalyvaujančių įvairiose medžiagų apykaitos reakcijose.

1. Sudėtiniai angliavandeniai yra pagrindinis energijos šaltinis, paimamas į organizmą. Gyvūnai, įskaitant žmones, kepenyse ir raumenyse kaupia angliavandenius, vadinamus glikogenu (labai išsišakojusia gliukozės molekulių grandine). Vėliau jis suskaidomas į gliukozę - pagrindinį energijos šaltinį, prieinamą atskiroms ląstelėms.

2. Paprastas cukrus neturi ląstelienos ar vitaminų bei mineralų.

1. Fosfolipidai ir cholesterolis yra svarbūs membranų komponentai, riebalai yra energijos atsargos ir užtikrina izoliaciją bei amortizaciją.

2. Riebalai sudaro 40 procentų amerikietiškos dietos, jų turėtų būti mažiau nei 30 procentų.

3. Organizmui reikia labai mažai polinesočiųjų riebalų, kad būtų aprūpinamos nepakeičiamomis riebalų rūgštimis, kurių organizmas negamina pats. Žmonės negali sintetinti linolo rūgšties, kuri reikalinga tam tikrų fosfolipidų sintezei, todėl turime gauti šios nepakeičiamos riebalų rūgšties.

4. Cholesterolis naudojamas tulžies rūgščių ir lytinių hormonų sintezei, tačiau per didelis kiekis daro žalą kraujotakos sistemai.

1. Skaidant baltymus susidaro karbamido atliekos, kurias inkstai filtruoja iš kraujo. Specializuotos dietos, kuriose baltymai yra pagrindinis energijos šaltinis, sukelia papildomą įtampą inkstams. Pagrindinis maistinių baltymų vaidmuo yra amino rūgščių šaltinis naujoms molekulėms gaminti.

2. Iš dvidešimties baltymų amino rūgščių devynios yra būtinos. Tai reiškia, kad jie turi būti su maistu, pavyzdžiui, mėsa, pienas, kiaušiniai, kukurūzai, pupelės ir sojos pupelės. Kadangi daugelyje augalinių baltymų trūksta kai kurių nepakeičiamų aminorūgščių, vegetariškos dietos turintiems asmenims turi būti priskiriami įvairūs augalai, kurių baltymai kartu nepateiks visų, arba jie rizikuos baltymų trūkumu.

1. Gyvūnams reikia įvairių mineralų, kurie yra mažos neorganinės molekulės ir elementai

2. Mineralų reikia gauti su maistu arba iš maisto, arba ištirpinti vandenyje.

3. Reikalingi mineralai:

a. Ca, Mg, P (kaulai ir dantys)

b. Na, K (raumenų susitraukimas ir nervinių impulsų laidumas)

c. Fe (hemoglobino gamyba)

d. I (randama skydliaukės gaminamuose hormonuose)

e. taip pat reikia nedidelio kiekio cinko, vario ir seleno.

1. Žmonėms reikia nedidelio kiekio mažiausiai trylikos organinių molekulių, vadinamų vitaminais, kad padėtų ląstelių metabolizmui.

2. Vitaminų organizmas negali susintetinti (pakankamu kiekiu) ir turi būti gaunamas iš maisto.

3. Žmogaus vitaminai yra suskirstyti į dvi kategorijas: tirpus vandenyje ir tirpus riebaluose.

4. Vandenyje tirpūs vitaminai apima vitaminą C ir vienuolika skirtingų junginių, sudarančių vitamino B kompleksą, kurie ištirpsta kraujyje ir išsiskiria per inkstus. Šie vitaminai paprastai veikia kartu su fermentais, skatindami chemines reakcijas, tiekiančias energiją ar sintetinančias medžiagas.

5. Riebaluose tirpūs vitaminai A, D, E ir K gali būti kaupiami kūno riebaluose ir ilgainiui gali kauptis organizme. Visų pirma, vitaminas K padeda reguliuoti kraujo krešėjimą, o vitaminas A naudojamas akies regėjimo pigmentui gaminti. Riebaluose tirpūs vitaminai gali būti toksiški, jei vartojami per didelėmis dozėmis.

A. Ankstyvieji žmonės valgydavo vaisius ir daržoves. Dabartiniai žmonės valgo maistą, kuriame gausu riebalų, cukraus ir druskos.

B. Rekomenduojamos proporcijos žmogaus mityboje yra šios:

1. Sudėtingi angliavandeniai: 58-60%

2. Baltymai: 12-15%

3. Riebalai ir kiti lipidai: 20-25 %

C. Subalansuota mityba paprastai atitinka visus šių medžiagų reikalavimus, nes per didelis jų suvartojimas yra bent jau švaistomas, o blogiausiu atveju kenksmingas.

A. Maistinėse medžiagose esanti energija matuojama kalorijomis. Kalorija – tai energijos kiekis, kurio reikia 1 gramo vandens temperatūrai pakelti 1 laipsniu Celsijaus. Maisto produktų kalorijų kiekis matuojamas kalorijų vienetais (1000 kalorijų).

B. Norint išlaikyti priimtiną svorį, suvartojamų kalorijų kiekis turi subalansuoti energijos išeigą. Žmogaus kūnas ramybės metu sudegina 1550 kalorijų per dieną. Pratimai žymiai padidina kalorijų poreikį.

C. Kalorijų poreikį galima įvertinti padauginus norimą svorį iš 10 (neaktyvus žmogus) arba 15 (vidutiniškai aktyvus) arba 20 (labai aktyvus), o tada, atsižvelgiant į amžių, atimant nuo 0 iki 400.

25–34 metų amžius atima nulį.

Amžius 35-44 atima 100

Amžius 45–54 m. atimkite 200.

55-64 metų amžius atima 300.

Virš 65 atimkite 400.

D. Nutukimas yra riebalų perteklius organizmo riebaliniame audinyje pagal apibrėžimą, kad šis terminas taikomas asmenims, kurie yra 25 procentais sunkesni už idealų.

Mityba ir organinė medžiagų apykaita

A. Maistinių medžiagų molekulės sumaišomos ir sumaišomos, kai jos yra absorbuojamos.

B. Netrukus po valgio padidėja angliavandenių kiekis, kai kurie iš jų virsta riebalais, o kiti - kepenyse ir raumenų audiniuose.

C. Tarp valgymų gliukozės lygis palaikomas suskaidant glikogeno atsargas kepenyse, o amino rūgštys virsta gliukozės riebalų rūgštimis, kurias ląstelės gali tiesiogiai panaudoti energijai gauti.

D. Kepenys yra vertingas maistinių medžiagų konversijos ir cheminių medžiagų detoksikacijos organas.

1. Virškinimo sistema yra vidinė erdvė arba vamzdelis, kuriame yra specializuoti maisto transportavimo, perdirbimo ir laikymo regionai. a. Neišsami virškinimo sistema turi vieną angą.

b. Pilna virškinimo sistema yra vamzdelis su dviem angomis, leidžiantis maistui judėti viena kryptimi per spindį.

2. Virškinimo sistema atlieka šias penkias funkcijas:

a. Nurijimas: maistas turi būti įtrauktas į virškinimo organą

b. Mechaninis suskirstymas: maistas turi būti fiziškai suskaidytas į gabalus, sumaišytas ir transportuojamas.

c. Cheminis skilimas: maisto dalelės turi būti veikiamos fermentų ir hormonų, dėl kurių didelės molekulės suskaidomos į mažesnes molekules, galinčias kirsti žarnyno gleivinę.

d. Absorbcija: mažos molekulės turi būti gabenamos iš virškinimo organo į kraują ir limfą.

e. Eliminacija - nesuvirškintų ir neabsorbuotų liekanų pašalinimas žarnyno gale.

1. Intraląstelinis virškinimas: kai ląstelė pasiglemžia, maistas uždaromas į maisto vakuolę. Vėliau maisto vakuolė susilieja su lizosomomis, o maistas vakuolėje suskaidomas į mažesnes molekules, kurios gali būti absorbuojamos į ląstelių citoplazmą.

2. Ekstraląstelinis virškinimas:

a. Gastrovaskulinė ertmė, randama cnidarians, pavyzdžiui, jūros anemone, hydra ir medūzos, yra tarpląstelinio virškinimo forma. Maistas, sugautas geliančių čiuptuvų, patenka į skrandžio ir kraujagyslių ertmę, kur fermentai jį skaido. Ląstelės, dengiančios ertmę, sugeria maistines medžiagas ir sugeria mažas maisto daleles, kuriose tolesnis virškinimas vyksta naudojant ląstelinį virškinimą. Nesuvirškintos liekanos galiausiai išstumiamos pro tą pačią angą, pro kurią pateko.

b. Virškinimas vamzdelyje: žmonių ir kitų stuburinių gyvūnų virškinamieji traktai yra vamzdiniai su keliais skyriais, kurių maistas pirmiausia fiziškai suskaidomas, o paskui chemiškai suskaidomas, kol jį absorbuoja atskiros ląstelės. Gyvūnai, kurių virškinamojo trakto vamzdeliai yra tokie, naudoja ekstraląstelinį virškinimą, kad suskaidytų savo maistą.

3. Regioninė specializacija ir#146s koreliuoja su šėrimo elgesiu.

a. Atrajotojai (pavyzdžiui, karvės) gali nuolat valgyti žolę ir turėti daug skrandžių, kad suvirškintų celiuliozę.

b. Atrajotojų skrandžiai turi keturias kameras. Pirmoji kamera - prieskrandis - išsivystė į didžiulę fermentacijos talpyklą, apimančią daugybę bakterijų ir blakstienų rūšių, kurios klesti abipusiai naudinguose santykiuose su atrajotojais. Šie mikroorganizmai gamina celiuliozę - fermentą, kuris suskaido celiuliozę į sudedamąsias dalis.

c. Gyvūnai, turintys nenutrūkstamo šėrimo įpročius, gali turėti organus saugojimui. y., voverės

Žmogaus virškinimo sistema (29-6 lentelė)

21 skyrius 3 skyrius / laboratorijos vadovas 17.1 skyrius

A. Žmogaus virškinimo sistema yra daugiau nei 20 pėdų ilgio.

1. Specializuoti regionai apima burną, ryklę, stemplę, skrandį, plonąją žarną, gaubtinę žarną, tiesiąją žarną ir išangę.

2. Priedinės liaukos yra seilių liaukos, kepenys (su tulžies pūsle) ir kasa.

Šlapimo sistema ir homeostazė

A. Ekstraląstelinio skysčio, kurį sudaro gyvas ląsteles supantis intersticinis skystis ir kraujagyslėse esantis kraujas, tūris ir sudėtis palaikomi toleruotinose ribose šlapimo sistemos.

B. Žinduolių šlapimo sistema padeda palaikyti homeostazę keliais būdais:

1. Jis reguliuoja jonų, tokių kaip natris, kalis, chloridas ir kalcis, kiekį kraujyje.

2. Jis reguliuoja vandens kiekį kraujyje

3. Jis palaiko tinkamą kraujo pH.

4. Svarbių maistinių medžiagų, tokių kaip gliukozė ir amino rūgštys, išlaikymas kraujyje.

5. Jis išskiria hormonus, tokius kaip eritropoetinas, kuris skatina raudonųjų kraujo kūnelių gamybą

6. Pašalina ląstelių atliekas, tokias kaip karbamidas.

1. Vanduo gaunamas dviem procesais: a. Vanduo iš skysčių ir kieto maisto absorbuojamas virškinimo trakte.

b. Maistinių medžiagų apykaita išskiria vandenį kaip šalutinį produktą.

2. Vanduo prarandamas bent keturiais procesais:

a. Vanduo išsiskiria su šlapimu.

b. Garavimas vyksta iš kvėpavimo paviršių ir per odą.

c. Odos paviršiuje atsiranda prakaitavimas.

d. Vandens pašalinimas išmatose yra normalus reiškinys.

D. Solute pelnai ir nuostoliai

1. Tirpiosios medžiagos į vidinę aplinką įtraukiamos keturiais procesais: a. Maisto medžiagos, mineraliniai jonai, vaistai ir maisto priedai pasisavinami virškinimo trakte.

b. Iš endokrininių liaukų išsiskiria hormonai.

c. Kvėpavimas į kraują įneša deguonies.

d. Metabolizmo reakcijos prisideda prie atliekų.

2. Mineraliniai jonai ir medžiagų apykaitos atliekos prarandami šiais trimis būdais:

a. Su šlapimu išsiskiria amoniakas (susidaręs iš aminorūgščių), karbamidas (susidaro kepenyse sujungiant du amoniakus ir#146) ir šlapimo rūgštis (iš nukleorūgščių).

b. Kvėpuojant pašalinamas anglies dioksidas, gausiausias medžiagų apykaitos atliekos.

c. Dėl prakaitavimo prarandami mineraliniai jonai.

Žinduolių šlapimo sistema

1. Inkstai (2) filtruoja įvairias medžiagas iš kraujo.

a. Didžioji dalis filtrato grąžinama į kraują, apie 1 procentas patenka į šlapimą.

b. Inkstai reguliuoja tarpląstelinio skysčio tūrį ir tirpios medžiagos koncentraciją.

2. Šlapimas iš kiekvieno inksto per šlapimtakį patenka į šlapimo pūslę (saugojimui), o paskui iš organizmo per šlaplę.

3. Šlapinimasis yra refleksinis atsakas, bet gali būti kontroliuojamas nerviniais ir raumenų veiksmais.

Inkstų struktūra ir funkcija

A. Kiekvienas inkstas yra maždaug kumščio dydžio pupelės formos darinys.

1. Tvirtas jungiamojo audinio sluoksnis, inkstų kapsulė, dengia kiekvieną inkstą.

2.Viduje yra išorinė žievės sritis, esanti virš smegenų dalies.

3. Nefronai, susidedantys iš kraujo kapiliarų ir kanalėlių, filtruoja vandenį ir tirpias medžiagas iš kraujo ir grąžina didžiąją jo dalį.

B. Inkstų funkciniai vienetai Nefronai

1. Filtravimas vyksta glomeruluose – kapiliarų kamuoliuke, esančiame Bowmano kapsulėje.

2. Bowmano kapsulė surenka filtratą ir nukreipia jį per nepertraukiamus nefrono kanalėlius: proksimalinę -& gt kilpą Henle -ir gt distalinį -& gt surinkimo kanalą.

3. Kapiliarai išeina iš glomerulų, susilieja, tada vėl išsišakoja į pilvaplėvės kapiliarus aplink nefrono kanalėlius, kur jie dalyvauja regeneruojant vandenį ir esminius tirpiklius.

Šlapimo susidarymo procesai, apžvalga

1. Filtruojant kraujospūdis iš glomerulų kapiliarų išsifiltruoja į Bowmano kapsulę, tada į proksimalinį kanalėlį.

a. Kraujo ląstelės, baltymai ir kitos didelės tirpios medžiagos negali praeiti kapiliarų sienelės į kapsulę.

b. Vanduo, gliukozė, natris ir karbamidas yra pašalinami.

2. Reabsorbcija vyksta nefrono vamzdinėse dalyse, kur vanduo ir tirpios medžiagos juda per vamzdinę sienelę, iš nefrono ir patenka į aplinkinius kapiliarus.

3. Sekrecija perkelia medžiagas iš kapiliarų į nefrono sienas.

a. Nefronus supantys kapiliarai išskiria per didelį kiekį vandenilio jonų ir kalio jonų į nefrono kanalėlius.

b. Šis procesas taip pat išvalo iš organizmo vaistų, šlapimo rūgšties, hemoglobino skilimo produktų ir kitų atliekų.

4. Šlapimas gali susikoncentruoti, nes Henlės kilpą supančiame intersticiniame skystyje yra druskų ir karbamido osmosinis koncentracijos gradientas.

A. Filtravimą įtakojantys veiksniai

1. Inkstai kiekvieną minutę gali apdoroti apie 125 ml (apie 4 uncijos) kraujo dėl dviejų veiksnių: a. Glomerulų kapiliarai yra labai pralaidūs vandeniui ir mažoms tirpstančioms medžiagoms.

b. Kraujas patenka į glomerulus esant aukštam slėgiui, šių arteriolių skersmuo yra didesnis nei daugumos arteriolių.

2. Greitis, kuriuo inkstai filtruoja tam tikrą kraujo tūrį, priklauso nuo kraujo tėkmės per juos ir reabsorbcijos greičio kanalėliuose, veikia nervinė ir hormoninė kontrolė.

B. Vandens ir natrio reabsorbcija

1. Inkstuose esantys mechanizmai kruopščiai reguliuoja medžiagų išsiskyrimą ir susilaikymą, atsižvelgdami į jų suvartojimą ir kūno poreikį. a. Natrio jonai išpumpuojami iš proksimalinio kanalėlio (filtrato) ir į peritubulinius kapiliarus supantį intersticinį skystį.

b. Nemažas vandens kiekis pasyviai teka žemyn sukurtu gradientu.

c. Nusileidžiančioje Henle kilpos galūnėje vanduo osmoso būdu išeina, tačiau kylančioje dalyje natris pumpuojamas.

d. Dėl šios kilpos galūnių sąveikos gilesnėse inksto šerdies dalyse susidaro labai didelė tirpių medžiagų koncentracija ir į distalinius kanalėlius patenka gana atskiestas šlapimas.

2. Hormonų sukeltas koregavimas

a. Antidiurezinis hormonas (ADH) iš užpakalinės hipofizės išskiriamas reaguojant į ekstraląstelinio skysčio sumažėjimą. Dėl ADH distaliniai kanalėliai ir surinkimo kanalai tampa pralaidūs vandeniui, kuris grįžta atgal į kraujo kapiliarus, todėl daugiau vandens gali reabsorbuotis iš šlapimo. .

b. Kai sumažėja natrio kiekis, sumažėja ir tarpląstelinio skysčio tūris, todėl kai kurios inkstų ląstelės išskiria reniną, kuris veikia antinksčių žievę ir išskiria aldosteroną, kuris skatina natrio reabsorbciją.

c. Kai tarpląsteliniame skystyje padidėja tirpių medžiagų koncentracija, pagumburio troškulio centras reaguoja mažindamas seilių gamybą ir sukelia troškulį.

C. Kraujo spaudimo ir deguonies kiekio reguliavimas

1. Du hormonai, kuriuos gamina inkstai, yra svarbūs reguliuojant kraujospūdį ir deguonies pernešimą kraujyje – reninas ir eritropoetinas.

2. Kai kraujospūdis sumažėja, inkstai reniną išskiria į kraują. Reninas veikia kaip fermentas, katalizuojantis antrojo hormono angiotenzino susidarymą. Angiotenzinas savo ruožtu sukelia arteriolių susitraukimą, todėl padidėja kraujospūdis.

3. Susiaurėjus arterijoms, pernešančioms kraują į inkstus, taip pat sumažėja kraujo filtravimo greitis, todėl iš vandens pašalinama mažiau vandens. Vandens susilaikymas sukelia kraujo tūrio padidėjimą, taigi ir kraujospūdžio padidėjimą.

4. Reaguodami į mažą deguonies kiekį kraujyje, inkstai išskiria antrąjį hormoną eritropoetiną. Eritropoetinas krauju keliauja į kaulų čiulpus, kur skatina greitesnę raudonųjų kraujo kūnelių, kurių vaidmuo yra transportuoti deguonį, gamybą.

A. Natrio ir vandens pertekliaus susilaikymas gali sukelti hipertenziją.

B. Šlapimo rūgšties, kalcio druskų ir kitų atliekų nuosėdos gali nusėsti inkstų dubenyje ir formuotis inkstų akmenims. Ach.

C. Inkstų dializės aparatai reikalingi, jei prarandama normali ekstraląstelinio skysčio tūrio ir sudėties kontrolė.

1. Hemodializės metu aparatas yra prijungtas tiesiai prie kraujagyslės keturias valandas triskart per savaitę.

2. Atliekant peritoninę dializę, skystis įpilamas į paciento pilvo ertmę, kad būtų membraninės dializės terpė, po to po tam tikro laiko nusausinamas.

Pagrindinės kūno temperatūros palaikymas

A. Daug įvairių fiziologinių ir elgesio reakcijų padeda palaikyti vidinę kūno temperatūrą.

B. Temperatūra, tinkama visam gyvenimui

1. Fermentai išlieka funkcionalūs 0–40 o C diapazone.

2. Virš 41 o C denatūracija vyksta, todėl fermentas tampa neveiksmingas.

3. Vėsesnė temperatūra negali sutrikdyti veiklos, bet ją sulėtinti per pusę už kiekvieną 10 laipsnių kritimą.

1. Radiacija – tai šilumos gavimas iš kurio nors šaltinio arba šilumos praradimas iš kūno į aplinką, priklausomai nuo aplinkos temperatūros.

2. Laidumas yra šilumos perdavimas iš vieno objekto į kitą, kai jie tiesiogiai liečiasi, kaip kai žmogus sėdi ant šalto (ar karšto!) Betono.

3. Konvekcija yra šilumos perdavimas judančiu skysčiu, pavyzdžiui, oru ar vandeniu.

4. Garavimas - tai procesas, kurio metu įkaitinta medžiaga iš skysčio virsta dujine, o aplinka praranda šilumą.

Gyvūnų klasifikacija pagal temperatūrą

1. Gyvūnai, kurių medžiagų apykaita yra maža, šilumą gauna iš aplinkos.

2. Ektotermos, tokios kaip driežai, koreguoja kintančią išorinę temperatūrą taip, kaip mes vadiname elgesio temperatūros reguliavimu.

1. Endotermai generuoja šilumą iš medžiagų apykaitos veiklos, taip pat kontroliuoja šilumos išsaugojimą ir išsklaidymą.

2. Endotermos turi tokias adaptacijas kaip plunksnos, kailis ar riebalai, kad sumažėtų šilumos nuostoliai. Jos taip pat pakoreguoja savo elgesį, pavyzdžiui, per karščius judėdamos po žeme.

C. Heterotermijos, tokios kaip kolibris, aktyviaisiais laikotarpiais generuoja kūno šilumą, bet neveiklumo metu primena ektotermas.

D. Palygintos šiluminės strategijos

1. Ektotermos yra pranašesnės tropikuose, kur joms nereikia eikvoti daug energijos kūno temperatūrai palaikyti.

2. Endotermai turi pranašumą esant vidutiniam ir šaltam režimui.

Žinduolių temperatūros reguliavimas

A. Atsakymai į šaltą stresą

1. Žinduoliai reaguoja į šaltį, susiaurindami odos kraujagyslių lygiuosius raumenis (periferinis kraujagyslių susiaurėjimas), o tai sulėtina šilumos nuostolius.

2. Pilomotorinio atsako metu plaukai arba plunksnos tampa statesni, kad susidarytų ramaus oro sluoksnis, kuris sumažina konvekcinius ir radiacinius šilumos nuostolius.

3. Ritminis drebulys (drebulys) yra dažnas atsakas į šaltį, tačiau nėra veiksmingas labai ilgai ir yra susijęs su didelėmis medžiagų apykaitos sąnaudomis.

4. Žiemojantys žinduoliai hormoną stimuliuojant specialų rudą riebalinį audinį gali sukelti nesukeliančią šilumą.

5. Hipotermija yra būklė, kai šerdies temperatūra nukrenta žemiau normos, ji gali pažeisti smegenis, o nušalimas yra vietinė ląstelių mirtis dėl užšalimo.

B. Atsakymai į karščio stresą

1. Periferinis kraujagyslių išsiplėtimas - tai kraujagyslių skersmens padidėjimas, kad didesni kraujo kiekiai pasiektų odą ir išsklaidytų šilumą.

2. Garavimo šilumos nuostoliai prakaituojant yra įprastas ir akivaizdus aušinimo mechanizmas.

3. Pantą naudoja gyvūnai, turintys labai mažai prakaitavimo galimybių.

4. Hipertermija yra šerdies temperatūros pakilimas, turintis pražūtingų padarinių.

1. Karščiuojant pagumburis atstato kūno „termostatą“ į naują laikiną šerdies temperatūrą. a. Karščiavimo pradžioje sumažėja šilumos nuostoliai ir padidėja šilumos gamyba, žmogus jaučiasi sušalęs.

b. Kai karščiavimas nutrūksta, periferinis kraujagyslių išsiplėtimas ir prakaitavimas didėja, nes organizmas bando sumažinti šerdies temperatūrą iki normalios.

2. Atrodo, kad kontroliuojamas kūno temperatūros padidėjimas (ribose) karščiavimo metu sustiprina organizmo imuninį atsaką.

Autorių teisės 2000, Steven Wormsley
Paskutinį kartą atnaujino 2000 m. Sausio 5 d. Stevenas Wormsley


Planarijų ir kirminų nefridijos liepsnos ląstelės

Kai daugialąstelinės sistemos išsivystė į organų sistemas, kurios padalijo organizmo medžiagų apykaitos poreikius, atskiri organai išsivystė, kad atliktų išskyrimo funkciją. Planarijos yra plokščios kirmėlės, gyvenančios gėlame vandenyje. Jų išskyrimo sistema susideda iš dviejų kanalėlių, sujungtų su labai šakota kanalų sistema. Ląstelės kanalėliuose vadinamos liepsnos ląstelės (arba protonefridijos ), nes jie turi blakstienų grupę, kuri žiūrint mikroskopu atrodo kaip mirganti liepsna, kaip parodyta 22.10 paveiksle a . Blakstienos varo atliekas žemyn kanalėliuose ir išeina iš kūno per išsiskyrimo poras, kurios atsiveria ant kūno paviršiaus, blakstienos taip pat semia vandenį iš tarpinio skysčio, todėl jas galima filtruoti. Bet kokie vertingi metabolitai atkuriami reabsorbcijos būdu. Liepsnos ląstelės randamos plokščiuosiuose kirmėlėse, įskaitant parazitinius kaspinuočius ir laisvai gyvenančias planarijas. Jie taip pat palaiko organizmo osmosinę pusiausvyrą.

22.10 pav. (A) planarijų išskyrimo sistemoje liepsnos ląstelių blakstienos varo atliekas per vamzdelį, kurį sudaro vamzdelis. Vamzdeliai yra sujungti į šakotas struktūras, kurios veda prie porų, esančių išilgai kūno šonų. Per šias poras išsiskiria filtratas. (b) annelidai, tokie kaip sliekai, nefridijų filtro skystis iš koelomo arba kūno ertmės. Plakdami blakstienas ties nefridžio anga, vanduo iš koelomo traukiamas į kanalėlį. Kai filtratas teka kanalėliais, maistinės medžiagos ir kitos tirpios medžiagos vėl absorbuojamos kapiliaruose. Filtruotas skystis, kuriame yra azoto ir kitų atliekų, yra laikomas šlapimo pūslėje ir išskiriamas per kūno šone esančias poras.

Sliekai (anelidai) turi šiek tiek daugiau išsivysčiusių išskyrimo struktūrų, vadinamų nefridija , pavaizduota 22.10 paveiksle b . Pora nefridijų yra kiekviename slieko segmente. Jie yra panašūs į liepsnos ląsteles, nes jie turi vamzdelį su blakstienomis. Išskyrimas vyksta per poras, vadinamas nefridioporas . Jos yra labiau išsivysčiusios nei liepsnos ląstelės, nes turi sistemą, skirtą kanalėlių reabsorbcijai per kapiliarų tinklą prieš išskyrimą.


Diskusija

Mūsų tikslas buvo apibūdinti pagrindinius žiemos miego metu vykstančius metabolinius koregavimus normaliomis sąlygomis nevalgius ir įvertinti galimą sezoninį poveikį. Šis tyrimas rodo, kad miškiniai paukščiai naudoja dvejopą strategiją, kad susidorotų su normoterminiu badavimu: (1) jie greitai slopina medžiagų apykaitos greitį (nebent jie jau veikia labai lėtai, kaip pavasarį), galbūt sumažindami energijos sąnaudas iki žemiausio lygio, kuris vis dar suderinamas su normoterminį gyvenimą, ir (2) jie pertvarko kuro pasirinkimo modelį, kad sutaupytų ribotų baltymų atsargų.

Pasninko sukelta metabolinė depresija

Maitintoje būsenoje medžiagų apykaitos greitis vasarą yra daug didesnis nei pavasarį (+35%, žr. 1 lentelę), ir šis pastebėjimas atitinka paskelbtus matavimus, susijusius su absorbuojančiomis medžio drožlėmis ir kiaunėmis (Bailey, 1965 Körtner ir Heldmaier, 1995) Rawson ir kt., 1998). Po pavasario susijaudinimo žemas bazinis medžiagų apykaitos greitis yra labai svarbus norint išgyventi normoterminį badavimo laikotarpį, kuris paprastai trunka 5 mėnesius po žiemos miego (Davis, 1967 Hamilton, 1934 Snyder ir kt., 1961). Pasninko metu metabolinė depresija buvo naudojama tik vasarą (sumažėjo 25% O2 per 2 savaites 2 pav.), ir tai neįvyko pavasarį. Šis stebėjimas rodo įdomią galimybę, kad normoterminis bazinis metabolizmas turi apatinę ribą. Galimas minimalios bazinės medžiagų apykaitos normoterminių žinduolių buvimas patvirtinamas tuo, kad vasariniai ir pavasariniai miškiniai paukščiai sunaudoja vienodą energijos kiekį po 14 badavimo dienų, nors jų rodikliai prieš nevalgius yra labai skirtingi. Triušių matavimai papildomai remia tą pačią koncepciją, nes šios rūšies medžiagų apykaitos greitis po absorbcijos yra daug didesnis nei pavasarinių ar vasarinių medžių, tačiau pasninkavimo metu pasireiškia stipresnė metabolinė depresija (-32% tik per 7 dienas). Triušių parodytas greitas energijos sąnaudų sumažėjimas yra nepakankamas, kad visiškai kompensuotų jų aukštą medžiagų apykaitos greitį po absorbcijos (1 lentelė, 2A pav.), Todėl triušių kūno masė prarandama daug greičiau (7 proc. d.) nei miške (-13 % per 14 dienų) (1 pav.). Dėl šios priežasties eksperimentai su triušiais turėjo būti nutraukti po 1 savaitės (pagal mūsų gyvūnų priežiūros komiteto nustatytą ribą), ir mes negalėjome nustatyti, ar ilgesnis badavimo laikotarpis galiausiai sumažins triušių medžiagų apykaitos greitį iki mažesnio lygio. pastebėtas medžio drožlėse. Abiejų rūšių organizme metabolinę depresiją lydėjo nedidelis, bet reikšmingas kūno temperatūros sumažėjimas (3 pav.), kaip anksčiau buvo pastebėta kitų rūšių, įskaitant žiurkes, atveju (Ma ir Foster, 1986). Atrodo, kad, kaip ir vasariniai miškiniai paukščiai, kiti žinduoliai, kurių bazinė medžiagų apykaita yra žema, nevalgius nesugeba slopinti medžiagų apykaitos. Eksperimentai su Virginia opossum Didelphis virginiana, panašaus kūno dydžio (3–4 kg) žvėris, atskleidė, kad ši naktinė rūšis pasiekia mažiausią medžiagų apykaitos greitį – ~200 μmol O.2 kg -1 min -1 (arba 4,5 ml O2 kg -1 min -1) dienos metu (žr. 1 pav., Weber ir O'Connor, 2000). Ši minimali poabsorbcijos norma yra identiška žemiausiai vertei, kuri buvo pastebėta medžio drožlėse (2A pav.), O Virginia opossum negali toliau mažinti savo medžiagų apykaitos greičio, reaguodama į badavimą (Weber ir O'Connor, 2000).

Du pagrindiniai ATP sunaudojantys procesai, lemiantys bazinį medžiagų apykaitos greitį, yra transmembraninis jonų siurbimas ir baltymų sintezė (Rolfe ir Brown, 1997). Galima įsivaizduoti, kad žinduoliai gali tik iki minimumo sureguliuoti šiuos esminius procesus, žemiau kurių yra pažeistas normoterminis gyvenimas. Pavyzdžiui, sumažinti jonų siurbimo išlaidas galima pasiekti sumažinus membranų jonų nutekėjimą, keičiant fosfolipidų prisotinimo laipsnį (Hulbert ir Else, 2000). Tačiau fosfolipidų prisotinimo keitimas taip pat paveiks daugelį kitų svarbių membranų funkcijų, nes pasikeis bendras skysčio tūris (pvz., Jautrumas insulinui), ir toks plačiai paplitęs sutrikimas gali būti nesuderinamas su žinduolių gyvenimu esant ~ 37 ° C temperatūrai. Kitas būdas sumažinti energijos sąnaudas nevalgius būtų sumažinti mitochondrijų protonų nutekėjimą – procesą, kuris atskiria deguonies suvartojimą nuo ADP fosforilinimo. Du naujausi tyrimai rodo, kad badavimas ir kalorijų apribojimas neturi įtakos protonų nutekėjimui (Bézaire ir kt., 2001 Ramsay ir kt., 2004), o kitas rodo, kad protonų nutekėjimas sumažėja per sudėtingi mechanizmai, kurie skiriasi priklausomai nuo kalorijų ribojimo trukmės (Bevilacqua ir kt., 2004). Akivaizdu, kad galimas minimalaus normoterminio metabolizmo greičio egzistavimas endotermose ir mechaniniai jo specifinio nustatymo apribojimai reikalauja tolesnio tyrimo.

Degalų pasirinkimo pokyčiai: tausojantis baltymus

Be medžiagų apykaitos depresijos, ilgalaikis badavimas turi didelę įtaką degalų pasirinkimui. Mūsų eksperimentuose pagrindiniai pokyčiai, kuriuos sukėlė maisto trūkumas, įvyko per 2 dienas, todėl visos po šio laiko išmatuotos vertės buvo sujungtos kiekvienai gyvūnų grupei (4 pav.). Abiejose rūšyse dominuojantis angliavandenių, kurie paprastai palaiko energijos apykaitą poabsorbcijos būsenoje (I fazė), vartojimas buvo greitai pakeistas dideliu lipidų vartojimu (II fazė), nes badavimas buvo tęsiamas (4 pav.). Tačiau ryškiausi kuro pasirinkimo skirtumai buvo pastebėti dėl baltymų taupymo. Pavasarį medžio kukurūzų grynasis baltymų oksidacijos greitis buvo mažiausias, matyt, todėl, kad jų kuro pasirinkimo būdas labiau atspindėjo žiemos miego būseną nei vasarą. Šeriant, baltymai sudarė tik 8% pavasarinių meškiukų medžiagų apykaitos greičio, o 17%.O2 vasarinėse drožlėse, o didelė vertė - 28 proc.O2 triušiuose (4A pav.). Visos grupės turėjo galimybę sumažinti absoliutų ir santykinį grynosios baltymų oksidacijos greitį, reaguodamos į nevalgius. Praėjus daugiau nei 3 dienoms be maisto, baltymų indėlis sumažėjo iki 5%O2 pavasario medžio drožlėse, 6%O2 vasarą miškiniai ir 20 proc.O2 triušiuose. Todėl medžio drožlės pasižymi puikiu baltymų taupymo gebėjimu (taip pat atsispindi daug mažesniame vandens suvartojimo ir šlapimo išsiskyrimo lygyje nei triušiai, žr. 6 pav.), Ypač vasarą. Šiuo metų laiku jie gali ne tik sumažinti bendrą energijos suvartojimo greitį, kad susidorotų su badavimu, bet ir žymiai sumažinti priklausomybę nuo baltymų. Ši medžiagų apykaitos strategija padeda išsaugoti raumenų masę ir buvo pastebėta kitoms rūšims, pritaikytoms ilgai nevalgius. Veisantys suaugę ruoniai ir atjunkyti ruonių jaunikliai paprastai kelias savaites išsilaiko be maisto, nes jų metabolizmas sumažėja iki ~45 % normalių šertų gyvūnų, o jų priklausomybė nuo baltymų – iki 6 %. O2(Nørdoy ir kt., 1993, 1990 Worthy ir Lavigne, 1987). Tačiau kraštutiniausias baltymų taupymo pajėgumas gali būti lokys. Vasarą pakuočių ledo nuosmukis apsaugo nuo baltųjų lokių U. maritimus nuo ruonių medžioklės ir, atrodo, sumažina baltymų oksidaciją iki 1 % O2 reaguojant į badavimą (Atkinson ir kt., 1996 Nelson, 1987). Juodieji lokiai Ursus americanus ir grizliai U. arctos sumažina kūno temperatūrą keliais laipsniais ir medžiagų apykaitos greitį ~30% jų „pseudožiemos miego“ metu, kuris gali trukti iki 6 mėnesių (Watts ir kt., 1981). Per tą laiką azoto atliekos neišsiskiria (Barboza ir kt., 1997 Nelson, 1973, 1980 Nelson ir kt., 1973), o šiam pastebėjimui paaiškinti buvo pasitelkti du galimi mechanizmai: (1) visiškas baltymų oksidacijos slopinimas ir /arba (2) azoto atliekų perdirbimas. Naujausi eksperimentai, kai raumenų biopsijos buvo paimtos žiemos pradžioje ir pabaigoje, rodo, kad žiemojančių lokių baltymų skilimas iš tikrųjų yra reikšmingas, bet mažas (Tinker ir kt., 1998).Todėl jie turi galimybę perdirbti azotą, nes žiemos miego metu nesikaupia atliekų.


Žodžiai, kuriuos reikia žinoti

Antidiurezinis hormonas: Cheminė medžiaga, kurią išskiria hipofizė, kuri reguliuoja inkstų išskiriamo vandens kiekį.

Hemodializė: Atliekų atskyrimo nuo kraujo procesas, praeinant per pusiau pralaidžią membraną.

Nefronas: Inkstų filtravimo įrenginys.

Karbamidas: Cheminis anglies, vandenilio, azoto ir deguonies junginys, pagamintas kaip atliekos ląstelėse, kurios skaido baltymus.

Šlapimtakis: Vamzdis, pernešantis šlapimą iš inksto į šlapimo pūslę.

Šlaplė: Kanalas, einantis iš šlapimo pūslės į kūną, per kurį pašalinamas šlapimas.

Nefronuose likęs skystis, vadinamas atliekomis, vadinamas šlapimu. Šlapimas yra 95 procentai vandens, kuriame yra ištirpusios atliekos. Pora vamzdelių, vadinamų šlapimtakiais, perneša šlapimą iš inkstų į šlapimo pūslę. Kiekvienas šlapimtakis yra apie 16–18 colių (40–45 centimetrų) ilgio. Šlapimo pūslė yra tuščiaviduris raumenų maišelis, esantis dubenyje, kuris tuščias sugriūva, bet kriaušės formos ir išsipūtęs. Suaugusio žmogaus šlapimo pūslė gali talpinti daugiau nei 2 puodelius (0,6 litro) šlapimo. Šlapimo pūslė ištuština šlapimą į šlaplę, kanalą, vedantį į išorę. Vyrams šlaplė yra apie 8 colių (20 centimetrų) ilgio. Patelėms jis yra mažesnis nei 2 coliai (5 centimetrai). Sfinkterio raumuo aplink šlaplę, esantis šlapimo pūslės apačioje, kontroliuoja šlapimo srautą tarp jų.

Išsiskyrusio šlapimo tūrį kontroliuoja antidiuretinis hormonas (ADH), kurį išskiria hipofizė (maža liauka, esanti kaukolės apačioje). Jei žmogus daug prakaituoja arba negeria pakankamai vandens, specialios nervų ląstelės pagumburyje (smegenų sritis, kontroliuojanti kūno temperatūrą, alkį ir troškulį) nustato mažą vandens koncentraciją kraujyje. Tada jie signalizuoja hipofizę, kad ADH patektų į kraują, kur jis keliauja į inkstus. Esant ADH, inkstai sugeria daugiau vandens iš šlapimo ir grąžina jį į kraują. Taigi sumažėja šlapimo tūris. Kita vertus, jei žmogus suvartoja per daug vandens, ADH gamyba sumažėja. Inkstai neabsorbuoja tiek vandens, o šlapimo tūris padidėja. Alkoholis slopina ADH gamybą, todėl padidina šlapimo išsiskyrimą.


Metodai

Vidutinės ir atmainos

Visos šiame tyrime naudotos padermės yra išvardytos S1 lentelėje. Visa mielių nomenklatūra atitinka standartinę konvenciją. Visų eksperimentų metu šaldytos mielių padermės, laikomos –80 ° C temperatūroje, pirmiausia buvo išpjautos ant YPD plokštelių (10 g/l mielių ekstrakto, 20 g/l peptono, 20 g/l gliukozės + 2% agaro) ir auginamos 30 ° C temperatūroje. maždaug 48 valandas, iš kurių viena kolonija buvo pasėta į 3 ml YPD ir per naktį auginama 30 ° C temperatūroje, maišant. Visi eksperimentai buvo atlikti per 5 dienas nuo vienos nakties kultūros sukūrimo. Minimalioje terpėje (SD) buvo 6,7 g/l difko mielių azoto bazė be aminorūgščių, bet su amonio sulfatu (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, JAV) ir 20 g/l D-gliukozės, išskyrus gliukozės ribojimo eksperimentus, kai kaip nurodyta, buvo naudojamas mažesnis gliukozės kiekis. Gliukozės bado terpę (S) sudarė tik 6,7 g/l Difco mielių azoto bazė be aminorūgščių, bet su amonio sulfatu. Azoto bado terpėje (SD-N) buvo 1,7 g/l Difco mielių azoto bazės be aminorūgščių arba amonio sulfato ir 20 g/l D-gliukozės. Priklausomai nuo padermės auksotrofijos, SD buvo papildytas lizinu (164,3 μM), adenino sulfatu (108,6 μM) [74] arba organinėmis sieromis (134 μM), kad ląstelės galėtų augti eksponentiškai.

Padermės buvo sukonstruotos arba per mielių kryžius, arba naudojant homologinę rekombinaciją [74, 75]. Kryžminimas buvo atliktas poruojant pirmines padermes, ištraukiant diploidus, sporuliuojant, išskaidant tetradą ir atrenkant tinkamose lėkštelėse. Kaip genų ištrynimo pavyzdys, bcy1Δ kamienas (WY2527) buvo apskaičiuota PGR-amplifikavimą, dalyvaujant KanMX atsparumo genas iš plazmidės (WSB26 [76]), naudojant pradmenis WSO671 (TACAACAAGCAGATTATTTTCAAAAGACAACAGTAAGAATAAACGcagctgaagcttcgtacgc) ir WSO672 (GAGAAAGGAAATTCATGTGGATTTAAGATCGCTTCCCCTTTTTACataggccactagtggatctg), su 45-bazių poros, homologijos (didžiųjų) į prieš srovę ir pasroviui regione BCY1 genas, atitinkamai. The lys - tada padermė WY2490 buvo transformuota naudojant PGR produktą, o transformantai buvo atrinkti ant G418 plokštelės. Sėkmingas ištrynimas buvo patvirtintas tikrinant PGR naudojant pradmenį prieš srovę BCY1 genas (WSO673 TATACTGTGCTCGGATTCCG) suporuotas su vidiniu amplifikuotos KanMX kasetės pradmeniu (WSO161 ctaaatgtacgggcgacagt).

Evoliucija

Kultūros evoliucija buvo aprašyta ankstesniame tyrime [32]. Norint atgaivinti kultūrą, naudojant sterilų metalinį mentelę, iš šaldyto mėginio buvo paimta maždaug 20 μL, praskiesta maždaug 10 kartų į SD ir 1–2 dienas leista augti iki vidutinio drumstumo. Kultūra buvo dar labiau išplėsta pridedant 3 ml SD. Išsivystė lys - klonai buvo išskirti pasodinant kultūrą ant sodrios terpės (YPD) agaro su higromicinu B.

Monokultūros evoliucijai buvo naudojami chemostato indai (S14 pav.) (metodai, „Chemostatai ir turbidostatai“). Norint sukurti sterilią aplinką, pradinis surinkimas buvo atliktas autoklaviniuose padėkluose, indai laikomi vamzdžių lentynose. Į kiekvieną butelį įpilant 810 ml vandens, buvo paruošti šeši rezervuarai. Šeši indai buvo paruošti į kiekvieną indą pridedant 10 mm maišymo juostą ir 20 ml auginimo terpės (SD + 21 μM lizino). Medžiagos tiekimo vamzdeliai buvo pritvirtinti tarp rezervuarų ir indų per guminius kamščius, o atliekų vamzdeliai buvo pritvirtinti prie kiekvienos išleidimo svirties, o nepritvirtintas galas buvo padengtas folija, laikoma autoklavine juostele. 1, 5 ml mikrocentrifugos mėgintuvėlis buvo uždėtas ant mėginių ėmimo adatos ir laikomas autoklavo juosta. Vamzdžių angos taip pat buvo apvyniotos folija. Kiekvienas rezervuaras su prijungtais vamzdeliais buvo pasvertas, visas agregatas autoklavuotas, tada kiekvienas rezervuaras pasveriamas dar kartą. Prarastas vanduo buvo apskaičiuotas ir pridėtas atgal. Steriliomis sąlygomis į kiekvieną rezervuarą buvo įpilta 90 ml 10 × SD ir lizino atsargų, kad galutinė lizino koncentracija būtų 21 μM. Tada indai buvo pritvirtinti prie chemostato kolektoriaus talpyklų, rezervuarai, uždėti ant svarstyklių, ir vamzdžiai, įsukti į siurblius.

Protėviai arba išsivystę lys - klonai buvo auginami 50 ml SD + 164 μM lizino maždaug 20 valandų prieš inokuliaciją. Prieš kiekvieną eksperimentą buvo stebimas augimas, siekiant užtikrinti, kad ląstelės augtų optimaliai (maždaug 1,6 valandos padvigubėjimo laikas). Kai ląstelės pasiekė maždaug 0,2 OD tankį600, ląstelės buvo plaunamos 3 kartus SD ir inokuliuojamos į chemostato indą, užpildytą SD + 21 μM lizinu. Po šio veiksmo chemostatiniai siurbliai buvo įjungti nustatytu dvigubinimo laiku pagal užsakymą parašytame „LabView“ programinės įrangos pakete. Kiekviename chemostato inde buvo maždaug 43 ml tekančio tūrio ir nustatytas tikslinis padvigubinimo laikas (pvz., 7 valandų padvigubinimo atveju srauto greitis yra 43 × ln2/7 = maždaug 4,25 ml/h). Mes sukūrėme 3 linijas 7 valandų dvigubinimo metu ir 3 linijas 11 valandų dvigubinimo metu. Kai rezervuare buvo 21 μM lizino, tikslinis pastovios būsenos ląstelių tankis buvo 7 × 10 6 /mL. Iš tikrųjų gyvų ląstelių tankis svyravo nuo 4 × 106 /ml iki 1,2 × 107 /ml. Periodiškai buvo surinkta 4 ml supernatanto ir išpilstyta į sterilų 15 ml kūginį mėgintuvėlį. Tada 300 μL šio ląstelių mėginio buvo pašalintas ir laikomas ant ledo srauto citometrijos analizei. Likę 3,7 ml supernatanto buvo filtruoti per 0,22 μm nailono filtrą į 500 μL alikvotines dalis ir užšaldyti –80 ° C temperatūroje. Kiekvienas chemostatas buvo paimtas pagal iš anksto nustatytą seką. Eksperimentams su metabolitų ekstrahavimu buvo pašalintas chemostato indo kamštis ir surinktos ląstelės iš 20 ml mėginio (metodai, „Metabolito ekstrahavimas“). Dėl indo sterilumo pažeidimo tai reikštų chemostato eksperimento pabaigą.

Maistinių medžiagų rezervuaras prireikus buvo papildytas, įpurškiant terpę per sterilų 0,2 μm filtrą, pritvirtintą prie 60 ml švirkšto. Norint steriliai paimti mėginius, mėginių ėmimo adatą dengiantis vamzdelis buvo atsargiai pakeltas ir prie adatos pritvirtintas sterilus 5 ml švirkštas. Tada adata buvo nuvalyta 95% etanoliu ir lėtai stumiama žemyn, kad antgalis būtų bent maždaug 10 mm žemiau skysčio lygio. Į švirkštą buvo įtrauktas 5 ml mėginys, adata ištraukta virš skysčio paviršiaus ir papildomai ištraukta 1 ml oro, kad adata būtų pašalinta nuo skysčio likučių. Tada švirkštas buvo nuimtas, o dangtelis vėl uždėtas ant adatos. Mėginiai buvo išmesti į sterilius 13 mm kultūros mėgintuvėlius, kad būtų galima užšaldyti ir srauto citometrija nustatyti gyvų ląstelių tankį. Abiejuose evoliucijos eksperimentuose mėginiai buvo užšaldyti 1 dalyje 20% trehalozės 50 mM natrio fosfato buferyje (pH 6,0) + 1 dalyje YPD. Mėginiai buvo atvėsinti 4 ° C temperatūroje 15 minučių, prieš tai užšaldant –80 ° C temperatūroje.

Viso genomo sekos nustatymas ir duomenų analizė išsamiai aprašyti [32].

Auksotrofo dažnio kiekybinis nustatymas

Atšaldytos kultūros (2 laiko taškai iš 3 monokultūros evoliucijos ir 3 bendros evoliucijos eksperimentų) buvo atgaivintos, o klonai buvo išskirti ir tikrinami dėl auksotrofijos. Mes atgaiviname užšaldytus mėginius, tiesiogiai pasodindami mėginius ant YPD (monokultūros) arba YPD + higromicino (kultūros, skirtos atrinkti prieš partnerio padermę). Plokštelės buvo auginamos 30 ° C temperatūroje maždaug 2–4 dienas, kol visos kolonijos buvo lengvai matomos skynimui. Stebėjome įvairių dydžių kolonijas ir tikrinome tiek dideles, tiek mažas kolonijas, kai buvo abi. Mes apskaičiavome dideles ir mažas kolonijas, kad įvertintume didelių/mažų kolonijas formuojančių ląstelių santykį populiacijoje, tada padauginome šią dalį iš auksotrofų dalies, pastebėtos kiekvienoje kolonijos dydžio klasėje, kad gautume visą populiacijos auksotrofo dažnio įvertinimą. Norint patikrinti auksotrofiją, visos kolonijos buvo pasėtos į 150 μL SD, iš kurių 10 μL buvo praskiesta 150 μL SD mikrotitravimo plokštelėse ir inkubuojama per naktį, kad būtų išeikvota organinės sieros pernešimas arba ląstelių organinės sieros saugojimas. Kai kurių mažų kolonijų atveju skiedimas nebuvo atliktas, nes, remiantis OD matavimais, inokuliuotų ląstelių tankis jau buvo pakankamai mažas. Tada 10–30 μL buvo praskiestas iki galutinio 150 μL tūrio SD + 164 μM lizino, SD + 164 μM lizino + 134 μM metionino ir YPD, siekiant OD maždaug 0,005–0,03, remiantis pradiniu rodmeniu 96 šulinėlių plokštelės OD600 bado plokštelės skaitymas. Tada plokštelės buvo inkubuojamos 48 ir daugiau valandų, kad kultūros augtų iki soties ir kultūros drumstumo (OD)600) buvo perskaitytas naudojant 96 šulinėlių plokštelių skaitytuvą. Kontroliniai šuliniai žinomi lysorgS - (WY1604) ir lys - (WY2226) buvo įtraukti į atranką kaip kontroliniai. Šuliniai, kurie augo SD + lizine + metionine ir YPD, bet nepavyko augti SD + lizine, buvo įvertinti kaip lysorgS − .

Fluorescencinė mikroskopija

Fluorescencinės mikroskopijos eksperimentai ir duomenų analizė išsamiai aprašyti kitur [27]. Trumpai tariant, mikroskopas yra prijungtas prie aušinamos CCD kameros, kad būtų galima fluorescentuoti ir perduoti šviesą. Mikroskopas turi 30 ° C temperatūros valdomą kamerą. Mikroskopas turi motorizuojamus perjungiamus filtrų kubelius, galinčius aptikti įvairius fluoroforus. Jame taip pat yra motorizuotų etapų, leidžiančių automatiniam fokusavimui z ir sistemingai xy nuskaityti vietas mikro plokštelių šuliniuose. Vaizdas gaunamas naudojant vidinę „LabVIEW“ programą, apimančią automatinį fokusavimą ryškiame lauke ir automatinį ekspozicijos koregavimą fluorescencinio vaizdavimo metu, kad būtų išvengta sodrumo. Ankstesnė analizė [27] parodė, kad jei kiekvienos ląstelės fluorescencija laikui bėgant yra pastovi, tada iš fono atimta fluorescencijos intensyvumo skalė proporcingai priklauso nuo gyvų ląstelių tankio, o fluorescencijos intensyvumo sumažėjimas gerai koreliuoja su ląstelių mirtimi.

Eksperimentams 2 ir S2 pav., WY2490 (lys -) ir WY2527 (lysbcy1 -) buvo auginami per naktį iki eksponentinės fazės SD + 164 μM lizine, 3 kartus plaunami S terpėje ir 3 valandas badomi 30 ° C temperatūroje gamykloje švariuose 13 mm mėgintuvėliuose SD (lizino badas) arba S ( lizino ir anglies badas). Vaizdams gauti į kiekvieną 96 šulinėlių plokštelės šulinėlį atitinkamoje terpėje buvo pasėta maždaug 10 000 ląstelių/šulinėlių (apdorojimas rapamicinu buvo atliktas SD + 1 μM rapamicinu). Mikrotitravimo plokštelė buvo periodiškai (maždaug 1–2 val.) Vaizduojama 10 kartų objektyvu Nikon Eclipse TE-2000U apverstame fluorescenciniame mikroskope („Nikon“, Tokijas, Japonija), naudojant ET DsRed filtro kubą (sužadintojas: ET545/30x, skleidėjas: ET620/60 m, Dichroic: T570LP). Panašus protokolas buvo laikomasi eksperimentams 6 pav. ir S9, S10 ir S11 pav., genotipai ir bado sąlygos nurodytos atitinkamose paveikslų legendose.

Chemostatai ir turbidostatai

Ląstelės buvo auginamos kontroliuojamomis sąlygomis, naudojant pagal užsakymą pagamintą nuolatinio auginimo įtaisą (S14A pav.), Su 6 kanalais (S14C pav.), Iš kurių kiekvienas gali būti nepriklausomai valdomas kaip chemostatas arba drumstostatas. Kai naudojamas kaip chemostatas, kanalas suteikia ribotą maistinių medžiagų aplinką, kurioje augimo greitis yra pastovus. Kai naudojamas kaip turbidostatas, kanalas palaiko pastovų ląstelių tankį, o ląstelės auga gausiai aprūpindamos maistinėmis medžiagomis. Ląstelių augimo protokolus šiuose įrenginiuose žr. Metodai, „Evoliucija“.

Nepertraukiamo auginimo įtaisą sudarė 6 reaktoriaus indai (S14A pav., Užpakalinė dalis), kurių kiekvieno tūris yra maždaug 43 ml (S14E pav.), Nustatomas pagal nutekėjimo vamzdžio aukštį (S14C pav.). Guminis kamštis su įleidimo vamzdeliu ir mėginių ėmimo adata uždengė kiekvieno indo viršų (S14C pav.). Indai buvo patalpinti į aliuminio tvirtinimo rėmą su 6 lizdais (S14A pav., Gale), kiekviename įrengtas integruotas magnetinis maišytuvas (pagamintas iš procesoriaus ventiliatoriaus) ir šviesos diodų fototransistoriaus optinis detektorius OD matavimams. Indai buvo imobilizuoti induose reguliuojamais suspaudimo žiedais. Mėginių ėmimo adata per trumpą PharMed guminį vamzdelį (S14C pav.). Vamzdis buvo laikomas stikliniu vamzdeliu, įkištu į kamštį. Kad būtų užtikrintas tinkamas sandarumas, naudojami užtrauktukai, leidžiantys pajudinti mėginių ėmimo adatą ir pakankamai trintis, kad išlaikytų padėtį. Atliekos gravitacijos būdu pateko į atliekų talpyklą žemiau prietaiso per 0,375 colio vidinio skersmens vamzdelį (Cole Parmer C-Flex), pritvirtintą prie išleidimo svirties. Maistinė terpė į kiekvieną indą buvo tiekiama iš nepriklausomo rezervuaro peristaltiniu siurbliu („Welco WPM1“, veikianti 7 V DC Welco, Tokijas, Japonija). Medijos tiekimo vamzdelį sudarė 2 bendrojo 2 mm išorinio skersmens 1 mm vidinio skersmens PTFE vamzdelių sekcijos, sujungtos įkišant į 2 „PharMed AY242409“ vamzdelio (Saint-Gobain, Courbevoie, Prancūzija) 17 cm sekcijos galus. kuris buvo įdėtas į peristaltinį siurblį (S14B pav.). Siurblys buvo įjungtas ir išjungtas pasirinkta LabView programa per relės dėžutę (Pencom Design, UB-RLY-ISO-EXT-LR Trumbauersville, PA, JAV). Priklausomai nuo to, ar tam tikras kanalas buvo chemostato, ar turbidostato režimu, „LabView“ programa valdė siurblį įvairiais būdais (t. Duomenys apie OD ir srauto greitį buvo įrašyti bet kuriam veikimo režimui. Abiem atvejais augimo greičiui apskaičiuoti galima naudoti srautą. Terpės rezervuarai (S14A pav., priekyje) buvo 1 l stikliniai buteliai, užkimšti vienos skylės guminiais kamščiais, o stiklinio vamzdelio dalis buvo naudojama kaip įvorė, kad PTFE vamzdeliai nesusiraitytų ir kad PTFE vamzdelio galas liestų rezervuaro apačioje. Kiekvienas rezervuaras buvo padėtas ant skaitmeninio svarstyklių („Ohaus SPX2201 Parsippany“, NJ, JAV) su skaitmenine sąsaja („Ohaus Scout RS232“ sąsaja), kad būtų galima išmatuoti rezervuare esantį tūrį (svorį) bet kuriuo metu.

Turbidostato režimu buvo palaikomas pastovus vidutinis drumstumas. Tiksliau, siurblys buvo įjungtas, kai išmatuotas OD buvo didesnis už nustatytą tašką, ir išjungtas, kai OD buvo mažesnis už nustatytą tašką. OD buvo matuojamas naudojant 940 nm šviesos diodą (Ledtech UT188X-81-940, varomas 50 ma srove Taivanas, Taivanas) ir fototranzistorių (Ledtech LT959X-91-0125). Kiekviena šviesos diodų fototransistorių pora buvo išbandyta ir parinkta nuosekliam OD matavimui. Šviesos diodas ir fototransistorius buvo išdėstyti tvirtinant skyles ant aliuminio metalinio rėmo, priešingose ​​reaktoriaus indo pusėse, 4 cm nuo indo dugno. Kiekvienas fototransistorius buvo prijungtas prie op-amp (LM324) grandinės, kuri veikė kaip srovė į įtampos keitiklį ir buferį (S14B pav.). Atskirtas nuolatinės srovės-nuolatinės srovės keitiklis suteikė reguliuojamą įtampą elektronikai. Išėjimo įtampa iš fotodetektoriaus grandinės buvo suskaitmeninta naudojant DAQ (National Instruments USB-6009 Austin, TX, USA) ir nuskaityta OV matavimo programa „LabView“. „LabView“ programa išsaugojo vidutinį šviesos intensyvumą I0 per pirmąsias 2 minutes nuo kanalo pradžios kaip „tuščios“ vertės. Šviesos intensyvumas I buvo matuojamas kas maždaug 30 s, o OD = log10(Aš/aš0) buvo apskaičiuotas.

Kai veikia chemostato režimas, pastovus vidutinis srauto greitis f terpė į indą buvo palaikoma. Skirtingai nuo mūsų ankstesnės chemostato sąrankos [77], čia pastovus srautas buvo pasiektas naudojant svarstykles (Ohaus SPX2201), kurios nuolat svėrė susietą rezervuarą, o rodmenys buvo gauti per RS232 sąsają (Ohaus Scout RS232). Pradinis skalės rodmuo, Mpradinis, buvo įrašytas, kai buvo įjungtas arba iš naujo nustatytas chemostato kanalas. Tai buvo naudojama esant dabartiniam skalės rodmeniui Msrovė apskaičiuoti bendrą iš rezervuaro į indą pumpuojamą tūrį 1 ml/g × (MsrovėMpradinis). Tikslinis tūris, kuris šiuo metu turėjo tekėti iš rezervuaro į indą, buvo apskaičiuotas pagal iš anksto nustatytą srautą. Jei bendras tūris buvo mažesnis už tikslinį, siurblys buvo įjungtas, o kitu atveju siurblys buvo išjungtas. Tai užtikrino teisingą vidutinį srautą. Srautas buvo pasirinktas norimam padvigubinimo laikui, f = ln(2) × V/TD, kur V yra indo tūris ir TD padvigubėjimo laikas. Laivo tūris buvo apskaičiuotas pasveriant tuščią indą, o paskui dar kartą pasveriant, kai pripildytas iki išsiliejimo taško (S14E pav.), Gaunant vidutinę 43 ml vertę. Individualūs debitai buvo nustatyti naudojant atskirus indo tūrius. Tūrio matavimus riboja mažiausias maždaug 0,5 ml atliekų vamzdelio lašelio dydis, kurį riboja paviršiaus įtempimas. Skalės rodmenys buvo užregistruoti, pateikiant srauto greitį (S14D pav.).

Biologiniai tyrimai

Dauguma biologinių tyrimų yra pagrįsti derlingumu. WY1604 (susitiko10 − ) paprastai buvo naudojamas kaip testeris, jei eksperimente nenurodyta kitaip (žr. S5 pav. ir S1 lentelę), tačiau paruošimas visiems derlingiems biologiniams tyrimams buvo vienodas.Padermės buvo auginamos maždaug 16 valandų 3 ml SD, pridedant reikiamų papildų. Per šį laiką buvo stebimas augimo greitis, siekiant užtikrinti, kad ląstelės padvigubėtų, kaip tikėtasi (nuo 1,6 iki 3 valandų padvigubėjimas, priklausomai nuo padermės / būklės). Praėjus šiam laikui, ląstelės buvo 3–5 kartus plaunamos 3 ml SD + 164 μM lizino (be jokių organinių sieros papildų) ir mažiausiai 3 valandas badavo 30 ° C temperatūroje 3 ml SD + 164 μM lizino, kad būtų išeikvotas organinių sieros ląstelių rezervas . Badavimas buvo atliktas gamykloje išvalytame 13 mm mėgintuvėlyje, kad būtų išvengta netyčinio maistinių medžiagų užteršimo. Galiausiai į plokščiadugnę 96 šulinėlių plokštelę buvo pasėta maždaug 1000 ląstelių/šulinėlių į galutinį 150 μl tūrį metabolito standarto arba chemostato supernatanto, papildyto SD + 164 μM lizinu. Kiekvienai auksotrofinei padermei buvo naudojama SD + 164 μM lizinas, papildytas įvairiomis žinomomis glutationo koncentracijomis, kad būtų nustatyta standartinė kreivė, siejanti organinės sieros koncentraciją (pagal GSH ekvivalentą) su galutiniu drumstumu (S5 pav.). Tada supernatante pasiektas drumstumas buvo naudojamas organinės sieros koncentracijai supernatante nustatyti. Plokštės buvo suvyniotos į parafilmą, kad būtų išvengta garavimo, ir 2–3 dienas inkubuojamos 30 ° C temperatūroje. Mes pakartotinai suspendavome ląsteles naudodami „Thermo Fisher Scientific Teleshake“ (nustatymas Nr. 5 maždaug 1 minutę) ir skaitėme kultūros drumstumą naudodami „BioTek Synergy MX“ plokštelių skaitytuvą (Winooski, VT, JAV).

Atliekant greitį pagrįstą biologinį tyrimą (S4B pav.), mCherry pažymėta mielių padermė, auksotrofinė organinei sierai (WY2035), buvo iš anksto užauginta SD + 164 μM lizino + 134 μM metionino, o augimo greitis buvo stebimas pagal optinį ląstelių tankį, kad būtų užtikrintas augimas. tikimasi. Tada ląstelės buvo 3 kartus plaunamos SD + 164 μM lizinu (trūksta organinių sieros papildų) ir mažiausiai 3 valandas buvo badomos gamykloje švariuose 13 mm mėgintuvėliuose. OD buvo išmatuotas dar kartą, o ląstelės buvo pasėtos iki maždaug 1000 ląstelių / duobutėje 96 šulinėlių plokštelėje, kurios bendras tūris buvo 300 μL. Šulinys buvo užpildytas žinomu kiekiu organinės sieros (metionino arba glutationo) arba surinktų supernatantų, abu papildyti SD + 164 μM lizinu. 96 šulinėlių plokštelė buvo matuojama taip pat, kaip anksčiau aprašyta skyriuje „Fluorescencinė mikroskopija“.

Didžiausias augimo greitis buvo apskaičiuotas išmatuojant nuolydį ln(Normalizuotas intensyvumas) laiko atžvilgiu. Kiekvienam 4 laiko taškų slankiojančiam langui apskaičiuojamas nuolydis, o jei jis viršija esamą maksimalų šulinio nuolydį, jis pasirenkamas kaip naujas maksimumas. Siekiant užtikrinti, kad neįvertintume, kada kiti metabolitai, tokie kaip gliukozė, gali būti ribojami, mes apribojome analizę tik 25% maksimalaus intensyvumo duomenimis, kad įsitikintume, jog ląstelės turėjo bent 2 kartus daugiau laiko, nei teoriškai maksimaliai auga. Atliekant greitį pagrįstus biologinius tyrimus, apytiksliai nišos dydžiui įvertinti buvo naudojami didžiausi augimo tempai.

Srauto citometrija

Išsamų aprašymą rasite kitur [30]. Populiacijos sudėtis buvo matuojama srauto citometrija naudojant DxP10 (Cytek, Fremont, CA, JAV). Ląstelių tankiui nustatyti buvo pridėtos žinomos koncentracijos fluorescencinės granulės (nustatyta hemocitometru). Gyvų ir negyvų ląstelių tankiui nustatyti kiekvienam mėginiui buvo naudojamas galutinis 1:20 000 ToPro3 (Molecular Probes T-3605 Eugene, OR, JAV) praskiedimas. Analizė naudojant „FlowJo“ programinę įrangą parodė akivaizdžią gyvų ir negyvų ląstelių sankaupą ToPro3 RedFL1 kanale, o negyvų ląstelių RedFL1 signalas yra >103. Negyvų ląstelių tankis paprastai niekada nebuvo didesnis nei 10% visomis tirtomis sąlygomis.

Metabolitų ekstrahavimas

Metabolitų ekstrahavimas viduląsteliniam organinės sieros kiekiui nustatyti buvo pritaikytas iš [78]. Trumpai tariant, 20 ml chemostatų populiacijų buvo surinkta vienkartinėmis 25 ml pipetėmis ir greitai vakuuminiu būdu filtruojama ant iš anksto supjaustytų 0, 45 μm Magna nailono filtrų (GVS Life Sciences, Sanford, ME, JAV). Naudojant etanoliu išvalytas žnyples, filtras buvo greitai panardinamas į 3 ml ledo šalto ekstrahavimo mišinio – 40 % (t/v) acetonitrilo, 40 % (t/v) metanolio ir 20 % (v/v) distiliuoto vandens. laikomas steriliame 5 ml centrifugos mėgintuvėlyje. Visi reagentai buvo HPLC klasės, o visi ekstrahavimo mišiniai buvo paruošti švieži prieš kiekvieną ekstrahavimą. Centrifugos mėgintuvėlis buvo uždengtas ir greitai sumaišomas, kad išstumtų visas ląsteles, o filtro membrana buvo išmesta. Visas procesas užtruko mažiau nei 25 sekundes, o laikas tarp populiacijų filtravimo ir panardinimo į ekstrahavimo buferį buvo trumpesnis nei 10 sekundžių. Po to, kai visos populiacijos buvo surinktos, ekstraktai buvo užšaldyti –80 ° C temperatūroje arba skystame azote, kol sustings, perkelti į ledą ir leisti atitirpti. Po to, kai mėginiai buvo atšildyti, jie buvo inkubuojami ant ledo 10 minučių ir vieną kartą maždaug kas 3 minutes virpinami ir grąžinami į –80 ° C temperatūrą, kad būtų galima vėl užšaldyti (vienas „užšaldymo-atšildymo“ ciklas). Po 3 užšalimo-atšildymo ciklų buvo paimta 1,5 ml mėginio ir perkelta į naują 1,5 ml mikrocentrifugos mėgintuvėlį ir 2 minutes centrifuguojama 13 000 aps./min. 4 ° C temperatūroje, kad susidarytų ląstelių šiukšlės. Ekstraktas buvo pašalintas, o likusi ląstelių nuosėda vėl ekstrahuojama 1,5 ml ekstrakcijos mišinio ir susukama. Galutinis rezultatas buvo 3 ml ekstrahuotų metabolitų, kurie buvo laikomi -80 ° C temperatūroje ir analizuojami HPLC, praėjus mažiau nei 48 valandoms po ekstrahavimo. Biologiniams tyrimams šis ekstraktas buvo 10 kartų praskiestas steriliu vandeniu arba SD. Norėdami patikrinti, ar buvo išgauta dauguma metabolitų, į surinktas ląstelių šiukšles buvo įpilta 100 μL šviežio ekstrahavimo buferio, energingai sūkuriuota ir surinkta centrifuguojant. Šis 100 μL „antrasis ekstraktas“ taip pat buvo tiriamas dėl glutationo HPLC. Vidutiniškai glutationo kiekis antrajame ekstrakte buvo & lt2% kiekio, iš pradžių ekstrahuoto 3 ml ekstrakte.

Buvo naudojamas pakeistas protokolas ade - ląstelių ekstraktai. Mes nepriklausomai patikrinome, ar 2 protokolai davė palyginamus rezultatus susitiko10 derlingumu pagrįstas biologinis tyrimas (S5 duomenys). ade -chemostato kultūros buvo filtruojamos ant 0,45 μm nitroceliuliozės membranų (Bio-Rad, Hercules, CA, JAV), pakartotinai suspenduotos ekstrahavimo mišinyje ir greitai užšaldytos skystame azote. Mėginiai buvo atšildyti –20 °C temperatūroje per 30 minučių, maišant kas 5 minutes. Ląstelių liekanos buvo granuliuojamos centrifuguojant 13 000 aps./min. 10 minučių 4 ° C temperatūroje. Po to, kai supernatantas buvo perkeltas į šviežią mėgintuvėlį, granulės ekstrahuojamos puse pradinio ekstrahavimo mišinio tūrio, o 2 ekstrahavimo etapų supernatantai buvo sujungti. Ekstrahavimo mišinys buvo išdžiovintas naudojant žemos temperatūros nustatymą greičio vakuume, o dehidratuoti komponentai buvo pakartotinai suspenduoti steriliame distiliuotame vandenyje.

Iš bendro metabolitų kiekio mėginyje ir bendro metabolitams išgauti naudojamų ląstelių skaičiaus galime apskaičiuoti vidutinį metabolito kiekį ląstelėje.

GSH ir GSX analitinis chemijos kiekybinis įvertinimas

Sumažintas glutationas buvo išvestas naudojant tioliui būdingą zondą, pirmą kartą aprašytą [79], pavadintą „Thiol Probe IV“ (EMD Millipore, Burlington, MA, JAV), kad būtų sukurtas fluorescencinis glutationo konjugatas. Junginys lengvai reaguoja su laisvaisiais tioliais, nors ir skirtingu greičiu. Norint kiekybiškai įvertinti glutationą, į 30 μL 833 mM HEPES buferio (pH 7,8) buvo pridėta 270 μL mėginio arba GSH standarto SD. Tai buvo padaryta siekiant pakelti mėginio pH iki bazinio lygio, o tai palengvina reakciją. Tada zondas (ištirpintas DMSO ir laikomas 50 μL alikvotose –20 ° C temperatūroje) buvo pridėtas iki galutinės 100 μM koncentracijos, kuri yra bent 10 kartų didesnė už glutationą. Reakcija buvo atlikta kambario temperatūroje tamsoje (zondas yra jautrus šviesai) 96 šulinėlių plokštelėje 20 minučių. Po to buvo pridėta 8,4 μL 2M HCl, kad greitai užgesintų reakciją, sumažindama pH iki maždaug 2. Tai taip pat stabilizuoja fluorescencinį konjugatą. Tada visas mėginys buvo įdėtas į 250 μL mažo tūrio ištraukiamo taško klasės įdėklą (Agilent dalies Nr.: 5183–2085 Santa Clara, CA, JAV), kad būtų lengviau pasiekti automatinio mėginio ėmimo adatą. Tada nedidelio tūrio įdėklas su mėginiu buvo įdėtas į tamsiai rudą 1,5 ml automatinio mėginių ėmimo buteliuką („Shimadzu“ dalies numeris: 228-45450-91 Kiotas, Japonija) ir uždengtas šviežiu 9 ​​mm užsukamu dangteliu su PTFE pertvara („Shimadzu“ dalies numeris: 228-45454-91).

Išvestinis glutationas buvo atskirtas ir identifikuotas naudojant atvirkštinės fazės chromatografiją. 10 μL reakcijos mišinio buvo suleista į „Synergi 4 μM Hydro-RP 80-Å LC“ koloną, 150 × 4,6 mm („Phenomenex“, dalies Nr .: 00F-4375-E0 Torrance, CA, JAV), su „SecurityGuard“ kasetėmis AQ C18 4 x 3,00 mm ID (Phenomenex, dalies Nr.: AJO-7511) SecurityGuard kasetės laikiklyje (Phenomenex, dalies Nr.: KJ0-4282). „SecurityGuard“ (priešstulpelis) buvo periodiškai keičiamas, kai slėgio rodmuo viršijo gamintojo specifikacijas. Glutationas buvo išplautas iš kolonėlės su judančios fazės gradientu, filtruotu Millipore vandeniu (A tirpalas) ir acetonitriliu (B tirpalas, HPLC laipsnio). Prieš naudojimą Millipore vanduo buvo filtruojamas per 0,22 μM filtrą. Be to, prieš kiekvieną paleidimą kolonėlė 30 minučių buvo subalansuota 1 % tirpalu B. B tirpalo procentinė dalis kiekvienai injekcijai buvo nustatyta pagal šią programą: 0 min 1%, 10 min 14%, 10,01 min 1% ir 15 min. 1%, o tai reiškia laipsnišką padidėjimą iki 14% tirpalo B per 10 minučių, po to iš naujo subalansuojama 1% tirpalu B. Kolonėlė buvo palaikoma 25 °C temperatūroje Nexera X2 CTO-20A krosnyje ( Shimadzu). Srauto greitis buvo 1 ml /min. Esant tokioms sąlygoms, glutationas eliuuojamas maždaug per 7 minutes, su nedideliu paleidimo pokyčiu. Fluorescencinis glutationas buvo aptiktas sužadinant 400 nm ir spinduliuojant 465 nm. Po kiekvieno bandymo kolonėlė buvo nuplauta ir laikoma laikantis gamintojo nurodymų.

HPLC duomenų analizė buvo atlikta naudojant R statistinę kalbą su specialiai parašyta programine įranga, skirta pikams rinkti, pradinei korekcijai, braižymui ir ploto įvertinimui, kuri yra laisvai prieinama adresu

Supernatantai buvo gabenami per naktį ant sauso ledo į Rabinowitz laboratoriją Prinstono universitete. Stabilus izotopų junginys [2-13 C, 15 N] GSH buvo gautas iš Cambridge Isotope Laboratories. HPLC klasės vanduo, metanolis ir acetonitrilas buvo gauti iš „Thermo Fisher Scientific“. Supernatanto mėginys buvo atšildytas kambario temperatūroje ir 30 μL supernatanto kartu su 5 μL 10 μM 2- 13 C + 15 N pažymėto GSH buvo perkelta į 1,5 ml centrifugos mėgintuvėlį. Mėginiai buvo paimti tiesiogiai, kad būtų matuojamas tik GSH, arba prieš pradedant matuoti bendrą GSH, jie pirmą kartą buvo apdoroti tris (2-karboksietil) fosfinu (TCEP), siekiant sumažinti GSX iki GSH. Tiems mėginiams, kurie buvo apdoroti TCEP, į mėginį buvo pridėta 5 μL 60 g/l TCEP tirpalo (redukuojančio reagento). Gautas mišinys sumaišomas ir inkubuojamas 20 minučių kambario temperatūroje. Vėliau 10 μL 15% NH4HCO3 (m/V) buvo įvestas, kad neutralizuotų tirpiklio pH. Tirpalas buvo išdžiovintas N.2 srautas, resuspenduojamas 50 μL 40:40:20 (metanolis/acetonitrilas/vanduo) tirpiklyje ir laikomas 4 °C temperatūroje automatiniame mėginių ėmimo įrenginyje.

Mėginiai buvo analizuojami naudojant Q Exactive Plus masės spektrometrą, sujungtą su Vanquish UHPLC sistema (Thermo Fisher Scientific). LC atskyrimas buvo pasiektas naudojant „XBridge BEH Amide“ kolonėlę (2,1 mm × 150 mm, 2,5 μm dalelių dydis, 130 Å porų dydis Waters, Milfordas, MA, JAV), naudojant A tirpiklio gradientą (20 mM amonio acetatas + 20 mM amonio hidroksidas 95:5 vandenyje/acetonitrile [pH 9,45]) ir tirpiklyje B (acetonitrilas). Srautas buvo 150 μl/min. Gradientas buvo 0 min., 90% B 2 min., 90% B 5 min., 50% B 10 min., 0% B 13,5 min., 0% B 15 min., 90% B 20 min., 90% B. Kolonėlės temperatūra buvo 25 °C, o injekcijos tūris buvo 10 μL. Masės spektrometro parametrai yra teigiamas jonų režimas, skiriamoji geba 140 000 esant m/z 200, nuskaitymo diapazonas m/z 290–650, AGC taikinys 3E6, maksimalus įpurškimo laikas 200 ms. GSH koncentracijos mėginiuose kiekybinis įvertinimas buvo atliktas lyginant glutationo smailių plotus su 13 C-GSH. Duomenys buvo analizuojami naudojant MAVEN programinę įrangą [80].

Varzybos

Norėdami kiekybiškai įvertinti kelis varžybų pakartojimus esant keliems pradiniams įtempimo santykiams, mes panaudojome kultūrų sistemą, kad imituotume lizino ribotą aplinką, ypač todėl, kad panašios mutacijos bendros kultūros ir monokultūriniuose lizino ribotuose chemostatuose reiškė, kad aplinka buvo panaši. Norėdami tai padaryti, WY1340 (puriną reikalaujantis/liziną atpalaiduojantis štamas RM11 fone) per naktį buvo auginamas iki eksponentinės fazės SD + 134 μM adenine, 3 kartus plaunamas SD, kad pašalintų adeniną, ir badavo 24 valandas, kad išeikvotų vakuolą. saugykla. Šio bado metu WY2072/2073 (BFP susitiko10- išsivystę klonai) ir WY2429 (mCherry MET10-išsivystęs klonas) buvo auginami per naktį SD + 134 μM metionine iki eksponentinės fazės ir 3 kartus plaunami SD, kad pašalintų metionino ir lizino perteklių. Tiek WY2072/3, tiek WY2429 per daug gamina ir išskiria hipoksantiną, kuris gali palaikyti WY1340 partnerio padermės augimą. Tada WY2072/3 ir WY2429 buvo sumaišyti santykiu 1:100, 1:10, 1:1 ir 10:1 iki galutinio OD.600 iš 0,1. Tada šis populiacijų mišinys buvo pridėtas 1: 1 su WY1340 iki galutinio OD600 iš 0,03. Tai buvo laikoma 0 karta. Populiacijų augimas buvo stebimas matuojant optinį tankį laikui bėgant ir periodiškai atskiedžiamas iki OD600 0,03 (OD600 niekada nebuvo didesnis nei 0,45, kad būtų užtikrinta, jog papildomi metabolitai iš SD neriboja). OD600 duomenys buvo naudojami norint apskaičiuoti visas eksperimento kartas. Periodiškai buvo imama 100 μL kultūros srauto citometrijai, kad būtų galima stebėti deformacijų santykius. Eksperimentai buvo atlikti tol, kol deformacijos santykis stabilizavosi.

Autofagijos tyrimas

Autofagijos aktyvumas buvo matuojamas naudojant GFP-Atg8 skilimo testą [28]. Mielių padermės su ura3 ištrynimas lys − ir lyssusitiko17 - fonas buvo sukurtas kryžminant ir transformuotas su GFP-Atg8 plazmide (Addgene 49425 Watertown, MA, JAV), kad būtų sukurtos 2 padermės, naudojamos autofagijos tyrimuose - WY2520 (lys -) ir WY2521 (lysorgS − ). Ši plazmidė ekspresuoja ATG8 su N-galine GFP žyma po endogeniniu promotoriumi pRS416 vektoriuje su URA3 atrankos žymeklis [81]. Kiekvieno eksperimento metu WY2520 ir WY2521 buvo suraižyti ant SC-Ura [74] plokštelių iš šaldytų atsargų, o sočios nakvynės buvo auginamos iš atskirų kolonijų SC-Ura terpėje. 25–50 ml tūrio kultūros buvo pasėjamos per naktį SD + 164 μM lizino (WY2520) arba SD + 164 μM lizino + 134 μM GSH (WY2521) kūginėse kolbose ir auginamos 18–20 °C temperatūroje. pageidaujamas ląstelių tankis. Remiantis paskelbtais protokolais, pradiniais bandymais buvo siekiama 0,7–1,0 bado pradinio OD. Tačiau mes pastebėjome, kad didelis ląstelių tankis gali sukelti didesnį GFP-Atg8 skilimą net ir nežymėtose ląstelėse. Taigi vėlesniuose tyrimuose badas buvo pradėtas esant OD, kuris buvo 0,2–0,6. Ląstelės buvo granuliuotos 50 ml sakalo mėgintuvėliuose ir tris kartus plaunamos steriliu mililitriniu vandeniu. Po plovimo ląstelės buvo pakartotinai suspenduotos pasirinktoje badavimo terpėje (žr. Išsamią informaciją žemiau) gamykliniuose švariuose mėgintuvėliuose, kurių OD yra 0,1–0,2. Sąlygoms, kuriomis ląstelės nesustabdė augimo badu (pirmiausia organinės sieros badas), kultūros buvo periodiškai skiedžiamos, kad būtų sumažinta antrinių maistinių medžiagų apribojimų, kuriuos sukelia didelis ląstelių tankis, įtaka. Laiko eigos analizei badavimas buvo atliktas 10 ml kultūrose 18 mm mėgintuvėliuose, o 2 ml kultūros buvo paimta analizei praėjus 24, 48 ir 72 valandoms nuo badavimo pradžios. Atliekant tyrimus, imant vieną laiko tašką, badavimas buvo atliktas 3 ml kultūrose 13 mm mėgintuvėliuose. lys - ląstelės buvo baduojamos 4 ar 8 valandas, o abiejų gydymo metodų rezultatai buvo panašūs. lysorgS -ląstelės buvo badomos 72 valandas po to, kai laiko analizė parodė, kad sieros organų bado įtaka buvo pastebima tik po 48 valandų GFP-Atg8 skilimo tyrime.

Čia aprašytos įvairių gydymo būdų bado terpės. Dėl lys − ląstelės, lizino badavimas buvo atliktas SD terpėje. Azoto badavimas buvo atliktas SD-N terpėje, papildytoje 164 μM lizinu (tik azoto badas) arba be jo (dvigubas lizino ir azoto badas). Dėl lysorgS - ląstelės, dvigubas lizino ir organinės sieros badas buvo atliktas SD terpėje, lizino badas buvo atliktas naudojant SD + 134 μM GSH, o organinės sieros badas buvo atliktas naudojant SD + 164 μM liziną.

Mėginio paruošimas buvo atliktas, kaip siūloma [82], su nedideliais pakeitimais. Ląstelės iš 2–4 ml kultūros buvo granuliuojamos mikrocentrifugos mėgintuvėlyje, esant 5000 × g 3 minutes. Ląstelių granulės buvo greitai užšaldytos skystame azote ir laikomos –20 ° C temperatūroje, kol visi mėginiai buvo surinkti eksperimentui. Ląstelių lizei granulės buvo suspenduotos 1 ml ledo šaltos 10% trichloracto rūgšties ir leista 30–40 minučių stovėti šaltame metaliniame bloke ant ledo. Baltymai buvo granuliuojami 16 000 × g 1 minutę 4 ° C temperatūroje. Granulės buvo pakartotinai suspenduotos 1 ml šalto acetono, maišant sūkuriu ir ultragarsu vonioje, ir vėl granuliuojamos centrifuguojant. Plauti acetonu vieną kartą ir granulėms leista 5 minutes išdžiūti ore, prieš tai jas suspenduojant SDS-PAGE mėginio buferyje (0,1 M Tris-HCl [pH 7,5], 2% m/t SDS, 10% v/v glicerolio, 20 mM DTT). Remiantis mėginio paėmimo metu išmatuotu OD, mėginio buferio tūris buvo sureguliuotas taip, kad kiekviename mėginyje būtų panašios ląstelės/μL. Į kiekvieną mėgintuvėlį buvo pridėta rūgštimi nuplautų stiklo karoliukų (425–600 μm Sigma G8771 Sigma-Aldrich, Sent Luisas, MO, JAV), maždaug lygus pusei mėginio tūrio, ir granulės buvo pakartotinai suspenduotos plakant karoliukus 35 sekundes. Po 20 minučių centrifugavimo, kad putos nusistovėtų, mėginiai 10 minučių kaitinami 95 °C metaliniame bloke. Po 3 minučių centrifugavimo 5000 × g, mėginiai buvo paleisti 12,5% akrilamido gelyje 50 minučių esant pastoviai 30 mA srovei. Juostos buvo perkeltos į 0, 2 μm PVDF membraną (Bio-Rad Trans-blot 162–0184), naudojant šlapio perdavimo protokolą esant pastoviai 60 V įtampai 2 valandas šaltoje patalpoje. Imunoblotui membrana buvo inkubuojama per naktį 4 ° C temperatūroje su anti-GFP monokloniniu pirminiu (JL-8 Clontech 632381 Clontech, Takara Bio, Mountain View, CA, JAV), praskiedus 1: 5000, po to 45 minučių kambarys temperatūros inkubavimas su krienų ir peroksidazės konjuguotu antriniu anti-pelės preparatu (GE Healthcare Lifesciences [dabar žinomas kaip Cytiva] Marlborough, MA, JAV) praskiedimu 1:10 000. Antikūnai buvo aptikti naudojant „SuperSignal West Dura“ chemiliuminescencinį substratą („Thermo Fisher Scientific“). Iš anksto įdiegtas Gel Analyzer įskiepis „ImageJ“ buvo naudojamas juostoms įvertinti.


Šlapimo sistemos funkcijos


Šlapimo sistema gamina šlapimą ir nukreipia jį į kūną.Kai inkstai gamina šlapimą, jie atlieka keturias funkcijas: pašalina medžiagų apykaitos atliekas, palaiko vandens ir druskos pusiausvyrą, palaiko rūgščių ir šarmų pusiausvyrą ir išskiria hormonus.

Metabolinių atliekų pašalinimas
Inkstai išskiria medžiagų apykaitos atliekas, ypač azoto atliekas. Karbamidas yra pagrindinis azoto turintis žmogaus medžiagų apykaitos produktas, tačiau žmonės taip pat išskiria šiek tiek amonio, kreatinino ir šlapimo rūgšties. Karbamidas yra aminorūgščių metabolizmo šalutinis produktas. Skilus aminorūgštims kepenyse, išsiskiria amoniakas, kurį kepenys sujungia su anglies dioksidu, kad susidarytų karbamidas. Amoniakas yra labai toksiškas ląstelėms, tačiau karbamidas yra daug mažiau toksiškas. Kadangi jis yra mažiau toksiškas, karbamidui išskirti reikia mažiau vandens. Kreatino fosfatas yra didelės energijos fosfato atsargų molekulė raumenyse. Dėl metabolinio kreatino fosfato suskaidymo atsiranda kreatinino. Suskaidžius nukleotidus, tokius kaip tie, kurių sudėtyje yra adenino ir timino, susidaro šlapimo rūgštis. Šlapimo rūgštis yra gana netirpi. Jei kraujyje yra per daug šlapimo rūgšties, susidaro kristalai ir išsiskiria nuosėdos. Šlapimo rūgšties kristalai kartais kaupiasi sąnariuose, sukeldami skausmingą negalavimą, vadinamą podagra.

Vandens ir druskos pusiausvyros palaikymas
Pagrindinė inkstų funkcija yra palaikyti tinkamą vandens ir druskos pusiausvyrą kraujyje. Kaip matysime, kraujo tūris yra glaudžiai susijęs su kūno druskų balansu. Kaip žinote, druskos, tokios kaip NaCl, gali sukelti osmosą, vandens difuziją, šiuo atveju į kraują. Kuo daugiau druskų yra kraujyje, tuo didesnis kraujo tūris ir didesnis kraujospūdis. Tokiu būdu inkstai dalyvauja reguliuojant kraujospūdį. Inkstai taip pat palaiko tinkamą kitų jonų (elektrolitų), tokių kaip kalio jonų (K +), bikarbonato jonų (HCO 3 -) ir kalcio jonų (Ca 2 +), kiekį kraujyje.

Inkstai
The inkstai yra suporuoti organai, esantys šalia nugaros mažosios dalies juosmens srityje abiejose stuburo pusėse. Jie guli giliuose nugaros raumenyse po pilvaplėve, kur jie yra šiek tiek apsaugoti nuo apatinio šonkaulių. Kiekvieną inkstą paprastai laiko jungiamasis audinys, vadinamas inkstų fascija. Riebalinio audinio masės prilimpa prie kiekvieno inksto. Staigus smūgis į nugarą gali išstumti inkstą, kuris vėliau vadinamas a plaukiojantis inkstas. Inkstai yra pupelės formos ir rausvai rudos spalvos. Kumščio dydžio organus dengia kieta pluoštinio jungiamojo audinio kapsulė, vadinama inkstų kapsule. Įgaubta inkstų pusė turi įdubimą, vadinamą hilumu, kur a inkstų arterija įeina ir a inkstų vena ir šlapimtakis išeina iš inksto.

Šlapimtakiai
The šlapimtakiai, kurie tęsiasi nuo inkstų iki šlapimo pūslės, yra maži, apie 25 cm ilgio ir 5 mm skersmens raumeningi vamzdeliai. Kiekvienas nusileidžia už parietalinės pilvaplėvės, nuo inkstų kalvelės, kad patektų į šlapimo pūslę užpakališkai, esant žemesniam jo paviršiui. Šlapimtakio sienelė yra trijų sluoksnių. Vidinis sluoksnis yra gleivinė (gleivinė), vidurinis - lygieji raumenys, o išorinis - pluoštinis jungiamojo audinio sluoksnis. Dėl peristaltikų susitraukimų šlapimas patenka į šlapimo pūslę, net jei žmogus guli. Šlapimas patenka į šlapimo pūslę spurtais, kurių dažnis yra nuo vieno iki penkių per minutę.

Šlapimo pūslė
The šlapimo pūslė yra dubens ertmėje, žemiau parietalinės pilvaplėvės ir tik už gaktos simfizės. Vyrų patelėms jis yra tiesiai priešais tiesiąją žarną, prieš makštį ir žemesnis už gimdą. Jo funkcija yra laikyti šlapimą tol, kol jis bus pašalintas iš organizmo. Šlapimo pūslėje yra trys angos-dvi šlapimtakiams ir viena šlaplės, kuri nusausina šlapimo pūslę. The trigoną yra lygi trikampė sritis prie šlapimo pūslės pagrindo, nubrėžta šiomis trimis angomis (16.2 pav.) . Bendrai šlapimo pūslės sienelės raumenų sluoksniai vadinami detrusorinis raumuo. Sienoje yra vidurinis apskrito pluošto sluoksnis ir du išilginių raumenų sluoksniai, todėl ji gali išsiplėsti. Gleivinės pereinamasis epitelis plonėja, o gleivinėje susilanksto vadinamas rugae išnyksta, kai padidėja šlapimo pūslė. Šlapimo pūslė turi kitų savybių, leidžiančių sulaikyti šlapimą. Kai šlapimas iš šlapimtakio patenka į šlapimo pūslę, mažos šlapimo pūslės gleivinės raukšlės veikia kaip vožtuvas, neleidžiantis tekėti atgal. Netoliese esantys du sfinkteriai randami ten, kur šlaplė išeina iš šlapimo pūslės. Vidinis sfinkteris atsiranda aplink angą į šlaplę. Prastesnis už vidinį sfinkterį, išorinį sfinkterį sudaro skeleto raumenys, kuriuos galima savanoriškai kontroliuoti.

Šlaplė
The šlaplė yra mažas vamzdelis, kuris tęsiasi nuo šlapimo pūslės iki išorinės angos. Moterų šlaplės ilgis yra kitoks nei vyrų. Moterims šlaplė yra tik apie 4 cm ilgio. Trumpas moterų šlaplės ilgis palengvina bakterijų invaziją ir padeda paaiškinti, kodėl moterys yra labiau linkusios į šlapimo takų infekcijas nei vyrai. Vyrams šlaplė vidutiniškai yra 20 cm, kai varpa yra suglebusi (šlubuojanti, nereguliari). Kai šlaplė išeina iš vyrų šlapimo pūslės, ją gaubia prostatos liauka. Vyresnio amžiaus vyrams dėl padidėjusios prostatos gali būti apribotas šlapinimasis. Chirurginė procedūra paprastai gali ištaisyti būklę ir atkurti normalų šlapimo tekėjimą. Moterų reprodukcinė ir šlapimo sistemos nėra susijusios. Vyrams šlaplę šlapinantis nešioja šlapimas, o ejakuliacijos metu - spermą. Ši dviguba vyrų šlaplės funkcija nekeičia šlapimo kelio.

Šlapinimasis
Kai šlapimo pūslė prisipildo maždaug 250 ml šlapimo, tempimo receptoriai siunčia jutimo nervų impulsus į nugaros smegenis. Vėliau dėl motorinių nervinių impulsų iš nugaros smegenų šlapimo pūslė susitraukia, o sfinkteriai atsipalaiduoja, todėl šlapinimasis, dar vadinamas šlapinimasis, yra įmanoma (16.2 pav.) . Vyresniems vaikams ir suaugusiems smegenys kontroliuoja šį refleksą, atidėdami šlapinimąsi iki tinkamo laiko.

Rūgščių-šarmų balanso palaikymas
Inkstai reguliuoja rūgščių ir šarmų pusiausvyrą kraujyje. Kad žmogus išliktų sveikas, kraujo pH turėtų būti tik apie 7,4. Inkstai stebi ir kontroliuoja kraujo pH, daugiausia išskirdami vandenilio jonus (H +) ir reabsorbuodami bikarbonato jonus (HCO 3 -), kad kraujo pH būtų maždaug 7,4. Paprastai šlapimo pH yra 6 arba žemesnis, nes mūsų mityboje dažnai yra rūgštaus maisto.

Hormonų sekrecija
Inkstai padeda endokrininei sistemai gaminti hormonus. Inkstai išskiria reniną - medžiagą, dėl kurios išsiskiria hormonas aldosteronas iš antinksčių žievės, išorinės antinksčių dalies, esančios virš inkstų. Aldosteronas skatina natrio jonų (Na +) reabsorbciją inkstuose. Kai sumažėja kraujo deguonies talpa, inkstai išskiria hormoną eritropoetinas, kuris skatina raudonųjų kraujo kūnelių gamybą. Inkstai taip pat padeda suaktyvinti vitaminą D iš odos. Vitaminas D yra hormono kalcitriolio pirmtakas, kuris skatina kalcio (Ca 2 + ) pasisavinimą iš virškinamojo trakto.

Šlapimo sistemos organai
Šlapimo sistema susideda iš inkstų, šlapimtakių, šlapimo pūslės ir šlaplės. 16.1 pav parodo šiuos organus ir taip pat seka šlapimo kelią.


Struktūriniai klausimų sprendimai

1. Apibūdinkite 3 būdus, kaip rūkymas kenkia plaučiams

  • Į plaučius nusėdusioje dervoje yra kancerogenų ir padidėja plaučių vėžio rizika
  • Anglies monoksidas dūmuose padidina riebalų nusėdimą, jei vainikinėse arterijose arterijų spindis susiaurėja ir sumažėja kraujo tiekimas, o tai sukelia širdies priepuolį
  • Dirginantys sukelia kosulį. Ilgai trunkantis stiprus kosulys gali sukelti emfizemą, kurios metu suyra alveolių sienelės

Švirkšte susidarančių dujų tūris (cm 3 )

b) Pagal 1 lentelėje pateiktus rezultatus pasiūlykite, kuris cukrus būtų geresnis mielių kvėpavimo substratas.

c) Pasiūlykite, kodėl skiriasi kvėpavimo dažnis, kai mielėms eksperimente duodamas skirtingas cukrus.

d) Rezultatuose pažymėkite visus nenormalius duomenis.

(e) Įvardykite galimą šio eksperimento klaidą ir pasiūlykite patobulinimą arba sprendimą.

b) gliukozė. Per tą patį laikotarpį jis suteikia didesnį anglies dioksido dujų kiekį nei sacharozė, o tai rodo, kad jos gali būti panaudotos greičiau.

c) Kvėpuojant naudojama žaliava yra gliukozė. Sacharozė yra disacharidas ir prieš naudojimą kvėpuojant, pirmiausia turi būti suskaidyta į gliukozę. Todėl kvėpavimas naudojant sacharozę yra mažesnis nei gliukozės.

d) 1 minutės gliukozės pakartojimas. Jis yra daug didesnis nei 2 pakartojimo rodmuo.

e) Dalis išleisto anglies dioksido gali būti neužfiksuota, nes oras gali būti suspaustas, naudokite duomenų kaupiklį. Anglies dioksidas mažai tirpsta vandenyje ir gali ištirpti mišinyje, vietoj to naudokite vandenilio karbonato indikatorių.

3. 2 paveiksle parodytas pieno rūgšties poveikis deguonies kiekiui, kurį raudonieji kraujo kūneliai išskiria į aktyviai kvėpuojančias raumenų ląsteles.

a) Paaiškinkite, kodėl pieno rūgštis susidaro intensyvios raumenų veiklos metu.

b) Remiantis fig. 2, paaiškinkite, kaip padidėjusi pieno rūgšties koncentracija veikia deguonies išsiskyrimą į raumenų ląsteles.

c) Kaip organizmas pašalina pieno rūgštį?

a) Aktyvios raumenų veiklos metu vien aerobinio kvėpavimo nepakanka padidėjusiam energijos poreikiui patenkinti. Raumenų ląstelėse vyksta anaerobinis kvėpavimas, papildantis aerobinio kvėpavimo energiją. Anaerobinis raumenų ląstelių kvėpavimas gamina pieno rūgštį.

b) Kai padidėja pieno rūgšties koncentracija, oksihemoglobino procentas kraujyje mažėja. Tai rodo, kad iš hemoglobino į raumenų ląsteles išsiskiria daugiau deguonies.

(c) Pieno rūgštį organizmas pašalina oksiduodamas, kad gamintų energiją, arba kepenyse paversdamas gliukoze.

4a. Kokie yra emfizemos simptomai?

4b. Įvardykite emfizemos priežastį

4a. kvėpavimo pasunkėjimas, švokštimas, dusulys

5. Paaiškinkite kiekvieno iš šių dalykų svarbą jų funkcijai kvėpuojant


Žiūrėti video įrašą: Kaip rūšiuoti atliekas 1-4 klasei.Dirba ir planšetėse (Lapkritis 2024).