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 pancreas-cholesterol-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.

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

Tijd (min)Tijd (min)

Concentratie (mmol/L)Concentratie (mmol/L)

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.

41531

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.

10 5 0 -5 -10 -15 -20

31P [ppm]

PCr

Pi

ATPPDE

PME

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 P i 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 P i piek. Cr + ATP PCr + ADP + H+ en ADP + Pi + H+ ATP + H2Og) 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 personenDoordat 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 controlesPatiënten 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 inspanningBij 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 geproduceerd4.50 mol O2 gebruikt

In totaal: CO2 = 4.00 + 4.50 = 8.50 mol CO2 geproduceerdO2 = 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 pCO 2

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 O 2

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 O 2 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.