thema 4 Flashcards
beschrijf de eerste wet van thermodynamica?
Er kan geen energie gecreëerd of vernietigd worden, maar energie transformeert van de ene vorm naar de andere. In je lichaam zal chemische energie worden omgezet naar mechanische energie. Deze wet wordt ook wel de wet van behoud van energie genoemd. De totale hoeveelheid energie bestaat uit de potentiële energie en de kinetische energie. Potentiële wordt omgezet in kinetische.
Beschrijf de tweede wet van de thermodynamica
Alle potentiele energie in een biologisch systeem zal uiteindelijk omgezet worden in een onbruikbare vorm van kinetische energie of warmte.
Bespreek de rol van vrije energietijdens biologische arbeid.
Je hebt Exergoon en Endergoon. Exergone reacties beschrijven elk fysisch of chemisch proces waarbij energie vrijkomt. Er is een afname van de vrije energie: nuttige energie voor biologische arbeid dat alle energie-vereisende en in leven houdende processen van de cel omvat. Endergone reacties beschrijven de chemische reacties waarbij energie wordt opgeslagen of geabsorbeerd. Er is een toename van vrije energie. Deze reacties gaan soms samen met exergone reacties om energie te transporteren naar het endergone proces.
Benoem en geef een voorbeeld van de drievormen van biologische arbeid
De drie vormen van biologische arbeid zijn mechanische arbeid, chemische arbeid en transport arbeid. Mechanische arbeid is de arbeid die geleverd wordt in de spieren onder invloed van ATP. Chemische arbeid zijn reacties zoals de omzetting van glucose naar glycogeen, of glycerol + vetzuren naar triacylglycerol, of aminozuren naar eiwitten. Allemaal onder de invloed van ATP. Een voorbeeld van transport arbeid is en natrium kalium pomp. Dit is een vorm van actief transport. Voor passief transport is geen ATP nodig. Transport arbeid zorgt voor het creëren van concentratie gradiënten
Beschrijf hoe enzymen en co-enzymen het energiemetabolisme beïnvloeden
Enzymen, katalysatoren, eiwitten die processen versnellen zonder zelf verbruikt te worden. Verlagen activeringsenergie
co-enzymen, niet eiwit, activatoren van sommige enzymen. Zorgen dat het substraat bindt aan het enzym, brengt substraat naar juiste enzym. Is minder specifiek dan enzym. Werkt als transporter, bezorger. Een co-enzym kan ook aan/uit schakelaar zijn. Voorbeelden zijn ijzer, zink, B-vitamines (NAD+ vormt NADH, FAD vormt FADH2). Concurrerende inhibitoren binden aan de actieve zijde van het enzym. Het enzym kan dan geen substraat binden. Niet-concurrerende inhibitoren binden aan het enzym, maar niet op de actieve zijde. Dit verandert de structuur van het enzym en mogelijkheid om de reactie te katalyseren.
Bespreek het verschil tussen hydrolyse en condensatie en hun belang voor fysiologisch functioneren
Hydrolyse reacties afbreken van complexe moleculen in kleinere subunits, door het toevoegen van H+ en OH-. Je voegt dus water toe. AB + HOH A-H + B-OH
Door hydrolysereacties kunnen complexe moleculen worden omgezet in simpelere vormen.
Condensatie reacties het vormen van complexe moleculen uit kleinere subunits, waarbij water vrijkomt. A-H + B-OH AB + HOH.
Er worden dus van simpele vormen meer complexe moleculen gemaakt.
Hydrolyse en condensatie geven de basis voor vertering en synthese.
Bespreek de rol van redoxreacties in energiemetabolisme.
Oxidatie reactie: oxidatie reacties dragen zuurstof, waterstof of elektronen over. Ze hebben een verlies aan elektronen. De lading wordt daardoor altijd positiever. Een oxidator ontvangt de elektronen.
Reductie reacties: een proces waarbij atomen elektronen winnen. De lading wordt dan dus negatiever. Een reductor geeft elektronen af.
Een uitstekend voorbeeld van een redox reactie heeft te maken met het transport van elektronen in de mitochondriën. Speciale carrier moleculen vervoeren geoxideerde waterstof atomen en hun verwijderde elektronen voor bezorging aan zuustof, die gereduceerd word. De waterstofatomen komen van koolhydraten, vetten en eiwitten. Dehydrogenase enzymen versnellen de redoxreacties. Het transporteren van elektronen van NADH en FADH2 levert ATP. Dit noem je de ademhalingsketen (redox). Het binnenste membraan is rijk aan eiwit en vet. Dit verbetert het transport.
Als oxidatie in de ademhalingsketen langzamer is dan de productie van waterstofatomen, accepteert pyruvaat een elektronenpaar (reductie). Lactaat wordt gevormd. Lactaat dehydrogenase katalyseert de omzetting van lactaat naar pyruvaat (oxidatie).
Definieer high-energy fosfaten en bespreek hun bijdrage aan biologische arbeid
High-energy fosfaten is de benaming voor de componenten die energie opslaan in de fosfaatbindingen. Deze nemen toe door training. ATP is een high-energy fosfaat. De vrije energie die vrijkomt bij ATP-hydrolyse weerspiegelt het energieverschil tussen reactie en eindproduct. Deze reactie genereert veel vrije energie.
Cellen bevatten slechts een kleine hoeveelheid ATP. Het moet dus continu opnieuw gesynthetiseerd worden. Alleen onder extreme condities daalt de hoeveelheid ATP in de skeletspieren. Ons lichaam slaat slechts 80 tot 100 g ATP op onder normale rust condities.
High-energy fosfaten zorgen eigenlijk dat alle biologische arbeid verricht kan worden.
Energieoverdracht in het lichaam vindt plaats door ATP. De binding tussen de buitenste twee fosfaatatomen is een hoog-energetische verbinding. Afsplitsen van het laatste atoom maakt de energie vrij. ATP + H2O ADP + Pi – 7,3 kcal/mol
Beschrijf de electron transport-oxidative phosphorylation.
Het oxydatieve fosforylering maakt ATP bij het verplaatsen van elektronen door middel van NADH en FADH2
Chemio osmose koppeling onttrekt energie en zorgt ervoor dat ATP ‘vast’ blijft zitten
Volgens de chemiosmotische theorie werkt de oxidatieve fosforylering volgens de volgende principes:
energierijke elektronen uit de citroenzuurcyclus geven hun energie af in een serie redoxreacties, waarbij uiteindelijk zuurstof wordt gereduceerd tot water.
Deze energie wordt gebruikt om een protonengradiënt te creëren.
Deze protonengradiënt drijft de synthese van ATP aan. ATP levert energie voor zeer veel enzymatische en cellulaire processen.
bespreek de rol van zuurstof in het metabolisme.
O2 is belangrijk voor de laatste stap in de keten van de fosforylering, zonder zuurstof loopt de elektronen transportketen vast (dan zou je anearobe moeten verbranden);Er zijn 3 voorwaarden voor de continue resynthese van ATP tijdens gekoppelde oxidatieve fosforylering: beschikbaarheid van NADH of FADH2 in de weefsels, aanwezigheid van zuurstof in de weefsels en voldoende hoge concentratie van enzymen/mitochondria om ervoor te zorgen dat de reacties op een passende snelheid verlopen. Als hier niet aan wordt voldaan, dan hopen elektronen zich op en binden de opgehoopte waterstofatomen NAD+ en FAD. Later binden waterstofatomen pyruvaat en vormen lactaat.
Aeroob metabolisme: energie-producerende reacties, waarbij zuurstof optreedt als de laatste elektronenacceptor in de ademhalingsketen en reageert met waterstof tot water.
Benoem de belangrijkste functies van koolhydraten in het metabolisme
- Koolhydraten zijn het enige substraat waaruit anaeroob ATP gegenereerd kan worden.
- Tijdens lichte en matige inspanning komt 1/3 van de totale energie uit koolhydraten.
- Vetmetabolisme vergt koolhydraatmetabolisme.
- Het aeroob afbreken van koolhydraten voor energie gebeurt sneller dan de aerobe afbraak van vetzuren.
- Het centraal zenuwstelsel heeft continu koolhydraten nodig om goed te functioneren.
- Rode bloedcellen kunnen niet zonder glucose.
Beschrijf de cellulaire energie vrijmaking tijdens anaeroob metabolisme.
Anaeroob metabolisme is de snelle glycolyse met als eindproduct lactaat. Glycolyse is de enige stap van het energiemetabolisme dat anaeroob werkt. Hoe het helemaal gaat heb ik bij het vorige leerdoel eigenlijk beschreven. In het kort: glucose wordt omgezet in glucose 6-fosfaat. Met allemaal verschillende enzymen wordt dit uiteindelijk omgezet in 2 pyruvaat, die door lactaat dehydrogenase kunnen worden omgezet in lactaat. Er worden 4 ATP gevormd. Ook zal NADH + H gevormd worden door afsplitsing van waterstof en elektronen. Deze zullen naar de elektronen transportketen gaan.
Vergelijk de efficiëntie van aerobe en anaerobe metabolisme.
Aerobe: langzaam maar veel ATP
anaerobe: snel, veel minder ATP per glucose molecuul, alleen glycolyse
34 (of 32, wegens transport) bij oxidatieve fosforylering
2 bij glycolyse
In de aerobe koolhydraatmetabolisme zal 1 glucosemolecuul worden omgezet in netto 32 ATP. 2 x 2 ATP uit substraat fosforylase tijdens glycolyse en in CZS 4 ATP. NADH uit glycolyse (5ATP), 2 NADH omzetting pyruvaat (5ATP), 6 NADH uit CZS (15 ATP), 2 FADH2 uit CZS (3ATP) 28 ATP. 4 + 28=32.
Tijdens anaeroob metabolisme is de efficiëntie veel lager omdat alleen de glycolyse anaeroob kan plaats vinden. Bij anaeroob metabolisme zal er per glucose molecuul maar 2 ATP gevormd worden.
Anaeroob mag dan wel minder ATP vormen, het gaat wel een stuk sneller. Bij hoge intensiteit zal er ook anaeroob verbrand moeten worden. Maar 5% van de energie die in glucose zit wordt eruit gehaald bij anaerobe assimilatie. Er wordt ongeveer 30% van de energie opgeslagen in ATP bij anaerobe glycolyse en bij aeroob metabolisme is de efficiëntie 34%. De rest gaat verloren als warmte.
Bespreek de vorming en ophoping van lactaat tijdens zware inspanning.
Bij zware inspanning: onvoldoende O2 H+ productie groter dan H+ oxidatie NAD+ allemaal verzadigd (NADH) pyruvaat neemt H+ op en wordt lactaat om NAD+ vrij te maken voor glycolyse lactaat ophoping pH daalt vermoeidheid.
Lactaat stapelt niet alleen op, maar diffundeert naar de interstitiële ruimte en bloedbaan:
• Het kan gebufferd worden met Bicarbonaat (HCO3-),
• of het kan doen aan oxidatie in andere spiervezels, oftewel lactaat shuttling (het lactaat uit de snelle vezels gaat naar andere snelle of langzame vezels, waar het wordt omgezet naar pyruvaat. Het pyruvaat wordt omgezet naar acetyl-CoA en gaat de citroenzuurcyclus in),
• of het wordt een substraat voor glycogeen synthese aan de hand van de cori cyclus.
De vorming van lactaat duidt niet het begin van de anaerobe energieproductie. Lactaat wordt namelijk op de volgende manieren gevormd tijdens rust en middelmatige inspanning:
Energiemetabolisme van rode bloedcellen. En limitaties die zich voordoen bij de enzymactiviteit in spiercellen met een hoge glycolytische capaciteit.
In rust of middelmatige inspanning zal het lactaat nog niet accumuleren ofwel ophopen.
Bespreek de Cory cycle
Lactaat vormt een substraat voor glycogeen synthese. De grote hoeveelheid glycogeen in de lever kan niet verklaard worden door de kleine mate van glucoseabsorptie. Een deel van de ingenomen Koolhydraten worden na vertering door de spieren opgenomen en tijdens de anaerobe glycolyse omgezet in lactaat. Dit gaat naar de lever die het omzet in glycogeen d.m.v. de Cori-cyclus. Het verwijdert het door de spieren afgegeven lactaat en gebruikt het om de uitgeputte glycogeen voorraden te vullen.
Beschrijf de rol van de citroenzuurcyclus in het energiemetabolisme.
Het citroenzuurcyclus vindt plaats in de mitochondriën en is het 2e stadium van de koolhydraat verbranding. Er is geen directe tussenkomst van zuurstof, maar O2 is nodig voor regeneratie van NAD+ en FAD om de CZS door te laten gaan.
Pyruvaat wordt omgezet naar acetyl-CoA. Dit gaat de citroenzuurcyclus binnen. De citroenzuurcyclus vindt plaats in de mitochondria.
Pyruvaat + NAD+ + CoA acetyl-CoA + CO2 + H+. Het acetyl gedeelte van acetyl-CoA vormt samen met oxaloacetaat de stof citraat. Dit gaat door de citroenzuurcyclus. Uiteindelijk blijft er weer oxaloacetaat over, wat weer comineert met acetyl tot citraat.
De hoofdfunctie van de citroenzuurcyclus: vrijmaken en afgeven van elektronen (H+) voor passage door de ademhalingsketen naar NAD+ en FAD. 1 molecuul acetyl-CoA levert 6H+, 2 CO2, en 1 ATP.
Beschrijf de energievrijmaking van koolhydraten, vet en eiwit.
zie overige info
Vergelijk de hoeveelheid ATP die koolhydraten, vet en eiwit tijdens katabolisme leveren.
Koolhydraten leveren 32 ATP, vetten leveren 460 ATP en wat eiwitten leveren is mij onduidelijk.
Beschrijf de conversie tussen macronutriënten (metabolic mill)
De metabole molen geeft de relaties tussen vet-, koolhydraat- en eiwitmetabolisme. De citroenzuurcyclus is de essentiële link tussen macronutriënten-energie en chemische energie in ATP. Biedt tussenproducten die de mitochondriale membraan kunnen passeren ( cytosol in) voor behoudt en groei:
• Glucose omzetting tot vet (TG)
o Lipgenese: vorming van vet uit koolhydraat en eiwit in de lever
• Vorming van niet-essentiële aminozuren uit koolstofverbindingen
• Oxaloacetaat gevormd uit pyruvaat-katabolisme is noodzakelijk voor vet-katabolisme
Vetzuren kunnen niet bijdragen aan glucose formatie omdat de omzetting van pyruvaat naar Acetyl-CoA onomkeerbaar is.
Schets de bijdrage van de drie energiesystemen tijdens inspanning van verschillende intensiteit en duur
- Bij een inspanning van een hele korte duur met hele hoge inspanning zal je ATP-PCr systeem de meeste energie leveren. PCr + ADP (creatine kinase) Cr + ATP. Je kan met dit systeem 1 minuut stevig doorwandelen, 20-30 seconden op marathon tempo rennen, of sprinten voor 5-8 seconden.
- Je korte-termijn glycolytische systeem (lactaat vormend) is het voornaamste energiesysteem tijdens instnese inspanning van relatief korte duur. Er zal veel spierglycogeen worden afgebroken om ATP te maken. Het is anaeroob en er wordt lactaat gevormd. Maximale inspanning tussen de minuut en 3 minuten. Hoe lager de intensiteit is, hoe minder lactaat ophoping er zal zijn. Als je meer lactaat aanmaakt dan verbruikt is er ophoping. Deze drempel is bij ongetrainde personen bij 55% van VO2max en is trainbaar.
- Lange termijn energie: aerobe systeem, kan in theorie oneindig doorgaan zolang er zuurstof is. Zuurstofinname stijgt snel in de eerste minuten om na 3-4 minuten een steady state te bereiken. Energiebehoefte – aerobe ATP productie =0. Bloedlactaatconcentratie is stabiel.
bespreek de lactaatdrempel en hoe deze varieert tussen personen met verschillende fitheid
Bij ongetrainde personen is de lactaatdrempel bij ongeveer 50-55% van de VO2max. De lactaatdrempel is wel trainbaar. Atleten hebben dus een hogere lactaatdrempel. Dit kan komen door een betere genetische aanleg met spiervezel type, hemoglobine concentratie en dat soort dingen. Ook specifieke lokale trainingsadaptaties zorgen voor een hogere drempel en een hoger tempo van lactaatverwijdering.
Definieer de maximale zuurstofopname
De maximale zuurstofopname (VO2max in LO2/min) is iemands maximale aerobe capaciteit. Het is te meten door incremental test (stappentest): de stap waar de VO2 een plateau bereikt of slecht een klein beetje toeneemt ondanks een verdere stijging van de intensiteit. De VO2max wordt onder andere bepaald door: pulmonaire ventilatie, hemoglobine concentratie, bloed volume en hartminuutvolume, perifere bloedstroom en aerobe metabolisme.
Beschrijf de zuurstofopname tijdens herstel na zware inspanning.
ligt aan de zuurstof schuld die je hebt opgebouwd, hoe meer schuld, hoe langer het duurt om de effecten van de anearobe verbranding te compenseren. kan tot 24 uur duren bij zware inspanning, dit komt door lactaat verwijderen, lichaamstemperatuur, hartslag, ademhaling en hormoonconcentratie.
Bespreek hoe de ligging van spiervezels de functie van een spier beïnvloed.
Als de myofibrillen in een spiervezel parallel naast elkaar gelegen zijn en dus dikker zijn betekent dat dat je meer kracht hebt. Wanneer ze een grotere lengte hebben betekent dat dat je sneller bent. De linkerkant heeft langere spiervezels en is dus sneller en de rechterspier heeft kortere, naast elkaar
Parallelvezelig: liggen verticaal parallel en lopen taps toe naar de peeshechting. Ze maken snelle spierverkortingen mogelijk. Complexe parallelle spieren bevatten vezels die parallel aan de kracht liggen, maar deze vezels eindigen in het midden waar ze taps toelopen en hechten aan het bindweefsel en/of aangrenzende spiervezels. Dit maakt parallelle rangschikking van korte vezels mogelijk. Er is nu ook laterale spanning van bindweefsel naar de pees via aangrenzende spiervezels naar bindweefsel.
Pennaat is als de vezels wel naast elkaar, maar in een hoek liggen. Dit kan 1 of 2 zijdig zijn (maar wel in een hoek). De hoek kan tot 30% oplopen. Bipennaat spieren hebben 2 groepen spiervezels onder een verschillende hoek, multipennaat spieren hebben meer dan 2 groepen vezels onder verschillende hoeken. Pennaat vezels verschillen in 3 opzichten van parallel vezels:
1. Ze bevatten kortere vezels dan parallel vezels (lengte spier)
2. Ze bevatten meer individuele vezels (meer sarcomeren per dwarsdoorsnede)
3. Ze hebben een kleiner bewegingsbereik (ze kunnen kort blijven als de hele spier verlengt)
Schuin gelegen vezels kunnen dichter op elkaar liggen, meer vezels in parallel. Daardoor kan een spier meer kracht hebben zetten. kracht hangt niet af van het aantal in serie geschakelde eenheden (sarcomeren) dus lengte van de vezel/spier.
1 oxidatief, traag, meer mitochondrien → slow-twitch
2 glycolitisch, hoge contractie snelheid, snel vermoeid, subgroepe → type 2 spieren.
Verschillende enzymen, zien door stukje spierweefsel te nemen, histolkleuren (oxi = licht)
Beschrijf de belangrijkste kenmerken van een sarcomeer.
Een sarcomeer zorgt ervoor dat de spier samengetrokken kan worden. Myosine en actine schuiven langs elkaar en zo wordt de vezel korter. De depolarisatiegolf gaat langs het sarcomeer.
Een sarcomeer zorgt voor het gestreepte uiterlijk:
Het lichte deel is de I-band. Het bestaat uit de Z-lijn. Deze verdeelt de I-band en hecht het sarcolemma. Dit geeft stabiliteit aan de structuur.
Het donkere deel is de A band. Het bestaat uit de M-lijn. Dit verdeelt de H-zone en is het centrum van het sarcomeer. Het bestaat uit eiwitten die de rangschikking van de myosinefilamenten ondersteunen. H-zone is een duidelijke schijf in de A-band. Het is minder dik door afwezigheid van actine.
Een sarcomeer is het gebied tussen 2 Z-lijnen. Dit is de functionele eenheid. De lengte van een sarcomeer bepaalt de functionele eigenschappen van een spier.
Beschrijf de belangrijkste kenmerken van myofilamenten.
Myofilamenten zijn stukjes myofibril opgedeeld in de lengte. Myofilamenten liggen in een sarcomeer. Er zijn 2 soorten: actine en myosine. Aan de myosine filamenten zijn zogenaamde crossbridges verbonden die kunnen binden met de actine filamenten. Bij spiercontractie schuiven de verschillende myofilamenten in elkaar.
ctine: bevat tropomyosine met daarop troponine met een bindingskant voor calcium.
- Myosine: hydrolyseert ATP naar ADP en P. Door de energie die hierbij vrijkomt gaat de myosinekop omhoog en vormt een cross-bridge. Als deze weer naar beneden gaat, wordt uit de ADP en P weer ATP gevormd.
Beschrijf het sliding filament model van spiercontractie.
Beweging: de myosinekoppen binden met het troponine complex op het dunne filament en trekken het dunne filament steeds verder. Het dikke filament beweegt dus niet, het dunne wel. De actinefilamenten worden naar het centrum van het sarcomeer getrokken bij samentrekking.
Leg de lengte-kracht relatie van een spier uit.
De kracht die 1 sarcomeer kan leveren hangt af van zijn lengte. De kracht is optimaal bij een sarcomeerlengte van 2,0-2,25 micrometer. De maximale lengte van aan sarcomeer is 3,65 micrometer. Crossbridge interactie kan namelijk niet plaatsvinden bij een sarcomeerlengte groter dan 3,65. Spierkracht hangt niet af van de totale lengte van de spier, maar wel van de relatieve lengte op dat moment.
Wanneer een sarcomeer te kort is en de myosine en actine dus al bijna helamaal in elkaar verschoven zijn zal de spier nog amper kunnen samentrekken. Wanneer de sarcomeer te lang is, is er nog maar heel weinig overlapping tussen de twee en kost het meer energie om samen te trekken.
Vergelijk verschillende typen spiervezels en beschrijf hun karakteristieken
■ Type I
● Slow twitch: Langzaam en niet heel sterk
● Kleinste vezeltype met een donkerrode kleur
● Veel mitochondriën → Oxidatieve vezels
● Raken niet snel vermoeid.
● Worden veel gebruikt bij lage aerobe activiteit
■ Type II A
● Moderate fast twitch
● Gemiddelde grootte, ook rood
● Gebruiken zowel zuurstof als glucose voor energievoorziening
● Hogere snelheid en kracht, maar minder bestendig tegen vermoeidheid dan type I
● Veel gebruikt gedurende anaerobe activiteit van gemiddelde duur: Zwemmen, fietsen, een paar kilometer rennen.
■ Type II X
● Fast twitch
● Grootste vezels, witte kleur
● Veel glycogeen opgeslagen voor energievoorziening → Glycolytische vezels
● Snelste en sterkste samentrekking
● Snel moe, binnen 15 tot 30 minuten moe. Handig voor sprinten en gewichtheffen. Maken gebruik van anaerobe verbranding (glycolyse)
■ Henneman’s Size Principle: De typen worden sequentieel gerekruteerd. I dan IIA dan IIX. Zo worden spieren niet meer vermoeid dan nodig.
Bespreek het effect van spiervezel typering op de sportprestatie.
Het verschil in spiervezeltypering op sportprestatie is dat type I gunstiger is bij duursporten, omdat ze vooral op het aerobe systeem leveren en type II vezels zijn meer voor de kracht of sprint sporten, want deze maken vooral gebruik van het anaerobe systeem.
Type I is goed voor een inspanning van uren, Type IIA voor een inspanning van minder dan 30 minuten, Type IIX voor een inspanning van minder dan 5 minuten.
Als je een marathon wil rennen wil je dus zoveel mogelijk type I spiervezels.
Als je tussen de 1 en 5 kilometer ongeveer wil rennen heb je het meest aan type IIA spiervezels.
Als je een sprint wil rennen heb je het meeste aan type IIX spiervezels.
Over het algemeen hebben mensen 45-55% type I vezels. Er zijn geen geslachtsverschillen, maar wel grote individuele verschillen. Het aantal spiervezels kan je niet beïnvloeden, de dikte wel.
Duuratleten hebben vezels van een relatief normale grootte, met een neiging naar vergroting van de langzame vezels (type I). Kracht en vermogen atleten hebben vergroting van beide vezels, maar vooral de snelle Type II vezels. De vergroting door dit soort training komt door de vergroting van actine en myosine en door een grotere glycogeenopslag. Het duurvermogen wordt bepaald door: spiervezeltype, mitochondriale dichtheid, oxidatieve enzymen, lactaat clearing en doorbloeding.
