Ekskresjon og nyrene – kroppens renseanlegg

Kompetansemål for kapittelet

• Utforske sammenhenger mellom anatomi og fysiologi og gjøre greie for prinsippene for livsprosessene i organismer.
• Gjøre greie for hvordan utvalgte reguleringsmekanismer styrer homeostase hos mennesket, og undersøke hvordan livsstil kan påvirke disse mekanismene.

Nøkkelbegreper du MÅ kunne til eksamen
Ekskresjon · Osmoregulering · Homeostase · Vakuole · Turgortrykk · Nitrogenholdig avfall · Ammoniakk · Urinsyre · Urinstoff (karbamid) · Protonefridie · Flammecelle · Metanefridie · Avfallskjertel · Malpighiske rør · Nyrer · Bowmans kapsel (nyrekapsel) · Glomerulus · Forurin · Nyrekanal · Henles sløyfe · Reabsorpsjon · Akvaporin · ADH (antidiuretisk hormon) · Hypotalamus · Hypofyse · Urinleder · Urinblære · Urinrør · Ferskvannsregulering · Saltvannsregulering
Ikke bland ekskresjon (utskilling av nitrogenholdig avfall) med eliminasjon (utskilling av fordøyelsesrester) – dette er en klassisk feilkilde på eksamen.

Alle levende celler produserer avfallsstoffer som ledd i metabolismen. Dersom disse hoper seg opp, vil de bli giftige for organismen. Ekskresjon betyr «utskilling» og refererer spesifikt til utskilling av nitrogenholdig avfall fra proteinnedbryting. Planter og dyr har svært ulike løsninger på dette problemet, og løsningene er tett koblet til levested og livsstil. I dette kapittelet ser vi på disse løsningene – fra de enkleste vakuolene i planteceller til de de avanserte nyrene hos pattedyr. Alle metabolske prosesser, fra celleånding til proteinsyntese, skaper biprodukter. Noen kan gjenbrukes, mens andre må fjernes for å unngå at de forgifter cellene og forstyrrer den skjøre kjemiske balansen vi kaller homeostase.

Vanlig feil: Ekskresjon vs. Eliminasjon

Mange elever blander disse to begrepene. Tenk på det slik:

• Ekskresjon er utskilling av metabolsk avfall – stoffer som har vært en del av kroppens kjemi, som urinstoff fra nedbrutte aminosyrer. Dette avfallet må transporteres ut av cellene og ut av kroppen, ofte via blodet og nyrene.
• Eliminasjon (eller defekasjon) er fjerning av ufordøyde matrester fra tarmen. Dette materialet har teknisk sett aldri vært inni kroppen, men har bare passert gjennom fordøyelseskanalen. Det er som en tunnel gjennom et fjell; innholdet i tunnelen er ikke en del av selve fjellet.

På eksamen er det avgjørende å bruke disse begrepene korrekt. Urin er et produkt av ekskresjon, mens avføring er et produkt av eliminasjon.

9.1 Plantene lagrer avfallet i vakuolen

Planter har ingen spesialiserte ekskresjonsorganer. De skiller ut ekskresjonsprodukter som gass (f.eks. CO₂ og O₂) gjennom spalteåpningene i bladene, eller de lagrer avfallsstoffene i vakuoler.

Som du leste i kapittel 3, er vakuoler store, væskefylte rom i cytoplasmaet omgitt av en membran (tonoplast). Etter hvert som en plantecelle eldes, øker vakuolene i størrelse og antall. De kalles også cellesaftrom. Vakuolenes innhold bidrar til å opprettholde turgortrykket inni plantecellen, noe som stiver opp hele planten.

Intuisjon: Vakuolen – cellens alt-i-ett-rom

Tenk på vakuolen som en kombinasjon av et spiskammer, en resirkuleringsstasjon og en søppelkasse for plantecellen.

• Spiskammer: Den lagrer vann og næringsstoffer som aminosyrer og sukker.
• Søppelkasse: Giftige biprodukter fra metabolismen, som oksalsyre i rabarbra eller de bitre alkaloidene i potetplanten, isoleres her for å beskytte resten av cellen.
• Resirkuleringsstasjon: Enzymer i vakuolen kan bryte ned gamle proteiner og organeller, og frigjøre byggesteinene slik at de kan brukes på nytt.

Det er også vakuolen som fungerer som en hydraulisk skjelett for urteaktige planter. Når vakuolen er fylt med vann, presser den mot celleveggen og skaper turgortrykk. Dette er grunnen til at en godt vannet plante står oppreist, mens en vissen plante henger med hodet – turgortrykket har falt.

I unge planteceller er vakuolene små. Etter hvert som cellen eldes, vokser de til en stor sentral vakuol som kan ta opp det meste av cellevolumet.

I vakuolene lagres stoffer planten ikke trenger, og avfallsprodukter fra metabolismen som ville kunne skade cellen i cytosol. Slike avfallsstoffer kan også fungere som plantens forsvarsstoffer. Nikotin er et godt eksempel: det er et avfallsprodukt for tobakksplanten (Nicotiana tabacum), men virker toksisk for mange insekter og andre dyr som prøver å spise planten. Andre eksempler inkluderer koffein i kaffebønner (Coffea arabica), som er et insektmiddel, og de sterke capsaicinoidene i chilipepper (slekten Capsicum), som avskrekker pattedyr, men ikke fugler, som er bedre frøspredere.

I vakuolene skjer det også en form for resirkulering: store molekyler som ikke lenger trengs, brytes ned og settes sammen til nye nyttige stoffer. Avfallsstoffer lagres dessuten gjerne i plantedeler som planten likevel skal kvitte seg med – for eksempel i gamle blader, frukter eller bark som faller av. Avfallsstoffer kan dessuten skilles ut fra røttene til jorda.

For dyr som spiser planter, kan vakuolenes innhold ha stor verdi. Det som skiller et umodent eple fra et modent, er i stor grad innholdet i vakuolene. Den søte saften i modne frukter og den sure saften i sitroner befinner seg i vakuolene – men for planten er dette i utgangspunktet avfall. De sure syrene i et umodent eple gjør det uattraktivt for dyr, mens omdanningen til sukker i en moden frukt er en strategi for å tiltrekke seg dyr som kan spre frøene – et flott eksempel på koevolusjon mellom planter og dyr.

Repetisjon 9.1

1. Hvor lagrer plantene avfall?
2. Hva slags avfall lagrer plantene?
3. Hvordan kan denne lagringen være av verdi for oss?

Svar: a) I vakuoler (cellesaftrom) og gjennom spalteåpningene som gass. b) Avfallsprodukter fra metabolismen, f.eks. nikotin, syrer og sukkerarter. c) Søt saft i modne frukter, sur saft i sitroner og smakstoffer i mange matvarer stammer fra vakuolenes innhold.

9.2 Utskilling av nitrogenholdig avfall

Når proteiner brytes ned i kroppen, dannes det nitrogenholdig avfall. Avhengig av levested skiller ulike dyr ut ulike nitrogenforbindelser – enten ammoniakk, urinsyre eller urinstoff (karbamid).

Eksempel: Hvor kommer nitrogenet fra?

La oss følge et proteinmolekyl fra en biff du spiser. I fordøyelsessystemet brytes proteinet ned til aminosyrer, som tas opp i blodet og fraktes til cellene. Cellene kan bruke aminosyrene til å bygge nye proteiner. Men hva skjer hvis du har et overskudd av aminosyrer, eller hvis kroppen trenger energi?

1. Deaminering: Aminogruppen (-NH₂) fjernes fra aminosyren. Dette skjer hovedsakelig i leveren.
2. Dannelse av ammoniakk: Aminogruppen blir til ammoniakk (NH₃), som er svært giftig.
3. Ureasyklusen: I leveren omdannes den giftige ammoniakken umiddelbart til det mye mindre giftige urinstoffet (karbamid) i en energikrevende prosess kalt ureasyklusen.
4. Ekskresjon: Urinstoffet transporteres med blodet til nyrene, der det skilles ut i urinen.

Prosessen ser slik ut: Protein → Aminosyre → Deaminering → Ammoniakk (giftig) → Ureasyklus → Urinstoff (mindre giftig) → Urin.

De tre typene nitrogenholdig avfall og hvilke dyregrupper som skiller dem ut.

Ammoniakk er svært giftig og skilles ut av dyr som lever i vann, for eksempel fisker og rumpetroll. I vann blir ammoniakken fortynnet og dermed mindre giftig. Fordelen med ammoniakk er at det krever lite energi å produsere. Ulempen er at det krever store mengder vann å fortynne det til et trygt nivå.

Hos dyr på land blir proteiner brutt ned til mindre giftige forbindelser som ikke behøver å fortynnes. Fugler, krypdyr og insekter danner urinsyre, som er tungt løselig i vann og skilles ut som en hvit eller gul, tyktflytende krem – ofte sammen med avføringen. Dette er en fantastisk vannbesparende tilpasning, men den er energikostbar å produsere. Den hvite delen av fugleskitt er faktisk urinsyre. Pattedyr, inkludert mennesket, skiller ut urinstoff (karbamid), løst i urin fra nyrene. Urinstoff er et kompromiss: det er mindre giftig enn ammoniakk og krever mindre vann å skille ut, men det er mer energikrevende å produsere enn ammoniakk (men mindre enn urinsyre).

Dette diagrammet viser kompromissene (trade-offs) mellom de tre hovedtypene nitrogenavfall. Ammoniakk er giftig og krever mye vann, men er energimessig billig. Urinsyre sparer mest vann, men er svært energikrevende å produsere. Urinstoff er et kompromiss mellom de to.

Ekskresjon og osmoregulering

Ekskresjonsorganene er ikke bare viktige for å fjerne nitrogenholdig avfall – de er også sentrale i osmoreguleringen. Osmoregulering er regulering av vann- og saltbalansen i blodet og vevsvæsken, slik at konsentrasjonen holder seg mest mulig konstant. Den er en del av homeostasen – organismens indre likevekt av pH, temperatur, blodtrykk og væskevolum. Tenk på homeostase som kroppens termostat, som konstant jobber for å holde alle indre forhold stabile, uavhengig av ytre endringer. Dette er en av de mest grunnleggende livsprosessene, som du kan lese mer om i kapittelet om regulering og homeostase. …