Thema 4 Flashcards
Beschrijf de eerste wet van de thermodynamica.
Er kan geen energie gecreëerd of vernietigd worden, maar energie transformeert van de ene vorm naar de andere. (Wet behoud van energie)
Beschrijf de tweede wet van de thermodynamica.
Overdracht van potentiële energie in elk spontaan proces vindt altijd plaats in de richting, waarbij de capaciteit om arbeid te verrichten afneemt. Entropie: de neiging van potentiële energie om over te gaan naar de kinetische energie met een lagere capaciteit voor arbeid. Uiteindelijk wordt alle potentiële energie in een biologisch systeem afgebroken tot de onbruikbare vorm van kinetische- of warmte energie
Beschrijf de rol van vrije energie tijdens biologische arbeid
“nuttige” energie voor biologisch werk dat alle energiebehoeften van de cel omvat, levens ondersteunende processen. Vrije energie bepaalt de potentiële energie binnen de chemische bindingen van een molecuul.Vrije energie komt in 2 vormen voor: De energie die vrij is gekomen bij een exergone reactie, kan gebruikt worden voor een endergone reactie. Endergoon beschrijft de chemische reacties waarbij energie wordt opgeslagen of geabsorbeerd
Beschrijf de drie vormen van biologische arbeid
- Mechanisch werk van spieractie
- Chemisch werk dat cellulaire moleculen synthetiseert zoals glycogeen, triacylglycerol en eiwit
- Transportwerk dat stoffen zoals assodium (Na +) en kalium (K +) ionen concentreert in de intracellulaireen extracellulaire vloeistoffen
Beschrijf hoe enzymen en co-enzymen het energiemetabolisme
beïnvloeden
Enzymen versnellen reacties zonder verbruikt of veranderd te worden.
Co-enzymen: sommige enzymen blijven inactief tenzij ze geactiveerd worden door co-enzymen. Deze organische substanties (geen enzymen!) faciliteren enzymwerking door enzym en substraat te binden.
Definieer hydrolyse en condensatie en beschrijf hun belang voor
fysiologisch functioneren.
In het algemeen verteren of breken hydrolysereacties complexe moleculen af tot eenvoudigere sub eenheden; condensatiereacties bouwen grotere moleculen op door hun sub eenheden te binden.Bij hydrolyse wordt een groot molecuul omgezet naar kleinere moleculen door water toe te voegen en bij condensatie wordt H2O juist uit de moleculen gehaald om zo de moleculen aan elkaar te binden. Bij proteinen zijn de verbindingen “peptide bindingen”. Deze reacties komen voor bij bijvoorbeeld zetmeel, disaccharides, proteine en lipiden, dus het is erg belangrijk voor de afbraak van je eten en daarna weer de opbouw van nuttige moleculen. Dit wordt ook versneld door enzymen.
* Hydrolyse: afbreken van complexe moleculen uit kleinere subunits, door het toevoegen van H+ en OH (H2O)1
* Condensatie: Het vormen van complexe moleculen uit kleinere subunits, waarbij H2O vrijkomt
Beschrijf de rol van redoxreacties in energiemetabolisme
Redoxreacties vormen de basis voor de energie overdracht processen van het lichaam.Binnen het gebied met constante snelheid leveren gekoppelde redoxreacties de energie voor fysieke activiteit; elk geproduceerd lactaat oxideert of wordt weer omgezet in glucose.Redox reacties spelen een grote rol bijenergiemetabolisme in de mitochondrien. Als eenreductor oxideert geeft het elektronen af en wordthet een oxidator. De oxidator is dus degene die deelektronen opneemt. In de mitochondrien zijn ertransportmoleculen die de geoxideerdewaterstofatomen en de losgekoppelde elektronenvervoeren naar zuurstof, wat hierna gereduceerdwordt.
* Redoxreacties: oxidatie en reductie
* Oxidatie: verlies elektronen X à X+ + e- Dragen zuurstof, waterstof of elektronen over.
* Reductie: elektronen ‘winnen’ X+ + e-à X
* Beide reacties vinden plaats in de mitochondriën
Beschrijf de rol van high-energy fosfaten in biologische arbeid.
- High-energy fosfaten is de benaming voor de componenten die energie opslaan in de fosfaatbindingen.Alle lichaamsprocessen ‘kosten’ energie.
- Een voorbeeld hiervan is ATP. De buitenste twee fosfaten hebben een hoogenergetische binding, door afsplitsing van het laatste atoom tijdens hydrolyse komt er energie vrij.
- De energie voor de ATP-resynthese komt voornamelijk van vetten en glycogeen. Een deel komt echter ook van de anaerobe splitsing van fosfaat van fosfocreatine (PCr) (4-6x zo groot als voorraad ATP)
- Ook heb je nog de adenylate kinase reactie die zorgt voor ATP: 2 ADP à ATP + AMP (onder invloed van het enzym adenylate kinase.- Adenylate kinase – en creatine reactie hebben twee voordelen:
1. Vergroten van de spier mogelijkheid om de energieafgifte snel te laten toenemen
2. Ze produceren AMP, Pi en ADP. Deze activeren de eerste fasen van glycogeen en glucose katabolisme en de zuurstof vereisende processen in de mitochondriën.
Beschrijf de elektronen transportketen en de oxidatieve
fosforylering.
Dit vertegenwoordigt een relatieve efficiëntie van 34% voor het benutten van chemische energie via oxidatieve fosforylering door elektronentransportElektronentransport - oxidatieve fosforylering produceert een gekoppelde overdracht van chemische energie om ATP te vormen uit ADP plus fosfaationenElektron transport oxidatieve fosforylering vindt plaats in het innermembraan van de mitochondrien. Op het begin wordt de waterstof, die van NADH of FADH2 komt, geoxideert en is die dus gescheiden van zijn elektron. Per twee waterstof atomen zijn er nu twee elektronen losgemaakt die worden doorgegeven in de transportketen tot ze uiteindelijk weer door het enzym ATPase gaan richting de binnenkant van het mitochondrium (matrix). Aan de binnenkant binden ze met waterstof en zuurstof om water te vormen en zo hebben ze ook ATP helpen vormen.
De elektronentransportketen draagt elektronen van NADH en FADH2 over aan zuurstofatomen.
Beschrijf de rol van zuurstof in het metabolisme.
Er zijn drie voorwaarden voor de voortdurende hersynthese van ATP tijdens gekoppelde oxidatieve fosforylering. Door aan de volgende drie voorwaarden te voldoen, worden waterstof en elektronen tijdens het energiemetabolisme ononderbroken door de ademhalingsketen naar zuurstof getransporteerd:
1. Weefselbeschikbaarheid van het reductiemiddel NADH (of FADH2)
2. Aanwezigheid van het oxidatiemiddel zuurstof in de weefsels
3. Voldoende concentratie van enzymen en mitochondriato zorgt ervoor dat energieoverdrachtsreacties met de juiste snelheid verlopenTijdens zware lichamelijke activiteit veroorzaakt een ontoereikende zuurstoftoevoer (conditie 2) of de matevan gebruik (conditie 3) een onbalans tussen waterstofafgifte en de terminale oxidatie ervan. In beide gevallen “back-up” de elektronenstroom door de ademhalingsketen en accumuleren waterstofatomen gebonden aan NAD + en FAD.
De rol van zuurstof is om elektronen en waterstof atomen aan het eind van de keten op te nemen en zo water te vormen. Als er niet genoeg zuurstof is zullen de waterstof atomen binden met pyruvaat en zo lactaat vormen
- Zuurstof in de mitochondria is noodzakelijk in dit (hierboven) proces. Zuurstof is de laatste elektronenreceptor. Water wordt gevormd.
- NADH + H+ + 3ATP + 3P + ½O2 à NAD+ + H2O + 3ATP
- Als zuurstof niet aanwezig is dan binden de waterstofatomen aan pyruvaat en vormen lactaat.
Benoem de belangrijkste functies van koolhydraten in het
metabolisme.
De belangrijkste functie van koolhydraten in metabolisme is het leveren van energie voor cellulair werk. Koolhydraten zijn ook heel belangrijk voor anaeroob metabolisme. Bij vetverbranding zijn ook koolhydratennodig. De primaire functie van koolhydraten levert energie voor cellulair werk.Koolhydraten hebben vier belangrijke functies die verband houden met het energiemetabolisme en de trainingsprestaties.
1. Energiebron, Koolhydraten dienen voornamelijk als brandstof voor energie, vooral tijdens intensieve fysieke activiteit.
2. Protein-Sparer, Adequate inname van koolhydraten helpt om weefseleiwitten te behouden.
3. Metabolische primer / Voorkomt ketose, Componenten van koolhydraatkatabolisme dienen als “primer” -substraat voor vetoxidatie.
4. Brandstof voor het centrale zenuwstelsel, het centrale zenuwstelsel vereist een ononderbroken stroom koolhydraten voor een goede werking
- 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 hoe anaerobe energie wordt vrijgemaakt op cellulair
niveau.
Bij het anaerobe metabolisme is het eindproduct lactaat. Dit wordt ook wel de snelle glycolyse genoemd. Dit levert beperkt ATP. Maximale inspanning tot 90s.
- In reactie 1 doneert ATP een fosfaatgroep aan glucose, waardoor glucose6-fosfaat ontstaat. Hexokinaseis als enzym betrokken. Bij de meeste weefsels blijft het glucosemolecuul daardoor gevangen in de cel. In de aanwezigheid van glycogeensynthase kan dan glycogeen gevormd worden. De lever en de niercellen bevaten fosfatase. Dit splitst de fosfaatgroep af, waardoor glucose kan worden getransporteerd.
- In reactie 2 wordt glucose6-fosfaat omgezet in fructose1,6-difosfaat ondersteund door glucose6-fosfatase-isomerase
- In reactie 3 wordt fructose1,6-fosfaat fructose1,6-difosfaat ondersteund door fosfofructokinase (PFK). Dit kost 1ATP De activiteit van dit enzym beperkt de snelheid van de glycolyse tijdens maximale inspanning. Snelle spiervezels bevatten veel PFK1
- Daarna splitst fructose1,6-difosfaat in twee gefosforyleerde moleculen met 3 carbon ketens. Deze worden in vijf reacties omgezet tot pyruvaat
Vergelijk de efficiëntie van aeroob en anaeroob metabolisme
Bij glycolyse worden er twee (bij glucose) of drie (bij glycogeen) ATP’s gewonnen en daar stopt het bij anaerobe metabolisme, maar bij aerobe metabolisme gaat pyruvaat nog verder de citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering in waar nog zo een 30 extra ATP’s worden gewonnen. Anaerobe metabolisme gaat echter wel veel sneller dan aeroob, dus bij hoge intensiteit zal er ook anaeroob verbrand 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 anearobe glycolyse en bij aerobe metabolisme is de efficientie 34%. De rest gaat verloren als warmte.Bij het anaerobe metabolisme worden er maar 2 of 3 ATPs geproduceerd. Bij het aerobe proces gaat pyruvaat nog verder het proces in, naar de citroenzuurcyclus en elektronentransportketen. Hier kan uiteindelijk veel meer ATP gegeneerd worden. Het anaerobe proces is echter wel veel sneller
Beschrijf de vorming en ophoping van lactaat tijdens zware
inspanning.
- Bij zware inspanning is er onvoldoende zuurstof of desnelheid waarmee zuurstof kan worden verbruikt ligt telaag. Er is sprake van non steady-state.
- Dit heeft als gevolg dat de H+ productie > H+ oxidatie. Voorde glycolyse is NAD+nodig. NAD+ wordt vrijgemaakt doorlactaat formatie (pyruvaat à lactaat). Lactaat (H+) ophoping àpH naar beneden à vermoeidheid.Als je je zwaarder gaat inspannen en je komt O2 tekort,wordt er meer lactaat gevormd. Normaal gesproken kan ditworden afgevoerd naar de lever en weer worden omgezet inglucose, maar wanneer er te veel lactaat wordtgeproduceerd kan dit allemaal niet op tijd meer wordenafgevoerd en ontstaat er een ophoping
Beschrijf de Cory cycle.
De Cori-cyclus verwijdert lactaat dat vrijkomt uit actieve spieren en gebruikt het om de glycogeenreserves aan te vullen die zijn uitgeput door intense fysieke activiteit. Cyclus waarbij lactaat in de lever wordt omgevormd tot glycogeen. De Cory cycle verwijdert lactaat uit actieve spieren en zet het in de lever om in glucose of glycogeen. Zie plaatje
