Biologie H5 voeding en energie

Samenvatting biologie H5 Nectar 4 havo ed 4

Paragraaf 1

- koolhydraten (brandstof)
- vetten (brandstof, bouwstof) --> membranen en sommige hormonen
- eiwitten (brandstof, bouwstof) --> chemische reacties sneller + bouwstof cellen en enzymen
- water (bouwstof) --> transportmiddel, oplosmiddel
- mineralen (bouwstof, beschermende stof) --> ziektes voorkomen, osmotische waarde, anorganisch
- vitaminen (beschermende stof) --> ziektes voorkomen, organische stof, rol stofafwisseling
- voedingsvezels (beschermende stof) --> ziektes voorkomen, goed transport voedsel naar darmen

Energie komt van de koolhydraten, vetten en eiwitten. dit zijn organische stoffen (BINAS 67F, G, H)

Koolhydraten = suikers, zetmeel, brood
Vetten = boter, spek (dierlijke producten), plantaardige olien
Eiwitten = vlees, eieren, kaas

De energie uit de brandstoffen komt vrij in de cellen door dissimilatie. dat is de stapsgewijze afbraak van de vetten, koolhydraten en eiwitten. De meeste energie komt vrij wanneer er in de cel genoeg zuurstof beschikbaar is. Dan leveren de mitochondrien een bijdrage aan de dissimilatie. Een deel van de energie komt bij de dissimilatie vrij in de vorm van warmte. De overige energie slaan de cellen op in moleculen ATP. Dit ATP geeft zijn enerige af waar en wanneer dat nodig is (bijv. aan ribosomen voor het vormen van eiwitten). Bouwstoffen - aanmaak van extra spiervezels.

Vetten en koolhydraten kun je in je lichaam opslaan, eiwitten niet. Het overschot aan eiwitten gebruik je als brandstof of zet je om in vetten. De voorraden koolhydraten bewaar je in je spier- en levercellen in de vorm van glycogeen (aan elkaar gekoppelde glucosemoleculen) (BINAS 67F). De glycogeenvoorraden zijn niet zo groot. De voorraad vetten zit vooral onder de huid. Vetten worden als bouwstof gebruikt voor bijv. het aanmaken van hormonen. De vetreserves leveren zowel in rust als tijdens inspanning een bijdrage aan de energiebehoefte.

In het lichaam zitten reservestoffen in de vorm van glycogeen en vetten. Bij de dissimilatie van deze stoffen onstaan ATP en warmte. 

Ook in rust gebruiken cellen energie. Die energie is afkomstig van de ruststofwisseling (hartslag, ademhaling).

Samenvatting:
Koolhydraten, vetten en eiwitten vormen de energiebronnen voor het lichaam. Eiwitten, water en mineralen zijn bouwstoffen. Glycogeen is een reservestof in spieren en lever. Vet zit in het beenmerg, rond organen en onder de huid. Van eiwitten heb je geen voorraad.

Minder koolhydraten en vetten en gevarieerd eten zodat je alle noodzakelijke voedingsstoffen binnenkrijgt - afslanken

Mineralen waar maar een kleine hoeveelheid voor nodig is noemen we spoorelementen. 

Bij extreme afslankdieten adviseert een dietiste extra vitaminen en mineralen te slikken. Daarbij let zij goed op de ADH-waarden (aanbevolen dagelijkse hoeveelheid) voor vitaminen (BINAS 82A). Te veel slikken van sommige vitaminen is schadelijk.

Samenvatting:
Bij een verantwoordelijke maaltijd eet je minder koolhydraten en vetten, maar wel voldoende van alle noodzakelijke voedingsstoffen. De ADH-waarde geeft aan goeveel vitaminen en mineralen je per dag nodig hebt.

Paragraaf 2

Je gebruikt altijd energie, ook als je niks aan het doen bent (bijv. bij samentrekken hartspiercellen). De bron van energie voor je cellen is ATP. Dat is een molecuul met 3 fosfaatgroepen. ATP ontstaat door aan ADP (molecuul met 2 fosfaatgroepen) een derde fosfaatgroep vast te koppelen. Daardoor laadt een cel het ADP op met extra energie. ATP geeft zijn energie af wanneer de derde fosfaatgroep weer afsplitst. Die energie kun je overal voor gebruiken + alle cellen van je lichaam gebruiken dit ATP-energiesysteem.

Je lichaam gebruikt niet steeds evenveel energie. Bij plotselinge inspanning ontstaat een tekort aan ATP. Je spiercellen kunnen een acuut tekort aan ATP oplossen met een 'noodaccu'. Deze 'powerbank', in de vorm van moleculen CP (creatinefosfaat), draagt zijn energierijke fosfaatgroep over aan ADP waardoor er weer een nieuwe ATP ontstaat. De ATP- en CP voorraad vormen samen de 'fosfaataccu' in je spiercellen. Toch is daarmee het energietekort niet opgelost (is snel 'op' als het ware, kan niet lang mee rennen bijv.).

Bij het begin van de inspanning beginnen je spiercellen extra energie vrij te maken uit glucose. Glucose levert veel energie als een cel het met O2 volledig afbreekt tot H2O en CO2. Maar na 10 seconden rennen zijn je hartslag en ademhaling nog niet snel genoeg om voldoende O2 aan te leveren. Enzymen in het grondplasma van de spiercellen breken de glucosemoleculen zonder O2 af (anaeroob) tot 2 moleculen melkzuur (melkzuurgisting - onvolledige afbraak glucose tot melkzuur, 2 ATP vrij). Dit levert de energie om uit ADP en P een kleine hoeveelheid ATP te maken: 2 moleculen ATP per molecuul glucose. Zo'n 20% van het gevormde melkzuur gaat via het bloed naar de levercellen die van melkzuur glucose maken. Een overschot aan glucose kunnen spiercellen en levercellen opslaan als glycogeen (reservestoffen, dissimilatie ontstaat ATP + warmte).

Anaerobe dissimilatie: dissimilatie zonder zuurstof (ontstaat ophoping melkzuur, spier verzuurt) spieren raken vermoeid, nahijgen (1 glucose --> 2 melkzuur)
Aerobe dissimilatie: dissimilatie met zuurstof (spiercellen schakelen mitochondrien in, verbranden glucose helemaal) glucose wordt gesplitst in (2 moleculen) pyrodruivenzuur, levert energie voor 2 ATP - dan pyrodruivenzuur naar mitochondrien, enzymen breken af tot CO2 + H2O (levert energie voor 36 ATP extra, dus 38 ATP) 19x zo veel

Samenvatting:
In spiercellen is ATP de snelst beschikbare energiebron. De ‘noodaccu’ creatinefosfaat is beschikbaar bij een plotselinge inspanning. Anaerobe dissimilatie van glucose vult dit aan met twee ATP per molecuul glucose, met melkzuur als afvalstof. Is er voldoende O2 beschikbaar, dan levert de aerobe dissimilatie van glucose 38 ATP op per molecuul glucose.

Cellen dissimileren ook vetten en eiwitten. Ze doen dat alleen aeroob. In het grondplasma ontstaan glycerol en vetzuren uit vetmoleculen. Enzymen in het grondplasma zetten glycerol om in pyrodruivenzuur (+vetzuren naar mitochondrien, ATP ontstaat). Eiwitten worden ook omgezet in ATP. Eerst glucose opmaken, daarna over in vetten en eiwitten (langzamer + meer O2)

Bij het afbreken van voedsel komen ook afvalstoffen vrij (CO2 + H2O). Via he longen raak je CO2 en H20 kwijt. H2O ook met urine en zweet. Energie komt vrij in de vorm van ATP, maar ook in de vorm van warmte (rood hoofd, heftig transpireren).

Samenvatting:
Vetten en eiwitten zijn ook brandstoffen voor aerobe dissimilatie. Glucose levert per seconde het snelst energie in de vorm van ATP. Ureum, CO₂ en H₂O verlaten het lichaam als afvalstoffen. Een deel van de energie verlaat het lichaam in de vorm van warmte.

Paragraaf 3

Hoogwaardige eiwitten = eiwitten van uitstekende kwaliteit

Een eiwitmolecuul is een lange keten van aminozuurmoleculen. De kwaliteit van een eiwit hangt af van de aminozuren (20). Voor het opbouwen van een eiwit hebben je cellen van elk aminozuur het juiste aantal nodig. Is er van een bepaald aminozuur te weinig, dan kunnen de cellen de eiwitketen niet (af)maken. De lever springt dan bij. 11 van de 20 aminozuren kan de lever maken door andere aminozuren om te bouwen. Dat zijn niet-essentiële eiwitten. De 9 andere aminozuren kan de lever niet maken. Die kun je uitsluitend via je voedsel binnenkrijgen (essentiële aminozuren). 1 aminozuur is bijzonder (histidine). Kinderen kunnen die niet maken, volwassenen wel.

Je lichaam heeft geen voorraad aminozuren. Je moet dus elke dag eiwitten eten. Variatie in eten speelt daarbij een belangrijke rol, vooral bij vegetariërs/veganisten.

Het opbouwen van meer complexe stoffen uit eenvoudige organische moleculen (bijvoorbeeld eiwitten uit aminozuren) is een assimilatieproces. Je cellen zijn daar voortdurend mee bezig.

De bouwstenen van vetmoleculen zijn glycerol en vetzuren. Vetzuren kunnen verzadigd (vet, ongezond) of onverzadigd (olie, gezond) zijn (hangt af van chemische structuur, BINAS 67G2). Onverzadigde vetten zijn beter voor het hart en bloedvaten, omdat ze atherosclerose (aderverkalking, vernauwing bloedvat) tegengaan.

Ook voor vetzuren geldt dat de lever alleen de niet-essentiële vetzuren zelf kan maken. De essentiële vetzuren (omega-3 en omega-6) krijg je uitsluitend met je voedsel binnen (vis).

Samenvatting:
Eiwitten zijn opgebouwd uit aminozuren. Voor de opbouw van vetten zijn glycerol en vetzuren nodig. Essentiële aminozuren en vetzuren krijg je uitsluitend via je voeding binnen. De lever kan niet-essentiële aminozuren en vetzuren maken.

Als je planten eet, krijg je koolhydraten (suikers, zetmeel), water, eiwitten (peulvruchten, noten), vetten (noten, olijfolie), vitaminen (vitamine C in groente en fruit), mineralen en voedingsvezels binnen. Water, mineralen en vitamine C kun je in je dunne darm zo opnemen in je bloed. Grote moleculen moet je eerst verteren. Sommige moleculen kan je niet verteren, zoals cellulose (koolhydraat, voedingsvezel, bouwstof van de celwand van plantencellen). Voedingsvezels houden water vast en zorgen daarmee voor een soepele ontlasting. Ze stimuleren de darmwerking en zorgen ervoor dat je een verzadigd gevoel krijgt, waardoor je minder eet. Lignine is een houtstof in dikke celwanden (voedingsvezel). Plantencellen zijn aan elkaar geplakt met een tussencelstof: een middenlamel van pectine (koolhydraat, voedingsvezel).

Vaatbundels = bundel transportvaten in plantendelen, bevatten houtvaten en bastvaten
Houtvaten = transportvat voor water met mineralen van wortels naar boven
Bastvaten = transportvat voor water met suikers van de bladeren naar de rest van de plant

In stengelknollen van aardappelen slaat een aardappelplant glucose op als reservevoedsel in de vorm van zetmeel. Zaden slaan verschillende typen reservestoffen op. Koolhydraatrijke tarwezaden leveren ons brood en pasta, andere zaden leveren olie zoals zonnebloemolie of walnootolie. Bonen en erwten leveren ook veel eiwitten.

Samenvatting:
Cellulose-, lignine- en pectinemoleculen zijn voedingsvezels. Planten hebben vaatbundels met hout- en bastvaten voor het transport van water en opgeloste stoffen. Knollen en zaden bevatten reservestoffen.

Paragraaf 4

Groene planten zijn autotroof (zelf organische stoffen uit anorganische stoffen maken). Met hun pigmenten vangen ze zonlicht op. Dat licht levert de energie om uit de anorganische stoffen CO2 en H2O de energierijke organische stof (stof gemaakt uit organisme) glucose (C6H12O6) op te bouwen. Dit assimilatieproces, de fotosynthese, vind plaats in chloroplasten (bladgroenkorrels/groene plastide). Chloroplasten zitten in alle groene delen van planten, maar vooral in bladeren. Planten gebruiken de gemaakte glucose als grondstof voor de assimilatie van andere organische stoffen (bijv. sacharose, cellulose, zetmeel, eiwitten, vetten, vitamines). Dat heet voortgezette assimilatie. Glucose wordt door een plant gebruikt als bouwstof (eiwitten, water, mineralen) en brandstof. De plant dissimileert de glucose aeroob en legt de energie uit die dissimilatie vast in ATP. Veel planten gebruiken een deel van hun glucose voor de assimilatie van reservevoorraden (in wortels, stengels, zaden).

Bouw van blad:
- De vetachtige cuticula beschermt de boven- en onderzijde tegen uitdroging en het binnendringen van schimmels
- Palissade- en het sponsparenchym en sluitcellen van de huidmondjes bevatten chloroplasten
- In de nerven transporteren de houtvaten water en mineralen en de bastvaten water en suikers. Via de huidmondjes verdampen planten water en vindt gaswisseling plaats: opname van CO2 en afgifte van O2
De cellen van een plant gebruiken een deel van de O2 die bij de fotosynthese vrijkomt voor de dissimilatie van glucose in de mitochondriën. De rest verlaat het blad via de huidmondjes.

Chloroplasten bevatten onder andere groene kleurstoffen zoals chlorofyl (vangt lichtenergie op voor de fotosynthese) (BINAS 72) Zonlicht geeft ook warmte. Met het verdampen van water voorkomt de plant oververhitting. Is het te droog, dan sluiten de huidmondjes om uitdroging te voorkomen. Fotosynthese vindt alleen plaats als er genoeg licht is. Ook andere abiotische factoren, (omgevingsfactoren, temperatuur, grondstoffen in de bodem voor het maken van bladgroen, beschikbare hoeveelheid CO2 en H2O) spelen een rol. De abiotische factor die het verst weg is van zijn optimumwaarde, bepaalt de maximale snelheid van de fotosynthese. Dit is de beperkende factor. Vaak is dat CO2, waardoor de plant niet sneller glucose kan maken. Kassen kunnen dit oplossen door CO2 naar binnen te spuiten en speciale lampen te gebruiken (licht).

Samenvatting:
Fotosynthese levert glucose en O2. Voor fotosynthese heeft een plant chloroplasten, H2O, CO2 en licht nodig. Is er van een van deze factoren onvoldoende, dan is dat de beperkende factor.

De totale hoeveelheid glucose die een plant bij de fotosynthese maakt, heet de bruto productie. Die glucose is niet allemaal bouwstof voor voortgezette assimilatie of reservestof; een deel gebruikt de plant als brandstof om te dissimileren en ATP te maken voor al zijn cel activiteiten. Het verschil tussen de bruto productie en de dissimilatie (hoeveelheid glucose die de plant verbruikt) is de nettoproductie. Dus de hoeveelheid die uiteindelijk overblijft. (Gebruikt plant als bouwstof + reservestof). De fotosynthese moet hoger zijn dan de dissimilatie voor de plant om in leven te blijven. Overdag kunnen planten voor de fotosynthese de CO2 gebruiken die vrijkomt bij de dissimilatie in de mitochondriën. Via geopende huidmondjes nemen planten extra CO2 op voor extra fotosynthese. Een deel van de glucose- en O2-productie gaat vervolgens weer naar de mitochondriën voor dissimilatie, het overschot aan O2 verlaat het blad via de huidmondjes in de opperhuid.

Compensatiepunt = assimilatie gelijk aan dissimilatie

Droge stof = de hoeveelheid organische en anorganische stof die overblijft wanneer je al het water uit een organisme haalt

Je bepaalt het gewicht van de droge stof van een voedingsmiddel, het drooggewicht, door het gedurende 24 uur in een droogstoof te plaatsen bij ruim 100 °C. Door het versgewicht, het gewicht voor het drogen vooraf en het drooggewicht achteraf te bepalen is het percentage droge stof te berekenen.

Samenvatting:
De glucose die een plant maakt, is de bruto productie. Wat er van de glucose na dissimilatie overblijft, is de nettoproductie. Bij het compensatiepunt is de bruto productie gelijk aan de dissimilatie. Het drooggewicht van een voedingsmiddel is het gewicht zonder water. De droge stof bestaat uit organische stoffen en mineralen.

Paragraaf 5

Fermenteren = gisten

Melk fermenteren zorgt voor yoghurt. Voor de juiste smaak voeg je melkzuurbacteriën toe. Die bacteriën zetten de energierijke suiker lactose (melksuiker) uit de melk om in melkzuur. Dit is melkzuurgisting (onvolledige afbraak van glucose tot melkzuur, 2ATP vrij =anaerobe dissimilatie). 

Bruto reactievergelijking melkzuur:
glucose → melkzuur + ATP (C6H12O6 → 2 C3H6O3 + 2 ATP)

Door het melkzuur krijgt de melk een lagere pH. Ziekmakende bacteriën en schimmels en bacteriën die de melk bederven, kunnen zich bij deze pH niet goed ontwikkelen. Mensen verdragen het gevormde melkzuur goed. Melkzuurbacteriën produceren alleen melkzuur onder anaerobe omstandigheden.

Samenvatting:
Melkzuurbacteriën maken voedsel langer houdbaar door melkzuurgisting. Andere bacteriën en schimmels kunnen zich door de lage pH niet vermenigvuldigen.

Het gebruik van micro-organismen bij het bewaren en bereiden van voedsel is klassieke biotechnologie (yoghurt, zuurkool, wijn, kaas). De alcohol in wijn en bier ontstaat door de werking van eencellige gisten (horen tot de schimmels). Zij zetten (dissimileren) glucose om in alcohol en CO2 (graanproducten = bier, druivensap = wijn). Net als bij melkzuur, heeft de alcohol een conserverende werking. Het voorkomt dat ziekmakende bacteriën en schimmels een kans krijgen.

Bruto reactievergelijking alcoholische gisting (anaeroob):
glucose → ethanol + koolstofdioxide + ATP (C6H12O6→ 2 C2H6O + 2 CO2 + 2 ATP)

Melkzuurgisting: enzymen in het grondplasma breken glucose anaeroob af, 1 glucose levert 2 ATP + 2 melkzuur
Krijgen de spiercellen voldoende O2, dan nemen enzymen in de mitochondriën de ATP-productie grotendeels over.

De CO2 die de gistcellen produceren, vormt belletjes die opstijgen en het deeg mee omhoog nemen: het deeg rijst. Door de taaiheid van het deeg blijven de gasbelletjes gevangen. Resultaat = brood vol gaatjes = beter te eten.

Samenvatting:
Het gebruiken van bacteriën of schimmels om voedsel te bereiden of langer houdbaar te maken is een voorbeeld van klassieke biotechnologie. Gistcellen maken wijn van druiven en bier van granen. Ook laten ze brooddeeg rijzen. Door alcoholische gisting ontstaan ethanol en CO2.