Hoofdstuk 2 t/m 26

Hoofdstuk 1: gedraag je!
Geprikkeld gedrag
Wanneer de motivatie de drempelwaarde bereikt, voert een dier het gedrag daadwerkelijk uit. De motivatie bestaat uit in- en uitwendige prikkels: motiverende factoren. Wanneer één prikkel al voldoende is om het gedrag te vertonen, is er sprake van een sleutelprikkel. Een overdreven sleutelprikkel is een supernormale prikkel.

Antropomorf is de menselijke benadering van diergedrag. Een etholoog is een onderzoeker naar diergedrag.

1.2 De zweep voor het publiek
Een ketting van gedragingen is een gedragsketen, de verschillende handelingen zijn gedragseenheden. Samenhangende groepen van handelingen noemt men gedragssystemen.

Bij ambivalent gedrag worden telkens stukjes van beide gedragssystemen vertoond. Overspronggedrag is gedrag vertonen wat uit een ander gedragssysteem komt. Omgericht gedrag is de handeling richten tot de verkeerde persoon.

1.3 Seks: vechten, vluchten of vriendjes worden?
Een serie gedragseenheden die van tevoren vaststaat, is een ritueel. Signalen zijn gedragseenheden die alleen door soortgenoten als sleutelprikkel herkend worden.

In de balts tonen dieren elkaar dat ze van het andere geslacht zijn en een geschikte partner zijn.

1.5 Hoe leer jij vandaag?
Gedrag kan aangeboren en aangeleerd zijn.

Leren kan door:
- Inprenten; alleen in de gevoelige periode
- Imitatie; nadoen
- Gewennig
- Klassieke conditionering; toevallige prikkel koppelen aan een prikkel aan het begin van een bekende gedragsketen
- Trial-and-error; verdergaan met goed resultaat, iets anders proberen bij slecht resultaat
- Operante conditionering; leren van gedrag met behulp van straffen en beloningen
- Inzicht; stappen over kunnen slaan

Hoofdstuk 2: cellen in werking
2.1 Klieren in je lijf
Speeksel wordt gemaakt in speekselklieren. De bekendste klieren zijn oorspeekselklieren. Vanaf de klieren gaan afvoerbuisjes naar de mondholte.

Speeksel bestaat uit water, zouten en eiwitten: enzymen en slijmstoffen en heeft een sterk wisselende samenstelling. Bij zuur eten komt het dunne, waterige speeksel uit de oorspeekselklieren en bij zoet eten is het dik en slijmachtig. Het speekselenzym amylase splitst zetmeel in suikers.

Klieren halen grondstoffen voor klierproducten uit het bloed, wat uiteindelijk uit je voedsel komt.

2.2 Cellen centraal
Speekselklieren maken deel uit van het verteringsstelsel, waar elk orgaan specifieke taken heeft. Door verteringssappen verteert voedsel en de verteringsproducten gaan naar het bloed.

Speekselklieren bestaan uit verschillende typen cellen met elk een eigen specialisatie. Om het eiwit amylase te maken, heeft een speekselkliercel verschillende organellen met een specifieke taak.

Voor de aanmaak van amylase zijn bouwstoffen en zuurstof nodig.

Eencellige organismen bestaan uit één zelfstandig functionerende cel, maar vertonen alle levenskenmerken van meercelligen.

Door specialisatie verschillen cellen qua bouw. Een speekselkliercel heeft vooral organellen voor de productie van amylase, een zenuwcellen heeft organellen die energie vrijmaken en rode bloedcellen zijn kernloos. Cellen kunnen buiten het lichaam onder normale omstandigheden niet overleven.

2.3 Industrie op miniformaat
Cellen maken eiwitten. De eiwitten binnen de cel zijn nodig voor opbouw en herstelwerkzaamheden of voor het regelen van processen als celdeling en verbranding. Die processen vinden plaats in de organellen en in het grondplasma. Enzymen werken als katalysatoren, waardoor chemische processen bij lichaamstemperatuur toch snel genoeg verlopen. Enzymen zijn specifiek voor één chemische reactie.

In de celkern zit het draaiboek voor de aanmaak van eiwitten, in grote DNA-moleculen in de chromosomen. Een RNA-molecuul zorgt ervoor dat de ribosomen, organellen die eiwitten in het grondplasma in elkaar zetten, hun bouwinstructie krijgen.

Aminozuren zijn bouwstenen voor eiwitten en zijn afkomstig uit eiwitten uit voedsel. Ze komen vrij in het darmkanaal en worden getransporteerd door het bloed.

Ribosomen koppelen aminozuren aan elkaar tot het juist eiwit. Eiwitten voor in de cel worden gemaakt door losse ribosomen in het grondplasma en voor export bestemde eiwitten door ribosomen gekoppeld aan het ER, endoplasmatisch reticulum.

Specifieke aminozuurvolgorden zijn adreslabels waardoor de sliert aminozuren in de dun vertakte ruimten van het ER komen, waar het label eraf gaat. Enzymen in het ER vouwen de keten aminozuren tot een echt eiwit.

Een tweede adreslabel brengt eiwitten naar blaasjes die zich versmelten met het Golgi-systeem. Daarin ondergaan ze nog enkele veranderingen m.b.v. enzymen.

In de celmembraanzijde van het Golgi-systeem vindt sortering van eiwitten plaats, eiwitten met hetzelfde adreslabel komen in één blaasje (lysosoom) terecht. Een deel bevat stoffen bestemd voor export: enzymen of hormonen, anderen enzymen voor de afbraak van overtollig celmateriaal of door de cel opgenomen stoffen.

ATP is een stof die energie kan opslaan en wordt opgeladen door energie uit glucose, waar zuurstof voor nodig is. Het opladen gebeurt in mitochondriën (staafvormig tot rond, een sterk binnenmembraan en een glad buitenmembraan).

Het celskelet is een netwerk van verschillende eiwitdraden, geeft de cel vorm en stevigheid en speelt een rol bij de beweging van een cel. Cellen veranderen voortdurend van vorm, organellen verplaatsen zich in het grondplasma en onderdelen van het celskelet zijn betrokken bij celdeling.

2.4 Aan de celgrens
Tijdens het transport van naar de mondholte nemen cellen om het afvoerbuisje o.a. Na+ en Cl- uit het speeksel op en geven er K+ aan af.

Cellen zijn omgeven door een dun laagje: het celmembraan, de grens tussen celinhoud en omgeving. Het is een actief organel en laat selectief stoffen door.

Celmembranen bestaan uit een dubbellaag van fosfolopiden (vetachtige stoffen) met daarin eiwitten en cholesterol. Fosfolopiden bewegen erg vrij.

Eiwitten kunnen vrij in het vlak van het membraan bewegen, behalve als ze verbonden zijn met de structuur binnen de cel.

Veel eiwitten hebben aan de buitenkant van het membraan speciale koolhydraatketens: receptoren. Daaraan kunnen stoffen koppelen. Receptoren zijn specifiek voor één stof.

Alleen kleine moleculen zonder elektrische lading kunnen, d.m.v. diffusie, het celmembraan passeren. Watertransport heet osmose. Door diffusie bewegen deeltjes zich vooral naar de lage concentratie. Membranen hebben specifieke transporteiwitten voor het doorlaten van ionen en kleine organische moleculen, zij vormen speciale kanalen waar deeltjes doorheen kunnen diffunderen. Bij actief transport gaan deeltjes van een lage naar een hoge concentratie, dat kost ATP.

Bij actief transport werken transporteiwitten als moleculaire pompen, die deeltjes door het membraan helpen.

Witte bloedcellen en enkele eencelligen gebruiken de verandering van membraanoppervlakken om zich te verplaatsen. Bij exocytose versmelten membraanbolletjes met het celmembraan en lozen daar hun inhoud. Bij endocytose komen grote moleculen en voedseldeeltjes via instulpingen in het membraan de cel binnen, waarin membraanbolletjes met lysosomen versmelten. Daarin verteren enzymen de voedseldeeltjes en de verteringsproducten gaan via transporteiwitten het grondplasma in.

Membranen sluiten vanzelf en blijven de celinhoud afschermen.

2.5 Cellen in soorten en maten
Bij zowel menselijke als dierlijke cellen zit DNA in de celkern, maken ribosomen eiwitten, mitochondriën ATP en is er een celmembraan. Plantaardige cellen hebben een grote centrale vacuole en chloroplasten, bladgroenkorrels. Buiten het celmembraan zit een elastische celwand.

Eencellige bacteriën hebben geen celkern, geen structuren omgeven door een membraan en dus geen mitochondriën, ER en Golgi-systeem. Ze hebben wel een membraan, ribosomen en DNA dat los in het grondplasma zit. Bacteriën hebben geen celkern en zijn dus prokaryoten, cellen van planten en dieren zijn eukaryoten.

De endosymbiosetheorie zegt dat primitieve eukaryoten via fagocytose prokaryoten hebben opgeslokt, welke cellen zich ontwikkelden tot gespecialiseerde celorganellen: mitochondriën en chloroplasten. Beide organellen hebben namelijk eigen DNA en kunnen zich vermeerderen.

Virussen kunnen alleen vermeerderen m.b.v. cellen van prokaryoten en eukaryoten. Wanneer de gastheercel besmet is, maakt deze alleen maar nieuwe virussen. Een virus maakt gebruik van de organellen en enzymen van de gastheercel en hoeft niet meer te zijn dan wat ingepakt DNA of RNA.

Chloroplasten zijn organellen (groep: plastiden) die specifiek zijn voor planten en eencelligen en zijn omgeven door een membraan. Het inwendige bestaat uit stapels membranen met o.a. chlorofyl, bladgroen. Daarmee wordt lichtenergie opgevangen en ontstaat ATP voor de fotosynthese. Daarbij maken chloroplasten glucose uit CO2 en water en komt O2 vrij.

Alle plastiden hebben een overeenkomstige structuur en kunnen in elkaar overgaan. Amyloplasten en chromoplasten veranderen onder invloed van licht in chloroplasten.

Vacuolevocht bevat opgeloste stoffen zoals suikers, zouten, afvalstoffen en kleurstoffen. Daardoor neemt de vacuole door osmose water op uit de omgeving, zwelt op en de elastische celwand komt onder druk te staan. Zo zorgt de vacuole voor stevigheid (turgor) van een plantencel. Wanneer de turgor verdwijnt door watervlies, gaat de plant slap hangen.

Hoofdstuk 3: DNA: Het management van je cellen
3.1 DNA: Geheimtaal?
DNA staat voor Deoxyribonucleïnezuur, naar het witte neerslag uit de celkern: nucleïne (nucleus = kern). Omdat het zure eigenschappen heeft, werd het nucleïnezuur genoemd. Bij de celdeling zijn de 46 DNA-moleculen opgerold tot chromosomen, bestaande uit DNA en histonen, eiwitten voor stevigheid.

DNA heeft de vorm van een dubbele helix, moleculaire wenteltrap, waarvan beide helften uit een keten aan elkaar gekoppelde nucleotiden bestaan. Een nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, suikermolecuul en stikstofbase. De leuningen van de dubbele helix uit fosfaatgroepen en suikermoleculen (deoxyribose), met daaraan de stikstofbase.

De stikstofbasen in DNA zijn adenine A, cytosine C, guanine G en thymine T. De ketens zijn complementair: A<>T, C<>G. De volgorde van de stikstofbasen is de code waarmee de erfelijke informatie is vastgelegd.

3.2 ‘... en we noemen hem Hugo’
De DNA-tekst is onderverdeeld in genen, die informatie voor een eiwit leveren. Meerdere eiwitten bepalen samen één eigenschap. En allel is een genvariant (bijvoorbeeld A bij bloedgroepen). De allelen van bloedgroepen zijn IA, IB en i.

Alle genen samen zijn het genoom van de mens. Voor onderzoek aan het menselijk genoom is de Human Genome Organization verantwoordelijk: HUGO. In het Humaan Genoom Project werken wetenschappers samen aan het in kaart brengen van de genen van de mens.

3.3 DNA vertaald
Er zijn verschillende eiwitvarianten: bouweiwitten, transporteiwitten, enzymen en hormonen. De alvleesklier geeft het hormoon insuline af aan het bloed, wat het glucosegehalte constant houdt.

Eiwitten bestaan uit ketens van aminozuurmoleculen, waar er 20 verschillende van zijn. Eiwitten verschillen door het aantal aminozuren, de aminozuurtypen, de aminozuurvolgorde en de manier waarop ze gevouwen zijn. DNA bevat het bouwplan waarmee een cel eiwitmoleculen kan maken.

De DNA-code wordt gevormd door de nucleotiden. Een combinatie van drie opeenvolgende stikstofbasen, triplet, is een codewoord: codon. Eén DNA-triplet vormt de code voor één aminozuur in een eiwitmolecuul. Een stopcodon zorgt ervoor dat de eiwitaanmaak daar stopt. TAC is het startcodon.

Wanneer insuline nodig is, geeft het lichaam een signaal aan insulineproducerende cellen in de alvleesklier.
- In de celkern wordt dan een afschrift voor dat gen gemaakt: RNA (ribonucleïnezuur). Het vormt zich doordat nucleotiden, complementair aan DNA, aan elkaar koppelen. In plaats van thymine bevat het URACUL U en in plaats van deoxyribose ribose.
- Het RNA-molecuul komt via de kernporiën in het grondplasma met daarin ribosomen.
- Ribosomen vertalen de RNA-boodschap.
- Elk triplet staat voor één aminozuur. Zo ontstaat een ketting met aminozuurmoleculen in een bepaalde volgorde.
- In het ER & Golgi-systeem wordt de ketting bewerkt en gevouwen en ontstaat de juiste eiwitvorm. Het insulinemolecuul verlaat de cel.

Grote stukken van het DNA hebben een nog onbekende functie: de nonsenscode. Het kan de eigenlijke genen beschermen of reserve-DNA vormen.

3.4 Stabiliteit van DNA
Door een mutatie in een gen verandert de genetische informatie. Bij een mutatie in een geslachtscel bevat de nakomeling in elke cel het gemuteerde gen. Mutaties vormen de basis van variatie tussen organismen van een soort. Mutatie waarbij er een verandering optreedt op één plaats in het gen heet genmutatie / puntmutatie. Bij een chromosoommutatie zijn meerdere genen op hetzelfde chromosoom gemuteerd.

Celen hebben reparatiemechanismen om beschadigingen te herstellen. Bij enorme schade vernietigt de cel zichzelf.

Mutatie in de regelgenen die de celdeling remmen of stimuleren kan leiden tot ongecontroleerde celdeling, wat leidt tot een tumor: goedaardig / kwaadaardig.

3.5 Goochelen met genen en mensen
DNA kan zichtbaar gemaakt worden met een DNA-fingerprint. M.b.v. enzymen wordt DNA op bepaalde plaatsen in stukjes geknipt en uit elkaar getrokken in een elektrisch veld.

Informatie uit het DNA levert een genenpaspoort waarin de kans op ziektes staan.

Embryo’s jonger dan twee weken heten pre-embryo’s, zij zijn nog niet ingenesteld. Een defect gen kan worden vervangen door een gezond gen: gentherapie.

Hoofdstuk 4: Groei
4.1 Dooreten, daar wordt je oud van
Rimpels, grijze haren en stijfheid zijn voorbeelden van verouderingskenmerken.

Eiwitten en andere bouwstoffen zijn nodig voor de opbouw van cellen, vitaminen zijn bestandsdelen van enzymen en nodig voor celprocessen.

Bij elke celdeling wordt de telomeer korter. Wanneer een nieuwe deling de rest van het DNA zou beschadigen, komt de cel in de rustfase. Het enzym telomerase maakt het telomeer langer, het zit o.a. in darm- en huidcellen.

Bij grote beschadigingen zetten cellen een proces in werking, met celdood tot gevolg. Beschadigde en afgestorven cellen leiden tot ouderdomsverschijnselen.

Bepaalde stoffen kunnen schadelijke stoffen in cellen binden en zo de veroudering remmen. Bijvoorbeeld vitamine A, C en E die zuurstofradicalen binden.

4.2 Giraffen en olifanten
Meisjes beginnen eerder aan de groeispurt, die plaatsvindt in de puberteit. Bij jongens is de groeispurt heviger.

Kraakbeencellen in de groeischijf, zone met kraakbeen onder de uiteinden van de pijpbeenderen, worden aangezet tot deling en verbening, waardoor het pijpbeen groeit. De groei stopt als alle kraakbeencellen in de groeischijf in botcellen zijn veranderd. Hormonen en groeifactoren beïnvloeden die groei.

In de kinderjaren is het groeihormoon, gemaakt in de hypofyse, verantwoordelijk voor de groei en in de puberteit de geslachtshormonen. geslachtshormonen zorgen ook voor het stoppen van de groei.

Het groeihormoon bereikt het hele lichaam via het bloed. Alleen cellen met receptoren voor het groeihormoon (bijv. kraakbeencellen)maken kleine eiwitmoleculen die celdeling stimuleren/verhinderen: groeifactoren.

Massagroei = lichaamsgroei³
Steunoppervlak benen = lichaamsgroei²

Spataderen ontstaan doordat de gewichtsdruk te groot is.

Een groot lichaam verliest relatief minder warmte dan een klein lichaam.

4.3 Jong blijven? Vernieuw je cellen!
De celcyclus is de periode waarin een cel ontstaat, groeit, actief is en opnieuw deelt en bestaat uit:

- G1-fase: cel neemt in omvang toe en organellen maken stoffen die helpen bij het verdubbelen van DNA.
- S-fase (interfase): synthese, een cel verdubbelt DNA-moleculen waarvan twee identieke met elkaar verbonden blijven op het centromeer.
- G2-fase (interfase): enzymen controleren DNA-moleculen op kopieerfouten en mitchondriën en andere organellen verdubbelen.
- M-fase (interfase): mitose, de verdubbelde DNA-ketens rollen op en worden zichtbaar als chromosomen, bestaande uit twee identieke helften verbonden in het centromeer: chromatiden. Lange eiwitdraden hechten zich vast aan de centromeren en verplaatsen de chromosomen naar het midden van de cel, het equatorvlak in. De draden vormen een spoelfiguur. In het equatorvlak splitsen de centromeren en trekken de draden de chromatiden uit elkaar, naar de polen toe. Elke groep krijgt een eigen kernmembraan: er ontstaan twee nieuwe kernen.

In de interfase zijn DNA-moleculen niet opgerold.

Na de mitose delen de cellen. Nieuwe celmembranen brengen een scheiding aan tussen beide kernen en het omringende grondplasma met celorganellen.

4.4 Beter een goede buur…
Na de bevruchting deelt een zygote, bevruchte eicel. Verschil in grootte en vorm, celdiffrentiatie, ontstaat later. Cellen verschillen ook in eiwitten. Verschillen tussen cellen ontstaan door het aan- en uitschakelen van genen.

Wanneer cellen gedetermineerd zijn, hebben ze een bestemming gekregen. Op het DNA van gedetermineerde cellen zitten op vaste plekken eiwitten die ervoor zorgen welke stukken DNA actief zijn. Stukken DNA met informatie voor regeleiwitten zijn mastergenen en besturen de ontwikkelingspatronen van organen (enkelen activiteit van andere mastergenen).

Het contact met buurcellen beïnvloedt de ontwikkeling van een cel: inductie. Het kan leiden tot geprogrammeerde celdood, waarbij cellen sterven doordat een signaal van buitenaf hen daartoe aanzet. Hierdoor krijgt het lichaam vorm. Cellen wisselen stoffen met elkaar uit, dus een cel sterft wanneer hij het contact met zijn buurcellen verliest.

4.5 Wildgroei
Wanneer een tumor is ingekapseld in een laagje bindweefsel is hij goedaardig. Als hij kwaadaardig is laten bepaalde cellen los van hun buurcellen en reizen via bloed of lymfe naar andere lichaamsdelen. De tumor (kanker) zaait uit: metastaseert.

Stimulerende of remmende stoffen schakelen via receptoren op een cel bepaalde regelgenen in het DNA aan of uit. Regelgenen die betrokken zijn bij de celdeling zijn:

- Proto-oncogenen: stimuleren de celdeling
- Tumor-suppressorgenen: remmen de celdeling

Proto-oncogenen coderen voor eiwitten die een uitwendig groeisignaal overbrengen naar de celkern, waardoor DNA verdubbelt en de cel deelt. Bij een mutatie geven ze een groeisignaal, zonder opdracht van de receptor. Een ontspoord proto-oncogen is een oncogen.

Oncogenen laten een cel soms groeifactoren afgeven naar buurcellen. Eiwitten waarvoor tumor-suppressorgenen coderen onderdrukken de celdeling en brengen het negatieve signaal van buurcellen over naar de kern.

Een zelfmoordgen zit in iedere menselijke cel en kan de cel laten vernietigen.

Bepaalde stoffen zijn mutageen: ze veranderen het DNA. Stoffen die kanker kunnen veroorzaken, zijn carcinogene stoffen.

Opperhuidcellen ontstaan door deling van de stamcellen in de kiemlaag. Wanneer zo’n cel het contact met de kiemlaag verliest, sterft hij en vormt de bovenste huidlaag.

Een aantal cellen van een tumor kan losraken door een mutatie in de genen voor de eiwitten die de cel op zijn plaats houden.

Hoofdstuk 5: Seksualiteit
5.1 Seks is voordeliger
Bij ongeslachtelijke voortplanting ontstaan genetisch identieke nakomelingen: klonen. Ongeslachtelijke voortplanting is aseksuele voortplanting.

Bij natuurlijke selectie overleven enkel de best aangepaste individuen. Hierbij gaat men ervan uit dat de gunstige eigenschappen erfelijk zijn.

5.2 Omgangsvormen bij dieren
Het veroveren van een partner noemt men seksuele selectie. Veel dieren leven enkel samen in de paartijd.

Broedzorg is de zorg vanaf het leggen van de eieren totdat de jongen zichzelf kunnen redden.

Polygame individuen hebben meerdere partners, monogame maar één.

5.3 Seks van jong tot oud
Jongens hebben bij de geboorte een penis en een balzak met ingedaalde zaadballen. Meisjes hebben eierstokken in de buikholte. Dit zijn de primaire geslachtskenmerken. De secundaire geslachtskenmerken zijn de lichamelijke veranderingen onder invloed van de geslachtshormonen. De tertiaire geslachtskenmerken hebben te maken met psyche en gedrag.

Na de menopauze zijn vrouwen onvruchtbaar.

5.5 Ziek van de liefde
Ziekte + verwekker, Besmettingswijze, Verschijnselen
- AIDS (virus), Bloedcontact, sperma, vaginaal vocht, Verminderde afweer
- Chlamydia (bacterie), Seks, Vrouwen later onvruchtbaar, mannen pijn bij het plassen + afscheiding
- Gonorroe (bacterie), Seks, Vrouwen beschadiging eileiders + eierstokken, mannen afscheiding + pijn bij het plassen
- Herpes (virus), Contact geslachtsorganen, mond, anus, Pijnlijke blaasjes op mond, anus, geslachtsorganen
- Hepatitis B (virus), Seks, vuile naalden, Leverontsteking
- Schaamluis (insect), Seks, besmet beddengoed / kleding, Jeuk in schaamstreek
- Syfilis (bacterie), Seks, bloedtransfusie, Zweertjes op penis, mond, anus, vagina, later aantasting hersenen, zweren over gehele lichaam

Herpes kan ook na ‘genezing’ telkens nog terugkomen.

Hoofdstuk 6: Voortplanting
6.1 Het begin is er
Een eicel die vrijkomt, is omringd door follikelcellen uit het ovarium. Een bevruchting gaat als volgt:
- Zaadcellen dringen door de follikelcellen.
- Ze komen in contact met de eischil (laag eiwitten om de eicel) en hechten zich vast aan de receptoren waarna het enzymen afgeeft die de eischil afbreken.
- De zaadcellen dringen het celmembraan van de eicel binnen en beide membranen versmelten. De andere zaadcellen komen los van de receptoren.
- De kern van de eerste zaadcel dringt binnen in het grondplasma van de eicel.

Het duurt dertig uur tot de eerste deling, drie dagen later is er een klompje van 16 cellen. De eerste delingen zijn klievingsdelingen, de cellen groeien niet. Door trilharen wordt het klompje cellen in 5 dagen naar de baarmoeder gebracht.

De ontwikkeling van de menselijke embryo:
- Een klompje van 100 cellen nestelt zich in het baarmoederslijmvlies.
- De cellen bevatten een blastulaholte met een buitenste omhulsel van cellen: trofoblast. Daarbinnen bevindt zich een laag cellen: kiemschijf.
- De cellen in de kiemschijf delen en er ontstaan twee holten gevuld met vocht: dooierblaasje + amnionholte.
- De trofoblast produceert o.a. hormoon HCG, wat bij een zwangerschap in de urine terecht komt. De trofoblast vormt uitstulpingen: vlokken die tussen de cellen van het baarmoederslijmvlies ingroeien en later het kinderlijk deel van de placenta vormen.
- Ze nemen voedingsstoffen en zuurstof op uit het bloed in de bloedvaten van de baarmoederwand en geven CO2 en andere afvalstoffen terug aan het bloed van de moeder.
- Er ontstaat een hechtsteel tussen trofoblast en kiemschijf.
- Door de hechtsteel vindt transport plaats. De amnionholte groeit, verdringt de blastulaholte en komt met hem omhulsel tegen de trofoblast te liggen. Het dooierblaasje vormt de eerste bloedcellen. Uit kiemschijfcellen tussen dooierblaasje en amnionholte vormt zich het embryo.
- Na drie weken is het bloedvatenstelsel gevormd en de bloedvaten in de navelstreng zijn bloedvaten die door de hechtsteel naar buiten groeien. De navelstreng bevat twee slagaders (bloed met veel CO2 en andere afvalstoffen) en één ader (voert voedingsstoffen en zuurstof aan vanuit placenta).
- Na acht weken zijn alle organen aangelegd, de embryo (3 cm) is nu een foetus. De vruchtvliezen (amnion en chorion) groeien mee en vormen de buitenwand van een stootkussen van vruchtwater, dat de foetus beschermt tegen schokken.

In de placenta (bevat bloedvaten van moeder+kind) worden stoffen uitgewisseld. Na de derde maand gaat het hormonen progesteron en oestradiol produceren., hierdoor ontwikkelt het baarmoederslijmvlies zich verder.

6.2 Zaadcel / eicel
Geslachtscellen van de mens hebben 23 chromosomen (haploïd), door de bevruchting 2×23 (diploïd). Ze zijn in paren te rangschikken:

Één van de chromosomen is van de moeder, de ander van de vader.

Ze bevatten informatie over dezelfde erfelijke eigenschappen.

Geslachtcellen zijn het eindproduct van de meiose, Binas 75B. Daarbij verdubbelt DNA vlak voordat de deling begint.
- Begin profase I: chromosomen spiraliseren, uiteenvallen kernmembraan begint.
- Eind profase I: afbraak kernmembraan zet door, centriolen delen.
- Metafase I: chromosomen liggen paarsgewijs in het equatorvlak, spoelfiguur van trek- en steundraden is gevormd, aan ieder chromosoom zit één trekdraad.
- Anafase I: trekdraden trekken van elk paar chromosomen één chromosoom naar de ene en het andere naar de andere pool.
- Telofase I: chromosomen despiraliseren, kernmembraan is gedeeltelijk weer gevormd.
- Profase II: chromosomen spiraliseren opnieuw, kernmembraan valt uiteen, centriolen delen opnieuw.
- Metafase II: chromosomen liggen in een equatorvlak, spoelfiguur is gevormd, aan ieder chromosoom zitten twee trekdraden.
- Anafase II: trekdraden trekken chromatiden uit elkaar, chromosomen splitsen, chomatiden van elk chromosoom gaan van elkaar af.
- Telofase II: kernmembranen ontstaan, grondplasma deelt.

Na meiose II zijn vier geslachtcellen gevormd en daar is elk chromosoom enkelvoudig aanwezig.

Rond de achtste week delen bij een vrouwelijk embryo de kiemcellen in de ovaria mitotisch en er ontstaan oögonia. Het overlevende deel begint voor de geboorte aan de meiose en heten dan oöctyen. Ze worden omgeven door follikelcellen en vormen follikels tot de oöcyt ontwikkelt tot eicel. Vanaf de puberteit nemen iedere menstruatiecyclus 5 à 12 follikels sterk toe in volume en hervatten de meiose, uiteindelijk ontwikkelt er maar één verder. Na meiose I volgt een ongelijke deling: één cel behoudt al het grondplasma, de ander vormt het poollichaampje en sterft meestal af. De grote cel begint aan meiose II, maar blijft steken in de metafase, waarin de eicel vrijkomt uit het ovarium: eisprong. Bij bevruchting wordt de meiose II voltooid en ontstaan opnieuw een grote cel en poollichaampje. Uiteindelijk is slechts één haploïde cel ontstaan.

Bij jongens begint de meiose in de puberteit, in de testes. De kiemcellen, spermatogonia, in de wanden van de zaadbuisjes delen voortdurend. Elke deling levert een spermatocyt (dipoloïd) en een nieuw spermatogonium (diploïd) op. Uit de spermatocyt ontstaan na meiose I en II vier haploïde cellen die nog enige tijd verbonden blijven door cytoplasmabruggen. Daarna differentiëren ze zich tot zaadcellen, waarbij ze een staart krijgen. Vanuit zaadbuisjes vervoeren trilharen zaadcellen naar de bijbal, waar ze verder rijpen en opgeslagen worden. De wand van de buis bevat spiercellen die zaadcellen naar de zaadleider stuwen. Sperma bestaat voor 10% uit zaadcellen en 90% zaadvocht, toegevoegd door zaadblaasjes en de prostaat.

6.3 Een oproep aan de organen
De puberteit begint met een verhoogde afgifte van geslachtshormonen. Zowel het hormoonstelsel (via de hypofyse) als het zenuwstelsel (via de hypothalamus) zijn hierbij betrokken. De hypothalamus geeft via zenuwbanen signaalstoffen af aan het bloed, welke via korte bloedvaten in de hypofyse komen. Deze reageert hierop door o.a. hormonen FSH en LH aan het bloed af te geven. Enkele geslachtscellen reageren hierop door gameten of zelf hormonen te maken. FSH stimuleert de productie van zaadcellen in de testes, LH de afgifte van testosteron.

Onrijpe follikels in de ovaria zijn gevoelig voor FSH (follikel stimulerend hormoon) en LH (luteïniserend hormoon). 5-12 follikels ontwikkelen zich o.i.v. FSH en maken oestrogenen. Eén follikel ontwikkelt zich volledig, degene met een hoge oestrogenenproductie. De oestrogenen komen in het bloed en remmen de FSH-productie, waardoor de ontwikkeling van de andere follikels stopt. Ook bevorderen ze de groei van een nieuw baarmoederslijmvlies.

Rond de 13de dag stimuleert de grote hoeveelheid oestrogenen de LH-productie, wat zorgt voor de voltooiing van meiose I en de ovulatie. De eicel barst uit de follikel, komt vrij en kan bevrucht worden. De achterblijvende lege follikel neemt veel vetachtige stoffen op, krijgt een gele kleur en heet nu geel lichaam. Het vormt veel oestrogenen en progesteron (remt FSH- en LH-productie, stimuleert verdere uitgroei baarmoederslijmvlies).

Zonder bevruchting degenereert het geel lichaam na 10 dagen. De progesteron- en oestrogeenproductie stopt en de hoeveelheid in het bloed daalt. Hierdoor laat een deel van het baarmoederslijmvlies los (menstruatie begint) en de FSH-productie komt weer op gang.

Effecten van HCG op het lichaam van de moeder zijn:
- Geel lichaam blijft in stand en o.a. testosteron maken waardoor geen menstruatie plaatsvindt.
- Vorming FSH en LH blijven geremd door testosteron, waardoor tijdens de zwangerschap geen nieuwe follikels tot rijping komen.
- Bij te weinig HCG kan een miskraam ontstaan. HCG-productie neemt af na drie maanden, waardoor het geel lichaam degenereert.

De foetus zelf geeft signalen om de weeën en geboorte op gang te brengen. Door die signalen maakt de moeder prostaglandinen, hormonen die o.a. de samentrekking van het spierweefsel van de baarmoederwand veroorzaken. Door het gewicht van het kind neemt de druk op de baarmoedermond toe en gaan zenuwimpulsen naar de hypothalamus van de moeder. Deze zet de hypofyse aan tot afgifte van hormoon oxytocine, wat de samentrekking van de spieren in de baarmoederwand verder stimuleert. Intussen produceert de hypofyse van de moeder prolactine, wat de melkvorming bevordert.

6.4 Ingrijpen in de vruchtbaarheid
Hormonen progesteron en oestradiol uit de pil remmen de rijping van de follikels en de ovulatie. Het progesteron maakt het slijm dat de baarmoederhals afsluit taaier.

Bij sterilisatie onderbreekt een arts operatief de eileiders of de zaadleiders.

Noodmaatregelen zijn de morning-afterpil en het morning-afterspiraaltje. Bij een abortus door zuigcurretage zuigt de arts met een apparaat het baarmoederslijmvlies met het ingesteld embryo weg.

Bij geblokkeerde eileiders kan gebruik worden gemaakt van reageerbuisbevruchting of IVF (in vitro fertilisatie). Hierbij krijgt de vrouw hormonen toegediend om follikels te laten rijpen. Wanneer deze groot genoeg zijn, zuigt een arts met een naald een aantal eicellen uit de follikels en deze gaan apart naar een petrischaaltje met 200.000 zaadcellen: inseminatie. Na 48 uur is er een klompje van 4-8 cellen, welke in de baarmoeder geplaatst worden.

ICSI (intra cytoplasmatische spermacelinjectie) helpt mannen met sperma met weinig spermacellen. Een arts zuigt een van de zaadcellen met een dun glazen naaldje op en spuit deze direct in één van de eicellen.

6.5 Virussen
Het eerste stadium van HIV duurt enkele weken en in het bloed van de persoon zijn een groot aantal virusdeeltjes aanwezig en het aantal afweercellen in het bloed daalt. Na 3-6 maanden kunnen antistoffen tegen het virus in het bloed worden aangetoond. Mensen met antistoffen tegen HIV zijn seropositef.

In de rustfase (3-10 jaar) lijkt het virus verdwenen en het aantal afweercellen is weer normaal.

In de laatste fase stijgt het aantal virusdeeltjes enorm en daalt het aantal afweercellen dramatisch. De patiënt overlijdt uiteindelijk aan een bijkomende infectie.

Virussen bestaan uit DNA / RNA, omgeven door een eiwitmantel. Ze hebben andere organismen nodig voor vermeerdering. Bij het binnendringen van een cel, hecht het eerst aan receptoren op het celmembraan.

HIV is een retrovirus, het erfelijk materiaal bestaat uit RNA. Het hecht zich aan receptoren die vooral aanwezig zijn op T-lymfocyten van het afweersysteem. Met het RNA gaat een bijzonder enzym mee de T-cel in: het reverse-transcriptase. Deze bouwt virus-RNA om tot DNA, wat bij DNA in de kern van de T-lymfocyt komt. Het ingebouwde virus-DNA maakt nieuwe eiwitmantels. Bij veel virusdeeltjes valt de cel uiteen.

Herpes simplex is een DNA-virus, wat pijnlijke plekken en zweertjes op geslachtsorganen veroorzaakt. Na 10-14 dagen genezen die spontaan, maar het virus blijft jaren in het centraal zenuwstelsel. Zonder aanwijsbare reden kan het weer opspelen. Zwangere vrouwen kunnen het virus op het kind overbrengen, wat bij 60% van de baby’s dodelijk is. Bij de overlevenden veroorzaakt het blindheid of schade aan het zenuwstelsel.

Hoofdstuk 7: Erfelijkheid
7.1 Je bent uniek
Oorzaken van variatie in het erfelijk materiaal zijn
- Recombinatie: door meiose en bevruchting.
- Crossing-over: tijdens profase I, wanneer homologe chromosomen dicht tegen elkaar aanliggen, kunnen chromatiden van homologe chromosomen elkaar kruisen. Er ontstaan twee chromosomen, samengesteld uit delen van beide homologe chromosomen.
- Mutaties in het DNA: wanneer dat plaatsvindt in een cel waaruit een gameet ontstaat, komt er extra variatie in de nakomelingen terecht.

7.2 Wat je chromosomen 'vertellen'
Chromosomen zijn zichtbaar in een chromosomenportret: karyogram. Daarop staan de geslachtshormonen en de overige chromosomen: autosomen. Bij vrouwen blijft één van de twee geslachtschromosomen gespiraliseerd en heet het lichaampje van Barr.

Op het Y-chromosoom bij mannen zit het SRY-gen, wat een serie andere genen remt of activeert. Het bepaalt dat een embryo rond de achtste week zaadballen ontwikkelt. Wanneer dit SRY-gen er niet is of door een mutatie onwerkzaam is, wordt de embryo een meisje.

Wanneer bij één van de 23 chromosomenparen een chromosoom ontbreekt, is er sprake van monosomie wat leidt tot een miskraam. Bij een extra chromosoom is er sprake van trisomie. Beide chromosomale afwijkingen zijn het gevolg van een fout tijdens de meiose waar de homologe chromosomen of chromatiden niet uiteen gaan (non-disjunctie) en samen in één geslachtscel komen.

Kinderen met een extra chromosoom 21 hebben het syndroom van Down.

7.3 Een mens is meer dan zijn genen
De waarneembare eigenschappen vormen het fenotype en je genen, die de erfelijke informatie bevatten, het genotype. Het fenotype is het gevolg van een samenspel van het genotype en invloeden van buitenaf: het in- en uitwendig milieu.

Nature-nurture onderzoek, onderzoekt of het fenotype afhangt van het genotype, de milieufactoren of beide. Dit wordt vooral gedaan door tweelingonderzoek.

7.4 Je genen geef je door
Een dominant allel geeft je sowieso die eigenschap, een recessief allel niet. In stambomen zijn vrouwen rondjes en mannen vierkantjes.

Mensen met twee gelijke allelen zijn homozygoot en met twee verschillende allelen heterozygoot. In de stamboom staat een . bij een onbekend allel.

Wanneer je heterozygoot bent van een ziekte die veroorzaakt wordt door het recessieve allel, ben je drager / draagster.

Kruisingen waarbij gelet wordt op één kenmerk zijn monohybride kruisingen. De eerste generatie is de P-generatie, de daaropvolgende de F1 en daaruit vloeit de F2.

Wanneer de invloed van beide allelen op het fenotype even sterk is, levert dit een intermediair fenotype op. Zo ook bij bloedgroep: IA + IB = AB.

7.5 Als genen afwijken
Cellen uit de embryo kunnen verkregen worden door:
- Embryonale cellen verzamelen uit het bloed van de moeder, 8 weken oud
- Vlokkentest: vlokken van de zich ontwikkelende placenta, bij 10 weken oud
- Vruchtwaterpunctie: opzuigen van het vruchtwater, bij 16 weken oud
- Navelstrengpunctie: bloedcellen verkrijgen uit een bloedvat in de navelstrek, 19 weken oud

Door echoscopie wordt de juiste plek in de baarmoeder opgezocht.

Hoofdstuk 8: Werken met genen
8.1 Melk, melk en nog eens melk
-

8.2 Mientje en adelheid
Veredelde dieren ontstaan doordat boeren de beste ouderdieren selecteren.

Een kruising waarbij je op twee genen let, heet een dihybride kruising.
- AaBb/AaBb AB Ab aB ab
- AB AABB AABb AaBB AaBb
- Ab AABb AAbb AaBb Aabb
- aB AaBB AaBb aaBB aaBb
- ab AaBb Aabb aaBb aabb

A = zwart, a = rood, B = effen , b = bont

A.B. = zwart effen (9|56%), A.bb = zwart bont (3|19%), aaB. = rood effen (3|19%), aabb = rood bont (1|6%)

8.3 Runderen uit glas
Om vele nakomelingen bij een koe te verwekken kan het volgende gedaan worden:
- Hormonen toedienen waardoor 10-20 eicellen tegelijk kunnen rijpen en vrijkomen: superovulatie.
- D.m.v. kunstmatige inseminatie sperma inbrengen.
- M.b.v. een buisje de goede embryo’s inbrengen in draagkoeien: embryotransplantatie.

Bacteriën, schimmels en gisten kloneren. De individuen die dan ontstaan, bezitten hetzelfde DNA. Kloneren kan door embryo’s in 4-5 stukjes te delen d.m.v. embryosplitsing en ze in draagdieren te implanteren.

8.4 Runderen met een menselijk trekje
Transgene/genetisch gemodificeerde organismen ontstaan door de recombinant-DNA-techniek. Daarbij brengen onderzoekers een stukje DNA/RNA met de informatie voor een gewenste eigenschap in, in het DNA van een ander organisme.

Een andere manier van het combineren van DNA is celfusie: twee gewonen cellen worden samengesmolten. Bij het laten samensmelten van tumorcellen en cellen met de antistof ontstaat een kloon van cellen die snel delen en allemaal dezelfde monoklonale antistof maken.

Hoofdstuk 9: afweer
9.1 Ziekteverwekkers: geen toegang
Darmbacterie Escherichia coli bevordert de voedselvertering.

Dekweefsels houden ziekteverwekkers en lichaamsvreemde stoffen tegen en vormen de grens tussen in- en uitwendig milieu. Het beschermende dekweefsel in luchtwegen en darmen is slijmvlies. Trilharen voeren slijm met stoffen naar de keelholte.

De onderste laag van de opperhuid, de kiemlaag, deelt voortdurend. Opperhuidcellen produceren hoornstof. De hoornlaag bestaat uit dode opperhuidcellen. In de lederhuid zitten zintuigen, bloedvaten, zweetklieren en weefsels.

De vorming van pigmentkorrels door melanocyten beschermen tegen UV. Melanocyten geven via exocytose pigmentkorrels aan de huidcelen waarmee ze contact hebben.

9.2 Indringers opruimen
Witte bloedcellen zitten in weefselvocht, bloed, lymfe en in organen van het afweersysteem. Bloedcellen ontstaan uit stamcellen in het rode beenmerg. Bij jonge kinderen in de mergholtes van de pijpbeenderen, na de puberteit in de platte beenderen.

Witte bloedcellen bestaan uit o.a. fagocyten en lymfocyten. T-lymfocyten ontstaan in de thymus en B-lymfocyten in het beenmerg. Fagocyten zijn etende cellen.

Een macrofaag steekt een schijnvoetje uit naar een bacterie, vouwt zich er daarna omheen en neemt hem in een blaasje op: fagocytose. Dit is een vorm van endocytose.

De specifieke afweer richt zich specifiek tegen één infectieziekte en uiteindelijk wordt je immuun voor de infectieziekte.

9.3 Wapens op maat
Immuniteit berust op antistoffen. Ze binden goed aan antigenen, eiwitten op de buitenkant van de ziekteverwekkers. Een antistof is een bepaald type eiwit, immunoglobuline.

B-lymfocyten produceren antistoffen. Wanneer immunoglobulinemoleculen aan antigenen van de ziekteverwekker binden, wordt de B-lymfocyt geactiveerd. Deze begint met delen: klonale selectie. Een deel van de B-lymfocyt specialiseert zich tot geheugenlymfocyt, wat zorgt voor immuniteit.

T-lymfocyten kunnen besmette lichaamscellen opsporen. T-cel receptoren blijven in het membraan verankerd.

Door MHC-I-eiwitten laten cellen aan de cytotoxische T-lymfocyten zien welke eiwitten ze maken. Een cytotoxische T-lymfocyt herkend een virusgeïnfecteerde lichaamscel aan lichaamsvreemd virusantigeen tussen de eiwitstukjes. Na binding aan de lichaamscel geeft de cytotoxische T-lymfocyt eiwitten af die her celmembraan slopen.

Macrofagen brengen delen van gefagocyteerde ziekteverwekkers naar hun celmembraan met MHC-II-eiwitten. Dat laten ze zien aan T-helper lymfocyten, welke met een passende receptor lichaamsvreemd antigeen herkennen. Binding aan antigenen leidt tot een actieve T-helpercel, welke cytokinen (signaalstoffen) afgeeft. Daarmee wordt de deling van fagocyten gestimuleerd.

9.4 Nooit meer ziek worden
Bij vaccinatie krijg je een vaccin met onschadelijk gemaakte ziekteverwekkers. Het afweersysteem reageert op de antigenen en je wordt immuun gemaakt. Antigenen uit het vaccin activeren het afweersysteem: actieve kunstmatige immunisatie. Bij actieve natuurlijke immunisatie zijn de antigenen niet kunstmatig.

Wanneer je eigen afweersysteem niet wordt geactiveerd is er sprake van passieve immunisatie, welke ook kunstmatig en natuurlijk kan zijn.

Monoklonale antistoffen bestaan uit identieke antistoffen welke in laboratoria geproduceerd worden door een celkloon van hybridoma’s (ontstaan uit samensmelting van kankercel + B-lymfocyt).

Antibiotica zijn afkomstig van schimmels en remmen de celdeling van bacteriën. Resistentie kan optreden.

Bij een allergie reageert het lichaam onnodig of te heftig op een bepaalde stof, allergeen. Bij een allergische reactie zijn mestcellen betrokken, witte bloedcellen uit voornamelijk het slijmvlies welke histamine bevatten. Door histamine zwellen slijmvliezen op en ontstaat een ontstekingsreactie.

Bij hooikoorts reageert het afweersysteem op het allergeen welke IgE produceert. Die moleculen hechten aan receptoren op het membraan van mestcellen. Bij het tweede contact reageren de allergenen met IgE-moleculen op het membraan van de mestcellen welke dan histamine afgeven.

Auto-immuunziekten richten zich tegen de eigen lichaamscellen. Wanneer het afweersysteem niet of te weinig in actie komt, is er sprake van immuundeficiëntie.

9.5 Verder met een nieuwe nier
Een afstotingsreactie bij orgaantransplantatie komt door de cytotoxische T-lymfocyten welke reageren op de MHC-eiwitten van het nieuwe orgaan.

HLA-antigenen op witte bloedcellen zijn de MHC-eiwitten van witte bloedcellen.

Agglutineren is het samenklonteren van bloed. Dit komt door de antigenen van het AB0-stelsel, een van de antigeensystemen op de rode bloedcellen. Onder invloed van darmbacteriën start het afweersysteem een reactie tegen antigenen die niet in de rode bloedcellen tegenkomen.

Een kleine hoeveelheid samengeklonterde bloedcellen wordt door fagocyten opgenomen, een grote hoeveelheid is dodelijk.

Bloedgroep Antigeen Antistof in plasma
- A A Anti-B β
- B B Anti-A α
- AB A + B -
- 0 - α + β

De resusfactor is een ander bloedgroepantigeen (antigeen D). Mensen hebben van nature geen antiresus, dit wordt pas opgewekt wanneer mensen met resusnegatief bloed rode bloedcellen met resusfactor ontvangen of bij een resusnegatieve moeder die bevalt van een resuspositief kind.

Hoofdstuk 10: Regeling
10.1 Waarnemen en bijstellen
De norm in een regelkring is de gewenste waarde. Bij het regelen van de watertemperatuur neemt een receptor de temperatuur waar en meldt dit aan het regelcentrum. Wijkt de norm af van de waarneming, dan gaat ere en signaal uit om de temperatuur bij te stellen. Doe je dit zelf dan is spierkracht de effector met een andere temperatuur als effect. Dit is een regelkring met negatieve terugkoppeling: de afwijking van de norm wordt beantwoord met een actie van een effector die een tegengesteld effect heeft).

De temperatuur aan de buitenkant van het menselijk lichaam, schiltemperatuur, is afhankelijk van de omgevingstemperatuur. De kerntemperatuur is nooit kleiner dan hoofd en romp.

Het lichaam reageert op te veel warmteproductie. Bloedvaten in de huid worden wijder en de warmte verplaatst zich naar de buitenkant van het lichaam. De zweetklieren produceren meer zweet en het lichaam verliest meer warmte door stroming. De schiltemperatuur wordt daardoor weer normaal.

10.2 Kritieke temperaturen
Temperatuurzintuigen zijn receptoren voor de schiltemperatuur, de receptor voor de kerntemperatuur ligt in de hypothalamus. Ook de norm en verwerkingseenheid (vergelijkt receptorinformatie met norm) zitten in de hypothalamus.

Koorts is de reactie van het lichaam op en infectie. Een hogere lichaamstemperatuur stimuleert de profuctie en afgifte van afweerstoffen. De verschuiving van de norm voor de kerntemperatuur vindt plaats onder invloed van een cytokine van witte bloedcellen, wat geproduceerd wordt bij een ontsteking.

10.3 Cellen in bad
De holtes tussen de cellen zijn de intercellulaire ruimten. In de organen vertakken bloedvaten zich tot haarvaten, waaruit weefselvloeistof de weefsels instroomt.

Nieren regelen zoutconcentratie in het bloedplasma en de weefselvloeistof. Nieren, longen, lever en maag-darmkanaal bewaken de kwaliteit van het intern milieu.

Longen nemen zuurstof op en verwijderen koolstofdioxide met water en warmte.

De lever is het centraal magazijn met bloedsuiker, vitaminen, aminozuren en zouten, haalt gifstoffen uit het bloed en gebruikt afvalstoffen opnieuw.

Het darmkanaal bewerkt vast en vloeibaar voedsel tot een geschikte vorm voor het bloed.

Hoofdstuk 11: Regeling door hormonen
11.1 De centrale hormoonklier
Bij spiergroei spelen drie hormonen een rol:

Groeihormoon uit de hypofyse; stimuleert opname van aminozuren uit het bloed en eiwitsynthese in spiercellen

Thyroxine uit de schildklier; regelt snelheid stofwisselingsprocessen

Testosteron uit de zaadballen; bevordert eiwitsynthese in spiercellen en vertraagt afbraak eiwitten

Regeling van thyroxine:
- Schildklier geeft door TSH thyroxine af. Wanneer de concentratie stijgt, geeft de hypofysevoorkwab minder TSH af en de schildklier dus minder thyroxine.
- Stijgende thyroxineconcentratie verhoogt de stofwisselingssnelheid en daarmee ook de kerntemperatuur van het lichaam. De hypothalamus geeft daardoor minder TRH af, en de TSH-productie neemt dus af.

De hypothalamus bestaat uit zenuwcellen, welke communiceren d.m.v. neurotransmmitters. Sommige zenuwcellen maken stoffen met een hormoonwerking: neurohormonen. Enkele hormonen hebben inhiberende hormonen, die de productie van de hormonen in de hypofysevoorkwab remmen. De hypothalamus maakt ook ADH en oxytocine.

11.2 Brandstof voor je cellen
Glucose kan bewaard worden in de vorm van glycogeen. Insuline uit de eilandjes van Langerhans in de alvleesklier stijgt bij hoge glucoseconcentraties en bevordert de opname van glucose in cellen. In levercellen en spiercellen stimuleert het glycogeenvorming uit glucose.

Aanvulling van de glucosevoorraad vindt plaats onder invloed van glucagon uit de eilandjes van Langerhans. Glucagon bevordert de omzetting van glycogeen in glucose, de afgifte van glucose aan het bloed, omzetting van vet in vetzuren, omzetten van eiwitten en vetten in glucose, afgifte vetzuren aan het bloed.

Bij zware inspanning komt cortisol vrij uit de bijnierschors, wat glucosevorming uit eiwitten en vetten en het vrijmaken van vetzuren uit vetweefsel stimuleert.

Adrenaline maakt ook vetzuren vrij, versnelt de afbraak van leverglycogeen tot glucose en bevordert afgifte van glucagon.

Het groeihormoon bevordert vetafbraak tot vetzuren en glucosevorming uit leverglycogeen.

Thyroxine versnelt de glucoseverbranding.

Insuline en glucagon regelen de glucoseconcentratie in rust. Insuline heeft een remmend effect op de glucoseconcentratie en stimuleert opname van vetzuren in vetcellen en omvorming tot vetten.

11.3 Klaar voor de start!
Adrenaline komt uit het bijniermerg en beïnvloedt kringspiertjes in slagaderwanden. Ze verslappen in slagaders en trekken samen in slagaderwanden naar de darmen.

11.4 Nat van binnen en nat van buiten
Osmosereceptoren in de hypothalamus registreren de verhoogde osmotische waarde van het bloedplasma. De hypothalamus stuurt een signaal naar de hypofyse welke ADH af gaat geven. Hierdoor beperken nieren het verlies aan water bij urineproductie en de bloedvaten die naar de buitenkant van het lichaam lopen, vernauwen.

11.5 Hormonen doen hun werk
Bij suikerziekte maken de eilandjes van Langerhans te weinig insuline, waardoor cellen geen glucose kunnen opnemen en de omzetting in glycogeen of vet ook niet plaatsvindt. Suikerziekte is een hormoonziekte.

Een hormoon werkt enkel op cellen met het juiste receptoreiwit, de doelwitcellen. Ze kunnen een boodschap oppikken doordat de hormonen de cel in gaan of doordat het hormoon contact maakt met een receptor aan de buitenkant.

Hoofdstuk 12: Aanpassen of verdwijnen
12.1 Soort zoekt soort
Individuen van een soort hebben meer eigenschappen met elkaar gemeen dan met individuen van een andere soort. Ze hebben een wetenschappelijke naam: geslachtsnaam + soortnaam.

In een hiërarchisch systeem kun je alle soorten indelen, elke eenheid heet een taxon. Bovenaan heb je vier rijken: planten, dieren, schimmels, bacteriën met elk een overeenkomstige celbouw. Virussen staan er niet in, zij kunnen zich niet voortplanten door geslachtscellen of deling.

Individuen (van verschillende sekse) behoren tot dezelfde soort wanneer ze samen vruchtbare nakomelingen (kunnen) krijgen.

Binnen een populatie zijn individuen genetisch meer verwant dan aan individuen uit andere populaties, omdat zij binnen een populatie vaker kruisen met soortgenoten dan met andere populaties. Variëteiten / rassen zijn groepen individuen met een homozygoot verschil in erfelijke aanleg voor bepaalde allelen.

12.2 Een soort staat niet stil
-

12.3 Samen leven en groeien
Variatie binnen een soort en natuurlijke selectie zorgen voor individuen die “het beter doen” dan de rest. Individuen met gunstige eigenschappen geven die allelen door aan nakomelingen. Het aanpassen aan de heersende omgevingsomstandigheden heet adaptie.

Natuurlijke selectie kan door:
- Abiotische factoren (temperatuur, vochtigheid, zuurgraad); binnen een soort zijn individuele verschillen in tolerantiegrenzen. Degenen die daarbinnen vallen geven hun allelen door, de rest red het niet.
- Isolatie; O.a. menselijke activiteiten kunnen tot isolatie leiden. Wanneer de organismen niet meer met elkaar kunnen kruisen en zich vervolgens aan de leefomstandigheden aanpassen uit het eigen gebied aanpassen, ontstaan andere soorten, sterven soorten uit of vindt herstel plaats van het contact met andere populaties. Soms kan één mutatie al seksuele isolatie veroorzaken.
- Biotische factoren; In de winter worden bruine hazen makkelijker gevangen dan witte, de predatiedruk op bruine hazen stijgt. De relatie tussen de predator en de prooi is een interspecifieke relatie. Interspecifieke competitie kan gaan om nestruimte en schuilplaatsen, door specialisatie gaat een soort interspecifieke competitie uit de weg.

Hetgeen wat de overleving van een organisme tegengaat is de beperkende factor. Door een beperkende factor ontstaat competitie tussen individuen van dezelfde soort: intraspecifieke competitie.

Onbewust worden mensen tot elkaar aangetrokken door verschillen in het immuunsysteem, waardoor het kind een gevarieerd pakket aan antistoffen krijgt en een grotere overlevingskans.

Co-evolutie is het proces waarbij organismen zich telkens aan elkaar aanpassen. Zoals een aardappelplant die meer solanine produceert om van kevers af te komen, waarop de kever zich daaraan aanpast en de rupsen zich uiteindelijk alleen nog maar kunnen verpoppen met de stof solanine.

Symbiose / samenlevingsrelaties
- Gastheer-parasietrelatie; gastheer draait op voor de hoeveelheid energie en tijd die nodig zijn voor de relatie.
- Predator-prooirelatie; prooisoort draait op voor de hoeveelheid energie en tijd die nodig zijn voor de relatie.
- Mutualisme; ze kunnen niet meer zonder elkaar.
- Commensalisme; de een heeft voordeel van de ander maar dat maakt de ander niets uit.

Bij een plaag is de groei van de populatie exponentieel en kan worden weergeven in een J-curve (naar de vorm van de grafiek). Na een aanvankelijk snelle groei treden remmende factoren in werking en ontstaat een S-curve, de grootte van de populatie schommelt nu rond een bepaalde waarde.

12.4 Een eigen plek
Biotoop: rotsige bergwand, stad
Niche: op de rotsen, tussen de rotsen. Het resultaat van voortdurende aanpassing en selectie, gestuurd door (a)biotische factoren
Habitat: boomschors. De werkelijke ruimte/plaats waar je een soort kunt vinden
Territorium: deel van een habitat

Alle soorten die in één biotoop leven, vormen een levensgemeenschap, verbonden in een voedselweb en door inter- en intraspecifieke relaties. Het gebied met alle organismen en alle (a)biotische relaties ie een ecosysteem, wat geen uitwisseling met andere ecosystemen nodig heeft; bijvoorbeeld meer en tropisch regenwoud.

Wanneer geografische barrières, als gebergten en oceanen, opgeheven worden, is introductie van nieuwe soorten mogelijk. Wanneer de draagkracht van een organisme niet op die introductie berekend is, sterft dat organisme uit.

12.5 Ruimte voor verandering
pionierssoorten zijn soorten in een bepaald gebied waar zij oorspronkelijk niet voorkwamen, hebben een grote tolerantie voor sterk wisselende abiotische omstandigheden. Naarmate successie (opvolging) voortschrijdt, vinden soorten met een langere levensduur ook een plek. In het climaxstadium is er een ecosysteem dat duizenden jaren oud kan worden, de biodiversiteit (verscheidenheid aan soorten) is dan groot, maar er zijn minder individuen per soort dan in een pioniersstadium. Vele soorten zijn hecht met elkaar verbonden door interspecifieke relaties. De soorten kunnen minder goed tegen abiotische milieuvariaties, maar de omstandigheden zijn constanter: er is sprake van een geringe milieudynamiek.

Elke soort vertoont dispersie (verspreiding), planten en schimmels door nakomelingen (zaden/sporen) te verspreiden en dieren door zichzelf te verplaatsen of hun jongen zoeken nieuwe gebieden. Wanneer populaties geïsoleerd zijn op verschillende plaatsen is er sprake van versnippering.

Door dispersie wisselen verschillende populaties van een soort erfelijk materiaal uit, wat de erfelijke variatie binnen populaties vergroot en dus de kans op overleving.

De Nederlandse regering wil een ecologische hoofdstructuur ontwikkelen door bestaande natuur te handhaven en nieuwe natuur te ontwikkelen, voor dat laatste is landbouwgrond nodig en moeten boeren uit de weg. De natuur van een bestaand bos is te verbeteren door bijvoorbeeld omgewaaide bomen te laten liggen.

Verbindingszones (zoals stroken als corridors en robuuste verbindingen) gaan versnippering van natuurgebieden tegen, maakt contact tussen populaties mogelijk en zorgt dat het aantal soorten binnen een leefgemeenschap en dus de biodiversiteit toeneemt.

Hoofdstuk 13: Eten en gegeten worden
13.1 Wie maakt het eten?
Planten zetten anorganische stoffen (CO2, H2O) om in de anorganische stof glucose (C6H12O6): fotosynthese. Het proces vindt met zonlicht plaats in de groene bladeren. Glucose is de brand- en bouwstof voor een plant en kan als zetmeel worden opgeslagen. Bij de verbranding komt energie vrij voor de levensprocessen van de cellen. Planten zijn autotroof, ze maken zelf hun organische brand- en bouwstoffen. Autotrofe bacteriën hebben vaak andere fotosynthesepigmenten dan chlorofyl bij planten.

Mensen, dieren en vele micro-organismen zijn heterotroof. Autotrofe organismen zijn de energiebron voor heterotrofe organismen.

In een voedselketen geeft de pijl aan waar het ingaat: gras à koeien. Planteneters zijn herbivoren, vleeseters carnivoren en alleseters omnivoren. Reducenten, schimmels en bacteriën in de bodem, breken de organische stoffen waaruit organismen bestaan af tot anorganische stoffen.

Autotrofe bacteriën die in duisternis leven, maken organische stof uit anorganische stoffen in het hete water dat uit de bodem omhoog stroomt: chemosynthese. De energie voor hun levenswijze komt uit chemische reacties met H2S.

13.2 Doorgeven van stoffen
De autotrofe organismen zijn de producenten van een ecosysteem. De heterotrofe organismen de consumenten. Reducenten dragen bij aan de mineralisatie. Dankzij hen bestaat de stikstofkringloop.

Na de dood breken ontregelde enzymen het grondplasma af en vallen bodemorganismen aan. Als het organisch materiaal is aangevreten of het de darmkanalen van de bodemdieren is gepasseerd, zijn de resten toegankelijker voor de bacteriën en schimmels. De vroegere overgebleven resten organisch materiaal, zijn nu onze fossiele brandstoffen.

Planten gebruiken anorganische stoffen om aminozuren te maken en hun eiwitten op te bouwen. Dieren eten de eiwitten, verteren ze tot aminozuren en maken hun eigen eiwitten. Door de afbraak komt ze stikstof vrij als ureum, wat door reducenten wordt omgezet tot ammonium. Andere reducenten zetten eiwitten om in aminozuren en aminozuren in ammonium. Chemo-autotrofe nitriet- en nitraatbacteriën zetten ammonium om tot nitraat (nitrificering), zodat de planten de stikstofbron op kunnen nemen. Plantenwortels nemen anorganische stoffen op als meststof en zo komt stikstof opnieuw in de kringloop.

13.3 Levende piramides
In een voedselpiramide is de biomassa, het totaalgewicht van alle organismen van elk trofisch niveau, uitgezet. Meestal als drooggewicht van de organische stoffen, het gewicht na een voorgeschreven droogprocedure, versgewicht – water – gewicht anorganische stoffen. Het onderste trofisch niveau bezit producenten (P), en de rest consumenten (C1, C2, etc.).

- I = intake, hoeveelheid energie die gegeten wordt
- F = feces, mest
- A = assimilatie, via bloed in lichaam = I – F
- R = respiratie, energie afgegeven door verbranding stoffen
- P = productie, blijft over voor nieuw celmateriaal = A – R = I – F – R

De P van herbivoren is de I voor carnivoren.

Hoofdstuk 14: Je levensstroom
14.1 Continu transport
De longen, darmen, nieren en het bloedvatenstelsel zijn betrokken bij import, distributie, afvoer en export van stoffen.

De helft van het bloed bestaat uit een waterige oplossing van organische en anorganische stoffen: bloedplasma, dit bevat bloedcellen. Bloed stroomt door bloedvaten, welke samen met het hart de dubbele bloedsomloop vormen. Het hart bestaat uit spierweefsels, de kamers hebben dikke wanden en de boezems dunne. Bij inspanning neemt het hartminuutvolume toe. Het tussenschot houdt het zuurstofrijke bloed in de linker harthelft gescheiden van het zuurstofarme in de rechter.

De grote bloedsomloop: de linker harthelft pompt via de aorta bloed naar de slagaders, het komt door de holle aders terug in de rechter harthelft.

De kleine bloedsomloop: de rechter harthelft pompt via de longslagader bloed naar de longen, wat via de longaders terugkomt in de linker harthelft.

Bij een embryo is ere en verbinding tussen de rechter en linkerboezem: foramen ovale, en tussen de longslagader en aorta: ductus Botalli. 2/3 deel van het bloed stroomt via de ductus Botalli naar de aorta. Na de geboorte vinden veranderingen plaats:

De longen gaan open en vullen zich met lucht. De baby is niet meer afhankelijk van zuurstof van de moeder.

De ductus venosus (bloedvat waarin navelstrengader uitmondt) vervoert bloed langs de lever richting de onderste holle ader. Deze sluit wanneer de navelstreng wordt afgeklemd.

Het foramen ovale sluit. De linker harthelft krijgt bloed uit de longen. De ductus Botalli verliest zijn functie, sluit en het restant ervan is een dunne streng bindweefsel.

14.2 Met kloppend hart
Slagaders hebben een elastische wand. Beschadigingen in aders worden gerepareerd. Op plaatsen waar ze niet gerepareerd zijn, blijven vetachtige stoffen kleven – vooral in de slagaders. Cholesterol speelt daarbij een belangrijke rol. Zo’n aangekoekte plek, plaque, groeit door en er ontstaat atherosclerose: vernauwing van de bloedvaten. Wanneer de doorbloeding van een kransslagader afneemt, kan dit bij inspanning een beklemmende pijn op de borst (angina pectoris) veroorzaken. Volledige verstopping veroorzaakt een hartinfarct.

Per hartcyclus zijn twee harttonen waar te nemen. Een zachte door het sluiten van de hartkleppen en een hardere door het sluiten van de halvemaanvormige kleppen. Eén hartslag / hartcyclus bestaat uit het vullen van de kamers en het leegpersen ervan.

Aan het begin van de vulfase zijn de kamers en boezems ontspannen: diastole. Het bloed vult de boezems en stroomt via de hartkleppen de kamers in.

Tegen het eind van de diastole trekken de boezems samen: boezemsystole, zo wordt extra bloed de kamers ingeperst.

Bij de kamersystole sluiten de hartkleppen door de druk in de kamers.

Door die druk openen de halvemaanvormige kleppen en stroomt het bloed de longslagader en aorta in.

Wanneer de kamers ontspannen zijn, daalt de kamerdruk tot onder de druk in de slagaders en sluiten de halvemaanvormige kleppen weer.

Impulsen tot samentrekken ontstaan in de rechter boezem: de SA-knoop (sinus-atrium knoop). De vormt het begin van het prikkelgeleidingssysteem van het hart. De elektrische energie van deze knoop verspreidt zich over de boezems, zodat ze beide gelijktijdig samentrekken. De impulsen bereiken de AV-knoop (atrio-ventriculaire knoop, boezemkamerknoop), welke zich in de tussenwand onder de rechterboezem bevindt. Hier ontspringt een groep geleidingscellen (bundel van His), die vanuit de tussenwand over de wanden van beide kamers naar de hartpunt loopt. Daar geven zijtakken (Purkinjevezels) impulsen af aan kamerwanden met als gevolg kamersystole.

Zenuwen van het autonome zenuwstelsel eindigen in de SA-knoop en kunnen het hartritme beïnvloeden.

Tijdens één harstslag zijn op een ECG (elektrocardiogram) drie pieken te zien. De P-piek geeft de elektrische activiteit in de boezems weer, de QRS-piek ontstaat door verspreiding van de impuls over de kamerwanden en herstel van boezems, de T-piek ontstaat door herstel van de kamers.

14.3 Het zit ‘m in het bloed
Hemoglobine is de natuurlijke zuurstoftransporteur in rode bloedcellen.

Bij sikkelcelanemie veranderen rode bloedcellen van ronde, buigzame cellen in stijve, sikkelvormige cellen. Ze komen vast te zitten in de haarvaten en blokkeren de bloedstroom. Het achterliggende weefsel krijgt dan geen zuurstof meer. Sikkelcelanemie is het gevolg van puntmutatie in het gen dat codeert voor hemoglobine, daarin is glutamine vervangen door valine. De afwijkende hemoglobinemoleculen vouwen verkeerd en klitten aan elkaar.

Elk hemoglobinemolecuul bestaat uit het eiwit globine met vier heemgroepen, het ijzer in het centrum van elke heemgroep kan één zuurstofmolecuul binden.

Stamcellen in het rode beenmerg produceren rode bloedcellen. Het beenmerg ook witte bloedcellen (afweer) en bloedplaatjes (bloedstolling). In bloedplasma zitten stoffen als zouten, plasma-eiwitten, voedingsstoffen, afvalstoffen, hormonen en gassen. Plasma-eiwitten binden en transporteren andere stoffen en spelen een rol bij het handhaven van de colloïd osmotische waarde. Andere plasma-eiwitten functioneren als antistoffen.

Bij het bloeden hechten bloedplaatjes aan de beschadigde binnenbekleding van de bloedvaatwand, worden plakkerig en geven stoffen af aan het bloedplasma zodat spieren in de bloedvaatwand samentrekken. Een plaatjesprop wordt gevormd door bloedplaatjes en voorkomt bloedverlies. Fibrinedraden worden gevormd en uit het beschadigde weefsel komt enzym tromboplastine vrij welke een reeks reacties start met als eindproduct trombine. Trombine zet fibrinogeen om in fibrine, welke aaneen hechten en een dradennetwerk vormen waarin bloedcellen en bloedplaatjes gevangen raken. Binnen een half uur trekken de bloedplaatjes samen en persen vocht uit het netwerk, waardoor een korst ontstaat. De bloedvaatwand en bloed bevatten remmers die de bloedstolling regelen.

EPO stimuleert de productie van rode bloedcellen in het rode beenmerg. Een tekort heeft bloedarmoede tot gevolg.

14.4 In en om de bloedvaten
De wanden van (slag)aders bestaan uit een dunne binnenlaag dekweefselcellen (endotheel), een middenlaag van elastisch bindweefsel en glad spierweefsel en een buitenlaag van bindweefsel. De wanden van haarvaten/capillairen bestaan uit één laag dekweefselcellen omgeven door een membraan, ze wisselen stoffen uit met de weefselvloeistof.

De bloeddruk is tijdens de kamersystole het hoogst. Bij bloeddrukmeting meet je dit als bovendruk. De kamerdiastole meet je als onderdruk. De elastische wanden van de grote slagaders (aorta, longslagader) dempen de stoten waarmee de kamers het bloed in de vaten pompen.

Bloed stroomt via haarvaten naar weefsel. Via openingen van de haarvatwanden gaat een deel van het bloedplasma (water + opgeloste stoffen) naar de weefselvloeistof. In de hersenen passeren veel stoffen enkel door actief transport de haarvatwand: de bloed-hersenbarrière.

Weefselvloeistof ontstaat doordat bloedplasma door de bloeddruk via openingen in de haarvaten in het omringende weefsel geperst wordt. Het bezit grote eiwitmoleculen, welke in het bloedplasma achterblijven. De colloïd osmotische waarde is lager dan in bloedplasma, dus er stroomt weefselvloeistof terug naar het bloedplasma: resorptie.

Aan het begin van het haarvat is een netto transport naar buiten: de uitstroom van bloedplasma door de bloeddruk is groter dan de instroom van weefselvloeistof door het verschil in colloïd osmotische waarde van bloedplasma en weefselvocht.

Aan het eind is een netto transport naar binnen: de instroom van weefselvloeistof naar het bloedplasma door het verschil in colloïd osmotische waarde is groter dan de uitstroom van bloedplasma door de bloeddruk.

Kleine hoeveelheden weefselvloeistof, wat niet terugkomt in de haarvaten, komt in de lymfevaten en heet nu lymfe. Door kleppen in de lymfevaten kan het maar één kant op. Via steeds grotere lymfevaten komt het in de ondersleutelbeenaders in de bloedsomloop.

Lymfevaten lopen door lymfeknopen, waarin zich veel witte bloedcellen bevinden.

14.5 In en uit, uit en in
De bindingsreactie tussen hemoglobine en zuurstof is: Hb + O2 ↔ HbO2. Het is een oxigenatie en de binding is makkelijk te verbreken. In de longen bindt de hemoglobine en in de weefsels laat het los.

In de haarvaten van de longen is de zuurstofspanning hoog en in de spieren laag, omdat zij veel zuurstof verbruiken door het harde werken. Verhoging van de H+- en CO2-concentratie leidt tot verlaging van HbO2 in het bloed. Doordat CO2 en H-ionen aan Hb binden, verandert de ruimtelijke structuur en laten O2-moleculen los.

Ademhalingscentra in de hersenen reageren vooral op CO2 en pH van het bloed. Bij dissimilatie in de cellen komt CO2 vrij, wat via weefselvloeistof naar het bloed in de haarvaten diffundeert. 5% lost op in het bloedplasma, de rest gaat naar de rode bloedcellen maar 25% bindt aan globine (HbCO2 ontstaat). 70% reageert met H2O tot H2CO3, wat dissocieert tot HCO3- en H+. H+ bindt zich aan heemgroepen van Hb tot HbH.

HCO3- diffundeert vanuit rode bloedcellen in het bloedplasma en Cl- gaat vanuit het bloedplasma de rode bloedcellen in. In de longblaasjes komt CO2 vrij uit HbCO2 en H+ los van de heemgroepen. H+ vormt met HCO3- H2CO3, wat dissocieert tot H2O en CO2. CO2 diffundeert de longblaasjes in en verdwijnt met het uitademen.

Hemoglobine en andere bloedeiwitten werken als pH-buffer.

Hoofdstuk 15: Voeding en vertering
15.1 Broodje gezond
Hulpstoffen / additieven zijn op etiketten van voedingsmiddelen herkenbaar aan het E-nummer. Zij zijn door de EU goedgekeurd. Overblijfselen door een overmaat van kunstmest of bestrijdingsmiddelen kunnen in je voedsel achterblijven.

De ADI-waarde is de Aanvaardbare Dagelijkse Inname en dus de maximale dosis die je dagelijks van een stof kunt innemen zonder gevaar voor de gezondheid (in mg/kg lichaamsgewicht).

Aardappelen en peulvruchten maken het eiwit fasine, wat rode bloedcellen laat samenklonteren. Het kan onschadelijk gemaakt worden door koken. Wanneer je nitraat binnenkrijgt, zetten bacteriën in het verteringskanaal dit om in nitriet, wat met aminen uit het voedsel schadelijke nitrosaminen vormt. Deze veroorzaken afwijkingen in maag-, darm- en levercellen. Aangebrand voedsel bevat PAK’s (polycyclische aromatische koolwaterstoffen), welke kankerverwekkend zijn.

Vezelrijke voeding vergroot de snelheid waarmee voedsel door de darmen gaat, aardoor giftige stoffen minder lang de kans krijgen in te werken op darmwandcellen.

15.2 Klein, kleiner, kleinst
Enzymen zorgen er in het lichaam voor dat chemische reacties snel genoeg verlopen, door de activeringsenergie te verlagen. Enzymen binden aan het substraat (de om te zetten stoffen), waardoor de substraatmoleculen wijzigen en gemakkelijker reageren.

Enzymen kunnen enkel gebruikt worden als:
- De enzymvorm niet wordt gewijzigd, dan past het substraat niet meer.
- Ze niet verhit worden, dan verandert hun vorm (denatureren) en verliezen ze hun werking.
- Ze niet in aanraking komen met zuren en basen, ze reageren als buffer waardoor hun lading en dus ruimtelijke structuur verandert. Het enzym werkt het beste bij één pH: optimum-pH.

Vertering
- Mond; speeksel is een mengsel van water, slijm en amylase (breekt zetmeel af tot kleine brokstukken). Zetmeel is een polysacharide, bestaande uit lange ketens glucosemoleculen. Waar amylase inwerkt, ontstaan disachariden (maltose), kleinere polysachariden en glucose. Met slijm worden de kleine voedseldeeltjes aan elkaar geplakt, zodat ze niet de luchtpijp inschieten.
- Maag; de maagwand bestaat uit slijmvlies met cellen die zoutzuur afscheiden. Enkele slijmvliescellen maken pepsinogeen – de inactieve vorm van het eiwitsplitsende peptase. De cellen bestaan voor een groot deel uit eiwitten, dus wanneer ze al actief zouden zijn, zouden ze zichzelf vernietigen. Slijm beschermt de maagwand tegen de inwerking van peptase en zoutzuur.
- Twaalfvingerige darm; de alvleesklier produceert natriumbicarbonaat, een base die het maagzuur neutraliseert. Vetten worden geëmulgeerd met gal (bestaande uit afbraakproducten van de hemoglobine en van cholesterol) uit de galblaas, gemaakt door de lever. Galzure zouten verlagen de grensvlakspanning tussen vet en water, waardoor grote vetdruppels gemakkelijk uiteenvallen: emulgeren. Lipase uit alvleessap breekt vetmoleculen af tot losse vetzuren en monoglyceriden. Andere enzymen uit de alvleesklier zetten de koolhydraat- en eiwitvertering voort.
- Dunne darm; enzymen uit het damslijmvlies splitsen korte koolhydraatketens tot enkelvoudige suikers en korte aminozuurketens in losse aminozuren. Verteringsproducten passeren de darmwandcellen en komen in de bloedbaan en lymfevaatstelsel terecht.
- Dikke darm; darmbacteriën zetten een klein deel van de cellulose uit plantaardige celwanden om. Colibacteriën maken vitamine K, belangrijk voor de bloedstolling. Water en zouten worden opgenomen in het lichaam, de overgebleven resten verlaten via de anus het lichaam. Feces bevat o.a. afgestorven darmwandcellen, bacteriën en bilirubine (afbraakproduct hemoglobine, ontstaat in de lever).

15.3 Zonder water gaat het niet
Voedsel bestaat uit polymeren, welke in stukjes geknipt moeten worden omdat de dunne darm ze anders niet op kan nemen (resorberen. Alle verteringsreacties berusten op hydrolyse, splitsen met water. Polycondensatie is het vormen van polymeren uit losse eenheden, waarbij water vrijkomt.

Aminozuren in eiwitten zijn verbonden door peptidebindingen (-COOH met –NH2). Endo- en exopeptidasen splitsen eiwitten. Ze verbreken de peptidebindingen door hydrolyse. Endopeptidasen knippen eiwitten in het midden (peptase + tryptase), exopeptidasen aan het uiteinde.

Amylase knipt zetmeel in kleinere glucose-eenheden. Uit disachariden ontstaat lactase en monosachariden.

Glycerol is een drievoudig alcohol, welke drie vetzuren kan binden en dan een triglyceride of vet is. Onverzadigde vetzuren zijn oliën. Bij vetvertering verwijderen enzymen (lipase) de vetzuren door hydrolyse. Galzure zouten vormen micellen met de verteringproducten, welke via de darmwand naar de lymfe gaan. Korte vetzuren (>10 C’s) zijn goed oplosbaar in water en gaan rechtstreeks naar het poortaderbloed.

15.4 ‘Binnenlaten’
De dunne darm is sterk geplooid met plooien welke uitstulpingen (darmvlokken) bevatten. Darmvlokcellen bevatten cytoplasma-uitsteeksels: microvilli. De darmholte behoort tot het uitwendige milieu, wanneer de voedingsstoffen de cellen van de darmvlokken van de darmwand passeren, bevinden ze zich in het inwendig milieu.

Zenuwcellen in de darmwand geven impulsen aan de kliercellen in de maag- en darmwand zodat de sapafscheiding toeneemt. Het maagportier is een kringspier welke de doorgang van een spijsbrij kan blokkeren. Wanneer de pH in de twaalfvingerige darm daalt, sluit de portier. Wanneer de zure spijsbrij door NaHCO3 uit het alvleessap geneutraliseerd is, gaat de portier weer open.

In de dunne darm passeren water en door vertering verkleinde voedselmoleculen de darmwand (resorptie) en ze komen in het bloed of lymfe. Onderwerp van darm naar bloedbaan, passeren ze 2x een laag dekweefselcellen: darmwand + bloedevatwand. Aminozuren, suikers en ionen worden door actief transport opgenomen. Door actief transport van ionen van darm naar bloedbaan ontstaat een verschil in osmotische waarde, waardoor veel van het water door osmose uit de dunne darm naar het bloed gaat.

MIcellen uit glycerol en vetzuren maken contact met darmslijmvliescellen en vormen in de darmwandcel van een darmvlok met lipoproteïnen kleine bolletjes: chylomicronen. Door exocytose verlaten ze via het ER de darmwandcel. Via openingen tussen de darmvlokcellen komen ze in het lymfevat en ze gaan via lymfevaatjes naar een groot lymfevat (borstbuis). Hiervandaan naar de linker ondersleutelbeenader.

Gespecialiseerde lymfocyten komen in actie wanneer een bacterie de eerste aanvallen van het lichaam heeft weten te weerstaan. Bacteriën van het farmflora worden door het immuunsysteem als lichaamseigen beschouwd.

15.5 Cellen hebben altijd honger
Wanneer het glucosegehalte van je bloed daalt, geeft glucagon de lever opdracht om een deel van de glycogeenvoorraad om te zetten in glucose en aan het bloed af te geven.

De lever en spieren bevatten een glycogeenrantsoen. Cellen kunnen daar een dag mee vooruit, voordat ze beginnen aan het vetrantsoen.

De schildklier en nieren eten en verteren zelf. Ze nemen voedsel tot zich door endocytose en voedseldeeltjes buiten de cel worden omsloten door een stukje celmembraan. Dit snoert zich af en vormt een voedselvacuole in de cel. De cel bevat lysosomen: membraanblaasjes met verteringsenzymen. Wanneer een voedselvacuole daarmee versmelt, begint de vertering en gaan de verteringsproducten d.m.v. actief transport naar het grondplasma. De onverteerbare deeltjes verlaten de cel via exocytose.

Autofagie: Het ER kan een membraan rond verouderde / beschadigde organellen vormen. De blaasjes versmelten met een ingesloten lysosoom en de ingesloten stoffen worden verteerd.

Wanneer het lichaam overschakelt op vetverbranding, kunnen de hersencellen en rode bloedcellen enkel glucose verbranden. De lever maakt dan glucose uit eiwit en glycerol. Levercellen kunnen aminozuren, nadat ze de aminogroep verwijderen, omzetten in glucose. De aminogroepen worden omgezet in ureum. Bij vergaande verhongering eten spieren zichzelf (zowel eiwitten als enzymen) op.

Hoofdstuk 16: Homeostase: longen, lever en nieren
16.1 Lucht is gratis
Door een goed samenspel tussen bloedsomloop en ademhalingsstelsel schommelt het zuurstofgehalte van het bloed rond bepaalde waarden, wat meedraagt aan homeostase.

Ventilatie ververst lucht in de longen. De ingeademde lucht gaat van de luchtpijp, via twee hoofdbronchiën, naar de bronchiën en vervolgens naar de bronchioli, met aan het eind een trosje longblaasjes. Tussen lucht in de longblaasjes en het bloed zitten twee cellagen: cellen van de wand van het longblaasje en van de wand van het haarvat.

Direct na inademing is de zuurstofspanning in het longblaasje tweemaal zo hoog als in het haarvat, waardoor meer zuurstof van het longblaasje naar het bloedplasma diffundeert dan andersom. Koolstofdioxide gaat in omgekeerde richting.

Wet van Fick: D=(c×O×(p1-p2))/d
- D = diffusiesnelheid, aantal moleculen dat per tijdseenheid diffundeert
- c = diffusiecoëfficiënt, afhankelijk van temperatuur en viscositeit diffusiemedium
- O = diffusieoppervlak
- (p1-p2) = drukverschil / concentratieverschil
- d = diffusieafstand, tussen p1 en p2

Neusschelpen in de neus vergroten het oppervlak, waardoor de lucht goed in contact komt met het neusslijmvlies. Neusharen en neusslijm vangen stof en ziektekiemen uit de lucht. De lange weg door de neus maakt lucht warm en vochtig, zodat de longblaasjes niet beschadigen. Tussen de trilhaarcellen zitten slijmvormende cellen.

Door diffusie en afvoer van zuurstof daalt de zuurstofspanning in de longblaasjes en neemt de diffusiesnelheid af. Doordat het CO2-gehalte toeneemt, neemt ook die diffusiesnelheid af. Het hoge CO2-gehalte is voor het ademcentrum in de hersenen een signaal om de lucht in de longen te verversen. Gaswisseling in de longblaasjes is een continu proces door de stroming van het bloed en ventilatie van de lucht.

Ademcentra in de hersenstam besturen ademhalingsspieren. Zenuwcellen van de centra zenden ritmisch impulsen naar de inademingspieren welke daardoor samentrekken. Impulsen naar de uitademingspieren leiden tot een toename van ademdiepte en ademfrequentie. 

16.2 Benauwend
Bij luchtverversing trekken inademingspieren samen en neemt het borstkasvolume toe. Wanneer de buitenste tussenribspieren samentrekken, gaat de borstkas naar boven: borstademhaling. Wanneer de middenrifspier samentrekt, gaat het middenrif naar beneden waarbij de organen de buikwand naar voren duwen: buikademhaling. Er ontstaat een onderdruk en lucht stroomt vanaf buiten de longen in.

Bij een ingeklapte long zit er een gat in het longvlies, waardoor er lucht in de interpleurale ruimte komt (tussen long- en borstvlies). De long volgt de beweging van de borstkas niet meer tijdens het inademen met stekende pijn en benauwdheid tot gevolg.

Gassen lossen bij hogere druk beter op in en vloeistof. De hoeveelheid opgeloste gassen in het bloed en weefsels neemt toe op grote diepte. Wanneer je snel naar het oppervlak gaat, wordt de druk verlaagd en ontstaan overal in het lichaam belletjes (stikstof)gas.

Bij longemfyseem verdwijnen veel longblaasjes. Bij astma vernauwen de luchtpijptakjes plotseling.

16.3 Bloedlink, die lever
De lever is het belangrijkste ontvangst-, opslag- en distributiecentrum van voedingsstoffen in het lichaam. Levercellen bouwen eiwitten, bewerken levercellen en breken ze af. De lever is het grootste orgaan in de buikholte en is sterk doorbloed. Leverslagader en poortader vertakken zich tot takjes, welke uitmonden in sinusoïden. Na het uitwisselen van stoffen verzamelt zich bloed in de leverader. De lever draagt bij aan de homeostase van het lichaam, want het bloed heeft een vrij constante samenstelling.

Voor de vorming van ATP is glucose nodig. Spiercellen breken glucosemoleculen af: enzymen zetten een glucosemolecuul om in twee moleculen van de C3-verbinding pyrodruivenzuur, andere enzymen breken ze af tot koolstofdioxide C1, waarna ATP ontstaat. Glucagon uit de alvleesklier beveelt glycogeenvoorraden van de lever om voor glucose te zorgen.

Vleeseter: Enzymen in het darmkanaal splitsen eiwitmoleculen uit voedsel in aminozuren, welke via de poortader in de lever komen. Enzymen in de lever koppelen de aminogroep af: deaminering. Levercellen zetten aminogroepen om in ureum en geven dit af aan het bloed. De rest van het aminozuur wordt verbrand of opgeslagen als vet (lypogenese) of voor glucose (gluconeogenese). De aminozuren worden door de lever afgegeven aan de leverader. De lever maakt zelf plasma-eiwitten en stollingsfactoren protrombine en fibrinogeen.

Planteneter: Via lipogenese maakt de lever vetten uit koolhydraten. Menselijke eiwitten worden uit plantaardige eiwitten gehaald, waarbij levercellen een deel van de aminozuren uit plantaardige eiwitten ombouwen: transaminering.

Een kunstlever bevat gekweekte levercellen en neemt leverfuncties als stollingsfactoren produceren over.

16.4 Productief slopen
De lever slaat ijzer uit de hemoglobine op als ferritine, wat afgegeven wordt bij een ijzertekort. Bilirubine, afbraakproduct van rode bloedcellen (hemoglobine à heem à (ijzer verlaat heem) biliverdine à bilirubine), verlaat je lichaam met gal. In de darmen wordt de galkleurstof omgezet met bruine ontlasting als gevolg.

Levercellen produceren gal en scheiden via galkanaaltjes natrium, cholesterol en afbraakproducten uit in de galgangen. Uit cholesterol ontstaan galzure zouten. De galsamensteling verandert in de galblaas door afbraakprocessen en resorptie. Onverzadiging met cholesterol kan optreden en daardoor galstenen. Bij vetten in het darmkanaal trekt de galblaas samen waardoor gal in de twaalfvingerige darm komt en galzure zouten de vetten in de spijsbrij emulgeren.

Levercellen zetten alcohol om in giftig ethanal, waaruit een verbinding ontstaat die cellen als brandstof gebruiken. Levercellen kunnen ethanal omzetten in glucose en vet. Wanneer leverweefsel afsterft door alcohol, ontstaat daar bindweefsel: levercirrose. Alcohol remt de vorming van ADH.

Levercellen maken schadelijke stoffen eerst onschadelijk en breken ze daarna af: detoxificatie.

16.5 Mens, schei toch uit!
Afvalstoffen die de nieren uit het bloed verwijderen, komen in de urine. De nieren houden de hoeveelheid afvalstoffen in het bloed, de osmotische waarden en de pH van het bloed binnen bepaalde grenzen. Nierslagaders voeren zuurstofrijk bloed met opgeloste stoffen aan, deels gezuiverd bloed komt via de nieraders in de onderste holle ader. Urine gaat via de urineleiders naar de urineblaas en verlaat via de urinebuis het lichaam.

Van buiten naar binnen bestaat de nier uit een nierschors, niermerg en nierbekken (kleine verzamelplaats voor urine). Een nier bestaat uit nefronen welke bloed zuiveren, waarbij urine ontstaat. Ze monden uit in verzamelkanaaltjes en die in nierbekken.

Een nefron bevat het kapsel van Bowman. Het hart levers perskracht en de filter waar het bloed doorheen wordt geperst bestaat uit kluwen haarvaten: glomerulus. Bij de filtratie blijven eiwitten en grote bestandsdelen (rode bloedcellen) achter. De voorurine komt via het kapsel van Bowman in de holte van het nierkanaaltje.

In de nierkanaaltjes gaan stoffen naar het bloed terug, of van het bloed naar de voorurine. Samen met de koolstfodioxide-uitscheiding door de longen houden nieren de zuurgraad in het bloed en weefselvocht op een pH van 7,4.

Het grootste deel van de terugresorptie vindt plaats in het eerste deel van het nierkanaaltje. De wand van het dalende deel van de lus van Henle laat water door (geen zouten). De osmotische waarde van de vloeistof buiten het nierkanaaltje is hoger dan binnen. Hormonen beïnvloeden de terugresorptie in het laatste deel van het nierkanaaltje en in het verzamelkanaaltje.

Aldosteron uit de bijnierschors beïnvloedt de uitscheiding en resorptie van Na+ en K+. Aan het einde van het nierkanaaltje en in de verzamelbuisjes wordt het watergehalte van het bloed geregeld door ADH.

Hoofdstuk 17: Samenspel
17.1 Een ogenblik
Bij veel licht trekken kringspiertjes in de iris samen en worden de pupillen kleiner. Pigmentcellen met uitlopers tussen zintuigcellen verspreiden dan pigment dat veel licht wegvangt.

Hoornvlies bestaat uit een lag doorzichtige, levende cellen. Op het grensvlak van lucht en hoornvlies treedt lichtbreking op. Je ooglens breekt het licht extra, zodat het beeld scherp op je netvlies komt. De lichtbreking van het hoornvlies en de ooglens zorgt voor een verkleind, omgekeerd beeld op het netvlies, wat je hersenen terugvertalen naar rechtop.

Je ooglens zit met lensbandjes vast aan het straalvormig lichaam, wat uit kringspiertjes bestaat. Als je naar iets ver weg kijkt, ontspannen de kringspiertjes, het straalvormig lichaam krijgt een grotere diameter en trekt via lensbandjes de lens plat. Als je naar iets dichtbij kijkt, trekken de spiertjes in het straalvormig lichaam samen, de lensbandjes ontspannen en je oog krijgt een bolle vorm. Er treedt extra lichtbreking op. De vormverandering van de ooglens heet accommoderen.

Bij bijziendheid breken lichtstralen te sterk, ze zien goed op korte afstand. Ze hebben een bril / lenzen nodig met een holle lensvorm. Bij verziendheid breken lichtstralen te weinig, ze zien goed dichtbij. Ze hebben en bril / lenzen nodig met een bolle lensvorm.

Het beeld moet op de gele vlek vallen om het scherp te kunnen zien. De gele vlek kan maar 2° van de beeldhoek van 180° opvangen. De gele vlek bevat lichtgevoelige cellen met een spits uiteinde, kegeltjes. Ze bevatten een pigment dat bij belichting uiteenvalt, waardoor de activiteit vermindert. Wanneer het licht uitgaat, verhoogt de activiteit. Er zijn drie typen kegeltjes, gevoelig voor verschillende kleuren licht.

In het donker worden je pupillen wijder, doordat straalvormige spiertjes in de iris samentrekken en de kringspiertjes ontspannen. Als het te donker is wordt de prikkeldrempel van de kegeltjes bereikt. Je kunt nog zien door de staafjes, die liggen in het netvlies. Ze zijn gevoeliger voor licht en hebben een lagere prikkeldrempel dan kegeltjes. Ze reageren enkel op lichtintensiteit.

17.2 Behind blue eyes
1 miljoen ganglionceluitlopers naar de hersenen vormen een oogzenuw, waardoor informatie in de thalamus (gebied in hersenen). Oogzenuwen splitsen tussen ogen + thalamus. Van de linkerhelften van de netvliezen komt de informatie aan de linkerkant in de hersenen. Vandaar geven zenuwcellen informatie door naar de visuele schors in het achterhoofd. De visuele schorst bestaat uit gespecialiseerde, samenwerkende lagen; één voor binnengekomen informatie analyseren + verbanden leggen tussen beeldonderdelen, één voor beweging, voor vorm en kleur, etc. De visuele schorst zendt informatie naar andere hersengebieden, waar zenuwcellen de informatie met opgeslagen informatie vergelijken. Zo kun je dingen herkennen.

Met twee ogen zie je een voorwerp onder twee hoeken, combinatie van die beelden maakt nauwkeurige afstandsbepaling mogelijk. In de visuele schors zit bij volwassenen een zebrapatroon van zenuwbanen afkomstig uit beide ogen. Er zijn aparte gebieden voor elk oog. Bij kinderen eindigen axonen uit beide ogen door elkaar heen. Na 6 jaar eindigen de zenuwceluitlopers in aparte gebieden. Bij een dominant oog komen er te veel zenuwceluitlopers van het ene oog in de schors en te weinig van het andere. Alleen met een evenwichtig patroon in de schors kun je afstand goed schatten.

17.4 balanceren
Evenwichtsorganen registeren iedere beweging van je hoofd en sturen berichten naar je oogspieren waardoor je ogen in tegengestelde richting draaien.

In het binnenoor zit het labyrint, een gangenstelsel. Het bestaat uit drie halfcirkelvormige kanalen gevuld met vloeistof, endolymfe. Elk kanaal heeft een verdikt gedeelte met zintuigcellen met lange zintuigharen. Die steken in de cupula, geleiachtige massa. Als je je hoofd draait, bewegen de wanden van de kanalen en zintuigcellen mee, terwijl de endolymfe even stil blijft staan door haar traagheid. Daardoor beweegt de cupula en buigen de zintuigharen. Deze prikkel wordt doorgegeven aan de hersenen. Rechtlijnige bewegingen worden geregistreerd door de MACULAE.

Bij lezen in een auto ontstaat misselijkheid doordat er verschil in informatie is tussen evenwichtsorgaan en ogen. Als je naar buiten kijkt klopt die informatie en verdwijnt de misselijkheid.

Geluidsgolven hoor je met gehoorzintuigen, dit is een adequate prikkel, want je kan hem waarnemen. Geluidsgolven veroorzaken trillingen in de vloeistof in het slakkenhuis van je gehoorzintuig, in het binnenoor. Er ontstaan bewegingen in zintuigharen, verbonden met zintuigcellen. Als de drempelwaarde is bereikt geven zintuigcellen informatie aan de hersenen.

17.5 Geregeld bewegen
Spieren maken bij dezelfde informatie toch andere bewegingen doordat:
- De hoeveelheid informatie verschilt à snelheid en kracht van spiersamentrekking verschilt
- De volgorde waarin spieren informatie krijgen verschilt

Spierspoeltjes liggen tussen de spiervezels gelegen zintuigjes en leveren informatie over de rektoestand van spieren. In rust gaat een constante hoeveelheid informatie naar de hersenen. Als het middengedeelte oprekt, neemt de activiteit toe. De adequate prikkel is een verandering in lengte van het middengedeelte.

Wanneer een spier uitrekt, wordt die via informatie uit de spierspoel korter gemaakt. Wil je spieren laten samentrekken, stuurt het zenuwstelsel bericht naar de spierspoeltjes waarvan de uiteinden samentrekken en het middengedeelte uitrekt.

Buigspieren en trekspieren werken samen om vloeiende bewegingen te maken.

Peeslichaampjes reageren bij kleine uitrekking van een pees. Via een regelkring verkort de bijbehorende spier. Als de rek te groot wordt, gaat er bericht naar de hersenen en verslapt de bijbehorende spier. Deze regelkring voorkomt blessures.

Hersenen coördineren alle bewegingen d.m.v. informatie uit spierspoeltjes, peeslichaampjes en gewrichten.

Bij inspanning daalt de O2-concentratie in het bloed, stijgt de CO2-concentratie en daalt de pH. Kleine goed doorbloede orgaantjes in de aortaboog en beide halsslagaders nemen die veranderingen waar. In de hersenstam beïnvloeden deze receptoren het ademhalingscentrum en de ademhalingsspieren.

Zintuigjes in een dun membraan in de wand van aortaboog meten de bloeddrukverandering. Een sterkere rek zorgt voor een boodschap naar o.a. het hartregulatiecentrum in de hersenstam. Regelkringen met negatieve feedback gaan een verdere stijging van de bloeddruk zo veel mogelijk tegen.

Hoofdstuk 18: brainwave
18.1 Startmotor
Smaak ontstaat doordat het reukpitheel in de neus en smaak- en tastreceptoren op de tong informatie naar de hersenen sturen, waar zenuwcellen complexe netwerken vormen. Op je tong zitten duizenden smaakknopjes met elk zo’n vijftig smaakzintuigcellen, werkend als receptor voor zout, zuur, zoet, bitter of umami. Die informatie gaat van de zintuigcellen via de zenuwcellen naar de hersenen.

Er is verschil in aantal ionen in de zintuigcellen en omliggende vloeistof, doordat transporteiwitten ionen van de ene naar de andere kant van het celmembraan transporteren. Transporteiwit natrium-kaliumpomp pompt Na+ en K+ ionen door het membraan, waardoor Na+ ionen aan de buiten- en K+ aan de binnenkant zitten. Er ontstaan diffusiegradiënten: Na+ naar binnen en K+ naar buiten. De cel pompt ook Ca2+ naar buiten en neemt Cl- ionen op met als resultaat een ongelijke ladingsverdeling. De binnenzijde van het membraan van een zintuigcel is in rust negatief t.o.v. de buitenzijde, rustpotentiaal: Het celmembraan is gepolariseerd.

Smaakzintuigcellen bevatten transportkanalen: natriumpoorten. De meesten zitten dicht, enkelen laten Na+ door waardoor het potentiaalverschil verkleint. Vanaf de drempelwaarde gaan velen open waardoor lokaal het membraanpotentiaal verandert. Een stukje van de binnenkant is nu positief t.o.v. de buitenkant: depolarisatie. Hierdoor openen calciumpoorten in het membraan en de smaakzintuigcel loost transmitterstof die een zenuwcel activeert. Snel sluiten alle natriumpoorten en openen de kaliumpoorten, K+ gaat naar buiten en het oorspronkelijke potentiaalverschil wordt hersteld: repolarisatie

Zowel zenuw- als zintuigcellen hebben natrium-kaliumpompen. Het ruspotentiaal bij zenuwcellen is -70mV. Door transmitterstof in zintuigcellen openen natriumpoorten in zenuwcellen en het potentiaalverschil verandert. Meer natriumpoorten openen na de drempelwaarde (-50mV) en een stroompje gaat de zenuwcel in. (-50 mV à +35 mV): depolarisatie. Door het membraanverschil sluiten natriumpoorten, openen kaliumpoorten: repolarisatie. Depolarisatie + repolarisatie = actiepotentiaal. Hyperpolarisatie treedt op doordat repolarisatie door de K+ stroom te lang aanhoudt.

Een prikkel boven de drempelwaarde leidt tot een actiepotentiaal, een sterkere prikkel tot meer actiepotentialen per seconde. In de absoluut refractaire periode sluiten natriumpoorten en kan de zenuwcel niet op een nieuwe prikkel reageren.

18.2 De eerste versnelling
Kegeltjes lozen transmitterstof, actiepotentialen brengen informatie van de oogzenuwen naar de hersenen. Na+ en K+ ionen blijven bij hun membraanplek. Wat er gebeurt is:

Door een prikkel stroom Na+ lokaal de cel in (plaats 1), waar het celmembraan depolariseert en een actiepotentiaal ontstaat

Eromheen (plaats 2) heerst een rustpotentiaal. Er is spanningsverschil tussen beide plaatsen

Spanningsverschil is een elektrische prikkel voor het openen van natriumpoorten op plaats 2

In de naaste omgeving ontstaat van plaats 2, na het bereiken van de drempelwaarde, ook een actiepotentiaal

Een zich langs het membraan bewegende golf actiepotentialen is een impuls.

Zenuwcellen hebben één lange uitloper met een isolerende laag, myelineschede, bestaande uit cellen van Schwann, eromheen. Het celmembraan van Schwanncellen bevat myeline. Om de paar mm zitten kleine ruimtes tussen Schwanncellen, insnoering van Ranvier, met veel natrium- en kaliumpompen. Daar ontstaan depolarisaties. Een gedepolariseerd membraan in een insnoering veroorzaakt spanningsverschil met de naastgelegene en de depolarisatie springt over de cel van Schwann naar de volgende insnoering. Dit verhoogt de snelheid van impulsgeleiding.

Zintuigcellen staan in contact met uitlopers van zenuwcellen, dendrieten, waarin het rustpotentiaal door transmitterstof verandert. In de zenuwcel kan dan actiepotentiaal ontstaan. De uitloper axon voert de impulsen af via waar de zenuwcel contact maakt met de dendrieten van de volgende, in de synaps. Er is geen contact tussen de neuronen, een spleet vormt een barrière voor impulsen. Als een impuls bij de synaps arriveert, openen calciumpoorten in het presynaptisch membraan en Ca2+ stroomt de zenuwcel in. Blaasjes met neurotransmitter in het axon versmelten met het celmembraan en neurotransmitter stroomt de synapsspleet in. Neurotransmitter bindt aan receptoren in het postsynaptisch membraan, waardoor natriumpoorten in het membraan openen en een impuls gaat lopen. De hoeveelheid neurotransmitter en de tijd waarin de stof in de synapsspleet zit, bepalen het aantal impulsen. Enzymen breken de neurotransmitter in de synapsspleet snel af.

18.3 Schakelen
Het zenuwstelsel remt/stimuleert organen door 2 typen synapsen:

Neurotransmitters acetylcholine en noradrenaline kunnen depolarisatie van het postsynaptisch membraan veroorzaken. Synaps is exciterend.

Neurotransmitter GABA kan hyperpolarisatie van het postsynaptisch membraan veroorzaken. Synaps is inhiberend.

Iedere zenuwcel maakt één soort neurotransmitter. In je hersenen en ruggenmerg zijn zenuwcellen met vele anderen geschakeld. Door niet alle impulsen af te geven worden tegengestelde reacties voorkomen.

Op dendrieten van neuronen in de hersenen kunnen zich duizenden synapsen bevinden. Bij het ontstaan van een actiepotentiaal in de postsynaptische zenuwcel zijn het aantal synapsen belangrijk en de plaats waar deze zich de postsynaptische zenuwcel bevinden. Een synaps dichtbij het cellichaam van de zenuwcel heeft meestal meer invloed dan één aan het uiteinde van een dendriet.

Bij een schrikreactie vormen zenuwcellen en spieren een reflexboog. Impulsen gaan vanaf zintuigcellen naar het ruggenmerg en naar de spieren. Sensorische zenuwcellen vervoeren impulsen vanaf zintuigen, motorische zenuwcellen prikkelen de spieren. Daartussen liggen schakelcellen, de schakelcellen van de reflexboog liggen in het ruggenmerg en de hersenstam.

Een bundel celuitlopers omgeven door bindweefsel is een zenuw. Een sensorische zenuw bevat alleen sensorische zenuwcellen, hetzelfde bij motorisch. Een gemengde zenuw bezit beide zenuwcellen.

Wanneer je kijkt waar je op stond wordt je centrale zenuwstelsel (CZS), gevormd door hersenen en ruggenmerg, actief, impulsen activeren je spieren. De zenuwen, de aan- en afvoerende delen van het CZS, behoren tot het perifere zenuwstelsel.

18.4 Cruise control
Het autonoom zenuwstelsel regelt de orgaanfuncties. Via aparte zenuwen prikkelen hersenstam en ruggenmerg organen voortdurend tot meer of minder activiteit. Het orthosympathisch deel van het autonoom zenuwstelsel coördineert orgaanactiviteiten tijdens actie, het parasympathisch deel tijdens rust.

Met je animaal zenuwstelsel voer je bewuste acties uit. Het verwerkt informatie uit zintuigen en stuurt skeletspieren. Wanneer je iets bedenkt, gaan impulsen naar een groep zenuwcellen in de voorhersenen, de basale kernen. Zij activeren zenuwcellen in de hersenstam en ruggenmerg, de boodschap komt aan bij zenuwen die spieren besturen.

Om iets te pakken sturen kleine hersenen je spieren heel precies bij. Veel gewone activiteiten doe je door motorprogramma’s. Zenuwcellen uit de kleine hersenen en ruggenmerg sturen spieren aan terwijl je er niet bewust van bent. Bij het motorprogramma “wandelen” begin je te lopen.

Bij plankenkoorts en examenspanning zijn de hypothalamus en hersenstam betrokken. De hypothalamus staat in verbinding met de hypofyse en beïnvloedt het hormoonstelsel. In de hersenstam zitten groepen neuronen die hartslag, ademhaling en bloeddruk regelen.

Neuro-endocriene reflex is een gecombineerde actie van het zenuw- en hormoonstelsel en verloopt via hypothalamus en hypofyse. Neuronen van de hypothalamus lozen neurotransmitter, hormon ereleasing factors, in bloedvaten, die het bloed van hypothalamus naar hypofyse vervoeren. Als reactie loost de hypofyse een bepaald hormoon. Oxytocine wordt gemaakt door de hypothalamus en opgeslagen door de hypofyse.

18.5 Sturen
De hersenstam werkt dag en nacht, regelt het hartritme en activeert de ademhalingsspieren. In de grote hersenen bevinden zich geheugen, bewustzijn en wil. ’s Ochtends vroeg is lopen moeilijk omdat de kleine hersenen de bewegingen nog niet goed corrigeren.

De grote hersenen bestaan uit twee sterk geplooide helften. Vooral in de hersenschors, de buitenkant, maken zenuwcellen vele verbindingen met elkaar. Elk deel van de hersenschors heeft zijn eigen functie. Impulsen uit de huid van de rechterarm bereiken een sensorisch centrum in de schors, waar neuronen de informatie verwerken en je iets voelt. De linkerhersenhelft ontvangt informatie uit de rechterkant van het lichaam en andersom.

Motorische centra in de hersenschors activeren bijvoorbeeld hand- en beenspieren. Centra in de hersenstam regelen reflexmatige bewegingen, enkelen kun je via de motorische schors bewust beïnvloeden.

CT-scan helpt bij onderzoek naar hersenen. De patiënt schuift door de machine en er worden röntgenopnames gemaakt van de hersenen. Een computer maakt een 3D-beeld.

Bij de MRI-scan maken sterke magneten onderscheid tussen zachte, waterrijke delen en harde delen van het lichaam. Zo kunnen tumoren zichtbaar worden en de zuurstofhoeveelheid die door een hersendeel verbruikt wordt. Actieve neuronen lichten op wanneer de persoon een bepaalde taak uitvoert.

Bij de PET-scan wordt een kleine hoeveelheid radioactief water of glucose in het bloed gebracht, wat zich op de actieve plaatsen in de hersenen concentreert.

Hoofdstuk 19: Extremen
19.1 Etenstijd
Gedurende hun winterrust (5 maanden) eten beren niets. In die tijd krijgen de vrouwtjes wel jongen krijgen en zogen ze die. Dit kan doordat ze geen energie verspillen aan lichaamsbeweging en hun lichaamstemperatuur daalt. Om aan eiwitten te komen, nemen de beren het ureum met urine en al weer op uit de blaas en maken ze hieruit alle benodigde aminozuren.

Reuzenpanda’s leven van bamboe, terwijl ze een vleesetergebit en een darmkanaal van een vleeseter hebben. Ze hebben nauwelijks vet, en zitten dus op de rand van hun overlevingsmogelijkheid.

19.2 Koud hoor!
Een walvis gebruikt zijn tong om zijn lichaamstemperatuur constant te houden. Door het water koelt het bloed in zijn tong af. Voordat het naar het lichaam stroomt, passeert het een speciaal wondernetwerk, waar het warmte ontvangt vanuit het slagaderlijk bloed. Dit is het tegenstroomprincipe. Door zijn vetlaag, dit tegenstroomprincipe in zijn tong, zwempoten en staartvin en de mogelijkheid om de diameter van de huidslagadertjes aan te passen, kan de walvis zijn lichaamstemperatuur handhaven.

De grondeekhoorn heeft tijdens zijn winterslaap (8 maanden) een lichaamstemperatuur van -3 Co terwijl de omgeving -25 Co is. Hij bevriest niet door het bruine vet , vet met een hoog gehalte onverzadigde vetzuren waardoor het niet stijf en onbruikbaar wordt bij -3 Co. De cellen met het bruine vet bevatten veel mitochondriën waardoor meer warmte ontstaat. Elke 2 à 3 weken warmt het dier zich op tot ca. 36,4 Co.

19.3 Adembenemend
Langduikers hebben 3 à 4 keer zoveel bloed als niet-duikers en meer hemoglobine met grotere zuurstofbindende capaciteit). Bovendien bevatten hun spieren veel myoglobine (Mb). Hierdoor kunnen ze 2 keer zoveel zuurstof opslaan. Onder water gaan ze zuinig met zuurstof om door alleen de organen te doorbloeden die niet zonder bloed kunnen, hun hartslagfrequentie en stofwisselingssnelheid te verlagen en de spieren te laten teren op zuurstof uit het Mb.

Op grote hoogte is de lucht ijler (lagere zuurstofdruk). Hoogtedieren hebben daarom kleine, ovale rode bloedcellen die veel hemoglobine bevatten. Hierdoor kunnen ze op hun bloed bezuinigen en hoeft het hart minder te pompen.

19.4 Druk en tegendruk
Giraffen hebben een hele hoge bloeddruk (gem. 34,7/21,3 kPa). Door de dikke, gespannen spierlaag van de halsslagaders gaat deze bloeddruk nauwelijks verloren.

Giraffen krijgen geen oedemen in hun poten of hersenen door tegendruk van de omliggende weefsel. Bij het buigen van de hals, stijgen zowel de bloeddruk in de hersenvaten als de druk van de hersenvloeistof en compenseert het elkaar.

Diep onder water heerste een enorme druk (elke 10 m dieper wordt de druk ca. 100 kPa groter). Walvissen een zeeolifanten kunnen dit overleven doordat o.a. Hun borstkas niet in te drukken is. Tijdens het duiken klappen de longen dicht en vult het dier zijn grote bloedvaten bij de longen vol met bloed. Door deze ‘bloedzakken’ kan geen vacuüm ontstaan.

Hoofdstuk 20: evolutie
20.1 Waar vandaan?
In scheppingsverhalen uit de oudheid vertelt men dat het leven is ontstaan door goden, demonen en oerkrachten. Later vertellen Griekse filosofen in ontstaanstheorieën een verklaring voor het leven ontstaan uit de natuur.

Creationisme zegt dat organismen in groepen in 6 dagen geschapen zijn. Ze gaan uit van micro-evolutie: een beperkte variatie binnen een geschapen groep is mogelijk en daaruit kunnen verschillende soorten ontstaan, maar binnen beperkte grenzen. Macro-evolutie gaat in tegen de letterlijke interpretatie van de Bijbel. Zij verklaren fossielen met de zondvloed: de aardlagen zijn in korte tijd ontstaan, waarin door het watergeweld veel organismen begraven werden en fossileerden. Bewijs: aanwezigheid van massagraven en vondsten van zachte delen (zoals mammoeten).

Mensen zijn bijzonder door de ontwikkeling van de hersenen en het rechtop lopen. Op de savanne gingen mensen meer vlees eten, ze jaagden dieren bij het karkas weg en met behulp van werktuigen (steen) haalden ze het vlees van een karkas.

20.2 Versteend verleden
Fossielen, restanten van vroeger levende organismen, zijn ontstaan door fossilisatieprocessen. Ze kunnen geconserveerd blijven in o.a. zand, slik, veen en barnsteen en door o.a. droging (woestijn) en bevriezing. Versteende fossielen bestaan deels uit steen en deels uit originele resten, doordat in water opgeloste mineralen de botten binnendringen en de originele mineralen vervangen.

Ouderdomsbepalingen
- Relatieve datering: Fossiele soorten die wereldwijd voorkomen en een korte bestaanstijd hebben zijn gidsfossielen. Wanneer een gidsfossiel zowel in Zuid-Afrika als op Antarctica voorkomt, kun je door relatieve datering zeggen dat de lagen even oud zijn. Het zegt alleen maar iets over de relatieve leeftijd van de lagen.
- Absolute datering: Gebaseerd op radioactief verval van elementen. Onstabiel moederelement M verandert in dochterelement D, de tijd die daarvoor nodig is, is de halveringstijd. Elk radioactief element heeft zijn eigen halveringstijd (Binas 25). Met koolstof-14 kun je tot maximaal 40.000 jaar berekenen en met uranium-238 tot maximaal 4,5 miljard jaar.

Soorten verwantschap
- Homologie: Structuren in organismen met hetzelfde bouwplan, maar met andere functies. Organen of andere structuren zitten op overeenkomstige plaatsen, die uit ongeveer dezelfde elementen zijn opgebouwd en bij een reeks van soorten steeds een beetje anders zijn uitgevoerd.
- Analogie: Structuren met eenzelfde functie, maar een ander bouwplan. Zoals vlindervleugels en vleermuisvleugels.

Biologen vergelijken met hybridisatietechnieken (A<>T en C<>G) het DNA van twee soorten. Hoe hoger het percentage hybridisatie tussen het DNA, des te groter de (genetische) verwantschap.

20.3 Langzaam en onzeker
Darwin concludeert dat soorten veranderen en ontstaan uit andere soorten, want:

Fossielen tonen reeksen op elkaar lijkende soorten die elkaar in tijd opvolgen

Veel soorten vertonen overeenkomsten in bouw

Via fokken is het mogelijk nieuwe rassen te kweken

Ook merkt hij op dat binnen een soort variatie in eigenschappen bestaat en dat organismen meer nakomelingen krijgen dan dat er volwassen worden.

Natuurlijke selectie
- Struggle for life: Er ontstaan meer individuen dan dat er overleven.
- Survival of the fittest: Sommige variaties hebben in een bepaalde omgeving een grotere kans om de strijd te overleven.

De neodarwinistische theorie: Door mutaties ontstaan erfelijke eigenschappen. Onder bepaalde omstandigheden zal door natuurlijke selectie het aantal individuen met gunstige eigenschappen toenemen, de ongunstige eigenschappen verdwijnen nooit helemaal.

Een nieuwe soort ontstaat doordat een deel van de populatie geïsoleerd wordt door een barrière. Vervolgens ontstaan verschillen in gedrag en uiterlijk tussen de twee populaties en uiteindelijk zijn ze zo veranderd dat ze na het opheffen van de isolatie zich niet meer met elkaar kunnen voortplanten.

20.4 Allelen in evenwicht
De populatiegenetica is de wetenschap die de genotypische samenstelling van populaties bestudeerd.

Genotypefrequenties zijn te bereken door het aantal fenotypen te delen door het totale aantal organismen in de steekproef. In de praktijk kun je beter werken met allelfrequenties, er zijn minder allelen dan genotypen. Allelfrequenties kun je berekenen uit genotypefrequenties. Zie voorbeeld hiernaast.

Het Hardy-Weinberg-evenwicht zegt dat in een oneindig grote populatie allel- en genotypefrequenties van generatie op generatie gelijk blijven, mits er geen natuurlijke selectie, mutaties of migratie optreden en wanneer alle paringen toevallig zijn.

Voor allelfrequenties geldt dan p+q=1, p=allelfrequentie dominant allel, q=recessief.

Voor genotypefrequenties geldt p2+2pq+q2=1, p2=genotypefrequentie dominante homozygoot, 2pq=heterozygoot, q2=recessieve homozygoot.

Wanneer de frequenties overeenkomen met die van de eerdere generatie, is er een Hardy-Weinberg-evenwicht.

Een ongunstig gemuteerd dominant allel zal door selectie snel verdwijnen, een gunstig gemuteerd dominant allel zal afhankelijk van o.a. het aantal nakomelingen snel in frequentie toenemen. Op een ongunstig gemuteerd recessief allel heeft selectie alleen invloed bij homozygote individuen.

Een verandering door toeval in frequentie van een erfelijke eigenschap heet (random) genetic drift.

20.5 Komen en gaan
Ontstaanstheorieën organismen:
- Generatio spontanea; het steeds opnieuw, snel en spontaan ontstaan van soorten zoals motten uit kleding
- De oersoep; een mengsel van aminozuren, suikers en nucleotiden. Er ontstonden organische moleculen in het water.
- Abiotische evolutie; het ontstaan van leven uit levenloze materie
- Buitenaarde oorsprong; bijvoorbeeld door meteorieten
- Black smokers; heetwaterbronnen bij scheuren in de oceaanbodem
- Levensvormen ontwikkelen zich in vochtige kleilagen

Door fusie van twee waterstofatomen ontstond helium. Uit het binnenste van de aarde stegen gassen op die de atmosfeer vormde. De atmosfeer bestond uit waterdamp, CH4, H2S, NH3 en CO2.

Het ontstaan van meercellige organismen:
- Ontstaan van stabiele moleculen
- Ontstaan van voortplanting: uit moleculen ontstaan identieke moleculen
- DNA-moleculen worden ingesloten in bolletjes met één laag vetzuurmoleculen
- Ontstaan van primitieve cel, waarin DNA wordt beschermd
- Ontstaan complexere cellen met chloroplasten en mitochondriën via endosymbiose
- Ontstaan meercellige organismen

De eerste organismen waren heterotroof, waardoor de voedselvoorraad afnam. Autotrofe organismen ontstonden, die zich in hun eigen organische stoffen voorzagen door fotosynthese. Daardoor kwam zuurstof vrij en veranderde de atmosfeer: zuurstofrevolutie. Met de vrijkomende zuurstof ontstond de ozonlaag, die UV-straling filterde.

De aantallen soorten, levensgemeenschappen, biomoleculen en genen die ergens voorkomen, is een maat voor de biodiversiteit.

Afname van biodiversiteit heet genetische erosie. Het gevaar van een kleine genetische variatie is dat een infectieziekte zich enorm snel kan verspreiden met grote gevolgen.

Hoofdstuk 21: molecuul van de twintigste eeuw
21.1 Genen in beeld
Erfelijke aandoeningen ontstaan door mutaties, veranderingen in het DNA. Dit kan leiden tot afwijkende eiwitten. Met behulp van DNA-tests en het bepalen van de basenvolgorde kunnen mutaties opgespoord worden. Een afwijkende lengte van een eiwit kan duiden op een mutatie in een gen.

Bij gentherapie worden effecten van een defect gen hersteld door een ‘gezonde kopie’ (allel) van het gen toe te voegen. Verschillende vectoren kunnen het ontbrekende allel de cel in brengen:

Virus; ze dringen een cel binnen en laten hun erfelijk materiaal in het DNA van een gastheercel inbouwen. Er wordt een ‘onschuldig’ virus gebruikt.

Liposoom; kleine vetdruppeltjes die zich aan het celmembraan van een cel kunnen hechten, ze omringen het therapeutisch allel. De cel neemt het liposoom op door endocytose of fusie met het celmembraan, het allel komt dan in het grondplasma.

21.2 Geordend verpakt
DNA is in de celkern opgerold m.b.v. histonen, eiwitten. Zuur DNA hecht aan basische histonen en vormt chromatinedraden in de celkern. Chromatinedraden draaien om de lengteas en spiraliseren. Er ontstaat een gebied met los gespiraliseerd euchromatine en een gebied met sterk gespiraliseerd heterochromatine.

Euchromatine heeft een open structuur, wardoor genetische informatie makkelijk is af te lezen. Het DNA waar nog geen genen zijn aangetoond heet nonsense- of junk-DNA. Eén van de functies is het regelen of een gen aan of uit staat.

Voor de mitose verdubbelt DNA, tijdens de verdubbeling komen nieuwe histonen uit het grondplasma de celkern binnen en binden aan DNA-strengen. Vervolgens rollen chromatinedraden zich op tot chromosomen. Elk chromosoom krijgt zo een vaste lengte en een karakteristiek bandenpatroon. Ook de plaats van het centromeer is vast. Niet-histon eiwitten vormen het skelet van deze structuren.

Sekschromatine is een geïnactiveerd X-chromosoom wat tijdens de interfase zichtbaar is als het lichaampje van Barr.

21.3 DNA maakt DNA
In niet-delende cellen brengen RNA-afdrukken van actieve genen informatie van het DNA naar het grondplasma, waar eiwitsynthese plaatsvindt.

DNA-moleculen bestaan uit polyesters van deoxyribose en fosfaat, het is een dubbelstreng bijeengehouden door H-bruggen. Een uiteinde heeft een vrije OH-groep aan het C3’-atoom van het suikermolecuul. Het 5’-uiteinde heeft een fosfaatgroep aan het C5’-atoom van het suikermolecuul. Beide strengen wijzen in tegengestelde richting (3’- 5’ en 5’-3’).

DNA-replicatie / duplicatie start wanneer enzymen de H-bruggen verbreken, waarbij een zogenaamde replicatievork ontstaat. Beide strengen vormen het uitgangspunt voor een nieuw DNA-molecuul met één oude en één nieuwe streng heeft: semi-conservatieve replicatie. RNA-polymerase maakt dan een stukje RNA dat dient als startpunt van een nieuw DNA-fragment, RNA wordt met DNA-nucleotiden verlengd door DNA-polymerase, wat ook H-bruggen aanbrengt en RNA door DNA vervangt.

Het aflezen van DNA kan alleen van 3’ naar 5’, de ene streng groeit met de replicatievork mee (5’ naar 3’) en de ander ervan af (5’ naar 3’). Doordat de replicatie op enkele duizenden plaatsen tegelijk begint, is de S-fase in een paar uur afgerond.

De polymerase-ketting-reactie / PCR-techniek / polymerase chain reaction is een eenvoudige en snelle manier om DNA te verdubbelen. De techniek vindt plaats in een cyler, apparaat waarin snel een buisje gekoeld of verhit kan worden. Alle stappen worden 3-40 keer herhaald:

Denaturatie: bij 94°C worden H-bruggen verbroken, beide strengen vallen uiteen

Bij 54°C voegt men een overmaat kunstmatige DNA-primers doe aan de losse strengen DNA, die zich aan het fragment, de target, van de DNA-streng hechten. De primers vormen de startplaatsen voor het enzym DNA-polymerase.

Bij een temperatuur van 72° hechten de losse nucleotiden aan de target-DNA-strengen door het enzym DNA-polymerase. Door hittebestendig enzym Tarpolymerase kan het proces meerdere keren herhaald worden.

21.4 DNA overschrijven
DNA bevat de blauwdruk van alle eiwitten van een organisme. Eiwitten ontstaan in het grondplasma. RNA heeft suikermolecuul ribose (deoxyribose DNA) en stikstofbase uracil (thymine DNA):

MRNA; boodschapper- of messenger-RNA, zorgt voor de overdracht van DNA-informatie naar de ribosomen (rRNA en eiwitten) in het grondplasma. Een enkele streng met informatie van één gen.

RRNA; ribosomaal-RNA ontstaat in de nucleolus.

TRNA; transport- of transfer-RNA brengt in het grondplasma aminozuren naar ribosomen, waar ze aaneengekoppeld worden. Ieder tRNA-molecuul is gespecialiseerd in het vervoeren van één aminozuur. Door inwendige waterstofbruggen tussen nucleotiden ontstaat een klaverbladstructuur: de middelste lus heeft drie nucleotiden (anticodon), complementair aan drie nucleotiden van het mRNA (codon). Dit zorgt voor de aanvoer van het juiste aminozuur bij vorming van een polypeptideketen.

De transcriptie van DNA naar RNA begint met het uiteenwijken van DNA-strengen o.i.v. RNA-polymerase, steeds op dezelfde plaats aan de matrijs- of template-streng (basenvolgorde TAC). RNA-polymerase verplaatst zich langs één van de twee DNA-strengen in 3’à5’ richting, RNA groeit van 5’à3’ en steekt boven het DNA-molecuul uit. De andere DNA-streng, coderende streng, heeft dezelfde basenvolgorde als het gevormde RNA. Bij het stopcodon stopt de transcriptie en de gevormde RNA-streng laat los.

Er zijn stukken DNA die tot expressie komen (exons) en introns, bij RNA hetzelfde. In eukaryote cellen verwijderen enzymen bij mRNA introns en plakken exons achter elkaar (rijping). De kans dat een willekeurige mutatie een gen verminkt is door introns kleiner dan zonder.

De epigenetische code speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling van een organisme. Een groot deel wordt na de bevruchting van de eicel verwijderd en er wordt een nieuwe code aangebracht: bepaalde genen raken geblokkeerd. Het bestaat uit:

Histonencode; een erfelijke code. Aan de eiwitstaart van histonen kunnen vier chemische groepen hangen die de werking van DNA beïnvloeden: methylgroepen, acetylgroepen, fosforgroepen en eiwit ubiquitine. Het DNA kan meer (gen staat uit) of minder sterk (gen staat aan) om histonen gewikkeld zijn. Bij specialisering van de cel zorgen enzymen voor veranderingen in de histonencode. Met medicijnen zijn enzymen te remmen die methylgroepen van histonen verwijderen.

Dna-methylering; methylgroep op DNA, hierdoor kan een deel van het DNA niet worden afgelezen

21.5 Vertaalslagen in een cel
Ieder eiwit is opgebouwd uit andere codons. Om hetzelfde eiwit te krijgen bij eenzelfde mRNA code, start de eiwitsynthese bij hetzelfde startcodon AUG. De nucleotiden daarvoor dienen als aanloopstrook. De eiwitsynthese begint altijd met aminozuur methionine en dit wordt bij verdere bewerking van het eiwit vaak verwijderd. De stopcodons, die niet coderen voor een aminozuur, zijn UAA, UGA en UAG.

Bij bacteriën binden specifieke eiwitmoleculen (repressoreiwitten) aan DNA, vóór de startplaats van RNA-polymerase en blokkeren zo de transcriptie van een gen. Met inductoreiwitten, die het repressormolecuul sterker binden dan DNA, laat het repressoreiwit los en is transcriptie mogelijk.

Translatie is het aflezen en vertalen naar een aminozuurvolgorde van een mRNA-boodschap. Wanneer het ribosoom uiteenvalt in twee subeenheden, bindt mRNA zich met het 5’-uiteinde aan de kleinste. mRNA schuift op tot het startcodon en tRNA dat daarbij past, koppelt vast. Wanneer de grote subeenheid weer op zijn plaats zit, start de verlenging van de keten. Een verlengingsfactor brengt goed tRNA naast het aanwezige tRNA. Een enzym koppelt methionine los van het tRNA en brengt een peptidebinding tot stand met het volgende aminozuur. Een tweede verlengingsfactor verwijdert het lege tRNA en het ribosoom schuift drie eenheden richting het 3’-uiteinde van het mRNA op. Door aanvoering van een nieuw tRNA-molecuul begint het proces opnieuw. Bij een stopcodon, bindt een ontkoppelingsfactor aan het mRNA wat de voltooide polypeptideketen, het laatste tRNA en het mRNA loskoppelt van het ribosoom.

In de mitochondriën, energieleveranciers van de cellen, zit mtDNA. Mitochondriën krijg je bij de bevruchting van je moeder. mtDNA is een circulair molecuul en bevat weinig genen. Het muteert snel en het percentage neemt toe met de leeftijd. Komt het boven een bepaalde drempelwaarde dan kan een aandoening de kop op steken.

Hoofdstuk 22: het topje van de eiwitberg
22.1 Eiwitlogistiek
Rode bloedcellen bevatten hemoglobine, wat bestaat uit vier polypepideketens: twee α-ketens (141 aminozuren) en twee β-ketens (146 aminozuren). Type, aantal en volgorde van aminozuren bepalen de primaire eiwitstructuur, per eiwit verschillend. Daardoor kunnen ze werken als enzym, bouwstof, signaalstof of afweerstof. Door onderlinge overeenkomsten in primaire structuur van eiwitten met dezelfde functies is sprake van eiwitfamilies.

Polypeptideketens aan ribosomen hebben nog niet hun definitieve vorm. Pas na alle veranderingen hebben eiwitten hun definitieve vorm en zijn ze functioneel.

Kinases koppelen er fosfaatgroepen aan waardoor de molecuulactiviteit kan toenemen.

Andere enzymen voegen suiker- of vetmoleculen, waardoor glycoproteïnen (voor celmembranen) en lipoproteïnen (transporteiwit) ontstaan, een andere organische stof of metaalion, waardoor het beter werkt, toe. De ijzerhoudende heemgroep geeft een groot zuurstofbindend vermogen aan hemoglobine.

Andere enzymen knippen stukjes uit de ketens bij bijv. peptase. Maagcellen scheiden pepsinogeen af en peptase ontstaat in de maag zelf.

Het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) heeft veel ribosomen. Alle ribosomen zijn gelijk. Eiwittransport ontstaat doordat eiwitten bij de productie een adreslabel meekrijgen, wat bestaat uit de eerste aminozuren van een groeiende polypeptideketen. Andere eiwitten herkennen dit en koppelen zich eraan vast, waarna het ribosoom met de groeiende peptideketen aan een membraanreceptor van het ER hecht. Door het membraan komt de keten in het ER.

Ook aminozuren en suikerlabels leiden eiwitten naar een bestemming. Speciale transportblaasjes voeren eiwitten van het ER naar het Golgi-systeem, wat aan de hand van labels eiwitten naar andere organellen verzendt. Sommige enzymen knippen aminozuren van eiwitten af, anderen knopen er suikers aan (ER) en af (Golgi-systeem). Membraaneiwitten van het Golgi-systeem herkennen die structuur en stoppen ze in de juiste transportblaasjes. Ze versmelten met een eigen organel, die zo een specifieke eiwitsamenstelling en een eigen functie krijgt. Bij exocytose komt de inhoud van eiwitten buiten de cel.

De eiwitsamenstelling varieert van dag tot dag en veel eiwitten zijn maar kort actief.

22.2 Eiwitgymnastiek
Keratine zorgt voor stevigheid en is een eiwit met een bouwstoffunctie. Het ontstaat in levende epitheelcellen en bestaat uit lange eiwitdraden dwars door de cellen, die bestaan uit langgerekte eiwitmoleculen. Wanneer cellen afsterven en drogen, komen keratinedraden op elkaar te liggen en verbinden ze zich met elkaar. Keratine is spiraalvormig, antistoffen zijn Y-vormig en actine is bolvormig.

Primaire structuur; Aminozuurvolgorde

Secundaire structuur; Ruimtelijke structuren binnen een eiwit: de α-helix en de β-plaat, lange peptideketen heen en weer gevouwen als een harmonica. β-platen vind je in zijde-eiwit en bijna alle bolvormige eiwitten. Ruimtelijke structuren ontstaan door waterstofbruggen, gevormd door aminozuren in polypeptideketens.

Tertiaire structuur; De ruimtelijke vorm, door bindingen tussen restgroepen van aminozuren: waterstofbruggen, zwavelbruggen of verschillen in elektrische lading.

Quaternaire structuur; Eiwitcomplexen bestaande uit afzonderlijke polypeptideketens. Bijvoorbeeld hemoglobine, elk van de vier polypeptidemoleculen heeft een eigen heemgroep die zuurstof kan binden.

Eiwitstructuren zien kan door:
- Röntgenstraling
- Bombarderen met elektronen. Daarbij moeten eiwitten worden afgekoeld tot -273°C.
- NMR-spectroscoop, aan de hand van de molecuulmassa. De eiwitten worden in een sterk magnetisch veld gezet en de atoomkernen vervormen het veld wat een beeld oplevert. Het beeld kan telkens veranderen, want eiwitvormen kunnen telkens veranderen.
- Atoomkracht- (AFM) of naaldmicroscoop; Een arm met een naald beweegt over eiwitten en het apparaat maakt oneffenheden ter grootte van atomen zichtbaar door een voortdurende berekening van de tastkracht van de arm. Hiermee is vormveranderingen van eiwitten tijdens bepaalde reacties waar te nemen.

Proteomics is het onderzoek naar menselijke eiwitten, waarbij het gaat om kennis over welke eiwitten een cel wel/niet maakt en waar eiwitten voor dienen. De verhouding tussen eiwitmoleculen in cellen van chimpansees is anders dan die van mensen, wat komt door een verschillende expressie van de genen. Ook onderling is van cel tot cel een groot verschil in eiwitsamenstelling (proteoom).

22.3 Eiwitdynamiek
Manieren van eiwitafbraak
- Katalyse; door enzymen. De katalysefunctie verlaagt de activeringsenergie die nodig is voor de afbraak.
- Hydrolyse; enzymen hebben een specifieke bindingsplaats voor substraatmoleculen: “actieve plaats”. Hierin gaat één van de aminozuren een binding aan met één van de aminozuren van het substraat. Het substraatmolecuul neemt een H+ op van het enzym en valt uiteen. Het enzym splitst een watermolecuul. H+ is voor het enzym en OH- voor het gebroken uiteinde van de peptideketen. Kleinere peptideketens of losse aminozuren ontstaan.
- Bepaalde enzymen koppelen aminozuren aan elkaar door water af te splitsen: condensatie.

Hormonen beïnvloeden de productiesnelheid van enzymen. Cellen uit het bloed scheiden enzymen in een niet-actieve vorm uit, die later geactiveerd kunnen worden. Zo kunnen ze snel reageren op veranderingen in het lichaam. Andere stoffen dan enzymen die andere enzymen activeren, heten co-factoren.

Wanneer een enzym veel produceert, wordt dat geremd door negatieve terugkoppeling.

Enzymremmers zijn blokkeringeiwitten die de werking van een enzym tijdelijk uitschakelen.

Grote delen van het Junk-DNA blijven generaties lang onveranderd. In dit DNA worden stukken (transcriptie-eenheden of “RNA only genes” omgezet in RNA, maar leveren geen eiwitten op. Het RNA bindt aan DNA, ander RNA of eiwitten en controleren zo het functioneren van genen.

Histonen en eiwitten spelen een belangrijke rol binnen de epigenetica.

22.4 Eiwitproblematiek
Een virus bevat DNA, omgeven door een schil van eiwitten. Daaromheen zitten lipoproteïne-uitsteeksels, die zich hechten aan de membraanreceptoren van het membraan van de gastheercel.

Een PCR-machine vermeerdert DNA bij toevoeging van DNA, nucleotiden, buffer, DNA-polymerase en een primer. Wanneer je het DNA overbrengt op elektroforese-gel, kun je bij UV-licht het DNA zien.

Bij de recombinant-DNA-techniek wordt met behulp van knip- en plakenzymen in een plasmide een gen voor een resistentie van een bepaalde stof ingebouwd. Bacteriën nemen die stof op en maken het gewenste eiwit aan. Vervolgens worden de juiste gekweekte cellen aan dat eiwit toegevoegd.

Pandemieën zijn wereldwijde epidemieën.

De kern van het RNA-virus influenza A bevat acht RNA-moleculen en de buitenkant is een mantel van vet- en eiwitmoleculen (o.a. hemaglutinine). Met behulp van hemaglutinine bindt het virus aan receptoren van longcellen en komt het via endocytose de cel binnen. Virale eiwitten zorgen dat de cel niet het eigen mRNA gebruikt en er ontstaan duizenden kopieën van het virus-RNA en de virale eiwitmantels.

Wanneer een cel besmet raakt door meerdere varianten van een ziekte, ontstaan ook meerdere soorten RNA-ketens binnen die cel. Die kunnen bij elkaar komen en dan ontstaat een nieuwe virussoort.

Prionen, prioneiwitten, zijn normale herseneiwitten. Het bestaat uit α-helices, maar bij zieke mensen veranderd de secundaire structuur in β-platen. De functie verandert en de eiwitten kunnen normale prionen omzetten tot de gevaarlijke vorm.

Hoofdstuk 23: Investeren in groen
23.1 Water
Houtvaten zijn nauwe holle buisjes (kleiner dan 100µm) die door de hele plant lopen en water vervoeren. Er ontstaat een sterke oppervlaktespanning, cohesie (onderlinge aantrekkingskracht tussen gelijke moleculen zonder chemische binding) en adhesie (onderlinge aantrekkingskracht tussen ongelijke moleculen zonder chemische binding) doordat de ene kant van watermoleculen positief en de andere kant negatief geladen is.

De formule voor de waterhoogte in nauwe buisjes is: h=(14,9×〖10〗^(-6))/straal m²

Verdamping in bladeren levert negatieve druk (-0,3 tot -15MPa), onder laboratoriumomstandigheden kan een waterdraad -30MPa weerstaan. De negatieve druk trekt het water in de houtvaten omhoog. Er is een drukverschil van 3MPa nodig om water in nauwe vaten (bijv. houtvaten) 100m hoog te krijgen. Een gasbel in een houtvat belemmert watertransport. Water stroomt via openingen in de celwanden om de bel heen.

Schors (beschermt)
Bast (sapstroom)
Cambium (deelweefsel, vormt bast aan buitenzijde en hout aan binnenzijde)
Spinthout (functionerend hout, transporteert water)
Kernhout (niet meer functionerend hout)

Houtvaten bestaan uit langgerekte cellen met een secundaire celwand van houtstof. De cellen zijn hol. Doordat celwanden aan de onder- en bovenkanten van de oorspronkelijke cellen zijn verdwenen, kunnen houtvaten erg lang zijn. Door versterkte wanden kunnen houtvaten sterke negatieve druk weerstaan. Door de negatieve druk door verdamping is de omstang van een boomstam overdag kleiner dan ’s nachts.

De verdamping hangt af van de boomsoort en de vochtigheid van de lucht, welke afhangt van de temperatuur en de windsnelheid. ’s Nachts zijn de huidmondjes dicht en is er geen verdamping, dan vindt soms watertransport plaats onder invloed van worteldruk en is er sprake van positieve druk.

Via wortelharen komen water en voedingszouten de plant binnen, zij zorgen voor een groot oppervlak. Wortelharen zijn dun, bestaan uit cytoplasma-uitstulpingen van opperhuidcellen en zijn erg gevoelig. Verplanten kan het beste bij bewolkt, koel en vochtig weer, en wanneer een plant weinig blad heeft.

Water kan de plant binnenkomen via:
- Celwanden
- Celmembranen en grondplasma

Bij zuurstoftekort of bij lage temperaturen nemen planten minder water op. Een actief proces dat een rol speelt bij wateropname is de opname van ionen vanuit de bodem tot in de houtvaten. Hierbij passeert water de celmembranen en het grondplasma van de endodermiscellen. De endodermis bestaat uit een ring cellen waarvan de celwanden suberine (niet waterdoorlaatbaar) bevatten (bandjes van Caspari).

Wanneer een plantenwortel zouten opneemt en doorgeeft naar de houtvaten, ontstaat in de houtvaten een hogere osmotische waarde dan buiten de wortel. Door osmose gaat dan meer water mee naar binnen, wat een positieve druk in de houtvaten veroorzaakt: worteldruk (-0,3 tot -15MPa). In het voorjaar heeft een boom nog geen bladeren en weinig verdamping en dus een sterke positieve druk. Deze ontstaat doordat in de wortel opgeslagen koolhydraten in het voorjaar in de vorm van suikers oplossen in het water van de houtvaten.

- Bandjes van Caspari kurkstofachtige verdikkingen van celwanden van de endodermis
- Centrale cilinder deel van een wortel binnen de endodermis
- Houtvaten buisvormige cellen zonder tussenwand met verdikte houtachtige celwanden
- Wortelharen uitstulpingen van opperhuidcellen
- Celwanden celluloseomhulsels van cellen, een mogelijke route voor watertransport

Wateropname door de wortels wordt negatief beïnvloed door:
- De droogte van de bodem
- Beschadiging van de wortels
- Een te hoge negatieve druk door verdamping
- Nauwelijks positieve druk door een tekort aan zouten in de bodem

23.2 Fotosynthese
De glucose die planten tijdens de fotosynthese maken is een energiebron en basismateriaal om andere organische stoffen te maken. Er zitten lichtabsorberende pigmenten in de membranen van de chloroplasten.

Elektronen in chlorofyl komen door lichtenergie (fotonen) op een hoger energieniveau: in “aangeslagen toestand”. De elektronen die vrijkomen bij de splitsing van water vullen de opengevallen plaatsen in het chlorofyl op. De ontstane H+-ionen bouwen een concentratiegradiënt op, welke energie levert voor ATP. E zuurstof gaat als afvalproduct via het stroma naar het grondplasma van de cel.

Lichtreacties vinden plaats in de membranen van de thylakoïden, waarin fotosystemen chlorofylmoleculen en andere pigmenten die licht absorberen en waar elektronen in aangeslagen toestand raken, bevatten. Bij cyclische fosforylering bewegen er elektronen terug naar de keten elektronenacceptoren en –donoren naast fotosysteem II.

Donkerreactie
In het stroma zitten ATP, NADPH en de enzymen die de erop volgende reacties katalyseren. Deze reacties zijn in 4 groepen te verdelen.
- Reacties waarbij C van CO2 binden aan een verbinding met 5 C-atomen Het ontstane molecuul valt uiteen in twee moleculen met 3 C-atomen.
- Reacties waarbij enzymen de ontstane verbindingen met 3 C-atomen reduceren met de H uit NADPH tot glycerylaldehydfosfaat, waarbij ATP nodig is.
- Reacties waarbij enzymen de oorspronkelijke verbindingen met 5 C-atomen terugvormen uit een deel van de gevormde glyceraldehydfosfaatmoleculen.
- Reacties waarbij enzymen een klein deel van de glyceraldehydfosfaatmoleculen omzetten in koolhydraten als glucose.

De reacties vinden plaats op de momenten dat er licht genoeg is voor de lichtreacties, maar er is geen licht nodig voor de reacties.

Wanneer de huidmondjes open zijn kan CO2 voor de fotosynthese binnenkomen. Door diffusie via intercellulaire holtes bereikt CO2 alle cellen met bladgroenkorrels. Het water wat nodig is voor de fotosynthese, komt via de houtvaten in de nerven het blad binnen. Door diffusie via de intercellulaire holtes en huidmondjes verlaten zuurstof en waterdamp de bladeren.

Bij fotosynthese spelen lichtintensiteit, hoeveelheid water, temperatuur en CO2-concentratie een rol. De beperkende factor kan de fotosynthese op een bepaald moment versnellen, in natuurlijke omstandigheden is dat vaak CO2.

23.3 Koolhydraten
Een hoog suikergehalte in appels betekent dat er cider van gebrouwen kan worden met een hoog alcoholpercentage. Stevige appels bevatten veen pectine, een natuurlijk bindmiddel wat gretig aftrek vindt in de jam-industrie. Zetmeelkorrels zitten in de chloroplasten.

De meeste natuurlijke koolhydraten bestaan uit meer dan één hexosemolecuul. Disacharide sacharose bestaat uit een glucosemolecuul (monosacharide) en een fructosemolecuul (monosacharide). Ze binden aan elkaar door condensatiereacties. Zetmeel is een polysacharide. Cellulose lijkt op zetmeel, maar de bindingen tussen de glucosemoleculen zijn ruimtelijk anders. Pectine is een koolhydraat dat een soort gel kan vormen met water, het bestaat uit galacturonzuren en andere hexosen (rhamnose).

In het stroma van de chloroplasten en in het grondplasma rondom de chloroplasten bestaat glucose als eindproduct van donkerreacties uit glyceraldehydfosfaat. Fructose-6-fosfaat is een tussenproduct, wat met glucose in het grondplasma sacharose vormt. Sacharose gaat via bastvaten naar andere delen van de plant. In het stroma ontstaat uit de glucosemoleculen zetmeel, wat verandert in glucose wanneer de concentratie sacharose in het grondplasma te laag wordt. Dit gaat dan naar het grondplasma, waar opnieuw sacharose wordt gevormd. Op deze manier wordt voorkomen dat de concentraties glucose en sacharose zo groot worden dat de osmotische waarde te veel stijgt.

Bij plantencellen bestaat de middenlamel van de primaire celwand uit pectine en de secundaire celwanden uit cellulose en eventueel houtstof. Bastvaten bevinden zich in de wortel, de stengel en het blad. De bastvaten lopen parallel aan de houtvaten.

Verschillen tussen bast- en houtvaten zijn
Houtvaten - Bastvaten
Secundaire celwand van houtstof; verdikkingen van houtstof - Geen secundaire celwand
Celwanden aan boven- en onderkant zijn verdwenen - Cellen verbonden d.m.v. zeefplaten
Cellen zonder levende celinhoud - Levende cellen met levende celinhoud
Lopen aan binnenkant van vaatbundel - Lopen aan buitenkant van vaatbundel

Sacharosetransport verloopt via bastvaten, langgerekte transportkanalen bestaande uit levende cellen en verbonden d.m.v. doorboorde tussenwanden: zeefplaten. De drijvende kracht voor de sapstroom in bastvaten is een door osmose opgebouwd drukverschil.

In een source, volgroeid blad, ontstaat sacharose
- Cellen rond de bastvaten scheiden sacharose actief af naar de bastvaten
- Door verschil in osmotische waarde gaat water naar de bastvaten à overdruk
- Cellen halen sacharose uit bastvaten op plaatsen waar koolhydraten nodig zijn (sink)

Het drukverschil tussen source en sink kan 0,4MPa bedragen. In de sinks (wortels, knollen, groeiende vruchten, jonge bladeren, eindscheuten) vormt sacharose de grondstof voor glucose, zetmeel, cellulose en andere koolhydraten als pectine.

Als source neemt een blad radioactief gemerkte suikers op van een aangrenzend blad dat radioactief C-14 kreeg toegediend. Als source neemt het nauwelijks nog radioactief gemerkte suikers op.

Een plantenluis haalt sap uit een bastvat, wat in het darmkanaal van de luis geperst wordt. Uit zijn achterlijft komt dan een druppel honingdauw met alle stoffen uit het sap in de bastvaten, dit kan gebruikt worden voor analyse.

Actieve sinks bevatten cellen die actief sacharose onttrekken aan basvaten. Een wilde suikerbiet slaat het eerste groeiseizoen suikers op in de wortel, het tweede seizoen gebruikt hij deze voor verdere groei en voortplanting. De wortel fungeert als sink.

De mate van activiteit van een sink hangt samen met de behoefte aan koolhydraten en sommige hormonen uit plantendelen. Doordat een groeiend zaad een hormoon aanmaakt dat de sinkactiviteit vergroot, ontstaat concurrentie tussen verschillende actieve sinks en een spontane vruchtdunning in juni bij appel- en perenbomen. Vruchtdunning kan versterkt worden door vruchten weg te halen of de eindscheuten afsnoeien.

De plant streeft naar een vaste verhouding tussen wortelstelsel en bovengrondse delen. Actieve sinks zijn snelgroeiende rechtop lopende waterloten waarin geen vruchtbeginsels worden aangelegd. Om de vorming van waterloten te voorkomen, kun je een aantal wortels afsnijden.

De hardheid van appels verdwijnt doordat enzymen de celwanden en de pectine die de cellen bij elkaar houden, afbreken. Door de afbraak van zetmeel hopen suikers zich op. Appels worden zoeter doordat organische zuren verdwijnen en antocyanen en carotenen zorgen voor de kleur. Het rijpingsproces hangt samen met de hoeveelheid zonlicht en warmte die de appels krijgen.

23.4 Bemesting
Chlorose houdt in dat delen van een plant die normaal groen zijn er geelachtig uitzien door een gebrek een chlorofyl. Dat kan komen door gebrek aan K, Fe, Ca, P, Mg, N, CO2, H2O of licht.

Bij gebrek aan magnesium zie je gele vlekken of strepen op het blad. Kali bevordert de bodemaanleg, is belangrijk voor de kwaliteit van planten en vruchten en voor de weerstand van de plant tegen extreme omstandigheden als droogte en kou. Via jaarlijkse kalkbemesting wordt voldoende magnesium aangevoerd om de magnesiumtoestand op peil te houden.

Bruto reactievergelijking dissimilatieglucose: glucose + zuurstof → koolstofdioxide + water + energie

Groei is de toename aan droge stof. Bij planten gebeurt dit als tijdens de fotosynthese (koolstofassimilatie) meer stof ontstaat dan er tijdens de verbranding (dissimilatie) verdwijnt. De geproduceerde hoeveelheid zuurstof kan als maat dienen voor de intensiteit van de fotosynthese, omdat de bruto reactievergelijking van de dissimilatie van glucose tegengesteld is aan die van de fotosynthese.

Dissimilatie gaat in alle levende cellen dag en nacht door en is grotendeels afhankelijk van de hoeveelheid licht. Een kiemplant groeit langzamer, doordat hij nog niet veel groene delen voor de fotosynthese heeft. De groeisnelheid bij planten neemt toe tijdens het ontstaan van bladeren, daarna neemt het bladoppervlak niet toe en staat de groei stil. Dan vindt een herverdeling van stoffen uit de bladeren naar organen waar opslag plaatsvindt, plaats. Er is een negatieve groei van de bladeren, andere organen groeien.

Planten bestaan uit glucose, andere koolhydraten, eiwitten, DNA, ATP, vetten, houtstof, kurkstof, zuren, giftige stoffen, vitamines en co-enzymen. Plantencellen kunnen uit glucose en mineralen deze stoffen zelf maken: voortgezette assimilatie.

Via het wortelstelsel komen mineralen uit de bodem in de planten. In perioden dat een plant weinig verdampt, veroorzaakt het ophopen van mineralen in de houtvaten worteldruk. Dit kan leiden tot het uitpersen van water uit de bladeren.

De waterstroom door de houtvaten bepaalt waar de meegevoerde mineralen terechtkomen. De waterstroom gaat meestal naar de bladeren. Groeipunten en vruchten krijgen weinig toevoer van water en mineralen vanuit de wortels via de houtvaten, maar wel via bastvaten. De stroom in bastvaten gaat van blad naar groeipunten en ontwikkelende vruchten.

23.4 Klein grut in de grond
De overvloedige begroeiing in een tropisch regenwoud, komt door de snel werkende reducenten. Een blad dat van de boom valt, wordt meteen gemineraliseerd. De stabiele humuszuren en te tussenproducten die ontstaan in loofbossen, heet humus. Een humusrijke bodem levert veel mineralen. Humus verbetert de bodemstructuur, houdt vocht en mineralen vast en er is ruimte voor lucht.

Factoren die het werk van reducenten beïnvloeden zijn
- Het klimaat, deze bepaalt de mineralisatiesnelheid.
- Soorten bacteriën en schimmels, elk heeft eigen optima en tolerantiegrenzen. Elk soort heeft zijn eigen methoden voor het verkleinen en verteren van plantenmateriaal.
- Samenstelling van het afval, bepaalt afbraaksnelheid. Plantencellen met cellulosewanden verteren langzamer dan dierlijke cellen. Houtcellen nog langzamer door cellulose en lignine.
- C/N-verhouding. N = aantal aminozuren dat de reducent binnenkrijgt. C = koolstofgehalte. Te weinig C betekent de weinig ATP voor de eiwitsynthese.
- Vocht en O2. Aërobe afbraak is sneller en vollediger dan anaërobe afbraak.

De beperkende factor is zo ongunstig dat hij het werk van de reducenten beperkt.

Micro-organismen zetten afval om in humusrijke grond of compost. Je kunt compostering versnellen door grove delen fijn te maken en reducenten toe te voegen. Als GFT te nat is, zorgen anaërobe organismen voor rotting. Compostering kan starten met broei, waarbij ziektekiemen en zaden worden gedood. Daarna volgt de mineralisatie.

23.5 Hoe hard werkt een ecosysteem?
De primaire productie is het gewicht van de fotosyntheseproducten van planten. Te totale fotosyntheseproductie is de bruto primaire productie (BPP). Als je de dissimilatie, verbranding, eraf haalt, heb je de netto primaire productie (NPP).

Bij de secundaire productie wordt voedsel tot kleine organische moleculen verteerd en samengevoegd tot dierlijke vetten, koolhydraten en eiwitten. Deze komt vooral voor rekening van de herbivoren.

De productiviteit is de productie bijvoorbeeld per km² per jaar.

Ecosystemen met veel biomassa hebben een hogere NPP. Aquatische of waterecosystemen kunnen een vrij hoge productiviteit realiseren met minder biomassa dan terrestrische of landecosystemen.

De verandering van het ecosysteem heet successie. In de climaxfase is er evenwicht: de biomassa en soortensamenstelling blijven gelijk.

Hoofdstuk 24: Verkeersinformatie
24.1 Ringwegen
Alle organismen beïnvloeden hun milieu via hun chemische en fysische processen.

De biosfeer is het geheel van ecosystemen op aarde. Beperkende factoren beperken de mogelijkheden op leven. Stoffen blijven binnen de dampkring en er komen nauwelijks stoffen bij, dus deze stoffen moeten worden hergebruikt voor organismen. Kringlopen zorgen voor die recycling.

Autotrofe planten leggen zonne-energie vast in biomassa. Glucosemoleculen uit de fotosynthese dienen as bouwstenen voor zetmeel, houtstof en cellulose: voortgezette assimilatie. De energie die daarvoor nodig is komt uit dissimilatie van andere glucosemoleculen.

Heterotrofe organismen leven van koolstofverbindingen, gemaakt door anderen. Zij zetten de resten van dode planten en dieren om in mineralen, als dat op grote schaal gebeurt, zijn het reducenten. De meesten zijn gespecialiseerd in één specifieke voedselbron.

Bij de kringlopen van elementen spelen ook chemische en fysische processen een rol.

24.2 Een motortje van 6 cc
Chemo-autotrofen kunnen koolstof fixeren zonder zonlicht. Zij staan samen met planten aan de basis van de koolstofkringloop. Een snelle koolstofkringloop heeft een omlooptijd van hooguit een paar honderd jaar.

De koolstofkringloop kan ook via kalk. Koolstofdioxide lost op in water en koolstof verdwijnt in watermassa’s. Dieren gebruiken het voor vorming van hun kalkschelpen en als ze doodgaan ontstaat kalksteen met veel koolstofdioxide door de sedimentatie. Kalksteen is ook een bron van koolstofdioxide en dus een sink en source van koolstof.

Wanneer de netto in- en uitstroom van een onderdeel in de koolstofkringloop niet meer gelijk zijn, raakt hij uit balans: de koolstof hoopt zich op of stroomt snel weg.

Gist dissimileert suikers uit het fruit aëroob. Wanneer de zuurstof opraakt schakelen ze over op anaërobe fermentatie (vergisting). Suikers worden dan omgezet in ethanol, waarbij koolstofdioxide vrijkomt. Azijnzuurbacteriën kunnen ethanol als koolstofbron gebruiken, maar enkel in aanwezigheid van zuurstof. De koolstofbron wordt niet afgebroken tot koolstofdioxide en water: onvolledige oxidatie.

24.3 Plattelandswegen
Stikstof is vaak de beperkende factor voor de groei van organismen, want organismen kunnen het stabiele stikstofmolecuul niet inbouwen. Planten en andere autotrofe organismen nemen nitraat en ammonium op, heterotrofe organismen halen hun stikstof uit plantaardige of dierlijke eiwitten. Stikstofbindende bacteriën kunnen wel stikstof binden. Ze zetten stikstof om in ammoniak: stikstoffixatie. Hierdoor spelen ze een sleutelrol in de stikstofkringloop. Rottingsbacteriën reduceren organisch materiaal tot ammoniak, wat met water tot ammoniumionen reageert. Chemo-autotrofe nitriet- en nitraatbacteriën zetten ze om via nitriet in nitraat: nitrificatie.

Energieke ontlading van bliksem laat stikstof- en zuurstofgas reageren tot stikstofoxiden, in het water vormen ze salpeterzuur.

Volgens de Haber-Bosch procédé reageren N2 en H2 onder hoge druk, bij hoge temperatuur, met gebruikmaking van nikkel als katalysator, tot ammoniak.

24.4 Snel weg? Soms!
Organische afvalstoffen (ontlasting, urine, etensresten) kunnen meteen de koolstof- en stikstofkringlopen in. Door een afvaloverschot loopt de afbraak vast. Aërobe micro-organismen vermeerderen zich zo snel dat zuurstofloze omstandigheden optreden en anaërobe reducenten breken het afval langzaam af. Het gevolg van bij de afbraak vrijgekomen mineralen zijn verontreinigd grondwater en eutrofiëring (verrijking met meststoffen) van omringend oppervlaktewater. Wanneer micro-organismen organische stoffen afbreken, gebruiken ze zuurstof: biologisch zuurstofverbruik, BZV.

In de RWZI vindt eerst een scheiding van het grove afval en water plaats, daarna de biologische reiniging van water en vervolgens gaat het naar de rivieren. Bacteriën leven van organische stoffen in het water. De afbraak verloopt snel, omdat het water belucht wordt en dus geen zuurstofloze omstandigheden ontstaan.

Bij compostering laat je reducenten onder zo optimaal mogelijke omstandigheden inwerken op organisch afval. Er ontstaat een humusrijke, bruinzwarte aarde, uitstekend geschikt als bodemverbeteraar. Om te voorkomen dat voedingsstoffen uitspoelen, houden bacteriën water en mineralen vast. Compost maakt door zijn vezelige, losse structuur de bodem luchtiger.

24.5 Warm asfalt
Met een model kun je een voorspelling doen op basis van beschikbare gegevens en kennis. Zure regen tast de beschermende waslaag (cuticula) van boombladeren aan en leidt tot giftig werkende ionen in de bodem.

CO2-moleculen laten zonlicht met een korte golflengte door, maar absorberen de lange-golf warmtestraling van de aarde. Door CO2 kan de warmte niet meer ontsnappen. Door het versterkte broeikaseffect kunnen overstroming plaatsvinden en kan de biodiversiteit veranderen. De verhoogde CO2-uitstoot wordt veroorzaakt door de opwarming van de aarde, andere broeikasgassen en de feller brandende zon.

Hoofdstuk 25: Grenzen aan groei
25.1 Zalm in mootjes
Om de gevolgen van het menselijk handelen op organismen te meten, moet rekening gehouden worden met de levenscyclus van het organisme en de verstoringen hierop. Dit kan door de stadia van de levenscyclus op te splitsen en ze apart te bestuderen.

Kanalisatie zorgde voor het verloren gaan van overstromingsgebieden, zandbanken en ondieptes in de rivier en daarmee rustplaatsen voor trekkende vissen.

25.3. Duurzame zalm
Het streefbeeld geeft aan hoe men wil dat iets er in de toekomst voor staat. AMOEBE staat voor algemene methode voor oecologische beschrijvingen en aan de hand daarvan worden de kwaliteit en beleidsalternatieven van gebieden opgesteld. Voor iedere soort of eenheid is de afstand van het middelpunt van de cirkel tot de rand de referentiewaarde. Bij een beleidsdoelstelling hoort een lijst met te nemen maatregelen die een streefbeeld dichterbij brengen.

25.4 Vissen in troebel water
Een ongestoord zoetwaterecosysteem bevat helder en zuurstofrijk water. Algenbloei komt nauwelijks voor, doordat kleine grazers (bijv. watervlooien) algenpopulaties beperken. Soortensamenstelling, aantallen en schommelingen in aantal in een bepaald gebied is de populatiedynamiek.

25.5 Stroomversnellingen en blokkades
De formule van de groeisnelheid is r=(ln⁡(R_i))/T
- Ri = groeifactor = geboorte – sterfte + immigratie – emigratie
- T = gemiddelde generatietijd
- De draagkracht (K) is het aantal individuen van een soort dat in een bepaald systeem kan leven, het maximale aantal dieren in een gebied.

Schommelingen in populatiegrootte noemt men populatiedynamiek. 

Hoofdstuk 26: Even aanzetten voor… de eindsprint!
26.1 Een spannende tijd
Wanneer kring- of lengtespieren samentrekken, verandert de diameter van het bloedvat of darm. Ze worden gestuurd door het autonoom zenuwstelsel. Skeletspieren, welke aan het skelet vastzitten, zijn opgebouwd uit dwarsgestreept spierweefsel en worden gestuurd door het animaal zenuwstelsel (verstand). Deze cellen hebben meerdere celkernen. Hartspierweefsel wordt ook door het autonoom zenuwstelsel gestuurd. Een stevig omhullend vlies, fascia, zet zich voor in de pees, waarmee de spier aan het bod is bevestigd.

Een dwarsgestreepte spier bestaat uit bundels spiervezels, omgeven door bindweefsel. Een spiervezel bestaat uit myofibrillen, opgebouwd uit eiwitten actine en myosine. Rekzintuigjes koppelen terug naar het zenuwstelsel en de peeslichaampjes van Golgi reguleren de spierspanning. Wanneer de actine- en myosinefilamenten in elkaar geschoven zijn, is de spier gebogen. Bij antagonistische spieren is telkens maar één van beide actief.

Via een neuromusculaire synaps worden impulsen van een motoris axon overgedragen op spiervezels. De actiepotentiaal zorgt dat acetylcholine naar de synapsspleet gaat en het postsynaptisch membraan depolariseert met eindpotentiaal als gevolg. Als het actiepotentiaal wordt bereikt, komen calcium-ionen vrij en trekken de spiervezels samen.

Spier I = kring- of lengtespieren, spier II = skeletspieren, spier III = hartspierweefsel

Verkorting van het sacromeer gaat als volgt
- Myosine-knopjes hechten aan de vrijgekomen bindingsplaatsen op de actinefilamenten
- Myosine-knopjes bevatten ADP + Pi en trekken, wanneer ze dat loslaten, het actinefilament een stukje verder
- Myosine-knopjes binden ATP en laten het actine-filament los
- ATP splitst in ADP + Pi en alles gaat weer terug zoals eerst

26.2 Spieren en energie
ATP bestaat uit ribose, 2 ringen adenine en drie fosfaatgroepen. Wanneer je de bindingen tussen fosfaatgroepen verbreekt, komt er energie vrij. Je houdt ADP en Pi (fosfaatgroep) over. Het koppelen van een fosfaatgroep aan een ander molecuul heet foforylatie.

De ATP-voorraad kan aangevuld worden door creatinefosfaat en door dissimilatie van glucose. De afbraak van glucose is op te delen in 4 stappen:

Glycolyse; C6 wordt in 2 C3’s geknipt. Het glucosemolecuul wordt geactiveerd door een fosfaatgoep: glucose-6-fosfaat, na nog een ontstaat fructose-1,6-difosfaat. Daarna splitst het in glyceraldehyde-3-fosfaat. Daarvan splitsen twee elektronen af, NAD+ vormt NADH en er ontstaat 2 keer 2 ATP.

Decarboxylering; de elektronen van pyrondruivensuiker worden gekoppeld aan NAD+, er ontstaat NADH + H+. CO2 wordt van het pyrondruivensuiker geknipt en acetyl-CoA ontstaat.

Citroencyclus; de acetylgroep van acetyl-CoA wordt aan oxaalaanzijnzuur gekoppeld.

Elektronentransportketen; H+ wordt van NADH+ gehaald. De protonen worden naar buiten gepompt en gaan naar binnen door ATP-synthetase. Daarmee maken ze ATP uit ADP en Pi.