GPO BIOLOGIE

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

H19 - Sport

Verdieping op de lesstof

Esra Nijzing en Alinde Visscher

A6 

Inhoudsopgave

- Paragraaf 1: Bouw van pezen en spieren.

- Wat heeft het vermeerderen van het aantal rode bloedcellen voor invloed op de verbranding? 

- Paragraaf 2: Beweging in spiervezels.

- Paragraaf 3: Energieproductie zonder zuurstof.

- Sommige sporters slikken extra creatine, wat heeft dit voor invloed op de aanmaak van ATP en de verbranding?

- Paragraaf 4: Energieproductie met zuurstof. 

- Wat gebeurt er precies tijdens de citroenzuurcyclus en waarom wordt dit proces uitgevoerd? Wat zijn de begin- en eindstoffen?

- Wat zijn de functies van NAD+ en FAD in het lichaam buiten de dissimilatie om?

- Paragraaf 5: Controle

- Examenvragen + uitleg

Paragraaf 1: Bouw van pezen en spieren

Je weet waarschijnlijk al 

dat de vezels in je pezen 

uit collageenbundels, 

collageenvezels, 

collageenfibril 

en collageenmoleculen bestaan.

Ook de skeletspieren zijn uit verschillende onderdelen opgebouwd: spiervezels en myofibrillen die uit dunne filamenten, actine, en dikke filamenten, myosine, bestaan. Binas 90C

Verschillende soorten spierweefsels 

Binas 80E

Glad spierweefsel: Komt voor in 

bloedvaten, maag, darmen, baarmoeder, 

blaas en bronchiën. Het heeft geen 

streeppatroon omdat de myofibrillen 

minder geordend liggen.

Hartspierweefsel: Komt voor in het hart. 

De spiervezels zijn onderling verbonden.

Dwarsgestreept spierweefsel: Komt voor in 

de skeletspieren. Door de myosine en

actine ontstaan de strepen.

Wat hebben het vermeerderen van het aantal rode bloedcellen voor invloed op de verbranding? 

Voor verbranding van glucose via de aerobe dissimilatie, is zuurstof nodig. Sporters nemen zuurstof op mbv rode bloedcellen. Hoe meer rode bloedcellen er zijn, hoe meer zuurstof er opgenomen kan worden en hoe meer verbranding er plaats kan vinden. 

Het is voor topsporters dus goed om vlak voor de wedstrijd zoveel mogelijk rode bloedcellen te hebben, want hoe langer er zuurstof vervoerd kan worden, hoe langer de aerobe dissimilatie kan doorgaan en hoe langer het duurt voordat het lichaam over moet gaan op anaerobe dissimilatie, wat niet goed is want dan verzuren de spieren.  

Topsporters verhogen de rodebloedcelwaarde mbv hoogtetrainingen of maken gebruik van een hoogtetent. Omdat er op hoogte of in een hoogtetent minder zuurstof in de lucht zit, moet het hart dus harder werken om genoeg zuurstof bij de spieren te krijgen, er moeten dus meer rode bloedcellen bijkomen. 

Het hormoon EPO wordt door de nieren afgegeven als reactie op een tekort aan zuurstof. Het lichaam maakt als gevolg meer rode bloedcellen. 

Vervolgens wordt zuurstof gebonden aan hemoglobine, een eiwit. In de longen hechten de O2-moleculen zich makkelijk aan hemoglobine. Eenmaal in de organen aangekomen staat de hemoglobine de O2-moleculen makkelijk af. Dat deze aanhechting van zuurstof zo makkelijk gaat, heeft te maken met de evenwichtsreactie van zuurstofmoleculen in het bloed.

Als de rodebloedcelwaarde dan 

hoger wordt kan er meer zuurstof 

aan hemoglobine gekoppeld 

worden en kan er dus meer 

zuurstof vervoerd worden 

waardoor er langer aerobe 

verbranding kan optreden. Hierdoor

blijft de verzuring van de spieren

langer uit en kan de sporter 

beter presteren. 

Paragraaf 2: Beweging in spiervezels

Uit deze paragraaf is vooral de 

samentrekking van een spier belangrijk. 

Na een impuls schuiven de actine 

en myosine filamenten naar elkaar, 

waardoor het sarcomeer korter wordt. 

De samentrekking van een spier gebeurt in een paar stappen Binas 90C

1. De begin positie

2. ATP bindt aan myosine kop 

en die laat het actinefilament los

3. ATP splitst in ADP en Pi

4. Pi koppelt af waardoor de myosinekop in

 de actieve stand komt en klaar is

 voor een nieuwe cyclus

5. ADP laat los waardoor myosine beweegt,

 daardoor komt het in de niet-actieve stand

Het verschil tussen langzame en snelle spiervezels is ook belangrijk

Dit staat allemaal in Binas 90B

Paragraaf 3: Energieproductie zonder zuurstof

In deze paragraaf gaat het over de anaerobe dissimilatie, dus over de glycolyse en de gisting. De glycolyse staat in Binas 68A/B, maar als je het nog niet begrijpt is er op de volgende slide een filmpje. Hetzelfde geldt voor de alcoholgisting en de melkzuurgisting.

Deze afbeelding gaat over de bronnen van je energie.

Binas 90A

De eerste bron is ATP,  

als dat bijna op is, 

is CP de bron. 

Dan komt de anaerobe verbranding 

en dan pas de aeroob verbranding. 

Dat gebeurt na ongeveer 70 seconden. 

In rust wordt CP weer bijgevuld.

Verdieping: Sommige sporters slikken extra creatine, wat heeft dit voor invloed op de aanmaak van ATP en de verbranding?

In deze binastabel zie je waar een sporter

zijn/haar energie vandaan haalt. De eerste 

paar seconden komt de energie uit de

fosfaataccu, dit is de ATP die in de cellen zit, 

en het creatinefosfaat, wat ook in de 

spiercellen zit. Creatinefosfaat geeft zijn 

energierijke fosfaatgroep, P, aan een ADP, 

waardoor er ATP gevormd wordt. De voorraad

CP is ook beperkt, hierna gaat het lichaam 

over op dissimilatie, eerst anearoob, dit hebben 

we net in deze paragraaf behandeld. Daarna aeroob, 

hoe dit werkt weet je als het goed is ook en anders

behandelen we dit nog kort in de volgende paragraaf. 

Bekijk het filmpje op de volgende slide:

www.menshealth.com

 Wat doet dit creatine nou precies en wat zijn de voor- en nadelen ervan?

Sporters die intensief sporten en hun spieren willen laten groeien, gebruiken vaak extra voedingssupplementen. Een voorbeeld hiervan is creatine.

Creatine zorgt voor extra energietransport naar je spiercellen. Als de sporter een creatine supplement inneemt, heeft de sporter meer creatinefosfaat in het lichaam. 

Dit creatinefosfaat kan zijn energierijke fosfaatgroep weer afgeven aan een ADP waardoor er ATP ontstaat. Hoe meer creatinefosfaat er in het lichaam zit, hoe meer ATP er hieruit gemaakt kan worden.

Als er meer creatinefosfaat in het lichaam zit duurt het langer voordat de fosfaataccu ‘leeg’ is omdat het lichaam beschikt over een grotere buffer van creatine. Dit zorgt ervoor dat het langer duurt voordat het lichaam over moet gaan op anearobe dissimilatie. Dat is goed omdat anaerobe dissimilatie bijvoorbeeld voor gisting zorgt waardoor je spieren verzuren en je het sporten minder lang volhoudt. 

De voordelen van het slikken van extra creatine

Meer kracht, zoals al eerder naar voren kwam, komt dat omdat het lichaam langer kan 'teren' op de voorraad creatinefosfaat en dus nog niet over hoeft te gaan op anaerobe dissimilatie.

Hoger trainingsvolume, een sporter kan met behulp van dit extra beetje ATP bijvoorbeeld een oefening 8 herhalingen volhouden in plaats van 6. Dit leidt uiteindelijk tot meer spiermassa. 

Weerbaarheid tegen uitdroging en tijdens sporten in warm weer, dit komt omdat creatine ervoor zorgt dat cellen extra water opnemen, dit kan ook een nadeel zijn. Dat bespreken we in de volgende slide. 

Uit onderzoek is gebleken dat er een betere geheugenfunctie ontstaat bij vegetariërs en veganisten na het slikken van creatine. Dit komt omdat creatine vooral te vinden is in vis en vlees, vegetariërs en veganisten krijgen dus met de voeding minder creatine binnen dan mensen die wel vis en vlees eten en creatine heeft een positieve invloed op het geheugen. 

De nadelen van het slikken van creatine

Extra creatine is niet geschikt voor duursporten, het heeft vooral invloed op de snelle spiervezels. Duursporters maken meer gebruik van langzame spiervezels waardoor het voordeel klein zal zijn.

Een hoge inname (10-20 gram of meer) kan leiden tot maag- en darmklachten zoals diarree, winderigheid of krampen. Het kan dus zijn dat je je misselijk voelt of diarree krijgt als je te veel creatine in één keer neemt. 

Het slikken van creatine zorgt vaak voor een kleine gewichtstoename, omdat de spiercellen meer water opnemen. Dit kan bij sommige sporten ook nadelig werken. Als de sporter alleen krachttraining doet is dit geen probleem, omdat het de spieren vaak ook groter laat lijken. 

Het werkt niet voor iedereen. De meest mensen hebben ongeveer 50% fast-twitch spiervezels en 50% slow-twitch spiervezels. Deze groep zal goed reageren op creatine. Maar de groep die meer slow-twitch vezels heeft dan fast-twitch (bijvoorbeeld 70 – 30%), zal minder effect ondervinden van het supplement. 

Paragraaf 4: Energieproductie met zuurstof

De volgende plaatjes ken je als het goed is al. Hieronder geven we aan de hand van plaatjes, binasnummers en een filmpje een korte samenvatting. Heb je deze samenvatting niet nodig en wil je direct door naar de verdieping, ga dan door naar slide … 

Binas 68A is een compacte samenvatting van de dissimilatie van één molecuul glucose.

Hier komen verschillende processen in voor:

- De glycolyse, deze is in de vorige paragraaf behandeld. Binas 68B

- De decarboxylering, Binas 68A

- De citroenzuurcyclus, Binas 68C

- De oxidatieve fosforylering, Binas 68D

In de vorige paragraaf is dit proces behandeld tot en met de glycolyse, de anaerobe dissimilatie. In deze paragraaf gaan we verder met de aerobe dissimilatie. Wat er tijdens deze processen gebeurt en waarom dit gebeurt wordt duidelijk uitgelegd in de volgende video op de volgende slide: 

In het lichaam worden niet alleen glucosemoleculen verbrandt, ook eiwitten, koolhydraten en vetten worden verbrand. Dit is te zien in Binas 68E, dit wordt uitgelegd in de video na de video over de aerobe dissimilatie. 

Verdieping: Wat gebeurt er precies tijdens de citroenzuurcyclus en waarom wordt dit proces uitgevoerd? Wat zijn de begin- en eindstoffen?

De citroenzuurcyclus begint

met acetyl CoA en het eindigt 

met oxaalazijnzuur. 

Dit proces vind plaats, omdat 

NADH,H+ en de FADH2 die 

ontstaan nodig zijn voor

de oxidatieve fosforylering, 

waardoor er energie ontstaat. 

De ATP die ontstaat bij de 

citroenzuurcyclus, wordt gebruikt als 

energiebron. Binas 68C

Stap 1 & 2

Doordat het H2O van citroenzuur wordt afgesplitst, ontstaat cis-aconietzuur, maar als er weer H2O wordt opgenomen ontstaat isocitroenzuur. Deze reactie wordt door aconitase gekatalyseerd. 

Eerst wordt isocitroenzuur in oxaalbarnsteenzuur omgezet, dit kan nu makkelijk gedecarboxileerd worden (COO wordt afgesplitst) door het omzetten van NAD naar NADH,H+ (dit is de vrijgekomen energie). Door het afsplitsen van CO2 ontstaat 2-oxoglutaarzuur (alfa-ketoglutaarzuur). Deze reactie wordt gekatalyseerd door isocitroenzuur dehydrogenase.

Stap 3 & 4

Daarna wordt CoA in CO2 omgezet, omdat ze het coënzym-A koppelen ipv de COO groep. NAD wordt omgezet in NADH,H+, dit is weer de energie die vrijkomt, waardoor barnsteenzuur-CoA ontstaat. Deze reactie wordt door alfa-ketoglutaarzuurdehydrogenase-complex gekatalyseerd. 

Die CoA wordt in de stap daarna alweer afgestaan, ook wordt er H2O opgenomen en ADP + Pi wordt in ATP omgezet waardoor barnsteenzuur ontstaat. Dit ontstaat omdat de CoA groep vervangen wordt door een zuurstofatoom, de energie die vrijkomt is in ATP. De katalysator in barnsteenzuur-CoA-synthetase.

Stap 5 & 6

Barnsteen wordt gehydrogeneerd tot furmaarzuur, wat een oxidatiereactie is. De energie die vrijkomt, komt in FADH2 te zitten, de katalysator is barnsteen dehydrogenase. 

Aan furmaarzuur wordt H2O toegevoegd, waardoor appelzuur ontstaat. De katalysator van deze reactie is furmarase.

Stap 7 & 8

Weer word er NAD in NADH,H+ omgezet waardoor oxaalazijnzuur ontstaat, dit word omgezet omdat de hysroxylgroep tot een carbonylgroep, dubbelgebonden O, wordt geoxideerd. Het wordt door appelzuur dehydrogenase gekatalyseerd

Voordat de cyclus opnieuw kan beginnen wordt er nog H2O toegevoegd. De dubbelgebonden O (uit oxaalazijnzuur) wordt aan een acetyl-coenzym A gekoppeld, waaruit citroenzuur ontstaat. Het wordt gekatalyseerd door citrate synthase. Hierna kan de cyclus opnieuw beginnen.

Verdieping: Wat zijn de functies van NAD+ en FAD in het lichaam buiten de dissimilatie om?

NADH,H+ (nicotineamide adenine dinucleotide)

 en FADH2 (flavine adenine dinucleotide) spelen 

een grote rol bij de dissimilatie. 

Het zijn beide co-enzymen. Ze accepteren 

elektronen met een hogere energie. Ze zijn geen 

directe energieborn, maar worden wel gebruikt 

om ATP te maken.

Het grootste verschil is dat NADH 3 ATP produceert 

en FADH2 maar 2

NAD+, Bruto formule: C21H28N7O14P2 

 NADH,H+ functioneert als co-enzym 

in honderden redoxreacties. Het kan

in twee vormen bestaan: als oxidator, 

NAD kan elektronen opnemen, en als 

reductor,  NADH kan elektronen 

afstaan.  De structuur bestaat uit twee 

nucleotiden: adenine en nicotinamide  

Functies NAD+

NAD+ is betrokken bij de DNA-reparatie

NAD+ is betrokken bij de regulatie van de genexpressie

DNA-ligasen verbruiken het enzym NAD+

NAD+ fungeert ook als directe precursor, stof die de voorloper is van het eindproduct in een reactie, van het boodschappermolecuul cyclisch ADP-ribose.

De voornaamste functie van NAD+ is de overdracht van elektronen

Er is vastgesteld dat NAD+ in kleine hoeveelheden vrijkomt uit de zenuwcellen in bloedvaten, de urineblaas en de dikke darm, en daarnaast ook uit neurosecretoire cellen en synaptosomen in de hersenen. Daardoor is verondersteld dat NAD+ een neurotransmitter is

NAD+ is betrokken bij processen die veroudering en levensduur beïnvloeden. Veel van deze processen zijn nog onbekend en hier wordt nog onderzoek naar gedaan.

NAD+ fungeert als donor van ADP-ribosegroepen in ADP-ribosyleringsreacties, waar ADP-ribose aan een eiwit gekoppelt wordt.

NAD+ functioneert ook als extracellulair signaalmolecuul, buiten de cellen. 

Sirtuïnen gebruiken NAD+ om acetylgroepen te verwijderen uit eiwitten.

Twee overige functies:

FAD, Bruto formule: C27H33N9O15P2

Naast de dissimilatie heeft FAD niet

veel functies. Het is een co-enzym in 

redoxreacties en het kan bestaan in vier 

redox-toestanden, namelijk als

 flavine-N(5) oxide, chinon, semichinon 

en hydrochinon. Het omwisselen tussen 

deze vormen is mogelijk door het afstaan

 of opnemen van elektronen.

Het bevat de twee gekoppelde nucleotiden

 adenine en flavine mononucleotide.

Paragraaf 5: Controle

Tot slot weet je dat je organen worden 

beïnvloed door neurale en hormonale 

regulatie. Je zenuw- en hormoonstelsel 

werken samen bij bijvoorbeeld het 

adequaat reageren op de omstandigheden:

- CRH komt vrij uit de hypothalamus.

- Dit stimuleert de hypofyse via het bloed om ACTH aan het bloed af te geven.

- De bijnierschors reageert door cortisol te maken.

- Dit stimuleert het bijniermerg om adrenaline af te geven. Zenuwen prikkelen het bijniermerg ook om adrenaline af te geven.

Het plaatje hieronder geeft een beeld van een aantal impulsen achter elkaar

Nu we dit allemaal weten is het natuurlijk interessant om te kijken of we deze kennis kunnen toepassen door het beantwoorden van een aantal examenvragen. 

Examenvragen

Welke foto geeft een beeld van echt spiervlees uit een kippenpoot?

1. foto 1
2. foto 2
3. foto 3
4. foto 4

Uitleg examen vraag 1

Het goede antwoord is foto 3, dat komt omdat spiervlees uit een kippenpoot dwarsgestreept spierweefsel is. Dat kan je zien in Binas 80E, dan kom je uit op foto 3. 

Welke veranderingen treden tijdens samentrekking van de spiervezel op in de lengte van deze 3 banden?

1. H wordt smaller, A en I blijven gelijk.
2. H, A en I worden alle 3 smaller.
3. H en A worden smaller, I blijft gelijk.
4. H wordt smaller, A blijft gelijk, I wordt smaller.

Uitleg examenvraag 2

Het goede antwoord is D want bij samentrekking gaan de actine- en myosinefilamenten dichter na elkaar toe. Dat kan je vinden in Binas 90C. 

H wordt smaller omdat de actine en myosine in elkaar schuiven. 

A blijft gelijk omdat de myosinefilamenten niet kleiner worden. De A-band blijft altijd gelijk. 

I wordt smaller omdat de actine en myosine in elkaar schuiven. 

Na een stroomstootje trekken de spieren zich een tijdje samen waarna ze vervolgens weer ontspannen. De sterkte van de stroomstoot is te regelen. Stel dat in situatie 1 een spier niet maximaal is samengetrokken. Vervolgens wordt de sterkte van de stroomstoot zodanig opgevoerd dat de spier maximaal samentrekt (situatie 2).
Door welke verandering in de spier wordt het verschil tussen situatie 1 en situatie 2 veroorzaakt?

1. In situatie 1 zijn alle spiervezels van de spier gedeeltelijk samengetrokken en in situatie 2 zijn ze volledig samengetrokken. 
2. In situatie 1 is een beperkt aantal van de spiervezels samengetrokken en in situatie 2 zijn alle spiervezels van de spier maximaal samengetrokken. 
3. In situatie 1 zijn er meer actine- dan myosinefilamenten en in situatie 2 meer myosine- dan actinefilamenten in de spier aanwezig.

Uitleg examenvraag 3

Het goede antwoord is B omdat spiervezels wel of niet helemaal samentrekken. Ze kunnen niet gedeeltelijk samentrekken, daarom is antwoord A fout. De hoeveelheden actine- en myosinefilamenten zijn altijd gelijk daarom is antwoord C fout. 

Zodra het donker wordt start de omzetting van glycogeen in de Synechococcus bacteriën. Het daarbij gevormde acetyl-CoA kan niet op de gebruikelijke manier worden verwerkt. Het wordt omgezet in acetaat, waarvan de hoeveelheid tijdelijk toeneemt in de microbiële mat.

Welke twee processen zijn op dat moment tot stilstand gekomen?

1. glycolyse en decarboxylering
2. glycolyse en melkzuurgisting
3. citroenzuurcyclus en melkzuurgisting 
4. citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering

Uitleg examenvraag 4

Dit kan je zien in Binas 68A. Acetyl-CoA wordt normaal verwerkt in de citroenzuurcyclus. Als acetyl-CoA niet wordt verwerkt wordt de citroenzuurcyclus niet doorlopen. De eindproducten van de citroenzuurcyclus zijn nodig voor de oxidatieve fosforylering, als de citroenzuurcyclus niet wordt doorlopen zijn de eindproducten er niet en kan de oxidatieve fosforylering ook niet plaatsvinden. 

Een sportieve proefpersoon loopt de 100 meter sprint in 15 seconden. Bij de sprint wordt de voorraad ATP in zijn beenspieren in ongeveer 2 seconden verbruikt. Daarna houdt vooral CP de ATP-concentratie nog rond de 6 seconden op peil. Vervolgens kan ATP nog gedurende tenminste 32 seconden door anaërobe dissimilatie worden vrijgemaakt. Pas na circa 40 seconden gaat de aërobe dissimilatie in de beenspieren een belangrijke rol spelen.

Bij welke van de onderstaande omzettingen komt de proefpersoon in de laatste seconden van de sprint aan energie in de beenspieren?

1. Bij de omzetting van creatine in creatinefosfaat
2. Bij de omzetting van glucose in pyrodruivenzuur
3. Bij de omzetting van glycogeen in glucose
4. Bij de omzetting van pyrodruivenzuur in melkzuur

Uitleg examenvraag 5

Het goede antwoord is B want na 2 seconde is de ATP verbruikt, na 6 seconden is de fosfaataccu leeg. Daarom is antwoord A niet goed. Dan zijn 8 seconden van de sprint voorbij. De laatste 7 seconden is dan anearobe dissimilatie, dat kan je zien in Binas 90A. Antwoord D is dan ook fout omdat bij de omzetting van pyrodruivenzuur in melkzuur geen ATP vrijkomt, en dat is bij antwoord B wel het geval. En die ATP is nodig in de laatste seconden. 

Voor de secretie van insuline door de ß-cel is ATP nodig. Noem twee plaatsen in de ß-cel waar ATP gevormd kan worden.

Uitleg examenvraag 6

ATP wordt gevormd tijdens de glycolyse, dat gebeurt in het grondplasma/cytoplasma. 

ATP wordt ook tijdens de citroenzuurcyclus en de oxidatieve fosforylering gevormd, dat gebeurt in de mitochondriën. Daarom is het antwoord grondplasma/cytoplasma en de mitochondria. 

Hoeveel mol ATP kan er in de oxidatieve fosforylering gesynthetiseerd worden bij gebruik van 1 mol FADH2 en hoeveel bij gebruik van 1 mol NADH,H+?

1. 4 FADH2 en 6 NADH,H+
2. 1 FADH2 en 2 NADH,H+
3. 2 FADH2 en 3 NADH,H+
4. 2 FADH2 en 1 NADH,H+

Uitleg examenvraag 7

Als je Binas 68A bekijkt, tel je 10 NADH,H+ moleculen (rechtsbovenin niet meetellen, dat is dezelfde als linksbovenin), en 2 FADH2 moleculen. Deze zorgen samen voor 34 ATP bij de oxidatieve fosforylering. 10 x 3 = 30 ATP. 2 x 2 = 4 ATP. 

30 + 4= 34 ATP. 

Einde