Penzlin - Lehrbuch der Tierphysiologie

Jan-Peter Hildebrandt ist Professor für Physiologie und Biochemie der Tiere an der Universität Greifswald.

Horst Bleckmann ist Professor für Zoologie und vergleichende Neurobiologie an der Universität Bonn.

Uwe Homberg ist Professor für Neurobiologie/Ethologie an der Universität Marburg.

Teil 1: Grundlagen der Physiologie

1 Tierphysiologie und ihre physikalischen Grundlagen

Tiere in ihrer Umwelt
Genetische und physiologische Anpassung
Leben als Systemleistung
Organisation lebendiger Systeme
Offene Systeme, Fließgleichgewicht
Turnoverraten
Thermodynamische Aspekte
Energie, Arbeit, Leistung
Energieerhaltungssatz, Energiebilanz
Energiequellen und Energietransfer
Entropiesatz
Entropie und Leben
Arbeitsfähigkeit biochemischer Reaktionen: Freie Enthalpie
Energietransfer: Phosphorylierungspotenzial
Redoxsysteme, Redoxpotenzial
Stoff- und Energietransfer an Membranen
Aufbau der Zellmembran
Freie Permeation, Diffusion
Osmose
Donnan-Verteilung
Katalysierte (erleichterte) Diffusion
Ionenkanäle
Allgemeine Eigenschaften von Ionenkanälen
Liganden-gesteuerte Kanäle
Spannungsgesteuerte Kanäle
Dehnungsgesteuerte Kanäle bzw. mechanosensitive Kanäle
Aktiver Transport
Primär aktiver Transport
Sekundär aktiver Transport
Membranpotenzial
Elektrochemischer Gradient, Nernst-Gleichgewichtspotenzial
Membran-Ruhepotenzial
.Äquivalenzschaltkreis der Zellmembran Endo- und Exocytose
Transepithelialer Transport
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur
Allgemeines
Speziellere Aspekte

2 Chemische Ebene des Lebendigen
Stoffliche Aspekte
Aufbau biologisch relevanter Moleküle
Wasser als biologisches Lösungsmittel
Molekulare Interaktionen, heterogene Systeme
Die Biokatalyse
Geschwindigkeit chemischer Reaktionen – Aktivierungsenergie
Enzyme
Wirkungsmechanismus, Kinetik
Katalytische Aktivität und ihre Regulation
Metabolismus
Allgemeines
Energiegewinnung
Energietransfer, Adenosintriphosphat
Glykolyse
Citratzyklus
Fettsäurestoffwechsel
Oxydative Phosphorylierung, Atmungskette
Anaerobiose (Anoxybiose)
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

Teil 2: Stoffaufnahme und -verteilung

3 Versorgung mit Energie- und Funktionsträgern (Ernährung)

Essentielle Nahrungsbestandteile
Mineralien und Spurenelemente
Nährstoffe
Die Vitamine
Verdauung
Allgemeines
Die Verdauungsenzyme
Speicheldrüsen
Oesophagus und seine Spezialisierungen
Einhöhliger Magen der Säugetiere
Kaumägen und andere Spezialisierungen
Wiederkäuer
Pankreas
Leber
Mitteldarmdrüsen der Wirbellosen
Dünndarm
Peritrophische Membranen bei Wirbellosen
Blinddarm (Caecum) und Dickdarm (Colon)
Extraintestinale Verdauung
Intrazelluläre Verdauung
Resorption
Wirbeltiere
Wirbellose
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

4 Versorgung mit Sauerstoff (Atmung)

Allgemeines
Partialdrücke und Konzentrationen
Diffusion der Atemgase
Übersicht über die verschiedenen Gasaustauschorgane
Externer Gasaustausch und seine Regulation
Hautatmung und Darmatmung
Kiemenatmung
Lungenatmung
Tracheenatmung
Konvektiver Transport der Atemgase
Sauerstoff
Kohlendioxid
Interner Gasaustausch und seine Regulation
Atmung unter besonderen Bedingungen
Anpassungen bei Tauchern
Leben unter Sauerstoffmangel (Hypoxie)
Anhang: Schwimmblase der Fische (Gassekretion)
Funktion der Schwimmblase
Sekretion der Gase
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

5 Zirkulation

Allgemeines (u.a. Evolution offener und geschlossener Kreislaufsysteme)
Blutkreislauf bei Wirbellosen
Mollusken
Anneliden
Höhere Krebse
Xiphosuren und Spinnentiere (Arachniden)
Insekten
Gefäßsystem der Wirbeltiere
Allgemeines
Hämodynamik
Arterielles System
Kapillarsystem
Venöses System
Kreislaufregulation
Das Herz der Wirbeltiere
Bau und Arbeitsweise: Herzzyklus
Automatie
Leistung und ihre Steuerung
Lymphgefäßsystem und Lymphherzen
.Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

Teil 3: Homöostase

6 Säure-Basen-Regulation

Allgemeines: Säure-Basen-Status, Puffersysteme, pH-Regulation
Extrazelluläre pH-Balance
Aufnahme und Abgabe von Säuren und Basen
Respiratorische und metabolische Effekte
Intrazelluläre pH-Balance
pH-Wert des Cytosols
pH-Werte in intrazellulären Organellen
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

7 Osmo- und Ionenregulation

Körperflüssigkeiten
Flüssigkeitskompartimente
Wasser und gelöste Stoffe
Osmotische und ionale Verhältnisse im Körper und im Lebensraum
Marine Tiere
Limnische Tiere
Terrestrische Tiere
Extreme Lebensbedingungen
Blutsaugende Tiere
Anhydrobiose
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

8 Exkretion

Synthese und Prozessierung von Exkretstoffen
Wasser, Kohlendioxid
Organische Säuren und deren Derivate
Ammoniak
Harnstoff
Harnsäure und Guanin
Andere Exkretstoffe
Renale Exkretion
Allgemeines
Exkretionsvesikel der Protozoen
Protonephridien
Exkretionssystem der Nematoden
Metanephridien
Molluskenniere
Arthropodennieren
Malpighi-Gefäße
Vertebraten-Niere
Leistung und neuronale sowie hormonelle Kontrolle der Niere
Extrarenale Exkretion
Exkretspeicherung
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

9 Energiehaushalt
Energiebudget und seine Komponenten
Respiratorischer Quotient
Die Stoffwechselrate
Allgemeines
Kalorimetrie
Gesetz der Stoffwechselreduktion
Ruhe- und Leistungsumsatz
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

10 Temperatur: Adaptation und Regulation

Strategien der Thermoregulation (Kosten, Nutzen)
Regulation der Körpertemperatur
Regelkreis der Temperaturregulation
Hormonelle Regulation
Ektothermie
Wärmeaustausch mit der Umwelt
Temperaturregulatorisches Verhalten
Physiologische Anpassungen (Toleranz, Gefrierschutz)
Endothermie
Körpertemperatur und Grundumsatz
Wärmeaustausch mit der Umwelt, thermische Isolation
Mechanismen der Temperaturregulation (Verhalten, Schwitzen, Kältezittern)
Zwischenformen der Temperaturregulation
Heterothermie bei Endothermen (Winterschlaf, Torpor)
Heterothermie bei Ektothermen (temporär, regional)
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

Teil 4: Informationsverarbeitung und Verhalten

11 Information und Informationsverarbeitung

Biologisch relevante Information
Steuerung und Regelung biologischer Systeme

12 Signaltransduktion

Signalstoffe
Membranrezeptoren
G-Protein gekoppelte Rezeptoren
Second messenger
Tyrosinkinase-Rezeptoren
Andere Kompenenten membrannaher Signaltranduktion
Zytosolische und nukleäre Rezeptoren
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

13 Neuronale Systeme

Zelluläre Grundlagen
Neurone und Gliazellen
Bautypen von Neuronen
Funktionen der Zellfortsätze in Neuronen
Axonaler Informationstransfer
Das Aktionspotential
Ausbreitung elektrischer Signale
Synapsen: Chemische Erregungsübertragung
Transmitterfreisetzung
Postsynaptische Rezeptoren, Kanäle und Potentiale
Örtliche und zeitliche Summation (synaptische Integration)
Modulation der Effizienz synaptischer Transmission
Mediatoren und ihr Stoffwechsel (Neurochemie)
Elektrische Erregungsübertragung
Nervensysteme
Aufbau der Nervensysteme, Nervennetze, Ganglien, Gehirne
Somatisches und vegetatives Nervensystem
Das Gehirn der Wirbeltiere (Übersicht)
Der Neocortex
Sensomotorische Integration (Wirbeltiere)
Reflexe
Afferente Leitungsbahnen, Thalamus
Efferente Leitungsbahnen: Willkürmotorik
Limbisches System
Autonome Integration (Wirbeltiere)
Peripherer Teil des vegetativen Nervensystems
Rückenmark und Medulla oblongata
Hypothalamus
Plastizität, Lernen und Gedächtnis
Lernvermögen und Lerndispositionen
Formen des Lernens und Gedächtnisses
Physiologie komplexer Lern- und Gedächtnisvorgänge
Biorhythmik
Die verschiedenen Biorhythmen
Biologischer Nutzen der Inneren Uhr
Circadiane Uhren
Schlafen – Wachen
Orientierung im Raum
Tropismen und Kinesen
Taxien und Lichtrückenverhalten
Fernorientierung
Vogelzug
Begriffsbildung und Planhandlungen
Sprache
Bewusstsein
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

14 Endokrines System

Allgemeines
Begriffliches
Evolution des endokrinen Systems
Biosynthese der Peptidhormone
Biosynthese der Steroidhormone
Regulation des Hormontiters
Hormonsystem der Wirbeltiere
Epiphyse
Thyreoidea
Parathyreoidea und Ultimobrachialkörper
Langerhans-Inseln
Adrenalsystem (Nebennierenmark)
Interrenalsystem (Nebennierenrinde)
Urophyse und Stannius-Körperchen
Gonaden
Adenohypophyse
Hypothalamus-Hypophysen-System
Gastrointestinale Hormone
Renale Hormone
Natriuretische Hormone
Angiotensine
Prostaglandine
Ausgewählte Regulationssysteme (Wirbeltiere)
Stressbewältigung
Wachstum und Blutglucose-Spiegel
Calciumhaushalt
Reproduktionszyklus
Hormonsystem der Mollusken
Hormonsystem der Crustaceen
Stoffwechsel, Entwicklung und Häutung
Geschlechtsausbildung
Hormonsystem der Insekten
Stoffwechsel
Postembryonale Entwicklung
Verhalten
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

Teil 5: Rezeption von Signalen

15 Allgemeine Sinnesphysiologie
Sinneszellen (Rezeptoren)
Spezifische Disposition, adäquater Reiz
Transduktion ( Rezeptorpotential)
Transformation (Frequenzkodierung)
Kennlinien: Reiz-Erregungsbeziehungen
Zeitverhalten
Reizschwellen, Empfindlichkeit
Adaptation
Sinnesepithelien
Rezeptive Felder
Laterale Inhibition
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

16 Mechanische Sinne

Mechanorezeptoren
Mechanotransduktion (Haarzellen)
Rezeption von Berührung, Druck und Vibration
Allgemeines
Tastsinn (Wirbellose)
Tastsinn (Wirbeltiere)
Vibrationssinn
Zentralnervöse Verarbeitung (Säugetiere)
Rezeption von Luft- und Wasserströmungen
Rezeption von Luftbewegungen
Rezeption von Wasserbewegungen
Das Seitenliniensystem
Rezeption der Schwerkraft
Allgemeines
Wirbellose (ohne Insekten)
Insekten
Wirbeltiere
Rezeption von Linear- und Winkelbeschleunigung
Wirbeltiere
Wirbellose
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

17 Gehörsinn

Physikalische Grundlagen
Allgemeine Anforderungen an das Ohr
Schalldetektion
Druck-, Druckgradienten- und Schallschnelleempfänger
Richtungshören
Signalanalyse in der Hörbahn
Spezielle Hörphysiologie
Hörhaare und Johnston’sches Organ der Insekten
Tympanalorgane der Insekten
Fische
Tetrapoda (exkl. Säugetiere)
Säugetiere (exkl. Fledermäuse und Wale)
Fledermäuse und Wale
Zentrale Verarbeitung der akustischen Information
Insekten
Wirbeltiere
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

18 Optischer Sinn

Allgemeines
Einfache Lichtsinnesorgane
Linsenaugen
Komplexaugen
Lichtbrechung, Stahlengang, Akkomodation
Linsenaugen
Komplexaugen
Auflösungsvermögen (Sehschärfe)
Linsenaugen
Komplexaugen
Phototransduktion
Sehpigmente
Photo-Stereoisomerisation
Enzymkaskade
Empfindlichkeit und Adaptation
Empfindlichkeit
Dunkel- und Helladaptation
Farbensehen
Vertebraten
Evertebraten
Polarisationssehen
Räumliches und zeitliches Auflösungsvermögen, Bewegungssehen
Räumliches Auflösungsvermögen, Tiefenwahrnehmung
Zeitliches Auflösungsvermögen
Bewegungssehen
Springspinnen
Die Signalverarbeitung im visuellen System der Wirbeltiere
Retina
Tectum opticum und Corpus geniculatum laterale
Cortex
Parallele Verarbeitung in getrennten Kanälen
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

19 Elektrischer und magnetischer Sinn

Elektrischer Sinn der Fische
Leistungen
Rezeptoren
Zentralnervöse Verarbeitung
Magnetischer Sinn
Allgemeines
Vögel
Andere Tierformen
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

20 Chemische Sinne

Chemischer Sinn bei Wirbellosen (excl. Insekten)
Geschmackssinn
Insekten
Wirbeltiere
Transduktionsprozess
Geruchssinn
Insekten
Wirbeltiere
Transduktionsprozess
Pheromone
Releasepheromone und Primerpheromone
Vomeronasalorgan der Wirbeltiere
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

21 Thermischer und Infrarotsinn

Thermorezeption
Wirbeltiere
Arthropoden
Thermotaktische Orientierung, Praeferendum
2Infrarotrezeptoren
Schlangen
Prachtkäfer
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

Teil 6: Effektoren

22 Produktion mechanischer Energie: Motorik

Motorproteine
Muskelbewegung
Aufbau der quergestreiften Muskulatur
Molekularer Mechanismus der Muskelkontraktion
Mechanische Eigenschaften des Muskels
Aktivierung des Muskels „schnelle“ und „langsame“ Fasern
Die elektro-mechanische Kopplung
Die Einzelzuckung
Die Energiebereitstellung für die Muskelkontraktion
Tetanus und Tonus
Steuerung der Muskeltätigkeit über das Rückenmark
Supraspinale motorische Systeme
Glatte Muskeln
Schließmuskeln der Muscheln
Flugmuskeln der Insekten
Amöboide Bewegung
Geißel- und Cilienbewegung
Kontraktile Stiele sessiler Einzeller
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

23 Produktion akustischer Signale

Allgemeines
Schallerzeugung, -kopplung und -ausbreitung
Schallfrequenzen und Spektren
Schallerzeugung und Frequenzmultiplikation
Schallimpedanzen, Schallübertragung und Resonanzen
Spezielles
Orthopteren (Stridulation)
Zikaden (Timbalorgane)
Fische
Tetrapoden (Larynx und Syrinx)
Bedeutung akustischer Signale
Akustische Kommunikation bei Insekten
Gesangslernen und -kontrolle bei Vögeln
Echoortung bei Fledermäusen und Zahnwalen
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

24 Produktion elektrischer Energie (elektrische Organe)

Vorkommen: Schwach und stark entladende elektrische Fische
Aufbau und Funktion der Organe
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

25 Produktion von Licht (Biolumineszenz)

Primäres und sekundäres Leuchten
Luziferine und Luziferasen
Biologische Relevanz
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

26 Farbwechsel

Die Chromatophoren
Steuerung des Farbwechsels
Nervöse Steuerung
Hormonale Steuerung
Auslöser des Farbwechsels
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

27 Produktion von Giften und Abwehrstoffen

Passive und aktive Giftigkeit
Toxine, LD50-Wert als Maß für die Toxizität
Ausgewählte Beispiele
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur

28 Immunsysteme

Allgemeines
Angeborene Immunität
Phagocytose
Proteolytische Kaskaden
Antimikrobielle Proteine und Peptide
Natürliche Killerzellen
Rezeptoren der Phagocyten
Erworbene (adaptive) Immunität
Lymphocyten
Antigenrezeptoren der Lymphocyten, Rezeptorvielfalt
„Rearrangement“-Gene (RAG)
Antigenpräsentation durch MHC-Moleküle
Antigene und ihre Erkennung durch Lymphocyten
Klonale Selektion
Lymphatische Gewebe/Organe
Humorale Immunantwort
Zelluläre Immunantwort
Fragen zum Selbststudium
Weiterführende Literatur
Anhang
Glossar (inkl. englischsprachiger Begriffe/Übersetzungen)
Bildquellenverzeichnis
Sachwortverzeichnis/Index
Verbreitete und benutzte Abkürzungen und Symbole
Die 20 proteinogenen Aminosäuren
Die Nukleinsäuren und ihre Basen
Vorsätze zur Bildung von dezimalen Teilen bzw. Vielfachen von Einheiten
SI-Einheiten und ihre Umrechnungen.