Biologie H11 Voedingsstoffen zijn stoffen die je

Biologie H11
Voedingsstoffen zijn stoffen die je lichaam uit voedingsmiddelen opneemt.
Er zijn zes groepen voedingsstoffen:
Koolhydraten
o Functies: brandstof(levert bij dissimilatie ATP),
reservestof(glycogeen) en bouwstof.
o Koolhydraten zitten in meelproducten en zoete voedingsmiddelen.
Vetten
o Functies: brandstof, bouwstof en warmte-isolatie, reservestoffen
o Vetten zitten vooral in olie, boter, noten en pinda’s
Eiwitten
o Functie: bouwstof, brandstof in tijden van schaarste
o Eiwitten zitten in vlees, vis, zuivelproducten, eieren en zaden
Vitaminen
o Functies: beschermende stof
o Vitaminen zitten in voedingsmiddelen uit verschillende lagen van de voedingspiramide (BINAS
82A)
Mineralen
o Functies: bouwstof en onderdeel van chemische processen
o Mineralen zitten in alle voedingsmiddelen
Water
o Functies: bouwstoffen, oplosmiddel, transportvloeistof en
warmtebuffer
o Per dag 1,5 L water
Wat een gezonde hoeveelheid voedsel per dag is, hangt af van de persoon en zijn activiteiten.
Volwassenen hebben ongeveer 10 000 kJ energie per dag nodig Pubers gebruiken meer energie dan
kinderen en veel meer dan volwassenen. Mannen gebruiken gemiddeld meer energie dan vrouwen,
grote mensen meer dan kleine en fysiek werk kost meer dan zittend werk.
ADH staat voor Aanbevolen Dagelijkse Hoeveelheid.
Een voedingsmiddel bestaat niet alleen uit voedingsstoffen. Er zitten ook geur-, kleur- en
smaakstoffen en conserveringsmiddelen in. Dit zijn additieven (BINAS 82B). Het lichaam heeft de
meeste additieven niet nodig. In grote hoeveelheden kunnen ze zelfs schadelijk zijn.
De ADI is de Aanvaardbare Dagelijkse Hoeveelheid (BINAS 95A).
Kauwen vergroot het oppervlak van een voedselbrok. Verderop in het darmkanaal helpt dit om het
voedsel gemakkelijker te verteren. Speeksel levert slijm dat als een soort glijmiddel helpt de
voedselbrokken door te slikken. De samenstelling van speeksel varieert met het voedsel dat je
doorslikt. De slikreflex duwt met je tong het voedsel de slokdarm in. Het strotklepje en de huig
sluiten respectievelijk de luchtpijp en de neusholte af. Met peristaltische bewegingen duwen spieren
in de wand van de slokdarm, maag, twaalfvingerige darm, dunne en dikke darm en de endeldarm
door de darmen heen. De hele weg door de darmen duurt ongeveer 24 uur. Gedurende die periode
vindt vertering van het voedsel plaats. Verteringsenzymen
maken grote moleculen klein genoeg om de membranen van de darmwandcellen te kunnen passeren
naar het bloed. Onverteerde restanten gaan via de endeldarm en anus naar het toilet.
Bepaalde koolhydraten in het voedsel zijn slecht of niet verteerbaar. Deze moleculen stimuleren de
darmperistaltiek en houden water vast, zodat de ontlasting soepel blijft. Deze moleculen heten
voedingsvezels of ballaststoffen. Bij te weinig voedingsvezels in je voeding krijg je een verstopping.
Bacteriën en schimmels zitten overal. Ze kunnen ziektes veroorzaken. Het speeksel opent als eerste
de aanval op deze micro-organismen. Speeksel bevat lysozymen, stoffen die de celwand van microorganismen aantasten. De aangetaste bacteriën en schimmels sterven voor het grootste deel in het
maagsap (HCl, pH=2).
Je darmen bevatten ook nuttige bacteriën, je darmflora, vooral in de dikke en blinde darm. Sommige
bacteriën breken stoffen af, andere maken vitamine K of concurreren met schadelijke bacteriën.
De wand van de dunne darm heeft plooien met daarop darmvlokken (BINAS 82C), opgebouwd uit
darmepitheel, haarvaten en een lymfevat. Het darmepitheel scheidt de darminhoud van de rest van
het lichaam. De celmembranen van darmepitheelcellen hebben ook weer uitstulpingen, de microvilli.
De dunne darm heeft daardoor een heel groot oppervlak. Daardoor kan de dunne darm de verteerde
voedingsstoffen snel opnemen: resorptie. Die stoffen komen in het inwendige milieu van je lichaam
terecht. Voor hydrofiele stoffen bezitten de hydrofobe celmembranen transporteiwitten. Vetachtige
stoffen kunnen de membranen zonder transporteiwit passeren. Stoffen waarvoor geen
transporteiwitten zijn, blijven in de darm.
Alle darmepitheelcellen zijn door eiwitten strak aan elkaar verbonden. Die eiwitten vormen voor
moleculen een ondoordringbare laag: een “tight-junction”. Hierdoor kunnen geen moleculen naar
het interne milieu, alleen door de darmepitheelcellen. Ook ziekteverwekkers kunnen er niet
doorheen.
Als je voedingspatroon gevarieerd is, dan is het onwaarschijnlijk dat je een gebrek aan vitaminen
hebt. Vitaminen zijn organische stoffen die je lichaam niet zelf kan maken en waarvan je maar heel
weinig nodig hebt: micronutriënten. Ze hebben verschillende functies. De vitaminen zijn ingedeeld
naar hun biologische en chemische werking, niet naar hun bouw. Daarom zijn er bijvoorbeeld heel
veel A- en B-vitaminen. Sommige vitaminen zijn hydrofiel en andere hydrofoob. Hydrofiele vitaminen
verlaten via de nieren weer snel het lichaam. Hydrofobe vitaminen kunnen stapelen in het lichaam
en je daardoor ziek maken.
In dierlijk voedsel is retinol de meest voorkomende vitamine A. De darmepitheelcellen stoppen het
hydrofobe retinol in membraanblaasjes voor transport naar de lever. Om hun beurt koppelen
levercellen het retinol aan speciale transporteiwitten, bestemd voor de cellen van het netvlies. Bij
een tekort word je eerst nachtblind, en na een lang tekort word je totaal blind.
Levercellen kunnen uit retinol ook retinoïden maken. Die stoffen zetten de stamcellen van het huiden darmepitheel aan tot deling, om slijtage te vervangen. Een tekort aan vitamine A remt de
aanmaak van nieuwe epitheelcellen. Je krijgt een hogere osmotische waarde in de darminhoud en er
vloeit water naar de darmen; je krijgt diarree.
Van vitamine C heb je in verhouding erg veel nodig. Het is nodig voor het goed functioneren van
bindweefsel, wat steun en vorm geeft aan organen. Bindweefsel bestaat uit cellen met tussencelstof
en bindweefselvezels. Die vezels zijn gemaakt van het eiwit collageen. Bindweefselcellen maken
collageen uit het eiwit procollageen met behulp van enzymen. Vitamine C functioneert als co-enzym.
Naast vitaminen neme de darmepitheelcellen ook mineralen op uit de voedingsmiddelen. Mineralen
zijn anorganische zouten. In water vormen de mineralen ionen, die je lichaam gebruikt als
bouwstoffen. Ook spelen ionen een rol in diverse processen in het lichaam. Sommige ionen zijn
betrokken bij het activeren van enzymen. Spoorelementen zijn mineralen die aanwezig moeten zijn
in het lichaam, maar waarvan je maar heel weinig nodig hebt.
Veel eiwitten, koolhydraten, nucleotiden en lipiden zijn opgebouwd uit de bouwstenen van
macromoleculen in je voedsel. Het afbreken van deze moleculen kost veel energie die nodig is om
bindingen tussen bepaalde atomen te verbreken. In een reageerbuis is deze activeringsenergie hoog.
Een lichaamstemperatuur levert onvoldoende activeringsenergie voor een afbraak die snel genoeg is.
Enzymen lossen dit probleem op door het verlagen van de benodigde activeringsenergie.
De naam van enzymen eindigt altijd op –ase.
Een enzym gaat een binding aan met het om te zetten molecuul, het substraat. Samen vormen ze
een enzym-substraatcomplex. Door die binding verzwakt de binding op de “breukplek” en verbreekt
die binding snel. In een fractie van een seconde ontstaan reactieproducten. Die koppelen af waarna
het enzym weer beschikbaar is voor een volgend substraat.
Je lichaam GEBRUIKT deze enzymen, ze worden niet VERBRUIKT. Dat geldt voor alle enzymen in je
lichaam.
Enzymen werken substraatspecifiek, ze kunnen de reactie van slechts één type substraat katalyseren.
Het enzym sacharase kan bijvoorbeeld alleen het koolhydraat sacharose breken. Op de actieve plaats
van het enzym verzwakt de binding van de zuurstofbrug in sacharose tussen de glucose- en
fructosehelft. Een watermolecuul valt uiteen in een OH-groep en een H-atoom. De OH-groep koppelt
aan glucose, het H-atoom koppelt aan fructose. Beide reactieproducten koppelen af. Deze splitsing
met behulp van water heet hydrolyse. Het opbouwen van macromoleculen verloopt precies
andersom en met andere enzymen. Dit type reactie waarbij een watermolecuul afsplitst, heet
condensatie.
Boven een bepaalde temperatuur verandert de ruimtelijke structuur van een enzym en dan past het
substraat niet meer goed, of de actieve plaats zit ergens anders. Een kleine temperatuurverhoging
laat enzymen denatureren en dus hun ruimtelijke structuur en werking verliezen. Dit gebeurt niet bij
alle enzymmoleculen, sommige zullen nog even vol houden en juist harder gaan werken door een
verhoogde activeringsenergie. Een beetje koorts geeft dus niet zoveel problemen, behalve dat je
conditie achteruitgaat door de sloop van een aantal enzymen. Echt hoge koorts is direct
levensgevaarlijk. Met zo’n 42 graden houd je het ongeveer drie dagen vol.
De optimumtemperatuur van een enzym is een compromis: bij die temperatuur verrichten alle
werkzame enzymmoleculen het hoogste aantal omzettingen per tijdseenheid.
Enzymen zijn eiwitten, en eiwitten zijn buffers. Ze nemen H⁺-ionen op en geven ze af, afhankelijk van
hun omgeving. Dit heeft invloed op de pH en op de ruimtelijke structuur van het betrokken enzym.
Bij de optimum-pH is daardoor de enzymactiviteit het grootst.
De enzymen uit de speekselklieren, alvleesklier en de klieren in de wanden van maag en dunne darm
breken macromoleculen uit het voedsel af (BINAS 82G). Daarbij ontstaan moleculen, klein genoeg om
de membranen van darmcellen kunnen passeren. Dit heet vertering.
Een voorbeeld is de vertering van zetmeel, een plantaardige polysacharide, dat in onvertakte vorm
en licht vertakte vorm voorkomt. Zetmeel is een polymeer, gevormd uit grote aantallen gekoppelde
glucosemoleculen. De vertering van de polysacharide zetmeel tot de monosacharide glucose gebeurt
in een aantal stappen. Tijdens het kauwen mengt amylase uit je speeksel met je boterham. Amylase
breekt zetmeel af in de mondholte, slokdarm en het bovenste deel van de maag. Dat levert dextrine
en de disacharide maltose. In het zure milieu van de maag stopt de werking van amylase. De
maagsapklieren maken peptase. Dat breekt een deel van de amylase af. In de twaalfvingerige darm
stroomt alvleessap met HCO₃⁻ het darmkanaal in, wat het maagsap neutraliseert en de pH laat stijgen
tot 8. Dit activeert de niet-verteerde amylase opnieuw. Het restant zetmeel verteert. De laatste stap
gebeurt door enzymen uit de dunne darm. De eindproducten zijn monosachariden.
In de dunne darm vindt resorptie van stoffen plaats naar het interne milieu. Moleculen gaan door de
darmepitheelcellen heen richting bloed en passeren daarbij twee keer het celmembraan. Hydrofiele
moleculen gaan via transportkanalen, hydrofobe moleculen door het membraan.
Het transport van glucose is wat complexer. Darmepitheelcellen nemen aan de darmzijde via
transporteiwitten op. Het transporteiwit bindt aan natriumionen. De binding met beide moleculen
verandert de vorm van het transporteiwit. De glucose en het natriumion komen daardoor beide in
het grondplasma van de cel. Het transporteiwit springt terug naar zijn oude vorm. Deze vorm van
transport heet symport. Doordat beide moleculen met de concentratiegradiënt meegaan, is het
passief transport. Het weer terugpompen van natriumionen naar de darminhoud met weer een
ander transportmolecuul gaat tegen de concentratie in en kost dus ATP. Aan de andere kant van de
darmcel gaan natriumionen en glucose nog een keer door het celmembraan. Via de weefselvloeistof,
bloedvaten van de darmvilli en de poortader bereiken ze de lever. De aanvoer van glucose voorziet
alle cellen in je lichaam van brandstof. Je spiercellen en levercellen bewaren hun grote voorraden in
de vorm van de polysacharide glycogeen en voorkómen daarmee osmotische problemen.
Zijn de glycogeenreservoirs gevuld, dan gaat je lichaam vet aanmaken.
Grote moleculen opgebouwd uit een keten van één bepaald type kleine moleculen, zijn polymeren.
De vertering van eiwitten verloopt ook in stappen. Het begint in de maag. De maagwand heeft talloze
maagsapklieren die per dag 2,5 L maagsap produceren. Dat levert drie producten:
Slijm, gemaakt door cellen dichtbij de uitgang van de maagsapklieren. Het maagslijmvlies bedekt de
binnenkant van de maag en beschermt de cellen tegen het maagzuur en de verteringsenzymen.
Zoutzuur, afgescheiden uit andere cellen van de maagsapklieren. De pH van het maagsap is laag. In
deze zure omgeving gaan veel bacteriën dood. Zoutzuur laat eiwitten opzwellen, opdat enzymen er
makkelijk bij kunnen.
Pepsinogeen, een pro-enzym, gemaakt door dieper gelegen cellen van de maagsapklieren. Door het
zoutzuur ontstaat hieruit het actieve peptase, dat eiwitten splitst door middel van hydrolyse. De
eiwitstructuur is daarmee verdwenen.
Het maagportier sluit de maag af van de twaalfvingerige darm. Deze kringspier voorkomt dat de zure
voedselbrij ongehinderd de twaalfvingerige darm in kan stromen. Het pH-optimum ligt in de darmen
aanzienlijk hoger dan in de maag.
De alvleesklier produceert twee andere eiwitsplitsende enzymen in niet-actieve vorm: trypsinogeen
en chymo-trypsinogeen. De activering van deze enzymen gebeurt in de twaalfvingerige darm. Beide
enzymen hydrolyseren eiwitten en polypeptiden, maar alle twee op een andere, specifieke plek.
De eerste stap in de vertering is al klaar: de structuur van het eiwit is verdwenen en de lange
polypeptideketens zijn verknipt tot meerdere kleine. Dat vormt het substraat voor diverse
eiwitverterende enzymen uit de dunne darm. Exopeptidasen knippen aan de uiteinden van
polypeptiden steeds één aminozuur af. Andere knippen midden in polypeptiden, de endopeptidasen.
Daarbij ontstaan onder andere dipeptiden, twee aaneengekoppelde aminozuren. Dipeptidasen
nemen de laatste hydrolyse voor hun rekening, dat levert twee losse aminozuren op.
Darmepitheelcellen in de dunne darm nemen de aminozuren op. Het bloed vervoert ze via de
poortader naar de lever en vandaar naar alle delen van het lichaam.
Vetmoleculen zijn hydrofoob. Dat komt door hun lange vetzuurstaarten van koolwaterstoffen met
een gelijke elektronenverdeling. De vetzuurstaarten zijn apolair. De kop van een vetmolecuul is
glycerol, die kop is polair. Polaire delen van stoffen zijn elektrisch geladen. Het polaire
glycerolmolecuul richt zich naar de watermoleculen in de omgeving en de apolaire vetzuurstaarten
vormen de binnenkant.
De vetvertering begint met het verkleinen dan de vetdruppels: emulgeren. Dat gebeurt met behulp
van gal dat de twaalfvingerige darm instroomt. Gal bevat galzure zouten, die gemaakt zijn uit
cholesterol. Deze zouten hebben een polair en een apolair deel en daarom binden ze aan zowel
water als vet. De grote vetdruppels vallen uiteen in duizenden kleine druppels, de micellen. Dit geeft
een enorme vergroting van het vetoppervlak waar de vetverterende enzymen hun werk kunnen
doen. De darmepitheelcellen nemen de producten van de vetvertering op.
Het passeren van de celmembraan vormt voor de hydrofobe producten geen probleem. Vetzuren
met 12 C-atomen of minder zijn nog redelijk in water oplosbaar en gaan via de poortader verder naar
de lever. Vetzuren met langere koolstofketens volgen een andere route. De darmcel koppelt ze aan
een glycerolmolecuul en maakt er opnieuw een vetmolecuul van. Een aantal samen vormt een
vetdruppel (BINAS 82G). De cel voorziet dit druppeltje in het Golgi-systeem van een buitenlaag van
fosfolipiden en eiwitmoleculen. Deze hydrofiele coating levert een chylomicron op. Ze vormen
transportblaasjes voor vetten in lichaamsvloeistoffen. Chylomicronen gaan naar de lymfevaten
tussen de darmcellen. Via het lymfevatenstelsel gaan ze naar het bloed. Een deel komt via het bloed
toch in de lever, de rest gaat naar het vetweefsel en de spieren.
Vetzuren met dubbele bindingen zijn onverzadigd. Verzadigde vetten dragen bij aan het vormen van
plaques. Het gebruik van onverzadigde vetten verlaagt dat risico.
In voedsel zit ook DNA of RNA. Deze moleculen zijn te groot om te worden opgenomen door de
darmwand. Endo- en exonucleasen zijn enzymen die midden in de nucleotidenketen knippen of die
aan het einde een nucleotide eraf knippen. In het dunne darmsap nemen andere sappen het vervolg
voor hun rekening. Zij splitsen de nucleotiden in losse nucleïdebasen, fosfaten en de suikers ribose
en desoxyribose. Ook deze bereiken de lever via darmepitheel, cellen, weefselvloeistof en de
poortader.