2023-2024
Fysiologie
PROF: WIM DERAVE
,HOOFDSTUK 1: INLEIDING TOT DE ANATOMIE EN FYSIOLOGIE
1. Situering van fysiologie als wetenschap
1.1 Alle levende wezens verrichten de volgende basale/vitale functies
➢ Reactievermogen:
• Organismen reageren op veranderingen in hun onmiddellijke omgeving, deze
eigenschap wordt ook wel prikkelbaarheid genoemd.
• Organismen maken langdurige veranderingen door wanneer zij zich aan hun
omgeving aanpassen. Dit wordt het aanpassingsvermogen genoemd.
➢ Groei:
• Hierdoor ontwikkelen organismen zich en kunnen ze bepaalde functies uitoefenen.
Deze specialisatie wordt differentiatie genoemd.
➢ Voortplanting
• het vermenigvuldigen van het aantal organismen, het bekomen van een nieuw organisme
➢ Beweging:
• Kan zowel inwendig als uitwendig
➢ Stofwisseling:
• We spreken van respiratie als we spreken over het vervoer, de opname en het
verbruik van zuurstof. Via excretie ( = uitscheiding ) worden de afvalstoffen die
ontstaan bij de stofwisseling uit het lichaam verwijdert.
1.2 Anatomie versus fysiologie
➢ Anatomie: (‘opensnijden’)
• Bestudeert de structuur van levende organismen
• Macroscopische anatomie: met blote oog zichtbaar
• Microscopische anatomie: cytologie (inwendige structuren bestuderen) en histologie (weefsels onderzoeken)
- Lichtmicroscoop: hiermee worden details van de celstructuur zichtbaar gemaakt
- Elektronenmicroscoop: hiermee worden afzonderlijke moleculen met een diameter van
slechts enkele nanometers ( een miljoenste deel van een millimeter )zichtbaar gemaakt.
➢ Fysiologie: Physis (natuur) + logos (studie)
• Studie van de manier waarop levende organismen hun vitale functies verrichten
• Fysiologie (levende natuur) vs. Fysica (levenloos)
• Fysiologie (lichamelijk) vs. Psychologie (geestelijk)
• Fysiologie (functie) vs. Anatomie (vorm)
➢ Soorten fysiologie (volgens organisme)
• Plantenfysiologie
• Vergelijkende fysiologie (dieren/mens)
• Patho(logische)-fysiologie (effecten van aandoeningen op het functioneren van het lichaam)
1.2.1 Moderne fysiologie is ontstaan in de 19de eeuw
➢ Grieken: Erasistratus, Galenus, Aristoteles
• Bloed langs zelfde aderen heen en terug → absurd
➢ 16-17de eeuw: de verlichting (meer inzicht, maar bevatten nog wat fouten)
• Vesalius: moderne anatomie (zaken beschrijven en tekenen zoals ze zijn)
• William Harvey: werking bloedsomloop
➢ Grondlegger moderne fysiologie = CLAUDE BERNARD (1813-1878)
• Sneed in levende organismen → functie van lever, alvleesklier, glycogeen
• ‘Milieu interieur’ → Fysiologische onderzoeksmethodes
1.2.2 Gedragsneurowetenschappen
➢ Behoort tot de biologische of fysiologische psychologie
➢ Wordt ook wel de fysiologie van gedrag genoemd
➢ Materialistische en monisme visie (i.t.t. dualisme: geest en lichaam apart van elkaar)
• De geest en elk aspect van gedrag verklaren via moleculen, werking zenuwstelsel, hormonen,…
• Kennis is beperkt door huidige status van kennis over hersenen,…
1
,1.2.3 Historiek van gedragsneurowetenschappen
➢ Grieken: Hart of hersenen?
• Gedrag vormt zich vanuit de hersenen en niet vanuit het hart zoals de Grieken beweerden.
➢ Descartes:
• Reflexen: reacties op uitwendige stimuli via zenuwstelsel
• Dualist: Pijnappelklier (H) als contact tussen lichaam en geest (maar eigenlijk was dit
gewoon een slaaphormoon en verzon Descartes iets)
➢ Galvani: elektrische prikkels
• Processen die in ons lichaam plaats vinden hebben een zuivere elektrische basis
➢ Müller: doctrine van specifieke zenuwenergie
• Elektrische prikkel gaan we anders gaan interpreteren op basis van de plaats waarvan
hij komt en terecht komt
• Zenuwen werken dus volgens 1 centraal principe: actiepotentialen die geactiveerd
worden.
➢ Flourens: experimentele ablatie
• Bepaalde delen van de hersenen wegsnijden/uitschakelen om te zien wat er dan
gebeurd (om hersenen beter te leren kennen)
1.3 De verschillende organisatieniveaus: van eenvoudige atomen en moleculen
tot een volledig organisme
➢ Vanaf het submicroscopische tot en met het macroscopische niveau
➢ Stelsels bestaan uit verschillende organen
➢ Relatie tussen de verschillende organisatieniveaus
• Vb. bloedvatenstelsel
- Chemische niveau
▪ = Atomen verbinden zich met elkaar tot moleculen met een complexe vorm
- Celniveau
▪ = Verschillende moleculen vertonen interactie, zodat grotere structuren
ontstaan. Elk type structuur heeft een bijzondere functie in de cel.
▪ Vb. het hart: verschillende typen eiwitfilamenten vertonen interactie die
leiden tot contracties van spiercellen. Cellen, de kleinste levende
eenheden in het lichaam, vormen het cellulaire organisatieniveau.
- Weefselniveau
▪ = Een weefsel bestaat uit cellen van hetzelfde type die samenwerken om een
specifieke functie uit te voeren.
▪ Vb. hartspiercellen vormen hartspierweefsel
- Orgaanniveau
▪ = Orgaan bestaat uit twee of meer verschillende weefsels die
samenwerken om een specifieke functie uit te voeren
▪ Vb. het hart: een hol, driedimensionaal orgaan waarvan de wanden
bestaan uit spierweefsel en andere weefsels
- Niveau orgaanstelsel
▪ = Organen werken samen in orgaanstelsels.
▪ Vb. het hart: telkens wanneer het hart samentrekt, wordt bloed in
een netwerk van bloedvaten gepompt.
▪ Vb. samen vormen het hart, het bloed en de bloedvaten het bloedvatenstelsel
(voorbeeld van organisatie op orgaanstelselniveau)
- Niveau organismen
▪ = alle orgaanstelsels in het lichaam werken samen om het leven en
de gezondheid in stand te houden. Het hoogste organisatieniveau is
het organisme zelf. (vb. de mens)
2
,1.3.2 Biochemie: cellen maken gebruik van 5 soorten basismoleculen
➢ Biochemie: bestudeert de moleculen die in levende organismen voorkomen, specifiek die
moleculen waaruit het lichaam van dieren en mensen uit gemaakt is.
➢ Cellen bestaan (vooral) uit water (H20) en koolstofhoudende (organische) moleculen:
• Enkelvoudig – complex: 5 soorten basismoleculen →
1. Suikers – koolhydraten: vb. Glucose als brandstof
2. Vetzuren – vetten: vb. plasmamembraan
3. Aminozuren – eiwitten: vb. Enzymen, hormonen, structuureiwitten
4. Nucleotiden – DNA/RNA
5. Energierijke fosfaten/verbindingen
➢ Methaan en aardgas zitten niet in ons lijf wel organische moleculen
➢ C,H,O: meeste moleculen zijn hieruit opgebouwd in ons lichaam
3
,1.3.1.1 Vijf soorten basismoleculen
• Eiwitten:
- Gebaseerd op DNA-code
- Grote polypeptidenketens
- Unieke sequentie van 20
aminozuren
- Stikstof (N) voor aminozuren
• Anders 3 elementen (H, O, C)
die de andere vormen
• Energierijke bindingen: fosfor
(P)
1.3.1.3 Biochemische moleculen bestaan vooral uit C, H, O en N
➢ 4 belangrijke categorieën:
1. Donker groen
= 4 belangrijke elementen
2. Middelmatig groen
= elementen die vaak voorkomen
3. Licht groen
= elementen die we heel af en toe
nodig hebben (spoorelementen) →
essentiële onderdelen om te kunnen
functioneren
4. Geel
= aantal elementen die in hele kleine hoeveelheden in je lijf zitten en waarvan men
niet kan zeggen of we ze echt nodig hebben
1.3.1.2 Eiwitten
➢ Eiwitten kern van alles wat in ons lijf gebeurd
➢ Eiwitstructuren zijn gebaseerd op een DNA-code:
• Volgorde van aminozuren in eiwitten zullen mens vormen
- Unieke sequentie van 20 aminozuren
• Grote polypeptidenketen: verbinding tussen aminozuren
➢ Driedimensionale structuur wordt gevormd
• Eiwitten kunnen o.a. enzymes,
transporters, hormonen, antilichamen,
structuureiwitten,… zijn
• Eiwitten hebben dus allemaal een
specifieke functie
4
, • Vb: maakt enzyme specifiek voor unieke substraten (opdelen en vormen) of enzymen
die een katalysator zijn
Resultaat van prentje hierboven bij eiwitten:
➢ Van genen naar functionele eiwitten in meercellige organismen
• Eiwitten zijn niet alleen bouwstenen → zonder eiwitten kunnen we niet leven!
• Eiwitten = opgebouwd uit (20) aminozuren, die verschillende soorten eiwitten kunnen vormen
• Meer dan 100.000 eiwitten aanwezig in ons lichaam → code om eiwitten aan te maken zit in
ons genetisch materiaal → per celtype ongeveer 10.000 eiwitten
• DNA is een dubbelstrengig opgebouwd uit nucleotiden. A verbind met T, G en C. Elke
opeenvolging van 3 nucleotiden is de code voor 1 aminozuur.
• De eiwitten worden aangemaakt buiten de celkern
• Het eiwit RNA-Polymerase (DNA-polymerase maakt een nieuwe DNA streng aan als deze zal
repliceren) zal ervoor zorgen dat de twee strengen worden opengebroken en zullen een
nieuwe streng van RNA aanmaken. = Dit proces noemt men transcriptie.
• Deze nieuwe RNA streng noemen we het mRNA. Deze mRNA streng gaat naar het
cytoplasma via een porie in de kernmembraan. De vertaling hiervan naar het uiteindelijke
eiwit = de translatie.
• Het ribosoom zal zich binden op dit mRNA, uiteindelijk zullen de aminozuren gebonden op
het tRNA zich binden op het mRNA. De polypeptideketen wordt gebonden tot een eiwit.
➢ Van DNA naar eiwitten
• 2 processen: Transcriptie en Translatie
5
, 1.4 Bouw van de cel
p. 70-71 boek
➢ De biochemische moleculen zijn nodig om cellen te maken
• In de cellen worden structuren teruggevonden met een bepaalde functie = organellen
➢ Het plasmamembraan
• Zeer belangrijk voor de cel, het laat toe dat de cellen met elkaar kunnen communiceren.
• Het is belangrijk voor de fysieke isolatie van de cel.
• Het reguleert de uitwisseling met de omgeving zijnde ionen en voedingsstoffen,...
• Ze heeft ook een bepaalde gevoeligheid voor de omgeving.
• Ze heeft specifieke receptoren die specifieke moleculen kunnen herkennen
waardoor ze erop kunnen reageren.
• Belangrijk voor de structurele stevigheid.
➢ Het cytoskelet (= een verankering van organellen)
• Te vergelijken met het skelet: het is een soort inwendig raamwerk van eiwitten met
verschillende draadvormige filamenten en holle buisjes, die ervoor zorgen dat het
cytoplasma stevigheid en buigzaamheid krijgt.
• Daarnaast maken ze het ook mogelijk dat er een soort 3-dimensionele structuur is.
• Al die kleine draden zorgen ervoor dat de structuren een beetje vasthangen.
• Ze kunnen ook zorgen voor verplaatsing.
- Bijvoorbeeld eiwitten. Eiwitten zijn namelijk niet alleen nodig binnen de cel maar ook
buiten de cel
Voorbeelden:
➢ De microfilamenten
• Bestaan meestal uit eiwit actine
• In de meeste cellen vormen ze een dikke laag, juist onder de
plasmamembraan.
• In de spiercellen gaan ze reageren met dikke filamenten die uit myosine
bestaan. Hierdoor zijn krachtige samentrekkingen mogelijk.
• Ook zijn er intermediaire filamenten, de eiwitsamenstelling kan hiervan
verschillen op basis van type cel.
• Ze verstevigen de cel en stabiliseren de positie.
• Een spiercel bestaat uit filamenten (actine en myosine) en die zorgen ervoor
dat de cel kan veranderen van vorm.
➢ De microtubuli
• holle buisjes die bestaan uit tubuline voor axonaal transport.
• Ze geven de cel sterkte en stevigheid.
• Tijdens de celdeling vormen de microtubuli de spoelfiguren (axonaal transport).
• Het endoplasmatisch reticulum hangt met de microtubuli vast aan de celwand.
6
,➢ De mitochondriën (= een organel)
• Zijn zeer belangrijk!
• De energiecentrales van de cel → energie is nodig om te functioneren en deze
energie wordt geproduceerd door de mitochondriën.
• In de mitochondriën zullen we suiker en vet verbranden met gebruik van
zuurstof. Hierdoor krijgen we ATP (adenosine-trifosfaat).
- Als de fosfaatverbindingen hiervan worden afgebroken ontstaat er energie.
- vb. in de sport is dit zeer belangrijk: door sport gaan we namelijk ervoor proberen
zorgen dat er meer mitochondriën zullen ontstaan in de spiercellen zodat deze meer
energie kunnen leveren.
• De mitochondriën bestaan uit een dubbele laag:
- Een buitenste vlakke membraan
- een binnenste membraan die in cristae gewikkeld zijn
▪ Ter hoogte van deze cristae zal de productie van ATP gebeuren,
hiervoor is zuurstof nodig.
• Tussen de buitenste en binnenste membraan bevinden zich twee reeksen van
chemische reacties de citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylatie
- Zijn de belangrijkste reactiewegen zdie in zo een mitochonder gebeuren
en waarmee dat wij energie kunnen leveren.
- Door te ademen zal zuurstof door ons lichaam worden vervoerd via de
bloedbaan. → Dit zuurstof zal doorheen de plasmamembraan gaan en naar
de mitochondriën worden gebracht. → De oxidatieve fosforylatie
(celademhaling) zal hier plaatsvinden.
▪ Als de mitochondriën niet meer goed functioneren → niet meer
voldoende energie aangemaakt → meestal hebben deze mensen een
neurondegeneratieve aandoening en zullen ze vroegtijdig sterven.
• Cellen halen hun energie (ATP) uit koolhydraten, vetten en eiwitten.
- ATP is opgebouwd uit 3 fosfaten met 2 energierijke fosfaatverbindingen
(adenine + ribose = adenosine), door het losmaken hiervan zal er energie ontstaan en
kan deze gebruikt worden in de cel.
- Ook ADP bestaat waarbij er 2 fosfaatbindingen zijn, deze zullen door bepaalde
processen terug tot ATP worden gemaakt.
- Je zou er nog een energierijke fosfaatverbinding kunnen aftrekken en dan krijg je AMP.
7
, • Aerobe energielevering
- In het lichaam gebruiken we dit als een soort universele pasmunt/geld waarmee dat we
die ‘energiekosten’ kunnen betalen.
- ATP heb je dus als een bron van energie, je gebruikt daarvan door een
fosfaatverbinding af te splitsen.
- We moeten deze dan ook terug aanvullen door daar terug energie in te steken.
Het is exact dat gedeelte waar mitochondriën zeer goed in zijn.
- Zij gaan energie uit voedsel halen en uit zuurstof, dit is in essentie de reden
waarom wij eten en waarom wij ademen.
- We hebben dus energiebronnen (suikers, vetten, eiwitten) waar we energie uittrekken
en die energie gebruiken we samen met zuurstof om ATP te vormen.
- Die ATP gebruiken we dan als energie om al de rest te doen in onze cellen.
- 95% van de ATP die we gebruiken/die we maken, die wordt via de mitochondriën
geproduceerd
Waar kom energie van voedsel vandaan?
o De cellen van dieren werken via celademhaling, waarbij je aan een bepaalde
brandstof zuurstof gaat toevoegen, die twee samen gaan in de mitochondriën voor
een soort aerobe energielevering zorgen = de verbranding. → Gebeurt in stapjes
en reactiewegen in die mitochondriën. Bij deze stapjes gaat er telkens energie
vrijkomen in de vorm van ATP (dit gebeurt door middel van verbrandingsreacties).
o Uiteindelijk komt alle energie van onze planeet van de zon. Moest de zon uitdoven
betekent dit het einde van het leven
o Een plant zal aan fotosynthese doen → (water, zonne-energie en CO2)
- Zo wordt er glucose en zuurstof gevormd.
- Wij hebben deze glucose nodig in ons lichaam, want deze verbranden wij
tot energie of ATP.
- De planten zijn eigenlijk de longen van de planeet. Door de zuurstof die ze
produceren die wij ook nodig hebben.
- Bij de verbranding van deze glucose zullen we energie, water en CO 2
produceren. De CO2 zullen we terug uitademen.
- We nemen de stoffen op via het spijsvertering, die worden via het bloed vervoerd
en gaan door de cel naar de mitochondriën om verbrand te worden tot energie.
- De eerste stappen van het proces gebeuren echter in het cytoplasma. Dit
noemt de glycolyse, hierbij worden glucose-moleculen met 6
koolstofatomen afgebroken tot pyrodruivenzuur met 3 koolstofatomen.
- Deze stof wordt vervolgens opgenomen door de mitochondriën. Het
proces van energieproductie in de cel wordt ook wel aerobe dissimilatie
genoemd. Mitochondriën komen vaak voor in spiercellen, zenuwcellen en
lichtgevoelige cellen in het oog. Omdat deze veel energie nodig hebben.
1.4.1 Andere celorganellen
➢ Celkern of nucleus
• Hierin zit het genetisch materiaal of het DNA in opgeslagen.
• Dat genetisch materiaal wordt omgezet in RNA (= transcriptie) en verlaat daarna de celkern.
• Vervolgens wordt door ribosomen dat RNA omgezet in eiwitten (= translatie).
• Die ribosomen komen voor in twee manieren: vrije ribosomen en gebonden
ribosomen (deze zitten gebonden op het endoplasmatisch reticulum). Deze
ribosomen maken eiwitten uit RNA
➢ Endoplasmatisch reticulum
• Structuur van membraanplaten die in je cel aanwezig is.
• Als de ribosomen op dit plasmatisch reticulum zitten dan noemen we dat ruw
endoplasmatisch reticulum.
• Als er geen ribosomen op zitten dan noemt men dat glad endoplasmatisch
reticulum, deze zijn vooral betrokken bij de synthese van membraaneiwitten en ook
koolhydraten
8
, ➢ Golgi-apparaat
• De eiwitten, die gemaakt werden door de ribosomen, worden verpakt in blaasjes en die
blaasjes gaan dan naar een volgend station: het golgi-apparaat.
• Het golgi-apparaat is een beetje vergelijkbaar met het endoplasmatisch reticulum. Het heeft
dus ook van die lagen/membranen en die zitten wat gestructureerd langs elkaar.
• Het golgi-apparaat zal ook eiwitten kunnen bewerken en versturen. Het regelt als het
ware de eindbestemming van de eiwitten.
➢ Lysosomen en peroxisomen
• Deze kunnen beschadigde structuren of verouderde structuren afbreken of 'verteren'.
• Het zijn eigenlijk kleine membraanblaasjes die ook doen aan detoxificatie.
1.4.2 Het plasmamembraan
➢ Vormt de muur/wand van de cel (vb. Coronavirus bestrijden: plasmamembraan kapot maken → zeep)
➢ Bestaat uit een dubbele vetlaag laag van fosfolipiden
• Fosfolipiden bestaan uit:
1. Een hydrofiel (graag water) kopje
2. 2 hydrofobe (niet graag water) staarten (vetzuren)
➢ Buiten de cel is er extracellulaire vloeistof
• Bestaat voornamelijk uit water met
enkele stoffen in
➢ Binnen het cytoplasma is er ook water met
enkele stoffen.
➢ De plasmamembraan zal bepalen welke
stoffen binnen of buiten gaan.
• Hydrofiele stoffen zullen hier niet
makkelijk doorgeraken
• Stoffen die oplosbaar zijn in vet zullen
hier wel makkelijk doorgeraken.
➢ Membraaneiwitten: eiwitten die als poorten functioneren om te regelen wat er door mag
en wat niet. Ze kunnen de vorm aannemen van receptoren, kanalen, …
➢ Membraanlipiden: oriënteren zich zodanig dat de hydrofiele kop naar de buitenkanten zijn
gericht en de hydrofobe staarten langs de binnenzijde. Hierdoor wordt de plasmamembraan
ook wel de fosfolipiden dubbellaag genoemd.
➢ Koolhydraten: vormen complexe moleculen met eiwitten of vetten aan het buitenste oppervlak
van de membraan. Zij werken als een smeermiddel of kleefmiddel voor de cel. Ze maken ook deel
uit van een herkenningssysteem waardoor de cellen kunnen voorkomen dat het immuunsysteem
lichaamseigen cellen zou afbreken.
1.4.2.1 Transport doorheen plasmamembraan
➢ Cel omgeven door plasmamembraan en die heeft een zekere doorlaatbaarheid
• Bepaalde zaken kunnen zomaar binnen
- Vetoplosbare structuren, zuurstof, CO2
• Alle andere moleculen hebben een soort van transporters nodig om binnen te kunnen
- Geen transporters = niet membraan doorgaan
9
