Thema 1: Ordening
Figuur 1. De 5 Rijken.
De taxonomie, ofwel de studie van het classificeren van organismen, zoals we hem nu kennen begon met de Zweedse botanist Carolus (Carl) Linnaeus (1707-1788). Zijn boek, 'Systema Naturae' vormt de basis van de hedendaagse soorten nomenclatuur. Een leuk stukje trivia hierover is dat het boek voor het eerst uitkwam in 1735 onder begeleiding van onze eigen Herman Boerhaave, die een deel van de kosten van de publicatie droeg.
Binaire naamgeving
Linnaeus heeft alle organismen een voornaam en achternaam gegeven, eigenlijk net als wij die hebben. In zijn benaming komt de achternaam eerst, deze geeft aan tot welk geslacht het organisme behoort. De voornaam komt als tweede en die geeft aan welk specifieke lid van dit geslacht je mee te maken hebt.
Als voorbeeld kijken we hier naar madeliefjes:
Engels Madeliefje: Bellis perennis
Zuidelijk Madeliefje: Bellis sylvestris
Eenjarig Madeliefje: Bellis annua
Al deze madeliefjes behoren tot hetzelfde geslacht maar zijn ieder een eigen soort. Uiteraard gaan de familiebanden verder terug. Deze madeliefjes behoren tot de familie van de samengestelde bloemen. Op een nog hoger niveau zitten zij in de orde van de tweezaadlobbige planten. Hun klasse is die van de zaadplanten en de afdeling (ook wel stam genoemd) is die van de landplanten. Als hoogste klassificatieniveau kennen we het rijk van de planten.
De definitie van soort hier is dat het organismen zijn die onder natuurlijke omstandigheden in staat zijn zich onderling voor te planten en vruchtbare nakomelingen te produceren. Als we dus kijken naar de madeliefjes hierboven dan zal het pollen van het eerste madeliefje niet in staat zijn om de ovules van de andere madeliefjes te bevruchten. Je zou het niet denken maar alle honden die wij houden als huisdieren behoren tot dezelfde soort: Cannis familiaris. De verschillende rassen honden zoals poedels, beagles, labradors en dobermans kunnen namelijk allemaal onderling nageslacht produceren. We hebben het hier dan ook niet over verschillende soorten honden maar over rassen binnen een soort.
De wetenschappelijke naamgeving van soorten is in het Latijn en in iedere taal hetzelfde. Door dit format kun je dus in iedere taal informatie opzoeken over het organisme waarin je geïnteresseerd bent, de naam blijft immers altijd in het Latijn. Achter de naam zie je nog wel eens een initiaal staan; Bellis perennis L. Dit is de eerste letter van de achternaam van de wetenschapper die deze soort een naam heeft gegeven. In dit geval was dat dus Linnaeus.
Biobits heeft hier een aflevering over die in Naturalis is opgenomen:
Binaire naamgeving
Linnaeus heeft alle organismen een voornaam en achternaam gegeven, eigenlijk net als wij die hebben. In zijn benaming komt de achternaam eerst, deze geeft aan tot welk geslacht het organisme behoort. De voornaam komt als tweede en die geeft aan welk specifieke lid van dit geslacht je mee te maken hebt.
Als voorbeeld kijken we hier naar madeliefjes:
Engels Madeliefje: Bellis perennis
Zuidelijk Madeliefje: Bellis sylvestris
Eenjarig Madeliefje: Bellis annua
Al deze madeliefjes behoren tot hetzelfde geslacht maar zijn ieder een eigen soort. Uiteraard gaan de familiebanden verder terug. Deze madeliefjes behoren tot de familie van de samengestelde bloemen. Op een nog hoger niveau zitten zij in de orde van de tweezaadlobbige planten. Hun klasse is die van de zaadplanten en de afdeling (ook wel stam genoemd) is die van de landplanten. Als hoogste klassificatieniveau kennen we het rijk van de planten.
De definitie van soort hier is dat het organismen zijn die onder natuurlijke omstandigheden in staat zijn zich onderling voor te planten en vruchtbare nakomelingen te produceren. Als we dus kijken naar de madeliefjes hierboven dan zal het pollen van het eerste madeliefje niet in staat zijn om de ovules van de andere madeliefjes te bevruchten. Je zou het niet denken maar alle honden die wij houden als huisdieren behoren tot dezelfde soort: Cannis familiaris. De verschillende rassen honden zoals poedels, beagles, labradors en dobermans kunnen namelijk allemaal onderling nageslacht produceren. We hebben het hier dan ook niet over verschillende soorten honden maar over rassen binnen een soort.
De wetenschappelijke naamgeving van soorten is in het Latijn en in iedere taal hetzelfde. Door dit format kun je dus in iedere taal informatie opzoeken over het organisme waarin je geïnteresseerd bent, de naam blijft immers altijd in het Latijn. Achter de naam zie je nog wel eens een initiaal staan; Bellis perennis L. Dit is de eerste letter van de achternaam van de wetenschapper die deze soort een naam heeft gegeven. In dit geval was dat dus Linnaeus.
Biobits heeft hier een aflevering over die in Naturalis is opgenomen:
Wil je meer te weten komen over de ordening van de verschillende soorten in de verschillende rijken, download dan het programma: Ordening, van de gemeenschappelijke Dropbox folder. Wil je online oefenmateriaal bekijken ga dan naar de volgende links:
http://biologiepagina.nl/Brugklasnieuw/Ordening/inleiding.htm
http://www.biologiesite.nl/internetlesdetermineren.htm
http://www.biologieweb.nl/1ste_klas_thema_4.html (hele leuke site)
http://www.fcps.edu/islandcreekes/ecology/classification.htm (Engelstalig en very comprehensive)
http://biologiepagina.nl/Brugklasnieuw/Ordening/inleiding.htm
http://www.biologiesite.nl/internetlesdetermineren.htm
http://www.biologieweb.nl/1ste_klas_thema_4.html (hele leuke site)
http://www.fcps.edu/islandcreekes/ecology/classification.htm (Engelstalig en very comprehensive)
Thema 1: Voorbij de basisstof en op weg naar Thema 2
Figuur 2. Een Cladogram
Een Cladogram, zoals hiernaast weergegeven voor de mensapen, geeft de relatie weer tussen verschillende soorten. Je kunt ze zien als evolutionaire bomen. Voorheen werden soorten in families en geslachten, en dus ook cladogrammen, geplaatst op basis van uiterlijke kenmerken en kenmerken vanuit de ontwikkeling. Hoe meer twee soorten op elkaar lijken des te nauwer verwant ze zijn.
Met de huidige moleculair biologische technieken kunnen we echter veel meer dan alleen naar het organisme kijken; we kunnen het DNA en de eiwitten typeren. Door eiwitten (aminozuren of functie van eiwit) en/of DNA-sequenties van verschillende soorten met elkaar te vergelijken kunnen we de soorten rangschikken naar percentage overeenkomst. Dit heeft de studie van de fylogenie (de ontstaansgeschiedenis van groepen) behoorlijk veel verder gebracht in vergelijking met 35 jaar geleden (~1980).
Even oefenen? Kijk naar de tabel hieronder. Het geeft 5 verwante soorten weer. Kun jij op basis van DNA-overeenkomsten een cladogram maken? Voor het juiste antwoord kun je mij mailen of even aanschieten, maar ik wil wel eerst jouw eigen oplossing zien :-) !
Leuke website om de verwantschap van soorten te bekijken: http://www.tolweb.org.
Met de huidige moleculair biologische technieken kunnen we echter veel meer dan alleen naar het organisme kijken; we kunnen het DNA en de eiwitten typeren. Door eiwitten (aminozuren of functie van eiwit) en/of DNA-sequenties van verschillende soorten met elkaar te vergelijken kunnen we de soorten rangschikken naar percentage overeenkomst. Dit heeft de studie van de fylogenie (de ontstaansgeschiedenis van groepen) behoorlijk veel verder gebracht in vergelijking met 35 jaar geleden (~1980).
Even oefenen? Kijk naar de tabel hieronder. Het geeft 5 verwante soorten weer. Kun jij op basis van DNA-overeenkomsten een cladogram maken? Voor het juiste antwoord kun je mij mailen of even aanschieten, maar ik wil wel eerst jouw eigen oplossing zien :-) !
Leuke website om de verwantschap van soorten te bekijken: http://www.tolweb.org.
Thema 2: Evolutie
Figuur 3. Archaeopteryx
De foto hiernaast is die van het fossiel van een Archaeopteryx lithographica ofwel 'eerste vogel'. De eerste fossielen van dit dier, dat als de missing link werd gezien tussen dinosauriers en vogels, werd gevonden in 1861. Dit is slechts twee jaar na de publicatie van 'On The Origin of Species' van Charles Darwin en het werd dan ook gezien als doorslaggevend bewijs voor zijn evolutietheorie.
Darwin baseerde zijn theorie, dat natuurlijke selectie de drijvende factor is achter de evolutie van soorten over geologische tijd, op zijn waarnemingen tijdens zijn reis naar de Galapagos eilanden met het schip 'The Beagle' en ook vooral op zijn ervaringen met het fokken van duiven. Alfred Wallace was op hetzelfde idee gekomen zo rond dezelfde tijd maar puur als een theorie, terwijl Darwin een overvloed aan data en bewijzen had verzameld om zijn theorie te onderbouwen. Beide heren stelden dat de natuur variatie kent en dat die variatie willekeurig ontstaat. Gunstige eigenschappen worden overgeërfd van generatie op generatie terwijl ongunstige eigenschappen verloren gaan omdat individuen met deze eigenschappen minder succesvol zullen zijn in het maken van nakomelingen. Daarbij komt dat er altijd meer nakomelingen geboren worden dan kunnen overleven en dat de kinderen met de gunstigste eigenschappen, die het "fitst" zijn, zullen overleven en reproduceren. Zoals Bas Haring in zijn boek 'Kaas en de Evolutietheorie' zegt: Het leven is hard. Dit noemen we tegenwoordig: Survival of the Fittest! Dat het leven hard is en dat er meer geboren worden dan kunnen overleven, kun je zien als selectiedruk. De eigenschappen die een individu dan een voorsprong geven in zijn overlevingskansen noemen we adaptaties, ofwel aanpassingen aan de omgeving.
Jean-Baptiste de Lamarck had een geheel andere theorie over de ontwikkeling van soorten. Hij stelde dat gunstige eigenschappen die een individu verwerft tijdens het leven kunnen worden overgedragen op de nakomelingen. Een klassiek voorbeeld hiervan is de lange nek van de giraf. Lamarck stelde dat giraffen in de loop der tijd steeds langere nekken hadden gekregen door vooral heel veel te strekken. En de steeds langer wordende nek zou dan doorgegeven worden aan de volgende generatie.
Geen enkele van deze heren was bekend met genetica, de basisregels daarvan werden ontdekt tussen 1856 en1863 door Gregor Mendel, je weet wel, die monnik met de doperwten. Het begrip 'gen' werd pas gedefinieerd in 1909 door Wilhelm Johanssen. Latere genetica zou uitwijzen dat Lamarck er naast zat en dat Darwin het bij het rechte eind had met betrekking tot de overerving van eigenschappen. Hoe de ene soort uit de andere kon ontstaan, dat wist Darwin nog niet precies alhoewel de Galapagosreis hem wel een goed idee daarover gaf. Het heeft namelijk te maken met reproductieve isolatie: hierbij is de ene populatie van een soort geïsoleerd van een andere populatie van dezelfde soort. Als dit gebeurt dan kunnen de beide soorten ieder een andere kant op evolueren onder invloed van verschillende vormen van selectiedruk vanuit de omgeving waarin zij leven.
De verwantschap van soorten die nu leven kunnen we bekijken door te kijken naar hun overeenkomsten en verschillen, zowel op fysiek niveau (hoe zien ze er uit) als op ontwikkelingsniveau (welke levensfases doorlopen ze) als op moleculair niveau (welke eiwitten en DNA-sequentie overeenkomsten hebben ze (zie stukje bij thema 1 als inleiding op thema 2). Dit zegt echter nog niets over soorten die vroeger leefden en die nu uitgestorven zijn. Om ook deze dieren in de evolutonaire boom te kunnen zetten moeten we zoeken naar hun overblijfselen: fossielen. Paleontologie is de tak van de wetenschap die zich bezighoudt met het verzamelen en bestuderen van fossielen. Ook in overblijfselen vinden we fysieke, ontwikkelings en moleculaire aanwijzingen met betrekking tot verwantschap tussen de soorten. Door de fossielen te dateren kan de paleontoloog ze ook nog op de juiste historische plek in de boom zetten. Dit dateren gebeurt met carbon-dating als het gaat om organismen gaat die jonger zijn dan 60.000 jaar. Als het gaat om oudere fossielen dan kan het gesteente waarin ze gevonden worden gedateerd worden middels het verval van andere radio-isotopen waaronder Kalium-40, Uranium-235 en Thorium-232. Een iets simpelere methode (als je geen radio-lab tot je beschikking hebt) is het kijken naar het gesteente en dit te vergelijken met andere gesteentes of lagen van gesteente er omheen. Dit kan een indicatie geven over de ouderdom omdat de gesteentes gerelateerd kunnen worden aan een bepaalde periode van het landschap of omdat de fossielen die in de bepaalde lagen voorkomen gidsfossielen zijn: organismen die alleen in een bepaalde (korte) periode voorkwamen en toen uitgestorven zijn (beide voorbeelden zijn goed terug te vinden in de gesteentelagen van de Grand Canyon).
Wil je online oefenmateriaal bekijken ga dan naar de volgende link:
http://www.biologiesite.nl/internetlesevolutie.htm (deze is echt heel goed als je je op evolutie wilt voorbereiden, exclusief de genetica)
Darwin baseerde zijn theorie, dat natuurlijke selectie de drijvende factor is achter de evolutie van soorten over geologische tijd, op zijn waarnemingen tijdens zijn reis naar de Galapagos eilanden met het schip 'The Beagle' en ook vooral op zijn ervaringen met het fokken van duiven. Alfred Wallace was op hetzelfde idee gekomen zo rond dezelfde tijd maar puur als een theorie, terwijl Darwin een overvloed aan data en bewijzen had verzameld om zijn theorie te onderbouwen. Beide heren stelden dat de natuur variatie kent en dat die variatie willekeurig ontstaat. Gunstige eigenschappen worden overgeërfd van generatie op generatie terwijl ongunstige eigenschappen verloren gaan omdat individuen met deze eigenschappen minder succesvol zullen zijn in het maken van nakomelingen. Daarbij komt dat er altijd meer nakomelingen geboren worden dan kunnen overleven en dat de kinderen met de gunstigste eigenschappen, die het "fitst" zijn, zullen overleven en reproduceren. Zoals Bas Haring in zijn boek 'Kaas en de Evolutietheorie' zegt: Het leven is hard. Dit noemen we tegenwoordig: Survival of the Fittest! Dat het leven hard is en dat er meer geboren worden dan kunnen overleven, kun je zien als selectiedruk. De eigenschappen die een individu dan een voorsprong geven in zijn overlevingskansen noemen we adaptaties, ofwel aanpassingen aan de omgeving.
Jean-Baptiste de Lamarck had een geheel andere theorie over de ontwikkeling van soorten. Hij stelde dat gunstige eigenschappen die een individu verwerft tijdens het leven kunnen worden overgedragen op de nakomelingen. Een klassiek voorbeeld hiervan is de lange nek van de giraf. Lamarck stelde dat giraffen in de loop der tijd steeds langere nekken hadden gekregen door vooral heel veel te strekken. En de steeds langer wordende nek zou dan doorgegeven worden aan de volgende generatie.
Geen enkele van deze heren was bekend met genetica, de basisregels daarvan werden ontdekt tussen 1856 en1863 door Gregor Mendel, je weet wel, die monnik met de doperwten. Het begrip 'gen' werd pas gedefinieerd in 1909 door Wilhelm Johanssen. Latere genetica zou uitwijzen dat Lamarck er naast zat en dat Darwin het bij het rechte eind had met betrekking tot de overerving van eigenschappen. Hoe de ene soort uit de andere kon ontstaan, dat wist Darwin nog niet precies alhoewel de Galapagosreis hem wel een goed idee daarover gaf. Het heeft namelijk te maken met reproductieve isolatie: hierbij is de ene populatie van een soort geïsoleerd van een andere populatie van dezelfde soort. Als dit gebeurt dan kunnen de beide soorten ieder een andere kant op evolueren onder invloed van verschillende vormen van selectiedruk vanuit de omgeving waarin zij leven.
De verwantschap van soorten die nu leven kunnen we bekijken door te kijken naar hun overeenkomsten en verschillen, zowel op fysiek niveau (hoe zien ze er uit) als op ontwikkelingsniveau (welke levensfases doorlopen ze) als op moleculair niveau (welke eiwitten en DNA-sequentie overeenkomsten hebben ze (zie stukje bij thema 1 als inleiding op thema 2). Dit zegt echter nog niets over soorten die vroeger leefden en die nu uitgestorven zijn. Om ook deze dieren in de evolutonaire boom te kunnen zetten moeten we zoeken naar hun overblijfselen: fossielen. Paleontologie is de tak van de wetenschap die zich bezighoudt met het verzamelen en bestuderen van fossielen. Ook in overblijfselen vinden we fysieke, ontwikkelings en moleculaire aanwijzingen met betrekking tot verwantschap tussen de soorten. Door de fossielen te dateren kan de paleontoloog ze ook nog op de juiste historische plek in de boom zetten. Dit dateren gebeurt met carbon-dating als het gaat om organismen gaat die jonger zijn dan 60.000 jaar. Als het gaat om oudere fossielen dan kan het gesteente waarin ze gevonden worden gedateerd worden middels het verval van andere radio-isotopen waaronder Kalium-40, Uranium-235 en Thorium-232. Een iets simpelere methode (als je geen radio-lab tot je beschikking hebt) is het kijken naar het gesteente en dit te vergelijken met andere gesteentes of lagen van gesteente er omheen. Dit kan een indicatie geven over de ouderdom omdat de gesteentes gerelateerd kunnen worden aan een bepaalde periode van het landschap of omdat de fossielen die in de bepaalde lagen voorkomen gidsfossielen zijn: organismen die alleen in een bepaalde (korte) periode voorkwamen en toen uitgestorven zijn (beide voorbeelden zijn goed terug te vinden in de gesteentelagen van de Grand Canyon).
Wil je online oefenmateriaal bekijken ga dan naar de volgende link:
http://www.biologiesite.nl/internetlesevolutie.htm (deze is echt heel goed als je je op evolutie wilt voorbereiden, exclusief de genetica)
DNA-Mutatiesnelheid: de Evolutionaire Klok
Figuur 4. De Hominidae familie evolutionair bezien.
Figuur 4 laat de exacte evolutionaire verwantschappen zien van de mensachtigen. Op basis van fysieke overeenkomsten en DNA overeenkomsten zijn de organismen gegroepeerd op www.tolweb.org. We zien hier twee groepen met een sterretje, die groepen zijn uitgestorven. Opgegraven skeletten hebben voor deze groepen gediend als onderzoeksmateriaal (Lucy en anderen voor de groep van de Australopithecus en Ardi voor de groep van de Ardipithecus).
Helaas gaat het DNA vaak verloren bij bot-fossielen. Het oudste DNA dat we hebben van mensachtigen komt van de samengeraapte samples uit de 38.000 jaar oude botten van verschillende Neanderthalers (eigenlijk heel bijzonder dat we dit nog hebben, kun je nagaan hoe stabiel DNA is!). De Neanderthaler staat niet in deze boom omdat die nog dichterbij ons staan, hiervoor zou je dus door moeten klikken op het geslacht Homo.
Als DNA gebruikt wordt om de evolutionaire relatie van een uitgestorven soort aan andere soorten te dateren dan kijken de onderzoekers niet alleen naar het percentage homologie (overeenkomst) tussen de genomen van verschillende soorten. Ze maken ook een aanname over de mutatiesnelheid van DNA: ze gaan er hierbij vanuit dat de mutatiesnelheid een constante is, de moleculaire klok. Door gebruik te maken van de mutatiesnelheid kun je dus berekenen hoe lang geleden twee soorten ieder een andere kant op gegaan zijn in de evolutie. Daar zitten een aantal haken en ogen aan waar we hier niet verder op in gaan maar die op Wikipedia heel mooi uitgelegd staan (http://en.wikipedia.org/wiki/Human_mitochondrial_molecular_clock).
Voor de meest precieze bepaling van verwantschappen gebruiken wetenschappers mitochondriaal DNA (mtDNA). Mitochondrien hebben eigen DNA en erven uitsluitend via de moeder over. Bepaalde regionen in het mtDNA zijn hypervariabel, er treden veel mutaties op, en deze stukken worden gebruikt voor dit soort studies. Door te kijken naar de mutaties in het mtDNA van de verschillende mensachtigen, is het dus theoretisch mogelijk om terug te gaan naar een allereerste menselijke EVA. De volgende website geeft informatie over mtDNA en de evolutie van de mens: http://www.bskempen.be/info_files_nl/mitochondrisch_dna.htm. Ook kun je op dezelfde site andere handige informatie vinden over het ontstaan van het leven (http://www.bskempen.be/info_files_nl/ontstaanleven.htm), het proces van DNA tot eiwit (http://www.bskempen.be/info_files_nl/dna_naar_eiwit.htm) en andere zaken.
Het bewijs voor de leeftijd van de partiële skeletten van Lucy en Ardi komt van andere bronnen dan DNA aangezien het DNA van die skeletten reeds vergaan was. Bij deze skeletten is het bewijs gebaseerd op: 1. de locatie, 2. de leeftijd van het gesteente, 3. de omringende fossielen, 4. radio-isotoop verval.
Een heel mooi Engels artikel over de gebruikte methodes voor Lucy kun je vinden op: http://geology.fullerton.edu/whenderson/f2007201/humanorigin/sites.html.
Een ander mooi artikel over Lucy is te vinden op http://www.wired.com/wiredscience/2009/02/lucy/
Helaas gaat het DNA vaak verloren bij bot-fossielen. Het oudste DNA dat we hebben van mensachtigen komt van de samengeraapte samples uit de 38.000 jaar oude botten van verschillende Neanderthalers (eigenlijk heel bijzonder dat we dit nog hebben, kun je nagaan hoe stabiel DNA is!). De Neanderthaler staat niet in deze boom omdat die nog dichterbij ons staan, hiervoor zou je dus door moeten klikken op het geslacht Homo.
Als DNA gebruikt wordt om de evolutionaire relatie van een uitgestorven soort aan andere soorten te dateren dan kijken de onderzoekers niet alleen naar het percentage homologie (overeenkomst) tussen de genomen van verschillende soorten. Ze maken ook een aanname over de mutatiesnelheid van DNA: ze gaan er hierbij vanuit dat de mutatiesnelheid een constante is, de moleculaire klok. Door gebruik te maken van de mutatiesnelheid kun je dus berekenen hoe lang geleden twee soorten ieder een andere kant op gegaan zijn in de evolutie. Daar zitten een aantal haken en ogen aan waar we hier niet verder op in gaan maar die op Wikipedia heel mooi uitgelegd staan (http://en.wikipedia.org/wiki/Human_mitochondrial_molecular_clock).
Voor de meest precieze bepaling van verwantschappen gebruiken wetenschappers mitochondriaal DNA (mtDNA). Mitochondrien hebben eigen DNA en erven uitsluitend via de moeder over. Bepaalde regionen in het mtDNA zijn hypervariabel, er treden veel mutaties op, en deze stukken worden gebruikt voor dit soort studies. Door te kijken naar de mutaties in het mtDNA van de verschillende mensachtigen, is het dus theoretisch mogelijk om terug te gaan naar een allereerste menselijke EVA. De volgende website geeft informatie over mtDNA en de evolutie van de mens: http://www.bskempen.be/info_files_nl/mitochondrisch_dna.htm. Ook kun je op dezelfde site andere handige informatie vinden over het ontstaan van het leven (http://www.bskempen.be/info_files_nl/ontstaanleven.htm), het proces van DNA tot eiwit (http://www.bskempen.be/info_files_nl/dna_naar_eiwit.htm) en andere zaken.
Het bewijs voor de leeftijd van de partiële skeletten van Lucy en Ardi komt van andere bronnen dan DNA aangezien het DNA van die skeletten reeds vergaan was. Bij deze skeletten is het bewijs gebaseerd op: 1. de locatie, 2. de leeftijd van het gesteente, 3. de omringende fossielen, 4. radio-isotoop verval.
Een heel mooi Engels artikel over de gebruikte methodes voor Lucy kun je vinden op: http://geology.fullerton.edu/whenderson/f2007201/humanorigin/sites.html.
Een ander mooi artikel over Lucy is te vinden op http://www.wired.com/wiredscience/2009/02/lucy/
Micro en Macro Evolutie
Figuur 5. Micro versus Macro Evolutie
Evolutie vindt plaats op verschillende niveaus. Als we het over veranderingen binnen een soort hebben, spreken we van micro-evolutie. Als het gaat om de evolutie van nieuwe soorten in bijvoorbeeld een geslacht of familie dan hebben we het over macro-evolutie. De drijvende krachten achter beide vormen van evolutie zijn uiteraard exact hetzelfde: 1. mutatie, 2. migratie, 3. genetic drift, en 4. natuurlijke selectie.
Micro-Evolutie
De evolutie van een soort meten we aan de veranderingen van genen. Hierbij komt dus heel wat genetica kijken (zie VWO4). Sommige soorten lijken helemaal niet te evolueren, zo is de degenkrab in de afgelopen 360 miljoen jaar niet veranderd. Je zou het een levend fossiel kunnen noemen. Als een soort niet verandert dan is paring tussen individuen onderling dus willekeurig en zal de allelfrequentie van de verschillende genen dus ook niet veranderen. Deze wetmatigheid bij de afwezigheid van selectiedruk werd al in 1908 beschreven door een natuurkundige en een wiskundige, en is naar hun vernoemd als de regel van Hardy-Weinberg. De regel van Hardy-Weinberg komt tot uiting in de volgende formule voor een gen-locus van een diploïd organisme waarbij twee allelen een rol spelen:
p2 + 2pq +q2 = 1
Deze regel komt tot stand als in de eerste generatie (P) allel A en a voorkomen en die generatie de volgende generatie (F1) maakt waarbij de allelfrequenties van de ene op de andere generatie gelijk blijft. Waarbij:
p2 = homozygoot AA
2pq = heterozygoot Aa
q2 = homozygoot aa
De allelfrequentie van p en q zijn in een generatie altijd één (p+q = 1). Stel dat in de P-generatie p = 0.6 en q = 0.4. Dan moeten de volgende generaties dus dezelfde frequenties hebben, alleen dan is er geen sprake van selectiedruk. Vind je in de volgende generaties een ander getal, bijvoorbeeld p =0.5 en q = 0.5 dan heeft er dus een positieve selectie voor het q allel plaatsgevonden in vergelijking met de eerste generatie. De regel van Hary-Weinberg gaat voor die populatie dan dus NIET op.
Onder welke voorwaarden kent een populatie nou een Hardy-Weinberg evenwicht?
1. Grote populatie waardoor genetic drift uitgesloten wordt
2. Random mating die niet beïnvloedt wordt door de genotypes van de individuen
3. Geen mutaties of geen verschil in mutatiefrequenties van de allelen op hetzelfde locus
4. Reproductieve isolatie van andere populaties
5. Geen verschil in survival of reproductie tussen fenotypes onderling.
Bioplek heeft een interactieve unit over populatiegenetica (micro-evolutie) waarin je Hardy-Weinberg nog eens in de praktijk kunt bestuderen:
http://www.bioplek.org/animaties/populaties/populatiegenetica1.html
Ook de website 'Alles over DNA' heeft leuke links en oefeningen (waaronder een link naar Bioplek): http://www.allesoverdna.nl/woordenboek/hardy-weinberg.html
Berkeley heeft een hele goede online tutorial over evolutie waarin micro en macro evolutie helder uitgelegd worden.
Het Engels is heel toegankelijk en de uitleg uiterst simpel: http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/evo_01
Ook Nature heeft een speciale unit over populatiegenetica: http://www.nature.com/scitable/definition/hardy-weinberg-equation-299
Onderstaande file bevat oefenmateriaal van simpel tot moeilijk voor het oefenen met allelfrequenties en Hardy-Weinberg equilibria. Je krijgt eerst een voorbeeld en daarna vergelijkbare opgaves en pas aan het einde de uitwerkingen van die opgaves. Als je slim bent probeer je dus eerst zelf met behulp van de voorbeeldopgave de opdrachten te maken voordat je naar de antwoorden gaat gluren... OMG wat een open deur is dit!
Micro-Evolutie
De evolutie van een soort meten we aan de veranderingen van genen. Hierbij komt dus heel wat genetica kijken (zie VWO4). Sommige soorten lijken helemaal niet te evolueren, zo is de degenkrab in de afgelopen 360 miljoen jaar niet veranderd. Je zou het een levend fossiel kunnen noemen. Als een soort niet verandert dan is paring tussen individuen onderling dus willekeurig en zal de allelfrequentie van de verschillende genen dus ook niet veranderen. Deze wetmatigheid bij de afwezigheid van selectiedruk werd al in 1908 beschreven door een natuurkundige en een wiskundige, en is naar hun vernoemd als de regel van Hardy-Weinberg. De regel van Hardy-Weinberg komt tot uiting in de volgende formule voor een gen-locus van een diploïd organisme waarbij twee allelen een rol spelen:
p2 + 2pq +q2 = 1
Deze regel komt tot stand als in de eerste generatie (P) allel A en a voorkomen en die generatie de volgende generatie (F1) maakt waarbij de allelfrequenties van de ene op de andere generatie gelijk blijft. Waarbij:
p2 = homozygoot AA
2pq = heterozygoot Aa
q2 = homozygoot aa
De allelfrequentie van p en q zijn in een generatie altijd één (p+q = 1). Stel dat in de P-generatie p = 0.6 en q = 0.4. Dan moeten de volgende generaties dus dezelfde frequenties hebben, alleen dan is er geen sprake van selectiedruk. Vind je in de volgende generaties een ander getal, bijvoorbeeld p =0.5 en q = 0.5 dan heeft er dus een positieve selectie voor het q allel plaatsgevonden in vergelijking met de eerste generatie. De regel van Hary-Weinberg gaat voor die populatie dan dus NIET op.
Onder welke voorwaarden kent een populatie nou een Hardy-Weinberg evenwicht?
1. Grote populatie waardoor genetic drift uitgesloten wordt
2. Random mating die niet beïnvloedt wordt door de genotypes van de individuen
3. Geen mutaties of geen verschil in mutatiefrequenties van de allelen op hetzelfde locus
4. Reproductieve isolatie van andere populaties
5. Geen verschil in survival of reproductie tussen fenotypes onderling.
Bioplek heeft een interactieve unit over populatiegenetica (micro-evolutie) waarin je Hardy-Weinberg nog eens in de praktijk kunt bestuderen:
http://www.bioplek.org/animaties/populaties/populatiegenetica1.html
Ook de website 'Alles over DNA' heeft leuke links en oefeningen (waaronder een link naar Bioplek): http://www.allesoverdna.nl/woordenboek/hardy-weinberg.html
Berkeley heeft een hele goede online tutorial over evolutie waarin micro en macro evolutie helder uitgelegd worden.
Het Engels is heel toegankelijk en de uitleg uiterst simpel: http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/evo_01
Ook Nature heeft een speciale unit over populatiegenetica: http://www.nature.com/scitable/definition/hardy-weinberg-equation-299
Onderstaande file bevat oefenmateriaal van simpel tot moeilijk voor het oefenen met allelfrequenties en Hardy-Weinberg equilibria. Je krijgt eerst een voorbeeld en daarna vergelijkbare opgaves en pas aan het einde de uitwerkingen van die opgaves. Als je slim bent probeer je dus eerst zelf met behulp van de voorbeeldopgave de opdrachten te maken voordat je naar de antwoorden gaat gluren... OMG wat een open deur is dit!
hardy_weinberg_101.pdf | |
File Size: | 242 kb |
File Type: |
erfelijke_ziekten_en_afwijkingen_bij_de_mens.pdf | |
File Size: | 240 kb |
File Type: |
Leuke extraatjes bij het thema Evolutie en DNA
Hieronder vind je een pdfje met daarin het derde deel van 'The Cartoon Guide to Genetics' van Larry Gonik en Mark Wheelis. Het eerste en tweede deel dat je in de pagina's van 4 VWO kunt vinden, leggen op een hele leuke manier de ontdekking en de basisprincipes van DNA, transcriptie en translatie (deel 1) en genexpressie (deel 2) uit. Dit derde deel legt het verschil tussen prokaryoten en eukaryoten uit, en hoe het zo gekomen zou kunnen zijn. Het gaat een stapje verder dan we op school doen dus dit deel is vooral voor leerlingen die interesse hebben in genetica. Als je dit deel downloadt, heb je alleen deel 1 nodig van 4 VWO, dit derde deel bevat namelijk ook het tweede deel.
cartoon_guide_to_genetics_3.pdf | |
File Size: | 3142 kb |
File Type: |
In de les hebben we 'De Eerste Mens' gekeken van the National Geographic Channel. Delen van die video kun je op YouTube terug vinden, alsmede andere inspirerende video's waarin de geneticus Spencer Wells praat over zijn werk aan de Human Family Tree. Hieronder staat zijn praatje op het podium van TED.
Eind oktober 2012 heeft de BBC een documentaire uitgebracht met daarin de werking van de cel als het door een virus wordt aangevallen. Deze docu heb ik natuurlijk meteen gedownload en die staat per 1-11-2012 op de eduapps schijf van de school onder TTO/Biology/Video. Jullie kunnen hem in een tussenuur bekijken als je dat leuk vindt. De volgende clipjes zijn van dezelfde animators van XVIVO en Harvard University. Het zijn ' The inner life of a cell' en 'Mitochondria'. In de les hebben we de eerste bekeken met muziekachtergrond. Deze links hebben nog steeds de muziek maar nu ook een voice-over met uitleg! Voor deze unit is de eerste leuk omdat het translatie op het ribosoom laat zien. De tweede is uiteraard ook leuk .... als je van animaties/bio en mitochondrien houdt.... zoals ik :-). Enjoy!
http://multimedia.mcb.harvard.edu/anim_innerlife_lo.html
http://multimedia.mcb.harvard.edu/anim_mitochondria.html
Wil je nog meer van deze makers zien? Dat snap ik maar al te goed, ga naar: http://multimedia.mcb.harvard.edu/media.html
http://multimedia.mcb.harvard.edu/anim_innerlife_lo.html
http://multimedia.mcb.harvard.edu/anim_mitochondria.html
Wil je nog meer van deze makers zien? Dat snap ik maar al te goed, ga naar: http://multimedia.mcb.harvard.edu/media.html
Thema 3: Energie
Figuur 6: Cellulaire Ademhaling
Dit hoofdstuk gaat over de chemische processen die zich afspelen in de cellen van een organisme. Dit kunnen reacties zijn die energie, in de vorm van warmte en ATP, opleveren (exotherme reacties) of processen die juist energie kosten (endotherme reacties). Het geheel van alle processen samen noemen we de stofwisseling ofwel metabolisme. De reacties worden metabolische reacties genoemd.
Bij metabolische reacties kunnen grotere organische moleculen uit kleinere anorganische of organische moleculen worden opgebouwd. Dit noemen we assimilatie. Een voorbeeld van assimilatie is de fotosynthese reactie in planten. Assimilatie kost energie en is dus een endotherme reactie. Planten zijn autotroof; zij maken via de assimilatie van anorganische stoffen hun eigen voedsel in de vorm van glucose. Hierbij gebruiken ze als energiebron de zon.
Bij dissimilatie worden juist organische moleculen afgebroken tot kleinere moleculen. De cellulaire ademhalingsketen waarbij glucose afgebroken wordt tot koolstofdioxide en water is een goed voorbeeld (figuur 6). De afbraak van glucose kost energie maar levert ook een heleboel energie op in de vorm van de chemische verbinding Adenosine Tri Phosphate (ATP). De energie die in ATP opgesloten zit kan weer gebruikt worden bij andere metabolische reacties die zich in de cel afspelen en die energie kosten.
Bij dit onderwerp zullen we in detail ingaan op de metabolische reacties in de cel. Dat kan best pittig zijn en soms heel abstract. Voor dit hoofdstuk raad ik je daarom aan om de animaties die op de volgende website staan te gebruiken tijdens het leren: http://biologiepagina.nl/5/V5Energie/inleiding.htm. Tot mijn grote frustratie ben ik inmiddels in het BVJ-5V boek tegen een aantal fouten opgelopen in dit hoofdstuk. In basisstof 3 bij afbeelding 29 op pagina 87 staat bij het kopje Totaal: 6 NADH waar het 8 NADH moet zijn, en in basisstof 4 worden fotosysteem I en II omgedraaid (in de tekst en in de figuren). Willen jullie dus vooral de figuren in BINAS aanhouden want die zijn meestal WEL goed! Let op het woordje meestal in de vorige zin: ook BINAS heeft een fout: in tabel 69C worden 6 watermoleculen toegevoegd in de Calvincyclus. Ook al worden er watermoleculen toegevoegd, er komen er ook 12 uit en dat staat er niet in. Netto komen er 6 watermoleculen vrij bij de Calvincyclus!
Bij metabolische reacties kunnen grotere organische moleculen uit kleinere anorganische of organische moleculen worden opgebouwd. Dit noemen we assimilatie. Een voorbeeld van assimilatie is de fotosynthese reactie in planten. Assimilatie kost energie en is dus een endotherme reactie. Planten zijn autotroof; zij maken via de assimilatie van anorganische stoffen hun eigen voedsel in de vorm van glucose. Hierbij gebruiken ze als energiebron de zon.
Bij dissimilatie worden juist organische moleculen afgebroken tot kleinere moleculen. De cellulaire ademhalingsketen waarbij glucose afgebroken wordt tot koolstofdioxide en water is een goed voorbeeld (figuur 6). De afbraak van glucose kost energie maar levert ook een heleboel energie op in de vorm van de chemische verbinding Adenosine Tri Phosphate (ATP). De energie die in ATP opgesloten zit kan weer gebruikt worden bij andere metabolische reacties die zich in de cel afspelen en die energie kosten.
Bij dit onderwerp zullen we in detail ingaan op de metabolische reacties in de cel. Dat kan best pittig zijn en soms heel abstract. Voor dit hoofdstuk raad ik je daarom aan om de animaties die op de volgende website staan te gebruiken tijdens het leren: http://biologiepagina.nl/5/V5Energie/inleiding.htm. Tot mijn grote frustratie ben ik inmiddels in het BVJ-5V boek tegen een aantal fouten opgelopen in dit hoofdstuk. In basisstof 3 bij afbeelding 29 op pagina 87 staat bij het kopje Totaal: 6 NADH waar het 8 NADH moet zijn, en in basisstof 4 worden fotosysteem I en II omgedraaid (in de tekst en in de figuren). Willen jullie dus vooral de figuren in BINAS aanhouden want die zijn meestal WEL goed! Let op het woordje meestal in de vorige zin: ook BINAS heeft een fout: in tabel 69C worden 6 watermoleculen toegevoegd in de Calvincyclus. Ook al worden er watermoleculen toegevoegd, er komen er ook 12 uit en dat staat er niet in. Netto komen er 6 watermoleculen vrij bij de Calvincyclus!
Enzymen
De reacties die in onze cellen plaatsvinden gebeuren niet zomaar. De meeste reacties hebben een katalysator nodig. Dit kan bijvoorbeeld brandende benzine zijn maar dat kom je niet snel tegen in je lijf. Een enzym is een biologische katalysator doordat het de reagerende stoffen (substraten) dichter bij elkaar brengt in zijn active site. Als gevolg hiervan brengt een enzym de activeringsenergie die nodig is voor een reactie om plaats te vinden omlaag zodat die makkelijk overwonnen kan worden. Enzymen zijn substraat-specifiek en werken vaak het beste bij een optimale temperatuur en pH-waarde. Als het te koud is bewegen moleculen niet snel genoeg en is de kans dat een reactie plaatsvindt klein, als het te warm is dan verliezen eiwitten hun vorm en dus ook hun functie. Aangezien enzymen eiwitten zijn verliezen ze dus hun functie bij een hoge temperatuur. Dit verlies van vorm is onomkeerbaar en noemen we denaturatie.
Enzymen hebben vaak een co-factor of co-enzym nodig om hun functie goed te kunnen uitoefenen. Geen van beide wordt verbruikt tijdens de reacties dus er is slechts een klein beetje enzym nodig om veel reacties te kunnen catalyseren. Veel enzymatische reacties zijn evenwichtsreacties en maken deel uit van een groter geheel aan stofwisselingsreacties. Het product uit één reactie, is vaak het substraat voor de volgende. Als er aan het einde van de reactieketen een eindproduct gevormd is, kan die een remming hebben op het begin van de metabole pathway. Dit fenomeen noemen we negatieve feedback of terugkoppeling. Ik heb een prezi over enzymen gemaakt. Volg de volgende link om hem te bekijken: http://prezi.com/addlbo9jtqal/enzymen/.
Aerobe dissimilatie of cellulaire ademhaling
De verbranding van glucose in de cel gebeurt in een serie van enzymatische reacties die in verschillende secties kunnen worden onderverdeeld:
1) de Glycolyse waarin 1 molecuul glucose (met 6 C-atomen) wordt afgebroken tot 2 moleculen pyrodruivenzuur (met ieder 3 C atomen)
2) de decarboxylering van pyrodruivenzuur en koppeling van het product (acetylgroep met 2 C atomen) aan het CoA enzym
3a) de koppeling van de acetylgroep aan oxaalazijnzuur waarbij citroenzuur gevormd wordt en het CoA enzym weer vrijkomt.
3b) de citroenzuurcyclus waarbij citroenzuur weer afgebroken wordt tot oxaalazijnzuur.
4) de electronentransportketen ook wel genoemd; ademhalingsketen of oxidatieve fosforylering waarbij de vrijgekomen potentiele energie in de vorm van NADH,H+ en FADH,H+ omgezet wordt in bruikbare ATP moleculen door middel van een ionengradient over het binnenste membraan van het mitochondrium.
Stap 1 gebeurt in het cytoplasma en verbruikt geen zuurstof, terwijl de rest van de stappen in de mitochondriën van de cel plaatsvinden. Bij stap 1 genereert de cel al wat ATP (netto: 2 stuks) dus zonder mitochondriën (of zonder zuurstof) krijgt een cel toch wel wat energie uit glucose maar dat staat niet in verhouding tot de hoeveelheid ATP (netto: 36 stuks) die het complete pakket oplevert. Echter om de volledige hoeveelheid ATP te kunnen benutten moeten er dus mitochondriën en voldoende zuurstof aanwezig zijn in de cel.
Enzymen hebben vaak een co-factor of co-enzym nodig om hun functie goed te kunnen uitoefenen. Geen van beide wordt verbruikt tijdens de reacties dus er is slechts een klein beetje enzym nodig om veel reacties te kunnen catalyseren. Veel enzymatische reacties zijn evenwichtsreacties en maken deel uit van een groter geheel aan stofwisselingsreacties. Het product uit één reactie, is vaak het substraat voor de volgende. Als er aan het einde van de reactieketen een eindproduct gevormd is, kan die een remming hebben op het begin van de metabole pathway. Dit fenomeen noemen we negatieve feedback of terugkoppeling. Ik heb een prezi over enzymen gemaakt. Volg de volgende link om hem te bekijken: http://prezi.com/addlbo9jtqal/enzymen/.
Aerobe dissimilatie of cellulaire ademhaling
De verbranding van glucose in de cel gebeurt in een serie van enzymatische reacties die in verschillende secties kunnen worden onderverdeeld:
1) de Glycolyse waarin 1 molecuul glucose (met 6 C-atomen) wordt afgebroken tot 2 moleculen pyrodruivenzuur (met ieder 3 C atomen)
2) de decarboxylering van pyrodruivenzuur en koppeling van het product (acetylgroep met 2 C atomen) aan het CoA enzym
3a) de koppeling van de acetylgroep aan oxaalazijnzuur waarbij citroenzuur gevormd wordt en het CoA enzym weer vrijkomt.
3b) de citroenzuurcyclus waarbij citroenzuur weer afgebroken wordt tot oxaalazijnzuur.
4) de electronentransportketen ook wel genoemd; ademhalingsketen of oxidatieve fosforylering waarbij de vrijgekomen potentiele energie in de vorm van NADH,H+ en FADH,H+ omgezet wordt in bruikbare ATP moleculen door middel van een ionengradient over het binnenste membraan van het mitochondrium.
Stap 1 gebeurt in het cytoplasma en verbruikt geen zuurstof, terwijl de rest van de stappen in de mitochondriën van de cel plaatsvinden. Bij stap 1 genereert de cel al wat ATP (netto: 2 stuks) dus zonder mitochondriën (of zonder zuurstof) krijgt een cel toch wel wat energie uit glucose maar dat staat niet in verhouding tot de hoeveelheid ATP (netto: 36 stuks) die het complete pakket oplevert. Echter om de volledige hoeveelheid ATP te kunnen benutten moeten er dus mitochondriën en voldoende zuurstof aanwezig zijn in de cel.
Overzicht van de cellulaire ademhaling
Figuur 7. Overzicht van de energiewinning uit de afbraak van glucose
De Glycolyse
C6H12O6 + 2ADP + 2 Pi + 2NAD+ ▬► 2CH3-CO-COOH (= C3H4O3, pyruvaat) + 2ATP + 2NADH +2H+
De Decarboxylatie
2CH3 - CO - COOH + 2HS-CoA + 2NAD+ ▬► 2CH3 - CO - S-CoA + 2CO2 + 2NADH + 2H+
De Citroenzuurcyclus
2CH3 - CO - S-CoA + 2C4H4O5 (oxaalazijnzuur)+ 8H2O + 2ADP + 2 Pi + 6NAD+ + 2FAD+
▬►(9 stappen in cyclus)▬►
2HSCoA + 2C4H4O5 (oxaalazijnzuur) + 2H2O + 4CO2 + 6NADH +6H+ + 2FADH +2H+ +2ATP
Netto overzicht tot hier:
C6H12O6 + 4ADP + 4 P + 10NAD+ + 2FAD+ ▬►6CO2 + 6H2O + 4ATP + 10NADH2 + 2FADH2
STAP 4: De eindoxidaties in de electronentransportketen en oxidatieve fosforylering:
10NADH + 10H+ + 5O2 + 30ADP+ + 30Pi ▬► 10NAD+ + 10H2O + 30ATP
2FADH + 2H+ + O2 + 4ADP+ + 4Pi ▬► 2FAD + 2H2O + 4ATP
Het rendement van alle reacties samen is 2 ATP + 2 ATP + 34 ATP = 38 ATP. Maar omdat het transport van NADH,H vanuit dhet cytoplasma naar het mitochondrium energie kost (1ATP per NADH,H) wordt er nog 2 ATP van deze 38 afgetrokken en hou je 36 ATP over.
De BINAS tabellen 68A-E geven heel duidelijk aan hoe deze processen werken en voor het examen moet je dus een goed begrip hebben van de processen in deze tabellen. Een hele goede podcast (lees: briljant digi-college) over dissimilatie kun je hier bekijken in de embedded youtube file. Misschien een nadeel voor sommige leerlingen: hij is wel in het Engels. Het is zeer aan te raden de podcast te kijken met boek en BINAS open.
C6H12O6 + 2ADP + 2 Pi + 2NAD+ ▬► 2CH3-CO-COOH (= C3H4O3, pyruvaat) + 2ATP + 2NADH +2H+
De Decarboxylatie
2CH3 - CO - COOH + 2HS-CoA + 2NAD+ ▬► 2CH3 - CO - S-CoA + 2CO2 + 2NADH + 2H+
De Citroenzuurcyclus
2CH3 - CO - S-CoA + 2C4H4O5 (oxaalazijnzuur)+ 8H2O + 2ADP + 2 Pi + 6NAD+ + 2FAD+
▬►(9 stappen in cyclus)▬►
2HSCoA + 2C4H4O5 (oxaalazijnzuur) + 2H2O + 4CO2 + 6NADH +6H+ + 2FADH +2H+ +2ATP
Netto overzicht tot hier:
C6H12O6 + 4ADP + 4 P + 10NAD+ + 2FAD+ ▬►6CO2 + 6H2O + 4ATP + 10NADH2 + 2FADH2
STAP 4: De eindoxidaties in de electronentransportketen en oxidatieve fosforylering:
10NADH + 10H+ + 5O2 + 30ADP+ + 30Pi ▬► 10NAD+ + 10H2O + 30ATP
2FADH + 2H+ + O2 + 4ADP+ + 4Pi ▬► 2FAD + 2H2O + 4ATP
Het rendement van alle reacties samen is 2 ATP + 2 ATP + 34 ATP = 38 ATP. Maar omdat het transport van NADH,H vanuit dhet cytoplasma naar het mitochondrium energie kost (1ATP per NADH,H) wordt er nog 2 ATP van deze 38 afgetrokken en hou je 36 ATP over.
De BINAS tabellen 68A-E geven heel duidelijk aan hoe deze processen werken en voor het examen moet je dus een goed begrip hebben van de processen in deze tabellen. Een hele goede podcast (lees: briljant digi-college) over dissimilatie kun je hier bekijken in de embedded youtube file. Misschien een nadeel voor sommige leerlingen: hij is wel in het Engels. Het is zeer aan te raden de podcast te kijken met boek en BINAS open.
Fotosynthese
Fotosynthese is in feite het omgekeerde van cellulaire ademhaling. Fotosynthese gebeurt in autotrofe organismen die de beschikking hebben over chloroplasten. Chloroplasten zijn dan ook qua vorm en functie heel erg vergelijkbaar met mitochondriën. Zet de overeenkomsten en verschillen maar eens op een rijtje voor jezelf.
In fotosynthese worden koolstofdioxide en water in een serie reacties samengevoegd tot glucose waar als bijproduct zuurstof bij vrijkomt. Dit opbouwen van een complex molecuul uit simpele bouwstoffen noemen we assimilatie. Net als bij cellulaire ademhaling, ofwel de aerobe dissimilatie van glucose, is het allemaal niet zo simpel als de uiteindelijke reactievergelijking doet vermoeden. Bij fotosynthese zijn de reacties te verdelen in twee types die je ook heel erg mooi uit de naam van het proces kunt halen.
Foto en Synthese:
1) Foto: oftewel LICHT. Deze serie reacties noemen we de lichtreacties: In deze serie reacties wordt chemische energie in de vorm van ATP gemaakt. Hiervoor heeft de chloroplast zonlicht nodig
2) Synthese: oftewel MAKEN. In deze serie reacties wordt de energie die in de eerste serie reacties is gegenereerd, gebruikt om glucose te maken. Deze serie reacties noemen we de donkerreacties of Calvincyclus.
In fotosynthese worden koolstofdioxide en water in een serie reacties samengevoegd tot glucose waar als bijproduct zuurstof bij vrijkomt. Dit opbouwen van een complex molecuul uit simpele bouwstoffen noemen we assimilatie. Net als bij cellulaire ademhaling, ofwel de aerobe dissimilatie van glucose, is het allemaal niet zo simpel als de uiteindelijke reactievergelijking doet vermoeden. Bij fotosynthese zijn de reacties te verdelen in twee types die je ook heel erg mooi uit de naam van het proces kunt halen.
Foto en Synthese:
1) Foto: oftewel LICHT. Deze serie reacties noemen we de lichtreacties: In deze serie reacties wordt chemische energie in de vorm van ATP gemaakt. Hiervoor heeft de chloroplast zonlicht nodig
2) Synthese: oftewel MAKEN. In deze serie reacties wordt de energie die in de eerste serie reacties is gegenereerd, gebruikt om glucose te maken. Deze serie reacties noemen we de donkerreacties of Calvincyclus.
Overzicht van de licht en donkerreacties
Figuur 8. Overzicht van de licht en donkerreacties
De reacties van de fotosynthese kun je vinden in BINAS tabel 69. Hierbij moet alleen wel de kanttekening gemaakt worden dat ook BINAS niet klopt :-( . In tabel 69C worden 6 water moleculen toegevoegd in de Calvincyclus, maar die moeten er juist netto uit komen!!!
Figuur 8 geeft het perfecte chemische overzicht van de fotosynthesereacties.
Lichtreactie
12H2O + 18ADP + 18P + 12NADP+ ▬► 18ATP + 12NADPH + 12H+ + 6O2
Donkerreactie
6CO2 + 6H2O + 12NADPH + 12H+ + 18ATP ▬► C6H12O6 + 18ADP + 18P + 12NADP+ 12H2O
Handige websites:
http://users.telenet.be/ronann/biologie/fotosynthese2.htm,
http://www.aljevragen.nl/sk/biochemie/BIO162.html
Bioplek heeft een hele goede animatie waarbij de relatie tussen de licht en donkerreacties heel duidelijk uitgelegd wordt. Die animatie heb ik hieronder gecopieerd voor je.
Figuur 8 geeft het perfecte chemische overzicht van de fotosynthesereacties.
Lichtreactie
12H2O + 18ADP + 18P + 12NADP+ ▬► 18ATP + 12NADPH + 12H+ + 6O2
Donkerreactie
6CO2 + 6H2O + 12NADPH + 12H+ + 18ATP ▬► C6H12O6 + 18ADP + 18P + 12NADP+ 12H2O
Handige websites:
http://users.telenet.be/ronann/biologie/fotosynthese2.htm,
http://www.aljevragen.nl/sk/biochemie/BIO162.html
Bioplek heeft een hele goede animatie waarbij de relatie tussen de licht en donkerreacties heel duidelijk uitgelegd wordt. Die animatie heb ik hieronder gecopieerd voor je.
Tot slot heeft dezelfde meneer die die geniale podcast had over cellulaire ademhaling ook een podcast over fotosynthese. Die kun je hieronder bekijken. Wederom in het Engels en het is heel handig als je BINAS er bij houdt en aantekeningen maakt.
Wat nou als assimilatie en dissimilatie niet gaat zoals het hierboven beschreven wordt?
Je kunt je voorstellen dat in sommige omstandigheden de processen niet kunnen gaan zoals het hierboven geschetst wordt. of dat ze zich aangepast hebben aan hun omgeving die bijvoorbeeld heel rijk is in bepaalde stoffen. Vier scenario's:
1) Je bent een organisme dat woont rond zwavelbronnen in de dieptes van de grote oceaan of in een zeer nitraat/nitriet-rijke bodem. Je bent autotroof en eet geen andere organismen als energiebron. Zou je die anorganische moleculen kunnen gebruiken?
2) Je bent heterotroof en kunt dus zelf geen glucose maken. Ter compensatie eet je extra veel, zoveel dat je overschotten hebt. Uitplassen gaat niet dus dit moet opgeslagen worden of gebruikt worden bij andere processen. Wat nu?
3) Je bent heterotroof. Om glucose te verbranden heb je zuurstof nodig maar iemand heeft je tijdelijk de mond gesnoerd, of je hebt meer energie nodig dan je zuurstof hebt om die hoeveelheid te verbranden. Wat nu?
4) Je bent heterotroof maar je voorraadje glucose en glycogeen is op. Dit kan zijn omdat je wilt afvallen en opzettelijk niet genoeg eet of omdat je veel meer sport dan je aan energie binnengekregen hebt. Toch heb je energie nodig. Wat nu?
1) Je bent een organisme dat woont rond zwavelbronnen in de dieptes van de grote oceaan of in een zeer nitraat/nitriet-rijke bodem. Je bent autotroof en eet geen andere organismen als energiebron. Zou je die anorganische moleculen kunnen gebruiken?
2) Je bent heterotroof en kunt dus zelf geen glucose maken. Ter compensatie eet je extra veel, zoveel dat je overschotten hebt. Uitplassen gaat niet dus dit moet opgeslagen worden of gebruikt worden bij andere processen. Wat nu?
3) Je bent heterotroof. Om glucose te verbranden heb je zuurstof nodig maar iemand heeft je tijdelijk de mond gesnoerd, of je hebt meer energie nodig dan je zuurstof hebt om die hoeveelheid te verbranden. Wat nu?
4) Je bent heterotroof maar je voorraadje glucose en glycogeen is op. Dit kan zijn omdat je wilt afvallen en opzettelijk niet genoeg eet of omdat je veel meer sport dan je aan energie binnengekregen hebt. Toch heb je energie nodig. Wat nu?
Situatie 1)
Figuur 9. Zwavelbacteriƫn
De anorganische stoffen H2S, S, NH3 en NO2- kunnen door respectievelijk zwavelbacterien, nitraat- en nitrietbacterien, gebruikt worden in plaats van water (H2O) als electronendonor. Het pigment dat ze gebruiken is vaak niet hetzelfde chlorofyl als bij planten maar bacteriochlorofyl gemengd met caroteen en of andere pigmenten. Dit geeft ze hun rode, oranje, blauwe of paarse kleur.
De lichtreacties van de fotosynthese vinden plaats zonder verbruik van water in dit soort bacteriën en dus ook, en dat is nog veel belangrijker, zonder de productie van zuurstof! Sterker nog: dit soort organismen neemt zuurstof op voor de productie van energie in de lichtreacties. Waar dit soort organismen leven zal de zuurstofconcentratie dus vrij laag worden. Soms overwoekert een bacterie echt een heel gebied waardoor de zuurstofconcentratie dusdanig laag wordt dat andere organismen dood gaan (uiteindelijk gaan ze zelf ook dood door zuurstofgebrek...)
De lichtreacties van de fotosynthese vinden plaats zonder verbruik van water in dit soort bacteriën en dus ook, en dat is nog veel belangrijker, zonder de productie van zuurstof! Sterker nog: dit soort organismen neemt zuurstof op voor de productie van energie in de lichtreacties. Waar dit soort organismen leven zal de zuurstofconcentratie dus vrij laag worden. Soms overwoekert een bacterie echt een heel gebied waardoor de zuurstofconcentratie dusdanig laag wordt dat andere organismen dood gaan (uiteindelijk gaan ze zelf ook dood door zuurstofgebrek...)
Situatie 2) en 4)
Figuur 10. Overview van ons metabolisme van suikers, eiwitten en vetten
Via het eten krijg je allerlei stoffen binnen. Die breek je eerst af tot de kleinst mogelijke deeltjes zodat ze de bloedbaan in kunnen. Als ze in het lichaam zijn worden ze weer opgebouwd tot de grotere bestanddelen.
Zo worden eiwitten afgebroken tot aminozuren en die aminozuren worden weer gecombineerd tot nieuwe eiwitten. Hetzelfde geldt voor vetten: vetten worden afgebroken tot glycerol en vetzuurketens om in het lichaam weer opgebouwd te worden tot vet. Dit noemen we eiwitassimilatie en vetassimilatie.
Maar als je goed kijkt naar figuur 10 zie je dat het eigenlijk allemaal evenwichtsreacties zijn. Je kunt in de figuur ook zien hoe het komt dat als je heel veel glucose binnenkrijgt, meer dan je nodig hebt voor je dagelijkse hoeveelheid energie, dit via de glycolyse en Acetyl-CoA ook omgezet kan worden tot vet.
Eiwitten en vetten in het lichaam kunnen ook afgebroken worden om de energie er uit te krijgen indien dat nodig is. Dit gebeurt geregeld voor eiwitten. De overgebleven aminozuren van deze verbranding worden weer herbruikt als bouwsteen voor eiwitten (dit noemen we eiwitturnover).
Als je eiwitten gaat afbreken als energiebron hou je hierbij NH3 over. Dit kan via de urine uitgescheiden worden als ureum of kan via zweet het lichaam verlaten. Als je vetten gaat afbreken voor energie dan vorm je ketonlichamen (in de figuur zie je deze als ketones) naaast Acetyl-CoA. Één van de ketonen is aceton... je weet wel van de nagellakremover... dit adem je uit (gelukkig maar). Andere ketonlichamen zijn acetoazijnzuur en boterzuur. Dit geeft een verzuring van het weefsel en kan gevaarlijk zijn.
De Respiratoir Quotient (RQ) vertelt ons iets over wat we aan het verbranden zijn: RQ = (CO2 uit)/(O2 in). Als RQ = 1 dan gebeurt alles aeroob! Als RQ < 1 dan gebruiken we ook eiwitten of vetten in onze dissimilatie. Dit wordt duidelijk in het volgende rekenvoorbeeld:
Bij de dissimilatie van alleen glucose is de RQ gelijk aan 1,0.
C6H12O6 + 6O2 ► 6CO2 + 6H2O; dus RQ = 6/6 = 1,0.
Bij de dissimilatie van alleen vetten is de RQ gelijk aan 0,7.
2C55H106O6 (dierlijk vet) + 157O2 ► 110CO2 + 106H2O; dus RQ = 110/157 = 0,7.
Zo worden eiwitten afgebroken tot aminozuren en die aminozuren worden weer gecombineerd tot nieuwe eiwitten. Hetzelfde geldt voor vetten: vetten worden afgebroken tot glycerol en vetzuurketens om in het lichaam weer opgebouwd te worden tot vet. Dit noemen we eiwitassimilatie en vetassimilatie.
Maar als je goed kijkt naar figuur 10 zie je dat het eigenlijk allemaal evenwichtsreacties zijn. Je kunt in de figuur ook zien hoe het komt dat als je heel veel glucose binnenkrijgt, meer dan je nodig hebt voor je dagelijkse hoeveelheid energie, dit via de glycolyse en Acetyl-CoA ook omgezet kan worden tot vet.
Eiwitten en vetten in het lichaam kunnen ook afgebroken worden om de energie er uit te krijgen indien dat nodig is. Dit gebeurt geregeld voor eiwitten. De overgebleven aminozuren van deze verbranding worden weer herbruikt als bouwsteen voor eiwitten (dit noemen we eiwitturnover).
Als je eiwitten gaat afbreken als energiebron hou je hierbij NH3 over. Dit kan via de urine uitgescheiden worden als ureum of kan via zweet het lichaam verlaten. Als je vetten gaat afbreken voor energie dan vorm je ketonlichamen (in de figuur zie je deze als ketones) naaast Acetyl-CoA. Één van de ketonen is aceton... je weet wel van de nagellakremover... dit adem je uit (gelukkig maar). Andere ketonlichamen zijn acetoazijnzuur en boterzuur. Dit geeft een verzuring van het weefsel en kan gevaarlijk zijn.
De Respiratoir Quotient (RQ) vertelt ons iets over wat we aan het verbranden zijn: RQ = (CO2 uit)/(O2 in). Als RQ = 1 dan gebeurt alles aeroob! Als RQ < 1 dan gebruiken we ook eiwitten of vetten in onze dissimilatie. Dit wordt duidelijk in het volgende rekenvoorbeeld:
Bij de dissimilatie van alleen glucose is de RQ gelijk aan 1,0.
C6H12O6 + 6O2 ► 6CO2 + 6H2O; dus RQ = 6/6 = 1,0.
Bij de dissimilatie van alleen vetten is de RQ gelijk aan 0,7.
2C55H106O6 (dierlijk vet) + 157O2 ► 110CO2 + 106H2O; dus RQ = 110/157 = 0,7.
Situatie 3)
De yoghurtindustrie gebruikt melkzuurbacteriën voor de omzetting van lactose tot melkzuur. Stop wat bacteriën in melk en ze doen hun ding met als resultaat yoghurt. Hoe mooi! Melkzuurbacterën zijn anaeroob dus die gebruiken sowieso geen aerobe dissimilatie. Gist is echter wel een aerobe dissimileerder. Dus in de brood en bier/wijn industrie snoeren we deze schimmel letterlijk en figuurlijk de mond door de zuurstofvoorziening te beperken waardoor gist wel anaeroob moet dissimileren. Gist maakt echter geen melkzuur uit pyrodruivenzuur, nee het maakt iets veel mooiers: een mengsel van alcohol en koolstofdioxide.
Ook mensen kunnen gedwongen overgaan op anaerobe dissimilatie. Dit gebeurt bijvoorbeeld als we een sprint moeten trekken, we kunnen dan eenvoudigweg niet op tijd genoeg zuurstof op de plek krijgen waar het nodig is. Mensen zullen in dat geval net als bacteriën melkzuur gaan maken aan het einde van de glycolyse. Voor ieder molecuul glucose, produceer je 2 moleculen melkzuur. Het heeft een netto opbrengst van 2ATP. Wat een verschil met de aerobe dissimilatie die netto 36 ATP oplevert! Die melkzuur doet zeer in je spieren en zal dus op een later tijdstip alsnog afgebroken moeten worden... de enige manier om dit te bereiken is ademhalen en rust. Een goede doorbloeding van de spieren zal ook zorgen voor een versnelde afvoer dus warmte en een massage is aan te raden!
Ook mensen kunnen gedwongen overgaan op anaerobe dissimilatie. Dit gebeurt bijvoorbeeld als we een sprint moeten trekken, we kunnen dan eenvoudigweg niet op tijd genoeg zuurstof op de plek krijgen waar het nodig is. Mensen zullen in dat geval net als bacteriën melkzuur gaan maken aan het einde van de glycolyse. Voor ieder molecuul glucose, produceer je 2 moleculen melkzuur. Het heeft een netto opbrengst van 2ATP. Wat een verschil met de aerobe dissimilatie die netto 36 ATP oplevert! Die melkzuur doet zeer in je spieren en zal dus op een later tijdstip alsnog afgebroken moeten worden... de enige manier om dit te bereiken is ademhalen en rust. Een goede doorbloeding van de spieren zal ook zorgen voor een versnelde afvoer dus warmte en een massage is aan te raden!
Thema 5 (5VWO): Ecologie
Bij dit hoofdstuk heb ik een uitgebreide prezi gemaakt. De prezi is te vinden door deze link te volgen: http://prezi.com/zmznxz3-uyie/ecologie/
Verder hebben jullie de examenreader Ecologie uitgedeeld gekregen waarin heel wat oefenvragen staan. Als voorbereiding voor het proefwerk: bestudeer de prezi, aantekeningen, boek, reader en doe de diagnostische toets!
Verder hebben jullie de examenreader Ecologie uitgedeeld gekregen waarin heel wat oefenvragen staan. Als voorbereiding voor het proefwerk: bestudeer de prezi, aantekeningen, boek, reader en doe de diagnostische toets!
Thema 5 (6VWO): Het Zenuwstelsel
Basisstof 1: Impulsen
Een deel van de stof voor dit thema is een herhaling van wat we in 4VWO hebben gedaan maar er zit ook een stukje verdieping in. In 5VWO gaan we onder andere dieper in op de membraanpotentiaal en hoe impulsen in het zenuwstelsel worden doorgegeven. Een goede uitleg over het zenuwstelsel en impulsoverdracht wordt gegeven in de powerpoint presentatie van de Universiteit Utrecht (http://www.slideshare.net/BiologieUU/zenuwstelsel-3156276). Veel oefenmateriaal en animaties en extra uitleg kun je vinden op biologiepagina (http://www.biologiepagina.nl/6/6VImpulsgeleiding/inleiding.htm).
Andere websites die informatie geven over dit onderwerp:
http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i003267.html#myelineschede
http://www.okcompleet.info/Menu_Item_Modules/Modules_files/PZT_Neurologie_voor_de_anesthesie.html#TOC1.7.7.1
Een hele goede Engelstalige podcast van Bozeman Biology is hieronder ook te bekijken.
Een deel van de stof voor dit thema is een herhaling van wat we in 4VWO hebben gedaan maar er zit ook een stukje verdieping in. In 5VWO gaan we onder andere dieper in op de membraanpotentiaal en hoe impulsen in het zenuwstelsel worden doorgegeven. Een goede uitleg over het zenuwstelsel en impulsoverdracht wordt gegeven in de powerpoint presentatie van de Universiteit Utrecht (http://www.slideshare.net/BiologieUU/zenuwstelsel-3156276). Veel oefenmateriaal en animaties en extra uitleg kun je vinden op biologiepagina (http://www.biologiepagina.nl/6/6VImpulsgeleiding/inleiding.htm).
Andere websites die informatie geven over dit onderwerp:
http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i003267.html#myelineschede
http://www.okcompleet.info/Menu_Item_Modules/Modules_files/PZT_Neurologie_voor_de_anesthesie.html#TOC1.7.7.1
Een hele goede Engelstalige podcast van Bozeman Biology is hieronder ook te bekijken.
Neurotransmitters
Neurotransmitters zijn stoffen die een rol spelen in het overbrengen van een bericht in de zenuwen. Neurotransmitters worden uitgescheiden via synaptische blaasjes uit het pre-synaptisch membraan en hebben een effect op het post-synaptisch membraan doordat zij er aan kunnen binden via een receptor. In de verschillende delen van het zenuwstelsel spelen verschillende neurotransmitters een rol. Neurotransmitters kunnen exciterend ofwel stimulerend werken of inhiberend ofwel remmend werken.
Exciterende neurotransmitters zorgen er voor dat de Na+ kanalen opengaan. De belangrijkste stimulerende of exciterende neurotransmitter is glutamaat. Dit aminozuur is in overmaat aanwezig in de hersenschors en is belangrijk voor de communicatie tussen neuronen onderling. Het speelt een rol in de synaptische plasticiteit waardoor het belangrijk is voor hersenfuncties als stemming, leren en geheugen.
Acetylcholine is ook een stimulerende neurotransmitter die specifiek uitgescheiden wordt in de eindplaatjes van de skeletspieren en daarbij deze aanzet tot samentrekken.
Dopamine is een stimulerende neurotranspmitter die in de hersenen voorkomt en een rol speelt bij motoriek maar ook bij emotie. (Dopamine is ook een precursor voor adrenaline en noradrenaline, hormonen die elders in het lichaam ook een rol hebben.)
Inhiberende neurotransmitters zorgen er voor dat de K+ en Cl- kanalen opengaan en houden de Na+ kanalen gesloten. De belangrijkste remmende of inhiberende neurotransmitter is GABA (gamma-aminoboterzuur). GABA speelt een rol bij de motoriek en is te vinden in ~30% van de synapsspleten in de hersenen en het ruggenmerg, met name in de grijze stof/hersenschors.
Neurotransmitters worden uitgescheiden in de synapsspleet doordat Calcium ionen bij depolarisatie van de zenuwuitloper, het neuron ingaan waardoor de synaptische blaasjes met de celmembraan fuseren. Eenmaal in de synapsspleet bindt de neurotransmitter aan een receptoreiwit en heeft daar zijn effect:
1) direct: invloed op ionkanalen: snel en kortdurend effect (GABA, glutamaat, acetylcholine)
2) indirect: invloed op de activatie van second messengers: vertraagd maar ook langduriger effect. (Dopamine, serotonine, noradrenaline)
Neurotransmitters worden uit de synapsspleet verwijderd op verschillende manieren:
1) door heropname in het presynaptisch membraan
2) door afbraak door enzymen (vb: acetylcholinesterase)
Neuromodulatoren zijn stoffen die synthese, opslag, vrijkomen, bindingsvermogen of afbraak van neurotransmitters kunnen beinvloeden.
1) Lichaamseigen: Hormonen, Endorfines
2) Lichaamsvreemd:
A) Geneesmiddelen: Morfine
B) Drugs: Nicotine, Amfetamine, Valium, Cocaine, Cannabis (dit zijn slechts enkele voorbeelden)
C) Natuurlijk of synthetisch Gif: plantengif curare, slangengif strychnine, zenuwgas sarin (en vele andere voorbeelden)
De jellinekkliniek heeft een goede animatie over hoe drugs werken op de synapsspleet:
http://www.jellinek.nl/informatie-over-alcohol-drugs/drugs/drugs-in-de-hersenen/
Volg de volgende link naar een website over de connectie tussen ritaline en cocaine:
http://learn.genetics.utah.edu/content/addiction/issues/ritalin.html
Exciterende neurotransmitters zorgen er voor dat de Na+ kanalen opengaan. De belangrijkste stimulerende of exciterende neurotransmitter is glutamaat. Dit aminozuur is in overmaat aanwezig in de hersenschors en is belangrijk voor de communicatie tussen neuronen onderling. Het speelt een rol in de synaptische plasticiteit waardoor het belangrijk is voor hersenfuncties als stemming, leren en geheugen.
Acetylcholine is ook een stimulerende neurotransmitter die specifiek uitgescheiden wordt in de eindplaatjes van de skeletspieren en daarbij deze aanzet tot samentrekken.
Dopamine is een stimulerende neurotranspmitter die in de hersenen voorkomt en een rol speelt bij motoriek maar ook bij emotie. (Dopamine is ook een precursor voor adrenaline en noradrenaline, hormonen die elders in het lichaam ook een rol hebben.)
Inhiberende neurotransmitters zorgen er voor dat de K+ en Cl- kanalen opengaan en houden de Na+ kanalen gesloten. De belangrijkste remmende of inhiberende neurotransmitter is GABA (gamma-aminoboterzuur). GABA speelt een rol bij de motoriek en is te vinden in ~30% van de synapsspleten in de hersenen en het ruggenmerg, met name in de grijze stof/hersenschors.
Neurotransmitters worden uitgescheiden in de synapsspleet doordat Calcium ionen bij depolarisatie van de zenuwuitloper, het neuron ingaan waardoor de synaptische blaasjes met de celmembraan fuseren. Eenmaal in de synapsspleet bindt de neurotransmitter aan een receptoreiwit en heeft daar zijn effect:
1) direct: invloed op ionkanalen: snel en kortdurend effect (GABA, glutamaat, acetylcholine)
2) indirect: invloed op de activatie van second messengers: vertraagd maar ook langduriger effect. (Dopamine, serotonine, noradrenaline)
Neurotransmitters worden uit de synapsspleet verwijderd op verschillende manieren:
1) door heropname in het presynaptisch membraan
2) door afbraak door enzymen (vb: acetylcholinesterase)
Neuromodulatoren zijn stoffen die synthese, opslag, vrijkomen, bindingsvermogen of afbraak van neurotransmitters kunnen beinvloeden.
1) Lichaamseigen: Hormonen, Endorfines
2) Lichaamsvreemd:
A) Geneesmiddelen: Morfine
B) Drugs: Nicotine, Amfetamine, Valium, Cocaine, Cannabis (dit zijn slechts enkele voorbeelden)
C) Natuurlijk of synthetisch Gif: plantengif curare, slangengif strychnine, zenuwgas sarin (en vele andere voorbeelden)
De jellinekkliniek heeft een goede animatie over hoe drugs werken op de synapsspleet:
http://www.jellinek.nl/informatie-over-alcohol-drugs/drugs/drugs-in-de-hersenen/
Volg de volgende link naar een website over de connectie tussen ritaline en cocaine:
http://learn.genetics.utah.edu/content/addiction/issues/ritalin.html
De uitwerkingen van de vragen bij Basisstof 1 zijn hieronder te downloaden.
basisstof_1_impulsgeleiding.docx | |
File Size: | 834 kb |
File Type: | docx |
Basisstof 4: Het centrale zenuwstelsel
Het centrale zenuwstelsel bestaat uit de (A) grote hersenen, de (B) kleine hersenen, de (C) hersenstam en het (D) ruggenmerg. In deze basisstof wordt ieder onderdeel behandeld. Alle onderdelen van het CZS worden omgeven door 3 vliezen (hersenvliezen of ruggenmergvliezen).
(A&B) De grote en kleine hersenen hebben ieder een schors (buitenkant) en merg (binnenkant). De schors bevat de cellichamen van neuronen. Deze hebben een grijze kleur en daarom wordt de schors ook wel de grijze stof genoemd (gray matter). Het merg bevat de uitlopers van neuronen en heeft een witte kleur door de myelineschede die om de uitlopers (axonen en dendrieten) heenligt. De (A) grote hersenen zijn voor de verwerking en bewustwording van impulsen. De hersencentra in de grote hersenen bestaan uit groepjes cellichamen; elk lichaamsdeel heeft een eigen primair en secundair motorisch en sensorisch centrum. Primair is waar de impuls ontstaat (motorisch) of voor het eerst binnenkomt (sensorisch), secundair is waar de impulsen op elkaar afgestemd worden (motorisch) of er een associatie plaatsvindt tussen waarnemingen (sensorisch). De (B) kleine hersenen coördineren alle bewegingen van je lichaam en handhaven je evenwicht/balans.
(A&B) De grote en kleine hersenen hebben ieder een schors (buitenkant) en merg (binnenkant). De schors bevat de cellichamen van neuronen. Deze hebben een grijze kleur en daarom wordt de schors ook wel de grijze stof genoemd (gray matter). Het merg bevat de uitlopers van neuronen en heeft een witte kleur door de myelineschede die om de uitlopers (axonen en dendrieten) heenligt. De (A) grote hersenen zijn voor de verwerking en bewustwording van impulsen. De hersencentra in de grote hersenen bestaan uit groepjes cellichamen; elk lichaamsdeel heeft een eigen primair en secundair motorisch en sensorisch centrum. Primair is waar de impuls ontstaat (motorisch) of voor het eerst binnenkomt (sensorisch), secundair is waar de impulsen op elkaar afgestemd worden (motorisch) of er een associatie plaatsvindt tussen waarnemingen (sensorisch). De (B) kleine hersenen coördineren alle bewegingen van je lichaam en handhaven je evenwicht/balans.
Figuur 11. Het Centrale Zenuwstelsel
De (C) hersenstam bestaat uit meerdere delen: het (1) verlengde merg, de (2) pons, de (3) middenhersenen, de (4) thalamus en de hypothalamus.
(1) In het verlengde merg (medulla oblongata) kruisen de impulsbanen van de linker en rechterkant van het lichaam elkaar. Het bevat ook verschillende centra van het
autonome zenuwstelsel zoals het cardio-vasulaire centrum en het ademcentrum.
(2) De pons ligt boven het verlengde merg en stuurt informatie betreffende beweging door van de motorische hersencentra naar het cerebellum.
(3) De reflexbogen van hoofd en hals lopen via de middenhersenen. Ook de impulsen die afkomstig zijn van dit deel van het lichaam gaan via dit gebied door naar de kleine en grote hersenen.
(4) De hypofyse, hypothalamus en thalamus worden samen ook wel de tussenhersenen genoemd. De thalamus is het deel van de hersenstam dat in verbinding staat met de grote hersenen. De hypothalamus controleert homeostase door centra van het autonome zenuwstelsel in het verlengde merg te beïnvloeden met neurohormonen en door het hormoonstelsel aan te sturen. De hypothalamus scheidt neurohormonen uit ofwel releasing factoren die een effect hebben op de secretie van hormonen door de hypofyse.
(1) In het verlengde merg (medulla oblongata) kruisen de impulsbanen van de linker en rechterkant van het lichaam elkaar. Het bevat ook verschillende centra van het
autonome zenuwstelsel zoals het cardio-vasulaire centrum en het ademcentrum.
(2) De pons ligt boven het verlengde merg en stuurt informatie betreffende beweging door van de motorische hersencentra naar het cerebellum.
(3) De reflexbogen van hoofd en hals lopen via de middenhersenen. Ook de impulsen die afkomstig zijn van dit deel van het lichaam gaan via dit gebied door naar de kleine en grote hersenen.
(4) De hypofyse, hypothalamus en thalamus worden samen ook wel de tussenhersenen genoemd. De thalamus is het deel van de hersenstam dat in verbinding staat met de grote hersenen. De hypothalamus controleert homeostase door centra van het autonome zenuwstelsel in het verlengde merg te beïnvloeden met neurohormonen en door het hormoonstelsel aan te sturen. De hypothalamus scheidt neurohormonen uit ofwel releasing factoren die een effect hebben op de secretie van hormonen door de hypofyse.
(D) Het ruggenmerg ligt beschermd in het wervelkanaal in de wervels. Het loopt van de bovenste wervel tot aan de tweede lendewervel. Tussen de wervels verlaten ruggenmergzenuwen de kolom. Na de tweede lendewervel waaieren ruggenmergzenuwen uit via de wervels maar is er geen merg meer. Het merg ziet er uit als een witte buis met een grijze vlindervormige binnenkant. In de grijze stof liggen, net als in de grijze stof van de hersenen, de cellichamen van de schakelneuronen en de motorische neuronen, in de witte buitenkant liggende uitlopers van de neuronen (zie figuur 12). Aan de rugzijde (dorsal horn) zijn dit uitlopers van de sensorische neuronen die informatie het ruggenmerg in brengen en aan de buikzijde zijn dit uitlopers van motorische neuronen (ventral horn) die informatie het ruggenmerg uit brengen. Maar de meeste uitlopers in de witte stof zijn die van de schakelneuronen die informatie omhoog en omlaag transporteren door het ruggenmerg heen van en naar de hersenen.De cellichamen van de sensorische neuronen liggen in spinale ganglia of zenuwknopen (dorsal root ganglion) vlak buiten het CZS. In het midden van het ruggenmerg zit een centraal kanaal. Dit kanaal staat in verbinding met het hersenvocht in de hersenholten.
Als een bericht te urgent is om overdacht te worden dan volgt er in het ruggemerg een reflexboog waarbij de schakelneuronen tussen de sensorische input en de motorische output direct een brug vormen om een reactie te bewerkstelligen. Er gaat dan ook een bericht naar boven maar bewustwording van de reflex gebeurt pas als de reflex al geweest is.
Figuur 12. Het ruggemerg
Als een bericht te urgent is om overdacht te worden dan volgt er in het ruggemerg een reflexboog waarbij de schakelneuronen tussen de sensorische input en de motorische output direct een brug vormen om een reactie te bewerkstelligen. Er gaat dan ook een bericht naar boven maar bewustwording van de reflex gebeurt pas als de reflex al geweest is.
Figuur 12. Het ruggemerg
De uitwerkingen van de vragen bij basisstof 4 zijn hieronder te downloaden:
uitwerkingen_basisstof_4.docx | |
File Size: | 20 kb |
File Type: | docx |
Boekje van De Praktijk: Het Brein
Het hele cahier over Het Brein kun je hier: http://bwm.trefcon.nl/media/pdf/Brein%20in%20beeld.pdf online lezen.
Voor de toets moet je weten welke technieken artsen tot hun beschikking hebben om de hersenen te bekijken/bestuderen en hoe die technieken werken. In welke situatie pas je welke techniek, MRI, fMRI, PET, of CT-scan, toe?
De werkbladen die online staan hebben we gedaan in de les. Onderwerpen die aan bod komen kunnen ook gevraagd worden in de toets: ADHD, Alzheimer, Liefde. Het volgende Engelstalige videootje geeft een begrijpelijke uitlegover Alzheimer:
Voor de toets moet je weten welke technieken artsen tot hun beschikking hebben om de hersenen te bekijken/bestuderen en hoe die technieken werken. In welke situatie pas je welke techniek, MRI, fMRI, PET, of CT-scan, toe?
De werkbladen die online staan hebben we gedaan in de les. Onderwerpen die aan bod komen kunnen ook gevraagd worden in de toets: ADHD, Alzheimer, Liefde. Het volgende Engelstalige videootje geeft een begrijpelijke uitlegover Alzheimer:
Extra uitleg over Alzheimer bij video en cahier:
Figuur 13. Hersenen van Alzheimerpatienten hebben
minder hersenweefsel en meer hersenvocht.
Alzheimer wordt veroorzaakt door een ophoping van plaques en tangles in de hippocampus die zich bij een verder verloop van de ziekte verspreiden naar de rest van de hersenen. De hersenomvang wordt in het verloop van de ziekte ook kleiner door het afsterven van hersenweefsel. De plaques zijn plekken tussen de zenuwcellen waar (1) amyloïd
eiwit is opgehoopt, de (2) neurofibrillaire tangles zijn vezelachtige structuren binnen de neuronen zelf.
(1) Amyloïd is een algemene term voor eiwitfragmenten die het lichaam normaal produceert. Beta-amyloïd is een eiwitfragment dat van een ander eiwit, namelijk ‘amyloid precursor protein’ (APP), is afgeknipt. In gezonde hersenen worden deze eiwitfragmenten afgebroken en verwijderd. Bij de ziekte van Alzheimer hopen die gedeelten zich op en vormen ze harde, onoplosbare plaques. De plaques verhinderen op deze manier goede impulsgeleiding van neuronen.
(2) Neurofibrillaire tangles bestaan uit onoplosbare samengestrengelde vezels die in de hersencellen te vinden zijn. Deze knopen bestaan voornamelijk uit het tau-eiwit. Normaal gesproken vervult dit eiwit een belangrijke rol bij de instandhouding van de structuur en de stevigheid van de zenuwcel. Microscopische, draadvormige buisjes zorgen voor
verbinding binnen deze structuur. Deze microtubules zijn van belang voor het vervoer van ondermeer voedingsstoffen en prikkels in de neuron.Door een nog onbekende oorzaak kan de opbouw van het tau-eitwit veranderen. Deze mutatie tast de zenuwcel aan en veroorzaakt tevens een verslechtering van de communicatie in de cel. Uiteindelijk kan de aangetaste zenuwcel zelfs geheel afsterven. Bron: https://www.alzheimer.nl/over-alzheimer/achtergrondinformatie/medische-illustraties/hersenen-en-alzheimer.
minder hersenweefsel en meer hersenvocht.
Alzheimer wordt veroorzaakt door een ophoping van plaques en tangles in de hippocampus die zich bij een verder verloop van de ziekte verspreiden naar de rest van de hersenen. De hersenomvang wordt in het verloop van de ziekte ook kleiner door het afsterven van hersenweefsel. De plaques zijn plekken tussen de zenuwcellen waar (1) amyloïd
eiwit is opgehoopt, de (2) neurofibrillaire tangles zijn vezelachtige structuren binnen de neuronen zelf.
(1) Amyloïd is een algemene term voor eiwitfragmenten die het lichaam normaal produceert. Beta-amyloïd is een eiwitfragment dat van een ander eiwit, namelijk ‘amyloid precursor protein’ (APP), is afgeknipt. In gezonde hersenen worden deze eiwitfragmenten afgebroken en verwijderd. Bij de ziekte van Alzheimer hopen die gedeelten zich op en vormen ze harde, onoplosbare plaques. De plaques verhinderen op deze manier goede impulsgeleiding van neuronen.
(2) Neurofibrillaire tangles bestaan uit onoplosbare samengestrengelde vezels die in de hersencellen te vinden zijn. Deze knopen bestaan voornamelijk uit het tau-eiwit. Normaal gesproken vervult dit eiwit een belangrijke rol bij de instandhouding van de structuur en de stevigheid van de zenuwcel. Microscopische, draadvormige buisjes zorgen voor
verbinding binnen deze structuur. Deze microtubules zijn van belang voor het vervoer van ondermeer voedingsstoffen en prikkels in de neuron.Door een nog onbekende oorzaak kan de opbouw van het tau-eitwit veranderen. Deze mutatie tast de zenuwcel aan en veroorzaakt tevens een verslechtering van de communicatie in de cel. Uiteindelijk kan de aangetaste zenuwcel zelfs geheel afsterven. Bron: https://www.alzheimer.nl/over-alzheimer/achtergrondinformatie/medische-illustraties/hersenen-en-alzheimer.
Extra uitleg over ADHD bij video en cahier:
Figuur 14: ADHD PET scans
Attention Deficit Hyperactivity Disorder is een aandoening waarbij de patienten een aantoonbaar kleiner hersenvolume hebben wat zich vooral laat zien in de grootte van de prefrontale cortex, het cerebellum (de kleine hersenen) en de nucleus caudatus. Naast onderzoek naar hersenvolume, zijn de resultaten uit onderzoek over hersenactiviteit ook veelzeggend. Sommige patienten met ADHD hebben lagere levels van de neurotransmitter dopamine en van dopamine transporters (die zorgen voor de heropname van dopamine) in hun hersenen, terwijl andere patienten juist een verhoogde hoeveelheid dopamine transporters hebben waardoor dopamine minder lang in de synapsspleet blijft.
Dopamine geeft een positief signaal/beloning en speelt als zodanig onder andere een rol bij cognitieve prestaties. De theorie is dat, omdat ADHD patienten lagere dopamine levels hebben, ze minder beloond worden bij een taak en dus sneller afgeleid zijn. Het medicijn Ritalin blokkeert de dopamine transporters en zorgt zo voor hogere levels en langdurigere dopamine levels in de synapsspleet.
Serotonine zou ook een rol kunnen spelen in ADHD aangezien serotonine het dopaminerge circuit reguleert: Serotonine is namelijk een inhiberende neurotransmitter op dezelfde neuronen als op welke dopamine een exciterende neurotransmitter is.
VERLIEFD?
De neurotransmitters serotonine, dopamine en nor-adrenaline spelen ook een grote rol in verliefdheid. Tijdens deze fase van het leven is het niveau van serotonine laag terwijl het niveau van de andere twee juist hoog is.De juiste cocktail van deze stoffen zorgt dus voor een verliefd gevoel. Dit gevoel duurt (meestal) niet eeuwig, hoewel er koppels zijn die beweren na vijftig jaar huwelijk nog steeds hopeloos verliefd op elkaar te zijn.
Het laatste vieootje hieronder is gewoon grappig: twee tegenstanders over het fenomeen van de geest: is er iets meer in het leven of is het brein gewoon een levende chemische computer?
Attention Deficit Hyperactivity Disorder is een aandoening waarbij de patienten een aantoonbaar kleiner hersenvolume hebben wat zich vooral laat zien in de grootte van de prefrontale cortex, het cerebellum (de kleine hersenen) en de nucleus caudatus. Naast onderzoek naar hersenvolume, zijn de resultaten uit onderzoek over hersenactiviteit ook veelzeggend. Sommige patienten met ADHD hebben lagere levels van de neurotransmitter dopamine en van dopamine transporters (die zorgen voor de heropname van dopamine) in hun hersenen, terwijl andere patienten juist een verhoogde hoeveelheid dopamine transporters hebben waardoor dopamine minder lang in de synapsspleet blijft.
Dopamine geeft een positief signaal/beloning en speelt als zodanig onder andere een rol bij cognitieve prestaties. De theorie is dat, omdat ADHD patienten lagere dopamine levels hebben, ze minder beloond worden bij een taak en dus sneller afgeleid zijn. Het medicijn Ritalin blokkeert de dopamine transporters en zorgt zo voor hogere levels en langdurigere dopamine levels in de synapsspleet.
Serotonine zou ook een rol kunnen spelen in ADHD aangezien serotonine het dopaminerge circuit reguleert: Serotonine is namelijk een inhiberende neurotransmitter op dezelfde neuronen als op welke dopamine een exciterende neurotransmitter is.
VERLIEFD?
De neurotransmitters serotonine, dopamine en nor-adrenaline spelen ook een grote rol in verliefdheid. Tijdens deze fase van het leven is het niveau van serotonine laag terwijl het niveau van de andere twee juist hoog is.De juiste cocktail van deze stoffen zorgt dus voor een verliefd gevoel. Dit gevoel duurt (meestal) niet eeuwig, hoewel er koppels zijn die beweren na vijftig jaar huwelijk nog steeds hopeloos verliefd op elkaar te zijn.
Het laatste vieootje hieronder is gewoon grappig: twee tegenstanders over het fenomeen van de geest: is er iets meer in het leven of is het brein gewoon een levende chemische computer?
Volg de komende link naar een waanzinnige goede Engelstalige site over biologie. Met name de stukken over het zenuwstelsel achter het tabje A2 Biology zijn de moeite waard. http://www.biologymad.com/
Het zintuigstelsel en de ogen (basisstof 2 en 3)
De powerpoints over dit deel van de stof zijn hieronder te downloaden.
het_zintuigstelsel.pptx | |
File Size: | 2754 kb |
File Type: | pptx |
chemie_van_het_zien.pptx | |
File Size: | 878 kb |
File Type: | pptx |
Hieronder kun je de uitwerkingen van basisstoffen 2 en 3 downloaden
basisstof_2_en_3_impulsgeleiding_3.pdf | |
File Size: | 38 kb |
File Type: |
Spieren (basisstof 5)
De onderstaande youtube video legt in zeer duidelijk Nederlands uit hoe de eenheden in de spieren werken.
De uitwerkingen van basisstof 5 staan in de jpg hieronder. Ik heb ze direct uit het boek gecopieerd in plaats van ze zelf uit te werken dit keer. Dit ivm alle drukte met vergaderingen op school. Kwaliteit van de file (en wellicht ook de inhoud) is dus wat minder goed.
uitwerkingen_basisstof_5.jpg | |
File Size: | 836 kb |
File Type: | jpg |