New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

Study Guide for Exam 1 updated

by: nicin88

Study Guide for Exam 1 updated BIL360

Marketplace > University of Miami > BIL360 > Study Guide for Exam 1 updated

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

These notes cover whats going to be on the Exam 1 for BIL360. Now its a complete Study Guide with Chapter1,2,6 and 7. Good Luck!
Comparative Physiology
Dr. DuBois
Study Guide
Comparative Physiology, Biology
50 ?




Popular in Comparative Physiology

Popular in Department

This 40 page Study Guide was uploaded by nicin88 on Tuesday January 26, 2016. The Study Guide belongs to BIL360 at University of Miami taught by Dr. DuBois in Spring2014. Since its upload, it has received 339 views.


Reviews for Study Guide for Exam 1 updated


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 01/26/16
BIL360 1 Animal physiology: the study of how animals work. Its just learning the fascinating  biology and life stories of animals. These specific animals have very high altitude. These  are bard­headed guise.  Applications to human health and disease since doctors needs to understand how the  body works. For example, squid have very large nerve cells and are used to help  understand how nerves work in general and they can tell us lots about ours. Health and disease of nonhuman animals. Pacific salmon have incredible physiological  story and they have gotten because of reproduction. Multiple levels of organization; cell, tissue, organ, whole organ.   The Pacific salmon they reproduce in the West and their babies will go out to the Pacific  Ocean and once they reach maturity they go back to where they were conceived back and reproduce there. In the Pacific Ocean the salmon is surrounded by salt water so it has to  maintain a blood ion concentration that’s much more dilute than the surrounding  environment and this involves active pumping of ions out of the body.  In fresh water we have the opposite problem. They have to keep tissues at higher  concentration because there is no salt. They have very different challenges because of the salt physiologies and the water physiologies in these different locations where they  migrate to reproduce.  saltwater to freshwater, the fish alters the set of ion­transporting proteins expressed in its  gills, permitting inward ion pumping in freshwater whereas ions were pumped outward in saltwater.  The energetic cause of these migrations is another challenge that they faced. When the  adult salmon has to migrate back to these rivers, they stop eating so all of this energy that is powering them is coming from the breakdown of the tissues of their bodies. They are  not eating, they are degrading tissues and they are swimming a lot and they are doing it  all without consuming any food.    The graph shows that as geographic distances increases between populations, the genetic  differences will also increase. Chemistry and physics is really important  We need to understand the physiological organization that allows them to do this travel.  The physiology part:  Neurons on the nervous system are going to generate nerve impulses for  swimming muscles and these muscles are going to then contract by using ATP  synthesized from food molecules or from the breakdown of body tissues and the  muscles movement are going to exert biomechanical forces on the water.    Ecology: interaction % organisms and their environment so these could be interactions  between organism between species. BIL360 2 We can see many differences of their experiences depending in the environment that they are. We can see different situations when they are in a freshwater environment as oppose to  the conditions that they experience in the ocean when they are maturing and they are  growing. When an individual’s environment changes from salt water to freshwater the fish deals  with this by altering the concentration of transport proteins that exist and this allows for  ion pumping in fresh water in and out in salt water.  Physical distance of a salmon has to do to migrate in order to reproduce and here is what  you see on the graph. Different populations of salmon are going to be traveling different  distances and this has important effect on the reproduction of this population. On the graph we see the effect required to reach spawning grounds from the sea and the  size of the ovaries.  The graph shows that the more difficult the journey or the far the fish has to go those  populations have smaller ovaries so less population.  Physiology is a science or study that is one of biology’s most integrative disciplines. It  expands many different disciplines and also expands these many different levels of  organizations. Proximate questions: these are related to the mechanisms by which the function is  accomplished. (How questions like how that physiological process works) Ultimate question: these are related with the origin like how did that particular  mechanism came to be.  (why questions like why that process works the way it does) Mechanism: what is mechanism by which a function is accomplished? (proximate  questions these are how questions) Origin: how did that mechanism come to be? (ultimate questions why questions)  (a) the photons are the light produced by the reaction. A chemical compound (a benzothiazol) named firefly luciferin first reacts with ATP to  form luciferyl­AMP. Then, if O2—molecular oxy­ gen—can reach the luciferyl­AMP,  the two react to form a chemical product in which electrons are boosted to an excited  state, and when this electron­excited product returns to its ground state, it emits photons.  This sequence of reactions requires a protein catalyst, an enzyme called firefly luciferase.  (b) when they are not producing light  When a firefly is not producing light, any O2 that reaches the insect’s light cells via its  gas­transport tubules is intercepted (and thereby prevented from reacting with luciferyl­ AMP) by mitochondria that are positioned between the gas­transport tubules and the sites of the luciferin reactions.  c) the mitochondria become bathed with nitric oxide (NO). The NO blocks mitochondrial use of O2, allowing O2 through to react with luciferyl­AMP and to produce the light for  the firefly.   This whole explanation is relating to the MECHANISM how they are producing the light. This doesn’t give us a complete understand we need the why! BIL360 3 On the diagram, each one of these lines is representing a different type of firefly which  have different and unique flash habit that attracts members of the same species to  reproduce.  Natural selection is the increase in frequency of genes that produce phenotypes that raise  the likelihood that animals will survive and reproduce.  Males of different species produce distinct patterns of flashes which improves  reproductive success. This flashing pattern has evolved by natural selection. Males that  were producing a particular flash pattern to attract females of their own species to breed  are going to pass on their genes and their offspring will produce the same process of  flashing patterns and will continued on and will help in the process of reproductive  success.  To understand this fully we need to have both sides of the equation, we need to  understand the mechanism on how are they producing light and also why are they  producing light on the first place. We really need to understand both How does the mechanism work and what is the origin and the adapted significance of the  mechanism?   Animals are multicellular and many animals are motile or have a mobile state during  their development. They get their energy from chemical sources and they are hetero.  Most animals have a specific development that is specific for them as well. animals are structurally dynamic, (2) animals are organized systems that require energy  to maintain their organization, and (3) both time and body size are of fundamental  significance in the lives of all animals.  Most cells of the animals are exposed to the internal environment of the animal and not  the external environment.    Animals display two principal types of relation between their internal and external environments. On the one hand, when the conditions outside an animal’s body  change, the animal may permit its internal environment to match the external  conditions and thus change along with the outside changes. On the other hand, the  animal may maintain constancy in its internal environment.   If an animal permits internal and external conditions to be equal, it is said to show conformity. If the animal maintains internal constancy in the face of external  variability, it shows regulation.   Regulation demands more energy than conformity because regulation represents a form of organization.  Conformity: Animals that display this have internal and external conditions that are  equal.  Regulation: animal maintains internal consistency in face of external variability.  Animals can have some of them both and intermediates of both. A salmon are  temperature conformers ; they let their internal temperature match the  surrounding water temperature. We understand from the graph that they are directly proportional so as on changes the other one too. BIL360 4 B salmon are excellent  chloride regulators ; they maintain a nearly constant  concentration of Cl– ions in their blood, regardless of how high or low the outside  Cl– concentration is. So despite changes of the water Cl concentration the blood Cl  concentration will be the same.    Homeostasis is an important concept regarding the nature and significance of internal  constancy.   Negative feedback occurs in all homeostatic systems.  If blood glucose rises, the liver removes glucose from the blood. If blood glucose  falls, the liver releases glucose into the blood.   Glucose is relatively constant in the blood.   If blood glucose rises, the liver removes glucose from the blood. If blood glucose  falls, the liver releases glucose into the blood.   Understand this mechanism This is one way in that animals can regulate their blood glucose or body condition  which is Negative feedback. Negative feedback is like a See­saw that when its out of  balance it has all these mechanisms to put it back to balance.  Positive feedback is a system re­enforces deviations from a set point and its more like a snowball effect that when it gets bigger and bigger rolls faster.  In positive feedback, a control system reinforces deviations of a controlled variable  from its set point. Positive feedback is much less common in physiological systems  than negative feedback.   Positive feedback occurs when action potentials (nerve impulses)   Diagram: It uterine contraction is because of this positive feedback. As the head of the  fetus pushes against the cervix is going to cause pressure against that cervix and that is  detected by sensory receptors that are going to send nerve impulses back to the brain and  the brain in response to these impulses is going to stimulate pituitary gland to secrete  oxytocin and oxytocin will be carried in the bloodstream to the uterus and stimulate  contractions and pushes the fetus towards the cervix. Another example of positive feedback is the production of action potentials in the  nervous system.   Conformity:  Energetically inexpensive  Cells are subject to changing conditions. Regulation  Energetically expensive  Regulation permits cells to function independently of outside conditions. One is not better than the other one since they both have advantages and disadvantages.   Regulation. The chief disadvantage of regulation is that it costs energy. The great legacy  of Bernard and Cannon is that they clarified the advantage that animals enjoy by paying  BIL360 5 the cost: Regulation permits cells to function in steady conditions, independent of  variations in outside conditions.  Conformity. The principal disadvantage of conformity is that cells within the body are  subject to changes in their conditions when outside conditions change. The chief  advantage of conformity is that it avoids the energy costs of keeping the internal  environment different from the external environment. Conformity is energetically cheap.  To find out which one of these two is the most advantageous depends on the ecological  environment.   external environment exhibits  acute  and chronic  responses to the environmental  change.    Acute responses by definition, are responses exhibited during the first minutes or hours after an environmental change. Happens to individuals  Chronic responses are expressed following prolonged exposure to new  environmental conditions. Like the example when she moved to Miami that she  could not handle the weather until she did and now when she goes and visits her  family in the cold she cannot handle the cold. Happens to individuals  Evolutionary changes: evolutionary responses involving changes of genotypes.    A chronic response to a changed environment is called acclimation if the new  environment differs from the preceding environment in just a few highly defined ways.  Acclimation is thus a laboratory phenomenon. Acclimatization is a chronic response of  individuals to a changed environment when the new and old environments are different  natural environments that can differ in numerous ways, such as winter and summer, or  low and high altitudes. Thus animals are said to acclimatize to winter, but they acclimate  to different defined temperatures in a laboratory experiment.   Acclimation: chronic response to one or a few changed environmental variables.  If the animal’s new environment differs from the new environment in one or very  few ways.   Acclimatization: chronic response to a changed natural environment (many  environmental variables) happens when animals move in seasons where there are  differences in temperature, the food availability, lots of different variables changing and they acclimatized to these.  Acclimation and acclimatization are types of  phenotypic plasticity : the ability of  an individual animal (a single genotype) to express two or more genetically  controlled phenotypes. Phenotypic plasticity is possible because an individual  invariably possesses the genetic code to adopt multiple phenotypes.   Growth of the biceps muscle during weight training provides a simple example of  a change in phenotype under control of genetically coded mechanisms.     Metamorphism for the animals is also part of developmental changes  Development is the progression of life stages from conception to senescence in an individual. Different genes are internally programmed to be expressed at  different  stages of development, giving rise to developmental changes in an animal’s  BIL360 6 phenotype. Puberty is a particularly dramatic example of internally programmed  developmental change in humans.  The environment may change the timing of puberty—as when the advent of sexual  maturity is delayed by malnutrition—but puberty always occurs, no matter what the environment, illustrating that internally programmed changes do not require  environmental activation.   Biological clocks are mechanisms that give organisms an internal capability to  keep track of the passage of time. Like enzymes under control of a biological clock, for instance, might increase in concentration each morning and decrease each  evening, not because the animal is responding to changes in its outside  environment, but because of the action of the clock.    We make some predictions of another animals and make hypothesis. The red dots since  one f them is close to the line we could get which gestational period and the other one  would be larger.  1 Environment: all chemical physical and biotic components of organism’s surroundings.  There are main physical and chemical environmental factors and these are:  Temperature  Oxygen  Water Temperature: The temperature of the air, water, or any other material is a measure of the intensity of the random motions that the atoms and molecules in the material undergo the  conformers are our principal interest because the level of atomic­molecular agitation in  their tissues matches the level in the environments where they live.   We are all temperature regulators as humans and a lot of the animals like our pets,  birds, and so on are also, but in fact most animals are temperature conformant since  most animals allow their body temperature to fluctuate with the external  environmental conditions, so to deal with these we see some animals in the case of   The lowest temperature inhabited by active communities of relatively large,  temperature­conforming animals is –1.9°C, in the polar seas. This is the lowest  temperature at which seawater will still be liquid. Since the sea is at ­1.9 degree their  tissues since these animals are conformers are getting very close to this degree to  adjust to the environment. They are experiencing these cold temperatures from the  moment of their conception until they die. They do special adaptations to deal with  these cold temperatures.   These very cold temperatures places are very demanding for these animals to live  even though when they have ways to deal with them. The biodiversity of these  animals tends to decrease as we get into these more temperature environments.  In the graph 1.11 as we move away from Tropical areas, we see decreases in  biodiversity of species because of those very cold habitats which represent challenge  for them. The next major environmental challenge is Oxygen: The need of most animals for  oxygen (O ) is a consequence of their need for metabolic energy. The chemical reactions  2 that animals use to release energy from organic compounds that they are ingesting  remove some of the hydrogen atoms from the compounds. The suitability of an  environment for animals often depends on the availability of O . Now the two big  2  categories of animals that are going to face major oxygen challenges are:  Air­breathing animals that live at high altitudes. For these air pressure is lower as you get higher and higher and this means that the animal will have more difficulty getting  the required oxygen from the air that they breath and more difficult than the oxygen  that they would get if they were at sea level were air pressures are higher. There are  some animals that have evolved some especial adaptations and this is the example of  the bar­headed goose (Anser indicus), which—in ways that physiologists still do not  fully comprehend—is able to fly (without an oxygen mask!) over the crests of the  Himalayas at 9000 m. Humans can barely sustain low­level physical activity at  2 6500m above sea level.   For Water­breathing animals that live in water the amount of dissolved oxygen that  exists in the water is the big issue here. The oxygen in water is not very high and  other factors can also decrease the amount of oxygen even further. When you have  animals living in warm waters there is less oxygen available why? We have a change  in how soluble gases are in temperature waters, so if we have a nice cold glass of coca cola which have carbon dioxide and when is cold we have a lot of CO2 dissolved in  the water and if that drink gets to warm up that CO2 is going to bubble out and we are going to end up with a flat coke and this is because of the solubility of gases in liquids decreases as the temperature increases, so animals that are water breathing animals  that live in warmer environments have less oxygen available. These animals have  other issues if there are some microbes eating organic matter also take up some of the  available oxygen and deplete the oxygen levels even further for these animals. Of  course some animals have creative some adaptations to survive these issues like these animals in the pictures of the lecture that go to the surface of the water to get more  oxygen. Water: The first life on earth began in the oceans. Sea stars, corals, clams and lobsters  first evolved in the ocean and continued to live there. The blood of these invertebrates is  similar to seawater in its total salt concentration. These animals therefore do not tend to  gain much H O2from their environment by osmosis, nor do they tend to lose H O from2 their blood to the seawater in other words they don’t tend to have water issues.   As marine animals move out of ocean they started to have issues in dealing with  the water surrounding them.  In freshwater, animals that evolved from marine  environments have relatively salty blood. These animals have high concentrations of  iron and they are surrounded by very dilute water. They have problems of osmosis  causing water to seep into their bodies because they have to eliminate the extra water  to help maintain the consistency of the blood.   Animals that move onto land have overcome the challenge of desiccation or  drying out. Evaporation of water on land tends to dehydrate animals very quickly.  Some of today’s land animals have integuments (body coverings) that resemble their  primordial types like the examples of leopard frogs and earthworms, which have  behavioral adaptations that help them with the problem of dry out. They must stay in  protected places where the humidity of the air is high, or if they venture into the open  air, they must return often to places where they can rehydrate.    Mammals (ourselves) and birds, reptiles and insects, have evolved integuments  that provide relived of desiccation with the incorporation of lipids and this prevents  water from getting out of our bodies. Animals don’t always have to evolve some especial adaptation to survive in extreme  habitat conditions. Instead they might just seek out smaller areas within the environment  that have more favorable climatic conditions and these are called  microenvironments . 3 The graph 1.16 illustrates a microenvironment in the Arizona desert near Tucson.   The person is about 2 meters aboveground level and temperatures are about 50  degrees C during the summer in this desert or 122 degrees F, so humans and horses  are very large so we have no other option that to deal with this heat. We have  physiological adaptations such as sweating to deal with that extreme temperature. If  we were much smaller, we would have the option of going underground.    Rodents go underground to deal with the hot temperatures. They are in about a  meter below the soil surface area of the desert.   At the Soil surface the minimal temperatures at ­10 and the max temp are close to  70s (a great temperature variation) and it’s a lot to deal if you were a big animal  whom has to deal with this physiologically and if you are small animal you can deal  with it below the surface.   CHAPTER 2 Cell membranes: animals cells are enclosed with cell membranes Each cell also includes many sorts of intracellular membranes (sub­ cellular membranes), such as the  endoplasmic reticulum, the inner and outer membranes of each mitochondrion, and the  two closely associated membranes that form the nuclear envelope. They physically  compartmentalize systems in functionally essential ways; the cell membrane, for  instance, separates the inside of a cell from the cell’s surroundings, permitting the inside  to have different properties from the outside. In addition, far from being inert barriers, the membranes are dynamic systems that participate in cellular and subcellular functions.     The cell membrane is ordinarily composed primarily of a bilayer (double  layer) of phospholipid molecules in which protein molecules are embedded.   In addition to these we also have cholesterols and also lipoproteins and lipolipids  that are important for cell recognition.  Phospholipid bilayer: They are amphipathic, meaning that each molecule consists of a  polar part (hydrophilic) and a nonpolar part (hydrophobic). A membrane phospholipid  consists of a polar head and two nonpolar tails .   Membranes of phospholipids are very chemically diverse. There are two tails that  make up the lower part of the phospholipid and these can be very different fatty acids  chains and fatty acids chains will differ in terms of the saturation of bonds. In the tail  there is this double bond in between two carbons, which creates a kick. So we can  have different forms according to where that double bond occurs, how many double  bonds exists and so on.  The positively charged part of the head is made up with different molecules   The cell membranes of human red blood cells contain more than 150 different  chemical forms of phospholipids, and similar diversity is seen in other cell  membranes. The two layers of phospholipid molecules in any particular membrane,  4 known as the two leaflets of the membrane, typically are composed of different mixes of phospholipid molecules and this can have some functional importance when we are thinking about how the membrane is doing its job of isolating parts of the cell or  allowing transfer across the cell and things like this.  Phospholipids are move relative to each other, which is called fluidity, and these  individual components are not covalently bound to each other and able to move  freely. They are able to move about rather freely by diffusion within each membrane  leaflet.  Fluidity Depends on: Unsaturated fatty acids and temperature.   The tails could affect the fluidity of the membrane. Incorporating those  unsaturated bonds into those tails of the phospholipids will keep the phospholipid  tight so will increase their fluidity around in that membrane.  More unsaturated fatty acids, more fluidity  Increase temperature, increase fluidity  At colder Temperatures membranes will be less fluid than when they are at  warmer temperatures. The phospholipids in some membranes tend to get stiff at  colder temperatures and a perfect example of this is butter that when you get it out of  the cold temperature of the refrigerator melts, but when its at the cold temperature is  stiff.   Polar fish have evolved membranes with phospholipids rich in double bonds.  Some animals that undergo hibernation up­regulate their unsaturated  phospholipids in their cell membranes.  The graph 2.3 the phosphatidylcholines have choline in their heads as in the  phosphatidylethanolamines that have ethanolamine in their polar heads.  Membrane Proteins   Proteins are considered to have primary, secondary, tertiary, and sometimes  quaternary structure. They are also form from polypeptide chains or chains of amino  acids and that are going to give rise to different functional properties for the protein. When thinking about proteins that are embedded within the membrane, we can categorize them according to their structure or function.   Structural categories o Integral membrane proteins  parts of the membrane that cannot be removed from the  membrane without destroying them. Most integral membranes proteins are  transmembrane proteins and these molecules have both hydrophobic and hydrophilic  regions. These regions are going to be based upon a specific basic amino acid  sequence that’s making up that protein. The hydrophobic region will sort more in the  interior and the hydrophilic in the exterior.  5 o Peripheral membrane proteins  they can be removed out without destroying them.  They bind non­covalently (weak bonds) and typically you find them in either one side of the membrane or the other. These could be an integral protein.   Functional abilities  Proteins can do many things like Channel proteins, transporters (carriers),  enzymes, receptors and structural proteins. Reception and Use of Signals by Cells    Cells signal to each other to coordinate functions throughout the body.  Nerve cells send signals to muscle cells and they are interacting with the axons  terminals of the neuron. At the synapse, we have chemical messages sent from the  neuron to the muscle cell that instructs the muscle cell. The endocrine system is  another example of this cell signal to each other action because the send hormones to  the body and these hormones will interact with many cells and create a lot of  downstream functions on those cells. Endocrine cells will communicate with special  cells that will allow the animals to change color like the chameleon. There are  endocrine cells that will talk to the liver and then the liver will release glucose and so  on.   Cells must have mechanisms of signal reception in order to detect that signal and  also a signal transduction to translate that into what's going on into the cells.  Signal molecules (e.g. NTs, hormones) will initiate changes on the cell by binding with receptors so any molecules that bind specifically and covalently is referred as a  ligand.   Signal molecules are ligands of receptors and they bind to a particular spot on the  receptor. This can happen in a couple of different ways. There are four basic  functional classes of receptors. Three are located on the surface and the fourth is  located on the interior of the cell.  6 Ligand­gated channels the cell membrane protein functions as both the receptor protein  and as the channel protein. One place that we see these is at the gap junction for muscle  fibers.   On the image 2.4 there is the neural terminal and then the membrane of the  muscle cell. The neuron is going to release its neurotransmitter acetylcholine, which  will bind to this ligand­gated channel on the cell membrane of the muscle cell this  cause a conformational change that makes open the channel and allows the sodium  and potassium to go through which changes the voltage of the membrane and allows  for contraction of the muscle. Some neurotoxins work by blocking the ligand­gated  channels of these muscle cells and here on the picture we have the cone snail which  injects fish prey with its toxins (alpha­conotoxin) and blocks the ligand­gated  channels of the fish muscle cells, so even though the acetylcholine is release and tells  the muscle to contract, the muscle cells is unable to do so.  In G protein­coupled receptors, the receptor of the membrane is going to be activated  by binding its ligand. When the ligand binds the receptor is going to activate the G  protein and then this G protein will activate some other membrane bound protein enzyme. After this all these will catalyze a reaction forming a cyclic AMP (ATP is used), which is  the second messenger and this will carry the message to the interior of the cell to affect  intracellular metabolism and activity.  The G protein receptor is different from the Ligand­gated channel because a  chemical doesn’t actually pass through the membrane. Here the ligand is carrying the signal through the cell and is acting as the first messenger.  Enzyme/enzyme­linked receptors, which are cell membrane proteins are either enzymes  themselves or that interact directly with enzyme protein once they are activated.     Is different from the ligand because a chemical does not pass through the  membrane in the ligand. Again we have the first messenger ligand that carries the  message through the cell and we have the creation of the second messenger a Cyclic GMP (because GTP is used).  Intracellular receptors are the only ones that are not located at the cell surface. Most  signaling molecules cannot actually enter cell but some can so small and hydrophobic  molecules like nitric oxide, which can be used as a NT and some steroid hormones and  thyroid hormones these are fat soluble hormones are able to pass across the cell  membrane and interact with intracellular receptors.  The intracellular receptors are going to be located in the cytoplasm or in the  nucleus.  The example that is on the power point we have a ligand that is some type of  hormone and we know this because of the cholesterol backbone (estrogen,  testosterone, etc.) this will pass across the membrane and interact with an  intracellular receptor, which is in this case in the nucleus. They form a hormone  receptor complex and once is formed acts as a transcription factor, so it will  activate specific enhanced regions of the DNA and this will cause expression of  particular genes and will often lead to female specific cell pattern or metabolism  (feminized the cell) 7 Epithelia  Epithelium: sheet of cells that covers a body surface or organ, or lines a cavity  Simple epithelium : is a simple layer of cells and these are very common in the  body. They line the blood vessels, the intestines, kidney tubules and sweat glands.  Each cell has an apical surface (mucosal surface) facing into an open space or into a cavity and a basal surface (serosal surface) facing towards the underlying tissue to  which the epithelium is attached.   Basal surface comes in contact with basement membrane (basal lamina) and is  made out of collagen and glycoproteins that are secreted by the epithelial cells.  Functions of the epithelia in the body  It helps to compartmentalize the body since they form boundaries between  different body regions.  Also help animal form boundaries between the animal’s own body and the  external environment.  Major function of epithelial tissue in the intestines is to help the absorption of  nutrients from the food that is passing through the intestine and this brush border  is increasing the surface area to aid in the process of absorption of nutrients.   The lumen will be the interior cavity as the apical side comes in contact with or  the exterior of the body.  Adjacent cells are going to be physically joined by cell membrane junctions:  Tight junctions, which are found in vertebrates  Septate junctions, which are found in invertebrates  Desmosomes  Gap junctions Tight junctions are places where the membrane adjacent epithelial cells are tightly joint  so there is no intracellular space between them. We find them relatively closed to the  apical surface. Divides the epithelial cell into an apical region and a Basolateral region.  Remember that a big function of epithelial is creating boundaries so this makes as good  boundaries for whatever organ is lining.  Septate junctions resemble tight junctions in terms of their functions and their position  on the cell. Together they are referred as occluding junctions because they prevent the  open passages of material between the cells.  Desmosomes are junctions formed by glycoprotein filaments. They are a localized spot  where the contact between cells is strengthened so they stabilize adjacent cell contacts.  Gap junctions: These occur in very discrete zones like the desmosomes and the  importance of these is that they create open pores between two adjacent epithelial cells.  8 Small molecules pass freely and cross between the cells across that gap junction and  these gap junctions are very important for cell­cell communication.   Each epithelial cell is functionally asymmetric.  Proteins are not able to cross that ring of tight junction that is in apical and  basolateral regions.    One of the functions of epithelia is to control what enters in between these two  regions of the cell so things like ions, nutrients and water pass through  transcellular paths that goes through the cells and the paracellular paths that goes  across the epithelium using tight junctions.   The difference between the apical region of this cell and the Basolateral region is  that they really help the epithelium on what can cross.  1 Chapter 6 Nutrition: The study of the chemical compounds that compose the bodies of animals and how animals are able to synthesize chemical components from material in their  environment. The study of nutrition also includes the study of energy available from  foods.  In the 6.2 graph most of the composition of the human is of proteins and lipids.  The minerals that are important are Calcium in the gums and we can see smaller  nucleic acids and carbohydrates. Proteins   About 50% of our organic matter in mammals as well as in other animal groups,  so protein is a major component of animal bodies.   Many vital functional roles in the body like proteins that are found in cell  membrane, proteins that are found for cell communication, also used as enzymes  that are regulating chemical reactions, structural proteins are very important in  animal bodies because collagen gives structural properties of tissues.  There are proteins in the blood plasma and also proteins that function as  hormones, oxygen transport proteins like hemoglobin.    Comprised of a string of amino acids and there are about 200 amino acids that are  known were 22 of these are required for the synthesis of organisms and these are  named as the standard amino acids. 20 of these are what composed the genetic  Code and the other 2 do other processes.  The characteristics of the amino acids are that they contain a nitrogen containing  amine group and a carboxylic acid.  Proteins are ~ 16% nitrogen by weight.  Nitrogen is a limiting element in many terrestrial and aquatic ecosystems despite  being 78% of the atmospheric gas.   Most organisms cannot utilize molecular nitrogen as a nitrogen source but require  fixed forms.  Because the plant community will be often limited by this lack of nitrogen, the  animals that feed on them are also going to be limited and this will move up the  chain.  Animals obtain nitrogen by feeding  Plants utilize nitrogen substrates such as NO3 and NH4+  Even is nitrogen being available, animals are not able of synthesizing about 9­10  of the standard amino acids that are essential.   Essential means that they have to be acquired fully form from the food it cannot  be synthesized from the animals itself it has to be acquired fully form from the food.   Because rats are mammals we share lost of similarities so the nutritional  similarities are there too.   The inability to synthesize essential amino acids would be less of vulnerability if  protein/amino acids were stored. 2  However, animals do not generally store amino acids for future use, either as free  amino acids or as storage proteins. Instead, when an animal eats amino acids in  excess of those it needs for the synthesis of functioning proteins at the time, it  promptly strips the nitrogen­containing amino groups (—NH ) fro2 the carbon  chains of the excess amino acids.  If you take a lot of lysine, which is essential for both humans and rats, the extra is  going to be broken down and metabolized for energy. If you are making polypeptide  chains of proteins from amino acids and most of the amino acids are not essential but  that protein chain still incorporate lysine you don’t have any lysine left. You will not  be able to make that protein. These deficiencies can lead to deterioration of health.   “just in time” strategy; shortage of one amino acid means inability to make  functional proteins. Lipids   Composed principally of carbon and hydrogen; predominantly nonpolar,  hydrophobic.   Many functional roles: membranes, storage, integument.  Lipids are used as storage compounds and this type of storage is about the storage of energy. Lipids have high energy content compounds to store weight by mass.  For lipids the amount of energy per grams is much higher than it is for proteins or  carbohydrates.  Animals can carry less weight and still have that energy form in the form of  lipids. In terrestrial animals these are important in the integument because it helps  them from drying out because prevents water lost.  Lipids are less likely to be the cause of problems in nutrition because they are  stored and because most animals are well equipped to synthesize and modify fatty  acids.  Our body converts the sugars that we intake into fats and it is really good at  synthesizing lipids.  Animals can storage lipids and unlike with proteins, these can be maintained for  years. The major problem that many animals face with lipid nutrition is that many  animals including mammals like ourselves lack the enzymes that are used to create  double bonds at omega 3 and 6 position.    Only two fatty acids, omega­3 and omega­6 are ESSENTIAL because WE HAVE TO OBTAINED THEM FROM OUR DIET. Carbohydrates We can have simple carbohydrates or mono, disaccharides, oligosaccharides or poly (10  or more). They play three principle roles     Structural function (polysaccharides): They provide structural support to the body  and shape.  3 o Chitin (insects and crustaceans) the most important structural carbohydrate in  animals which is the principal component of the exoskeleton of insects and many  other arthropods.  o Cellulose (plants and algae) is the structural polysaccharide of plants and algae  and are enormously abundant in ecosystems and thus are potentially major food  sources for animals (not us because we do not produce the enzyme that breaks it  down)   These two together are the most abundant organic compounds in the biosphere.     Storage (polysaccharides) are accumulated and broken down far more  dynamically than structural polysaccharides. o Starch (principle storage in plants) is a form of polymerized glucose and is one of  the principal storage carbohydrates in plants. o Glycogen (principle storage in animals) and it can produce glucose when need it.  It is also a form of polymerized glucose, is the principal storage carbohydrates in  animals. The value of storage glycogen is a source of energy, but not greater than  lipids. It serves mainly as a storage of glucose to make ATP. There are particular  body systems that are dependent on this storage in particular the nervous system  and the brain so glycogen supply glucose energy to the brain and skeletal muscles  in times of need.      Transporting compounds (mono, disaccharides) is carried out by the smaller  carbohydrates or disaccharides, which are found dissolved in the blood or other  moving body fluids. They can travel from one place to another, transporting energy  from place to place.  o Glucose (vertebrates and most other animals) is the principal blood transport  carbohydrate in vertebrates and most other groups of animals. Called blood sugar. o Lactose (milk of most mammals) is transported from mother to offspring in the  milks of mammals. So mothers pass energy to their offsprings. o Trehalose (many insects)    THERE ARE NO ESSENTIALS CARBOHYDRATES Vitamins  are organic compounds that animals must obtain in small quantities from food or another outside source because the compounds cannot be synthesized by  the animals and yet are required in small amounts.  In animals, all vitamins are essential; required in small amounts  Act as key molecular subsystems necessary for function of larger molecules  The need of animals for vitamins is likely a result of opportunistic evolution and  this point is illustrated with Vitamin A which they cannot make it but plants and algae make it so they just eat them. The Vitamin A structure has incorporated in the form of Retinol and this is incorporated on the opsin protein that is located on the  photoreceptor cell and this is very important for allowing us to detect light.   Rather than evolving the ability to synthesized some kind of pigment sensitive to  light we still use this process where we get them from the food that we eat. We don’t  4 have to make our own but then if we are not able to get some this is a problem for our vision.  They may be water­soluble (B and C and virtually all animals have a mandatory  requirement for the B vitamins because the vitamins are required for biochemical  reactions of universal importance)  or lipid­soluble (A, D, E and K All four are  required by vertebrates. Invertebrates, however, may or may not require them.    Must be derived from food Minerals are many chemical elements that are required by animals, in addition to the  carbon, hydrogen, oxygen, and nitrogen that predominate in organic molecules.   Metals: 40% of all proteins contain metal­ metalloproteins (Fe, Cu, Zn, Mo, Mn, Va,  Se, Co)  Phosphorus is important for bone formation, nucleic acids, phospholipids  Na, C and K are very important in ion regulation, salt balance in our bodies.   Iodine is an element that is important for hormone synthesis (thyroid hormones)  Need for minerals may explain annual migration in Serengeti  Minerals need to be obtain in other sources and in our diet.  Mineral deficiencies are a potential problem for essentially all animals.  Considering just terrestrial animals, for example, mineral deficiencies are  common in a great many regions of the world because of mineral shortages in  soils or because of soil­chemistry processes that render minerals unavailable.   Sodium and phosphorus deficiencies are common threats to livestock worldwide;  moreover, in much of tropical Africa, soil concentrations of calcium, magnesium,  and copper are too low for plants to meet readily the needs of lactating mothers  and the growing young of ungulate species.   Iodine deficiencies provide another illustration; terrestrial regions so expansive  that they are occupied by more than 1.5 billion people have soils that provide too  little iodine for naturally growing foods to meet human iodine needs.   Iodine deficiency is prevented in developed nations by the use of dietary iodine  supplements, notably iodized salt. In impoverished regions, however, insufficient  iodine ingestion is a major cause of mental retardation and abnormal neurological  development in children. IQ could be raised in these regions by 10­15 points at a  very low cost by alleviating iodine deficiency.   The migration of the Serengeti may well be a quest for essential minerals in each  raining season.  Feeding: process of obtaining and ingesting foods.   These three mode of feeding are not mutually exclusive for example we as  humans are individually attack and ingest but we also have symbiosis, so these go  hand and hand.  The first mechanism is animals may  individually attack and ingest  organism:  mechanism of prey capture and ingestion are diverse, even among related animals.  5 Includes animals that attack other animals but it can also include plants targeting other  plants. Big fish and big mammals are examples of animals that do this type of feeding  and sea stars do this too and also insects.  Suspension feeding: feeding on very small objects suspended in water and that are very  small in comparison with the animals that is feeding.   Clams, and oysters are feeding on much smaller animals than them and also blue  whales. They have to collect a very large food items because the food is so small in  comparison to the animal itself. This is common in freshwater and saltwater because  we have abundant number of food items.   Has evolved multiple times because of availability of food sources.  Tropic transfer of energy occurs at ~ 10% efficiency a lot of that energy is lots in  these multiple transfers that happens so these big animals eat the smaller ones to get  more energy available specially to the whale population. The challenge is mechanistic because they have to eat a food animal a lot smaller than them.   Large filter feeding animals have access to a higher fraction of the primary energy production.  Suspension feeding requires specialized feeding apparatus: feeding in whales  involve mechanical sieving: filter feeding  The Baleen plates are keratin rich filtering structures that are in the upper jaw of  the whales.   A suspension­feeding whale typically feeds by taking a huge mass of water into  its mouth cavity and forcing the water out laterally on each side through the baleen  arrays. Krill, copepods, or tiny fish in the water cannot fit through the mats of fibers.  Thus these small food items are sieved out in huge numbers and swallowed. The last type of feeding has to do with Symbioses with microbes and there are 3  categories of microbes with which animals maintain symbioses and they are  photosynthetic autotrophs, chemosynthetic autotrophs, and heterotrophs.  Symbioses with photosynthetic autotrophs: many aquatic animals do this and in  order to do this symbioses, they need to be in water where light is available. So  several sorts of aquatic animals obtain organic food molecules from internal  populations of algae with which they maintain symbiotic associations. After the algae synthesize organic molecules from inorganic precursors employing sunlight, they  export some of the organic molecules to the tissues of their animal host, where the  animals’ cells use the organic molecules of algal origin as food molecules.   The reef­building corals are the most famous of the animals that feed by obtaining organic compounds from algae.  Big problem is coral bleaching and this causes bad things to the algae because the  algae leaves the coral and that’s it the coral dies because it no longer has  chlorophyll or other algal pigments. Environmental stresses like climate change can destabilize the association so that algal symbionts leave the coral polyps, an  unhealthy condition that can lead to polyp death and reef disintegration. 6  Symbioses with chemosynthetic autotrophs: these are important in hydrothermal  communities that are deep in the ocean and where we have warm water rising  through hydrothermal vents.   Examples are  Riftia and sulfur­oxidizing bacteria.  Hydrothermal vents  Chemoautotrophic bacteria obtain energy from oxidation of sulfide to sulfate to  synthesize organic molecules.  Riftia’strophosome contains sulfur­oxidizing bacteria and use it to synthesized  organic molecules for their use. They don’t have a true gut or anus.   Sulfate is very common in sea water in these communities can be reduced in this  organic sulfide and reduced to sulfate.  Symbiosis with heterotrophic microbes: Humans—and probably all other animals —have populations of many species of microbes living in their  gut lumen —the  hollow central core of the gut. These populations are collectively known as the gut  microbiome. They wont synthesized organic molecules on their own but they do  provide a lot of nutritional benefits for animals because they have compounds that  the animal doesn’t have to break down components like potential amino acids.  Provide nutritional benefits through metabolic capabilities lacking in the most  organism.  Typically occur as mixed communities in the gut lumen.  Gut lumen is anaerobic in most animals.  Anaerobic heterotrophic microbes are fermenters. Fermentation: enzyme­catalyzed reactions occurring in absence of oxygen such as  reactions that break down organic compounds anaerobically to liberate energy substrates  for metabolic use. There are two major adaptations of the gut in these organism:  The  Foregut fermenters and the Hindgut fermenters.  Ruminant animals are foregut fermenters and these includes animals like sheep,  cattle, goats, camels, the Africa buffalo and so on. Ruminant is the process of this  Rumen which is taken a large part of their body. first and largest compartment, to  which the esophagus connects, is the rumen, where communities of fermenting  microbes thrive in a nonacidified setting. When a ruminant swallow’s grasses, leaves, twigs, or other plant parts, the first step in processing is that the microbes colonize the materials and ferment them.     Fermentation occurs before the acidified stomach These microbes that are in the Rumen serve three main functions:  o Breakdown of organic structures that the animal cannot digest and other  structural carbohydrates and it can break into short chains fatty acids and as a  byproduct of theses can release CO2 and methane which helps for climate  change. One of the reasons that eating lots of red meat is bad for the  environment because you have to grow a lot of cattle and causes them to  release a lot of methane and CO2 and those gases contribute to climate  change.  7 o Synthesis vitamins and essential amino acids that they cannot synthesized on  their own.  These microbes permit waste nitrogen from animal metabolism to be recycled  o into new animal protein rather than being excreted. Most animals will produce Urea and excreted it through their urine, but in Ruminants urea can diffuse  from the blood into the rumen where certain of the microbes break down the  urea to make ammonia and the neighboring microbes are then able to use the  ammonia as a nitrogen source for the synthesis of proteins.  Hindgut fermenters: they are rabbits, horse, elephants, some rodents and some fish. The microbes are found in the enlarged Cecum or enlarged colon or both.   Microbes from the hind/midgut communities are not automatically digested  The microbes breakdown products from cellulose digestion (short­chain fatty  acids) are rea


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

50 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Amaris Trozzo George Washington University

"I made $350 in just two days after posting my first study guide."

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."


"Their 'Elite Notetakers' are making over $1,200/month in sales by creating high quality content that helps their classmates in a time of need."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.