U_8A610_20120625

Tentamen Energiebalans
8A610
Maandag 25 juni 2012
14.00 – 17.00 uur
Dit is een gesloten boek tentamen. Gebruik van een GEWONE rekenmachine is toegestaan.
In totaal zijn er 100 punten te behalen.
Veel succes!
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Vraag 1. Vethuishouding (24 punten)
In deze vraag bekijken we het metabolisme van vetten, van opname tot aan verbruik voor de
energieproductie.
a) Wanneer vetten via de voeding in het verteringsstelsel terechtkomen, spelen verschillende
enzymen een rol. Noem de belangrijkste vet verterende enzymen die uitgescheiden worden door de
pancreas en geef de substraten en verteringsproducten.
Pancreas-lipase breekt triacylglycerolen af tot glycerol en 3 vrije vetzuren of monoacylglycerol en 2
vrije vetzuren. Pancreas-fosfolipase breekt fosfolipiden af tot glycerol en vrije vetzuren en pancreascholesterol-esterase breekt cholesterolesters af tot cholesterol en een vrij vetzuur.
b) Er is een duidelijk verschil tussen de opname van lang- en kortketenige vetzuren vanuit de darm
naar de doelorganen. Wat is dit verschil en waardoor wordt dit veroorzaakt?
Kortketenige (en middellange) vetzuurketens worden rechtstreeks door het cytosol van de
darmepitheelcel naar het bloed getransporteerd, lange ketens worden via chylomicronen naar de
lymfevaten verplaatst. Doordat lange vetzuurketens hydrofober en daardoor slechter oplosbaar zijn in
water kunnen deze niet rechtstreeks opgenomen worden in de bloedbaan.
c) Bepaalde vetzuren worden na opname door het lichaam getransporteerd in de vorm van
chylomicronen. Verklaar waarom dit niet plaatsvindt via de bloedbaan, maar in eerste instantie via
de lymfevaten.
De korte halfwaardetijd van chylomicronen in bloed (ca. 10 min) zorgt ervoor dat transport niet
mogelijk is via bloed vanwege snelle afbraak door lipoproteïne lipasen. Via de lymfe kan het door het
lichaam getransporteerd worden naar de doelorganen en daar via capillairen opgenomen worden.
d) Bij de vetzuurhuishouding zijn naast chylomicronen nog andere lipoproteïnen betrokken. Noem
deze en licht toe wat hun belangrijkste functies zijn. Waarom wordt HDL ook wel ‘gezond’ cholesterol
genoemd?
De betrokken lipoproteïnen zijn low density lipoprotein (LDL), very low density lipoprotein (VLDL) en
high density lipoprotein (HDL). VLDL en LDL transporteren vet vanuit de lever naar het vetweefsel.
HDL is verantwoordelijk voor het omgekeerde proces en zet vetten vrij uit weefsel en brengt deze in
het bloed wanneer nodig voor verbranding, bijvoorbeeld bij beperkte beschikbaarheid van
voedingsstoffen uit voeding. Doordat LDL vet opslaat en betrokken is bij het ontstaan van
atherosclerose, wordt LDL vaak ‘slecht’ cholesterol genoemd. HDL wordt ‘gezond’ cholesterol
genoemd omdat het de vetophoping in arteriën tegengaat.
e) Naast vetten worden ook koolhydraten vanuit de voeding in het lichaam opgeslagen. Wat is het
voordeel van vetopslag ten opzichte van opslag van koolhydraten (glucose)?
Vet heeft een hogere energie-inhoud dan koolhydraten (glucose). Verder hebben adipocyten een hoge
opslagcapaciteit en zijn deze cellen gespecialiseerd in de opslag van vetten. Dit in tegenstelling tot de
lever en spieren waarin glycogeen opgeslagen wordt, maar waar dit niet de hoofdfunctie van het
weefsel is. Ten derde is vet hydrofoob, waardoor het geen water aantrekt wat gunstig is voor het
totaal gewicht.
f) Behalve een voorkeur voor vetopslag is er in de aeroob werkende skeletspier ook een voorkeur
voor oxidatie van vet boven die van glucose. Waarom? Licht tevens toe waarom er altijd een
beperkte glucoseverbranding nodig is, ook als de spier vooral op vet “werkt”.
De voorkeur van vetzuren boven glucose heeft twee redenen:
1) Vitale organen zoals de hersenen en ander zenuwweefsel zijn nagenoeg compleet afhankelijk
van glucose -oxidatie.
2) De voorraad vetzuren in het lichaam is groter, waardoor er meer substraat beschikbaar is.
Er is altijd een beperkte oxidatie van glucose nodig, wat eenvoudig te verklaren is door de
citroencyclus te bekijken (zie ook onderstaande figuur). Veel van de intermediairen in deze cyclus zijn
producten van glucose oxidatie, zoals oxaloacetaat. Wanneer deze intermediairen maar in beperkte
mate aanwezig zijn, wordt de vetverbranding vertraagd.
g) Bij de verbranding van vetzuren speelt carnitine een belangrijke rol. Wat is de functie van carnitine
in het vetzuurmetabolisme? Beschrijf de verschillende stappen in dit proces. In welk celorganel vindt
dit proces plaats?
Carnitine transporteert langketenige acylgroepen van vetzuren naar de matrix van de mitochondriën,
zodat acylCoA via de β-oxidatie omgezet kan worden in acetylCoA.
Dit gebeurt via de volgende stappen (zie ook onderstaande figuur):
- AcylCoA wordt geconjugeerd met carnitine door carnitine acyltransferase I (palmitoyltransferase)
wat zich bevindt op de mitonchondriale buitenmembraan.
- Acylcarnitine wordt de matrix in “geshuttled” door een carnitine-acylcarnitine translocase
- Acylcarnitine wordt omgezet in acylCoA door carnitine acyltransferase II (palmitoyltransferase) wat
zich bevindt op de binnenmembraan van het mitochondrion. Het vrije carnitine wordt naar de
intermembraanruimte teruggetransporteerd.
h) Je wordt gevraagd om bij een proefpersoon in vivo de activiteit van de citroenzuurcyclus (vaak
‘flux’ genoemd) te meten. Hoe zou je dit aanpakken?
Door gebruik te maken van 13C-MRS is het mogelijk om deze flux te meten. Doordat 13C van nature
slechts 1.1 % voorkomt kan dit als voordeel worden gebruikt door de precursor [1-13C]-glucose in
hoog-verrijkte vorm toe te dienen aan de proefpersoon. De omzettingen in de citroenzuurcyclus van
[1-13C]-glucose in bijvoorbeeld [4-13CH2]-glutamaat en [3-13CH2]-glutamaat, die met 13C-MRS gemeten
kunnen worden, zijn een maat voor de flux van de citroenzuurcyclus.
Vraag 2. Eiwitvertering, opname en synthese (8 punten)
Na inname van eiwitten worden deze in het verteringsstelsel afgebroken en opgenomen.
a) Welke enzymen zijn hierbij betrokken en door welk orgaan worden deze uitgescheiden?
Pepsine (maag), trypsine (pancreas), chymotrypsine (pancreas), carboxypeptidase (pancreas) en
peptidases (darm).
b) Behalve peptiden en vrije aminozuren kunnen ook oligopeptiden vanuit het darmlumen in
epitheelcellen opgenomen worden. Welke ionen zijn bij dit opnameproces betrokken en wat is hun
functie? Maak een schets van de ionenfluxen en benoem welke ionencarriers daarbij betrokken zijn.
De betrokken ionen zijn Na+, K+ en H+. Natrium en kalium zijn allereerst nodig om de
membraanpotentiaal in stand te houden. De energie-afhankelijke Na+-K+ uitwisseling wordt
gekatalyseerd door natrium-kalium ATPase (of pomp) in de basale membraan van de
darmepitheelcel. De oligopeptiden worden opgenomen d.m.v. co-transport met H+. Dat zou kunnen
leiden tot een overschot aan H+ in de cel (en dus tot een lage pH, d.w.z. verzuring) als H+ niet ook weer
de cel uit getransporteerd zou worden. Ook hierbij speelt natrium weer een rol, door de één-op-één
uitwisseling van Na+ en H+, via de natrium-proton anti-porter.
c) Wanneer de vrije aminozuren opgenomen zijn vanuit het darmlumen, zijn er verschillende
metabole omzettingen mogelijk. Beschrijf kort welke dit zijn.
Vorming van eiwitten door het covalent verbinden van aminozuren via peptidebindingen, omzetten
van het ene aminozuur in het andere via transaminering en de afbraak van overtollige aminozuren
door deaminering.
Vraag 3. Glucosehomeostase (12 punten)
a) Glucose wordt vanuit de interstitiële ruimte in de cel opgenomen via gefaciliteerde diffusie. Wat is
het voordeel hiervan ten opzichte van normale diffusie? Wat kan een nadeel zijn?
Door middel van gefaciliteerde diffusie vindt opname sneller plaats, waardoor energie sneller
beschikbaar kan worden gemaakt. Er kan sprake zijn van een nadeel wanneer de glucoseconcentratie
in het interstitium zo hoog is (en de glucose behoefte in de cel ook heel hoog) dat de asymptoot
diffusiesnelheid bereikt wordt, terwijl “normale” diffusie geen last heeft van die beperking. De cel lost
dat probleem op door in zo’n geval meer glucosecarriers vanuit het cytoplasma naar de celmembraan
te brengen.
b) Vrijwel direct gekoppeld aan de opname van glucose in de cel vindt er een omzetting plaats.
Welke is dit en waarom is deze nodig?
Fosforylering van glucose door glucokinase/hexokinase tot glucose-6-fosfaat. Hierbij wordt 1 ATP
verbruikt. Door deze fosforylering, die leidt tot de vorming van een polair glucose-6-fosfaat molecuul
wordt voorkomen dat glucose via de glucosecarrier uit de cel weglekt naar het interstitium.
c) Geef in een schema aan hoe het lichaam de glucoseconcentratie in het bloedplasma binnen
fysiologisch aanvaardbare grenzen probeert te houden. Beschrijf welke hormonen, processen en
organen hierbij een rol spelen.
Zie onderstaande figuur. Indien bloedglucose stijgt, wordt de pancreas gestimuleerd tot de afgifte van
insuline. Hierdoor wordt de glycogenese gestimuleerd, waardoor glucose wordt onttrokken aan het
bloed en in de lever (en skeletspier) opgeslagen wordt in de vorm van glycogeen. Hierdoor daalt de
bloedglucose. Indien bloedglucose te laag wordt, vindt glycogenolyse plaats, het proces waarbij in de
lever opgeslagen glycogeen omgezet wordt in glucose en afgegeven wordt aan het bloed. Dit wordt
gestimuleerd door het hormoon glucagon, wat geproduceerd en afgegeven wordt door de pancreas.
Behalve de glycogenolyse zijn levercellen ook in staat tot glucose nieuwvorming (gluconeogenese) uit
melkzuur, aminozuren (waaruit pyruvaat kan worden gevormd) en glycerol. Bij lage bloedglucose
waarden wordt dit nieuw gevormde glucose afgegeven aan het bloed, bij hoge bloedglucose zal
gluconeogenese erg laag, zo niet afwezig zijn.
d) Er is een experiment uitgevoerd waarbij op tijdstip t = 0 minuten aan een gezond proefpersoon en
aan een patiënt met diabetes mellitus type 2, 50 g glucose toegediend is (zie figuur 1). In de
linkergrafiek staat de glucoseconcentratie uitgezet tegen de tijd, in de rechter de
insulineconcentratie tegen de tijd. Leg aan de hand van beide grafieken uit welke lijn bij welke
persoon hoort.
Wanneer we kijken naar de linkergrafiek valt op dat de glucoseconcentratie bij de doorgetrokken lijn
minder hard stijgt dan bij de stippellijn. De glucoseconcentratie bij de persoon behorende bij de
doorgetrokken lijn daalt ook sneller. Wanneer we deze informatie combineren met de observaties van
de insulineconcentraties, valt onmiddellijk op dat de doorgetrokken lijn enorm stijgt rond t = 0, piekt,
en daarna weer vrij snel daalt. Bij de stippellijn is een veel langere en geleidelijke stijging te zien, wat
duidt op een beperkte gevoeligheid voor insuline. De doorgetrokken lijn behoort dus tot de gezonde
proefpersoon, de stippellijn tot een patiënt met type 2 diabetes.
Concentratie (mmol/L)
Concentratie (mmol/L)
Tijd (min)
Tijd (min)
Figuur 1. Experiment waarbij op t = 0 min 50 g glucose toegediend is aan een gezonde proefpersoon en
een patiënt met diabetes mellitus type 2. Links: glucoseconcentratie uitgezet tegen de tijd. Rechts:
insulineconcentratie.
Vraag 4. Natrium-kalium pomp (6 punten)
De binnenwaarts gerichte natriumstroom door de celmembraan van een skeletspiercel bedraagt
onder bepaalde omstandigheden 500 µA/cm2. De straal van de cilindervormige cel bedraagt 31 µm
en de lengte is 415 µm (zie figuur 2).
Bedenk: 1 A (Ampère) = 1 C (Coulomb)/s en 1 elektron heeft een lading van 1.6 x 10-19 C.
a) Met welke activiteit moet de natrium-kalium pomp werken om ervoor te zorgen dat de
natriumconcentratie binnen en buiten de cel constant blijft?
De natriumconcentratie binnen en buiten de cel moet constant zijn dus Na+in = Na+uit = 500 μA/cm2 =
500 · 10-6 A/cm2 = 500 · 10-6 C · s-1 · cm-2.
Het totale oppervlak van de cel waardoor diffusie plaatsvindt kan verondersteld worden als de
oppervlakte van een cilinder met straal r en lengte l, dus
Ocel = 2πrl + 2πr2 = 2π · 31 · 10-4 · 415 · 10-4 + 2π · (31 · 10-4)2 = 8.69 · 10-4 cm2
De uitstroom die bereikt moet worden door de natrium-kaliumpompen is dan
500 · 10-6 C · s-1 · cm-2 · Ocel = 4.34 · 10-7 C · s-1
415
31
Figuur 2. Schematische voorstelling van een spiercel.
b) Wat is het verbruik aan adenosine-trifosfaat van iedere individuele spiercel onder deze condities
om ervoor te zorgen dat de transmembraan-natriumbalans wordt gehandhaafd?
Er is per spiercel een uitstroom van 4.34 · 10-7 C · s-1 veroorzaakt door de natriumkaliumpompen.
Omdat de lading van een elektron gelijk is aan de lading van een natriumion geldt een uitstroom van:
4.34 · 10-7 C · s-1 / 1.6 · 10-19 C per elektron = 2.71 · 1012 natriumionen per seconde.
Per Na+ is 1/3 ATP nodig, dus het ATP verbruik van de pompen is 2.71 · 1012 / 3 = 9.05 · 1011 ATP · s-1
Vraag 5. Opbouw en contractie van spieren (30 punten)
In deze vraag bekijken we de opbouw en contractie van skeletspieren en in mindere mate van het
hart. Hierbij komen de verschillende eiwitten aan bod die hierbij betrokken zijn. Vervolgens willen we
weten op welke manier we iets kunnen zeggen over het metabolisme in een contraherende
skeletspier en hoe we schade aan spieren biochemisch kunnen bepalen.
a) Teken schematisch een sarcomeer en geef hierin de belangrijkste eiwitten aan.
b) Leg vervolgens in detail uit wat er op moleculair niveau plaatsvindt in een spiercel wanneer deze
via een actiepotentiaal het signaal krijgt om te contraheren. Besteedt hierbij aandacht aan de
functies van de verschillende eiwitten (ATP en ADP mogen buiten beschouwing worden gelaten).
Waardoor stopt uiteindelijk de contractie?
Een actie-potentiaal triggert de spiercel tot de release van Ca2+ uit het sarcoplasmatisch reticulum. Bij
een verhoogde cytosolische Ca2+ concentratie zal Ca2+ gebonden worden door troponine C, wat een
conformatieverandering veroorzaakt van het troponine (TIC) complex. Hierdoor neemt de
bindingssterkte tussen de C en I subunit toe, terwijl tegelijkertijd de bindingssterkte tussen de I
subunit en actine afneemt. Hierdoor zijn de myosinebindingsplaatsen op de actinefilamenten niet
meer afgeschermd en kunnen de myosinefilamenten langs de actinefilamenten schuiven zodat de
spier samentrekt. Zie ook de figuur in opgave a).
Wanneer de actie-potentiaal uitgedoofd is zal de ATP-afhankelijke calciumpomp Ca2+ weer opnemen
vanuit het cytosol en opslaan in het sarcoplasmatisch reticulum. Hierdoor ondergaat het troponine
weer een conformatieverandering en worden de myosinebindingsplaatsen weer afgeschermd.
c) Voor de contractie van spieren is uiteraard ATP nodig. In de mitochondriën vindt ATP synthese
plaats via chemi-osmose. Beschrijf dit proces.
In het 31P magnetische resonantie spectrum van skeletspier (zie figuur 3) kunnen we pieken
onderscheiden van onder andere fosfocreatine (PCr), adenosine trifosfaat (ATP) en anorganisch
fosfaat (Pi). 31P magnetische resonantie spectroscopie (MRS) is niet-invasief en is een belangrijk
instrument in het onderzoek naar in vivo energiemetabolisme.
PCr
ATP
PDE
PME P
i
10
5
0
-5
31
-10
-15
-20
P [ppm]
Figuur 3. 31P-MRS spectrum van een skeletspier
d) Waarom zijn er voor ATP drie pieken te zien in het 31P MR spectrum?
ATP bevat drie verschillende 31P atomen die elk een andere resonantiefrequentie hebben, doordat het
lokale magneetveld beïnvloed wordt door de lokale chemische omgeving van de atoomkernen, en
deze is verschillend voor de drie 31P kernen in ATP.
e) Schets wat er gebeurt met de pieken in het 31P MR spectrum tijdens spiercontracties. Geef ook de
bijbehorende reactievergelijkingen.
Zie figuur hieronder. Daling van de PCr en stijging van de Pi piek.
PCr + ADP + H+  Cr + ATP en ATP + H2O  ADP + Pi + H+
f) Wat zie je in de 31P MR spectra gemeten tijdens herstel van spiercontracties? Geef ook de
bijbehorende reactievergelijkingen.
Zie figuur hierboven. Stijging van de PCr en daling van de Pi piek.
Cr + ATP  PCr + ADP + H+ en ADP + Pi + H+  ATP + H2O
g) Welk enzym katalyseert de omzettingen van fosfocreatine? Waar bevindt het zich? Leg uit hoe dit
enzym een bufferend effect heeft op de ATP concentratie in de spier.
Creatine kinase (CK) is het enzym dat deze reacties katalyseert en bevindt zich in het cytosol (MM-CK,
MB-CK en BB-CK) en de mitochondriën (Mt-CK). In de spieren wordt tijdens inspanning PCr omgezet in
Cr onder invloed van cytosolisch CK, waardoor ATP vrijkomt. Na inspanning zal de spier zich herstellen
en wordt Cr omgezet in PCr onder invloed van Mt-CK, waarbij ADP verbruikt wordt. Hiermee ontstaat
een energiebuffer, gekatalyseerd door CK.
h) Hoe kan aan de hand van PCr-herstel na inspanning, een uitspraak worden gedaan met betrekking
tot de functie van de mitochondriën?
Door gebruik te maken van een rust-inspanning-herstel protocol kunnen 31P-MRS spectra verkregen
worden. Tijdens inspanning zal de PCr voorraad worden verbruikt. Wanneer gestopt wordt met de
inspanning zal de voorraad PCr weer worden aangevuld door de omzetting van Cr in PCr in de
mitchondriën, onder invloed van Mt-CK. Dit proces verloopt exponentieel met een snelheid die
bepaald wordt door de oxidatieve capaciteit van de mitochondriën. Via een exponentiële fit kan deze
parameter bepaald worden, wat een maat is voor het functioneren van de mitochondriën.
i) Beschouw de volgende situaties. Wat verwacht je voor de tijdsconstante van PCr-herstel:
- in duursporters ten opzichte van niet-getrainde personen
Doordat bij duursporten voornamelijk aerobe verbranding plaatsvindt, zal door training ook het
herstel sneller verlopen. De snelheidsconstante is dus hoger.
- in patiënten met perifeer vaatlijden ten opzichte van gezonde controles
Patiënten met perifeer vaatlijden hebben een slechtere doorbloeding, waardoor herstel moeizamer
zal verlopen. De snelheidsconstante is dus lager.
- na heel zware inspanning ten opzichte van lichte inspanning
Bij lichte inspanning is mogelijk niet de hele voorraad fosfocreatine verbruikt, bij zware wel.
Desalniettemin, heeft dit verschil geen invloed op de snelheidscontante. Het herstel zal met dezelfde
snelheid verlopen, echter zal bij lichte inspanning de voorraad in kortere tijd weer aangevuld zijn
doordat slechts een klein gedeelte aangevuld moet worden.
Voor een patiënt kan het van levensbelang zijn om te weten of er hartschade is door een hartinfarct
of dat er slechts schade is aan skeletspieren.
j) In het klinisch chemisch laboratorium is het mogelijk om deze verschillende soorten spierschade in
het bloed van patiënten aan te tonen. In welke eiwitten ben je dan geïnteresseerd? Op welke manier
kun je via bepaling van deze eiwitconcentraties zeggen wat voor soort spierschade de patiënt heeft?
We zijn hierbij geïnteresseerd in cardiaal troponine T of I en CK. Bij een hartinfarct worden de
hartspiercellen necrotisch door een gebrek aan zuurstof. Hierdoor beschadigt het membraan en
lekken zowel cardiaal troponine als CK de bloedbaan in. Cardiaal troponine T en I zijn hartspecifieke
markers en komen dus slechts voor in hartspiercellen. Bij verhoogde concentraties cardiaal troponine
T of I is er sprake van hartschade (het is hierbij mogelijk dat ook CK verhoogd is, maar dit hoeft niet).
Creatine kinase komt voor in elke spiercel en bij schade aan skeletspiercellen zal dus een flinke
concentratiestijging van CK in de bloedbaan waarneembaar zijn. Bij verhoogde CK in afwezigheid van
verhoogde troponine T of I is er sprake van schade aan skeletspieren.
Vraag 6. Inspanning (14 punten)
Een gewichtheffer tilt in 2 seconden een gewicht van 100 kg op. Vervolgens houdt hij dit gewicht met
gestrekte armen nog 2 seconden boven zijn hoofd.
a) Beschrijf de metabole processen die plaatsvinden in zijn bovenarmspieren gedurende het
optillen/boven zijn hoofd houden van het gewicht.
De ATP-voorraad in de spieren wordt verbruikt gedurende het optillen van het gewicht. Deze
voorraad is zeer snel verbruikt (enkele seconden bij maximale contractie) en de fosfocreatine
voorraad in de spieren wordt aangesproken. Vanwege de zware en plotselinge inspanning zal ook
deze voorraad uitgeput raken en wordt glucose anaeroob afgebroken tot lactaat (melkzuur).
b) De contractiekracht in zijn armen zal tijdens deze inspanning afnemen. Hoe komt dit?
Door grote spanningsopbouw in de spieren wordt de doorbloeding (en dus de toevoer van zuurstof)
naar de spier belemmerd. Hierdoor is vrijwel alleen anaerobe verbranding mogelijk. Er zal verzuring
van het weefsel optreden veroorzaakt door lactaat, waardoor H+ competeert met Ca2+. Dit verstoort
de interactie van myosine met actine, waardoor dit zorgt voor een afname van de contractiekracht.
Gedurende middelzware inspanning van een hardloper zijn de verbranding van vetzuren en glucose
de belangrijkste energiebronnen.
c) Wanneer de atleet start met zijn inspanning komen er hormonen vrij die de verbranding van deze
energiebronnen reguleren. Welke hormonen zijn dit en op welke manier beïnvloeden ze deze
regulatie?
De belangrijkste betrokken hormonen zijn adrenaline en insuline, maar ook glucagon speelt hierbij
een rol. Bij het leveren van fysieke inspanning stijgt de adrenalinespiegel om o.a. de hartslag en de
ademhalingssnelheid te verhogen en daalt de insulinespiegel om o.a. de glycogenese te remmen.
Door de stijging van de adrenalinespiegel en de daling van de insulinespiegel wordt de lipolyse van
triacylglycerolen in vrije vetzuren in de vetcel gestimuleerd. Dit zorgt voor een verhoogde concentratie
vetzuren in het bloed en samen met de verhoogde doorbloeding a.g.v. adrenaline heeft dit een
verhoogd aanbod van vetzuren aan de spieren tot gevolg.
Tevens beïnvloeden de verhoogde adrenaline- en verlaagde insulinespiegel de verbranding van
glucose. De verlaging van de insulinespiegel zorgt voor een verhoging van de glucagonspiegel
waardoor de glycogenolyse en de gluconeogenese in de lever worden gestimuleerd. Hierdoor stijgt
het aanbod van glucose aan de spieren.
Glycogenolyse
Gluconeogenese
Vorige week zondag tijdens de voetbalwedstrijd tegen Portugal op het EK in Polen en Oekraïne heeft
Robin van Persie 135 gram glucose (C6H12O6) en 64 gram palmitinezuur (C16H32O2) aeroob verbrand.
d) Bereken het respiratoir quotiënt (RQ) van Van Persie tijdens deze wedstrijd.
Bedenk dat RQ = CO2 geproduceerd / O2 verbruikt.
Omdat CO2 en O2 in mol zijn uitgedrukt dienen palmitinezuur (PA) en glucose ook in mol uit te
worden gedrukt.
64 gram PA (C16H32O2) met molecuulgewicht MW 256 g/mol = 250 mmol PA
Bij volledige oxidatie geldt:
1 mol PA + 23 mol O2  16 mol CO2 + 16 mol H2O (+ 129 mol ATP)
Dus voor 250 mmol PA geldt:
4.00 mol CO2 geproduceerd
5.75 mol O2 verbruikt
135 gram glucose (C6H12O6) met MW 180 g/mol = 750 mmol glucose
Bij volledige oxidatie geldt:
1 mol glucose + 6 mol O2  6 mol CO2 + 6 mol H2O (+ 38 mol ATP)
Dus voor 750 mmol glucose geldt:
4.50 mol CO2 geproduceerd
4.50 mol O2 gebruikt
In totaal:
CO2 = 4.00 + 4.50 = 8.50 mol CO2 geproduceerd
O2 = 5.75 + 4.50 =10.25 mol O2 verbruikt
RQ = 8.50 / 10.25 = 0.83
Vraag 7. Zuurstof en koolstofdioxide transport (6 punten)
Transport van zuurstof en koolstofdioxide in het bloed vindt vooral plaats in de rode bloedcellen,
gebonden aan hemoglobine.
a) Bij de uitwisseling van O2 en CO2 tussen bloed en weefsels zijn twee processen van wezenlijk
belang. Noem en beschrijf deze processen en welke factoren hierop van invloed zijn. Waarom zijn
deze processen belangrijk voor de effectiviteit van zuurstofopname- en afgifte?
Dit zijn het Bohr en Haldane effect, die zorgen voor verschuivingen van de interactiecurve van
hemoglobine met zuurstof. Doordat in de longen het Haldane effect overheerst door een lage pCO2
net na inademing kan meer O2 gebonden worden. Deze O2 wordt naar de weefsels getransporteerd
waar een lage pO2 en hoge pCO2 heersen. Door de hogere pCO2 en de daardoor veroorzaakte pH
daling verschuift de associatie-dissociatiecurve naar rechts (Bohr effect), waardoor de binding van O2
aan hemoglobine afneemt en O2 afgegeven wordt aan het weefsel. Zonder deze effecten zou er geen
verschuiving in de dissociatiecurve optreden waardoor slechts beperkte uitwisseling van O2 en CO2 via
hemoglobine mogelijk zou zijn. Behalve de pCO2 en de pH is ook de temperatuur van invloed op deze
verschuivingen; naar rechts bij een stijging (spier), naar links bij een daling (long).
b) Beschrijf waarom CO vergiftiging leidt tot een zuurstoftekort in weefsels.
Doordat CO dezelfde bindingsplaats heeft als O2 vindt er competitie voor hemoglobine binding plaats
tussen CO en O2. CO heeft een hogere affiniteit voor binding met hemoglobine, dit betekent dat bij
een lagere pCO de affiniteit van CO voor binding met hemoglobine vele malen hoger is dan voor
binding met O2. Hierdoor wordt dus meer CO aan hemoglobine gebonden, waardoor O2 verdrongen
wordt.