Oefentoets Biologie: Spierstelsel | VWO 4/VWO 5/VWO 6 | variant 2

Spiercellen.

Bij een bepaalde persoon worden spiercellen van de darmwand en beencellen van de schedel vergeleken.
Hierover worden de volgende beweringen gedaan:

1. zijn spiercellen hebben een ander genotype dan zijn beencellen;
2. zijn spiercellen zijn uit een ander kiemblad ontstaan dan zijn beencellen;
3. door zijn spiercellen zijn of worden andere eiwitten geproduceerd dan door zijn beencellen.

Welke van deze beweringen is of welke zijn juist?

Zenuwstelsel.
Zie figuur B 2365 van de bijlage.

In het schema van de afbeelding zijn de verbindingen tussen zintuigcel Z en de spiervezels P en Q weergegeven. Gesteld wordt dat alleen deze verbindingen een rol spelen bij de innervatie van P en Q.
Prikkeling van zintuigcel Z leidt tot verandering van het aantal impulsen dat per minuut in de spiervezels P en Q aankomt.

Welke spier zal of welke spieren zullen zich samentrekken ten gevolge van prikkeling van cel Z?
Kunnen de spieren P en Q elkaars antagonisten zijn?

afbeelding

Melkzuur.

Waardoor wordt het ontstaan van melkzuur in spierweefsel veroorzaakt?

zuurstofspanning.

In een spier bevinden zich:

1. weefselvloeistof;
2. bloedplasma in de haarvaten;
3. celkernen;
4. mitochondriën.

In deze spier vindt aërobe dissimilatie plaats.

In welke volgorde neemt de zuurstofspanning in deze delen af?

1/3 Energieproductie in een spier.
Zie figuur B 1448 van de bijlage.

In een spier van de mens vinden verschillende stofwisselingsprocessen plaats die energie leveren. In het afgebeelde diagram zijn de bijdragen van de processen P en Q aan de energieproductie in deze spier uitgezet tegen de tijd. De totale hoeveelheid energie die deze spier per tijdseenheid verbruikt bij het verrichten van een bepaalde hoeveelheid arbeid, wordt gesteld op 100%. Vanaf tijdstip 0 verricht deze spier die bepaalde hoeveelheid arbeid, terwijl de doorbloeding van het spierweefsel langzaam gaat toenemen.
Gedurende eerste seconden na tijdstip 0 wordt door de processen P en Q nog geen energie geleverd. Toch beschikt de spier dan wel over 100% energie.

Welke stof levert in de eerste seconden deze energie?

2/3 Energieproductie in een spier.

Drie omzettingen zijn:

1. de omzetting van glucose in pyrodruivenzuur;
2. de omzetting van NADH₂ in NAD;
3. de omzetting van pyrodruivenzuur in melkzuur.

Welke van deze omzettingen kan of welke kunnen plaatsvinden in het cytoplasma van de spiervezels?

3/3 Energieproductie in een spier.

Wat is proces Q?

2/4 Een sluitspier.

Over de toename van het aantal myofibrillen in de langzame vezels in de kunstmatige sluitspier worden de volgende beweringen gedaan:

1. hierdoor daalt in deze spier de voorraad stoffen die bij langdurige inspanning energie leveren,
2. hierdoor stijgt in deze spier de hoeveelheid gevormd melkzuur bij inspanning minder,
3. hierdoor stijgt in deze spier de concentratie van enzymmoleculen die betrokken zijn bij de aërobe dissimilatie.

Welke van deze beweringen geeft of welke geven een oorzaak voor het beter functioneren van de kunstmatige sluitspier?

3/4 Een sluitspier.
Zie figuur B 1978 en figuur B 1988 van de bijlage.

In de afbeelding zijn lengtedoorsneden van drie typen spierweefsel 1, 2 en 3 weergegeven.

In de afbeelding B 1988 zijn dwarsdoorsneden van drie typen spierweefsel q, r en s weergegeven.

Welke van de lengtedoorsneden 1, 2 en 3 in de afbeelding is een doorsnede van glad spierweefsel?

1/2 Spieren.
Zie de figuren C 84, A 522 en A 523 van de bijlage.

De kracht die een skeletspier kan leveren, hangt onder andere af van de kracht die in de sarcomeren van de spier kan worden opgewekt. Het verband tussen de lengte van een sarcomeer en de kracht die in dit sarcomeer kan worden opgewekt, is weergegeven in de afbeelding A 522.

In de afbeelding A 523 zijn schematisch vijf stadia getekend waarin een sarcomeer zich kan bevinden.

In welk van de stadia 1, 2, 3, 4 en 5 kan in het sarcomeer de meeste kracht worden opgewekt?

2/2 Spieren.
Zie de figuren C 84, A 522 en A 523 van de bijlage.

Op grond van informatie in de afbeeldingen C 84 en A 522 over de bouw en werking van het sarcomeer doen drie leerlingen de volgende beweringen:

Leerling 1 zegt: in een sarcomeer van 1,05 µm kan geen kracht worden opgewekt.
Leerling 2 zegt: 1,65 µm is de kortste lengte van een sarcomeer waarbij in een sarcomeer kracht kan worden opgewekt.
Leerling 3 zegt: uit afbeelding A 523 blijkt dat in een sarcomeer alleen kracht kan worden opgewekt wanneer de actinefilamenten gedeeltelijk over elkaar heen zijn geschoven.

Welke van deze leerlingen doet een juiste bewering?

1/2 Spieren.
Zie figuur B 3883 van de bijlage.

In de afbeelding is schematisch weergegeven hoe het O₂ -verbruik in een spier verandert bij geleidelijk toenemend geleverd vermogen (arbeid per tijdseenheid) van die spier. In het traject tot P wordt de energie door aërobe dissimilatie van glucose geleverd. Het maximale aërobe vermogen (vermogen P) wordt bereikt op het moment dat het verbruik van O₂ maximaal is.

Is de intensiteit van de glycolyse bij vermogen Q gelijk aan of groter dan die bij vermogen P?
En is de intensiteit van de oxidatieve fosforylering (elektronentransportketen) bij vermogen Q gelijk aan of groter dan die bij vermogen P?

afbeelding

2/2 Spieren.

Verhoging van de pO₂ van de ingeademde lucht bij een vermogen groter dan P heeft niet tot gevolg dat het O₂ -verbruik van de spier toeneemt. Drie factoren zijn:

1. het percentage hemoglobine dat is verzadigd met O₂ ;
2. de hoeveelheid rode bloedcellen per volume-eenheid bloed;
3. de hoeveelheid bloed die per tijdseenheid door de linker kamer wordt weggepompt.

Welke van deze factoren kan of welke kunnen beperkend zijn voor de aërobe dissimilatie bij een vermogen groter dan P?

1/5 Spieren en zuurstofverbruik.

Skeletspieren van de mens bestaan voor het grootste deel uit spiervezels. Elk van deze spiervezels bevat vele kernen, doordat ze in de embryonale periode zijn ontstaan door fusie van eenkernige cellen, de spierstamcellen.

Bevat een kern van een spiervezel gewoonlijk 2n, 4n of meer dan 4n chromosomen?

2/5 Spieren en zuurstofverbruik.

Er kan onderscheid worden gemaakt tussen snelle en trage spiervezels. In snelle vezels bevindt zich per volume-eenheid een hogere concentratie aan enzymen voor de glycolyse dan in trage spiervezels.
Zowel in een bepaalde snelle als in een bepaalde, even grote, trage spiervezel treedt gedurende 1 minuut anaërobe dissimilatie op. Alle bij deze dissimilatie gevormde ATP wordt verbruikt. In beide spiervezels is een overmaat aan glucose aanwezig.

Wordt onder deze anaërobe omstandigheden gedurende deze tijd in de snelle spiervezels, vergeleken met de trage spiervezel, minder, evenveel of meer melkzuur gevormd?

3/5 Spieren en zuurstofverbruik.
Zie figuur B 1299 van de bijlage.

In een trage spiervezel bevindt zich een grote hoeveelheid myoglobine. Evenals aan hemoglobine kan aan myoglobine zuurstof worden gebonden.

In het diagram in de afbeelding B 1299 zijn de verzadigingscurven met zuurstof van hemoglobine en van myoglobine getekend.

Over de betekenis van myoglobine in een trage spiervezel worden de volgende beweringen gedaan:

1. De aanwezigheid van myoglobine is een voorwaarde voor zuurstoftransport vanuit het bloed naar de trage spiervezel.
2. Door de aanwezigheid van myoglobine kan een voorraad zuurstof in de trage spiervezels worden gevormd.

Welke van deze beweringen is of welke zijn juist?



-

4/5 Spieren en zuurstofverbruik.

Bij de mens neemt als gevolg van training het aantal haarvaten per volume-eenheid van een spier toe. Een getrainde spier wordt vergeleken met een ongetrainde spier. Neem aan dat de bloeddruk in de getrainde en ongetrainde spier gelijk is en dat de spieren beide lichte arbeid verrichten.

Beschrijf de verschillen tussen deze spieren ten aanzien van de volgende aspecten:

1. het totale bloedvolume dat per tijdseenheid de spieren passeert,
2. de diffusie-afstand tussen haarvaten en spierweefsel,
3. de grootte van het oppervlak waardoor zuurstof vanuit de haarvaten in de spiercellen diffundeert.

5/5 Spieren en zuurstofverbruik.
Zie figuur B 2052 van de bijlage.

Bij een zuurstofspanning van 20 kPa in de lucht wordt een zuurstofverbruik van een zoogdier in rust in Nederland gemeten bij verschillende temperaturen. In de afbeelding zijn drie diagrammen getekend.

In welke van deze diagrammen is het zuurstofverbruik van dit zoogdier bij verschillende temperaturen juist weergegeven?

Twee vogels.
Zie figuur B 5560 van de bijlage.

Van twee vogels is het volgende bekend:

1. een wilde eend moet een flinke snelheid halen om uit het water te kunnen opstijgen;
2. een leeuwerik is in staat om bij geringe snelheid vrijwel loodrecht op te stijgen.

Leid uit nevenstaande vlieggrafiek af welke vogels bij welk meetpunt hoort en met welke snelheid beide vogels vliegen.
Gegeven: C_d = 0.6 en ñ= 1.25.

Nadal.
Zie figuur B 5563 van de bijlage.

Hiernaast zie je de toptennisser Rafael Nadal. Zijn arm is gebogen.

Welke beweging maakt Nadal?

Dwarsgestreept spierweefsel.

Over dwarsgestreept spierweefsel worden de volgende beweringen gedaan:

1. Een ontspannen dwarsgestreepte spier verbruikt geen energie.
2. Een motorische eenheid van een dwarsgestreepte spier heeft als geheel een prikkeldrempel.
3. Een dwarsgestreepte spier trekt zich samen onder invloed van het autonome zenuwstelsel.

Welke van deze beweringen is of zijn juist?

Antagonisten.

Wat gebeurt er met de antagonisten in ons been, als we dat been vanuit een gebogen stand strekken?

Een spierreactie.
Zie figuur B 5571 van de bijlage.

Aan een uit het lichaam geprepareerde spier dient men telkens één stroomstoot toe. De sterkte van deze prikkel laat men telkens toenemen (zie grafiek I hiernaast). De reactie van de spier op deze prikkeling is weergegeven in grafiek II hiernaast.

Hoe kan men de reactie van de spier in het linker gedeelte van grafiek II verklaren?

1/3 Ionen bij een spiervezel.
Zie figuur A1207 van de bijlage.

De afbeelding hiernaast geeft weer wat er in een spiervezel gebeurt als een actiepotentiaal het eindplaatje bereikt dat op deze spiervezel staat. Als een motorisch eindplaatje van een motorisch neuron dat met deze spier in verbinding staat (innerveert), de neurotransmitter acetylcholine afgeeft, ontstaat over het membraan van de spiervezel een actiepotentiaal. In de afbeelding is het membraan van een spiervezel (sarcolemma) weergegeven. Het sarcolemma vertoont diepe instulpingen die tot vlak bij de sarcomeren doorlopen. Aan het eind van zo'n instulping bevinden zich Ca²⁺ -reservoirs. K⁺ -ionen kunnen langzaam door de celmembraan diffunderen. Met behulp van een K⁺ /Na⁺ -ATPase pomp handhaaft een gezonde cel binnen de cel een hogere K⁺ -concentratie dan buiten de cel.
Een spiervezel kan samentrekken als een actiepotentiaal het eindplaatje bereikt.

Hierover worden de volgende beweringen gedaan:

1. Door de hoge extracellulaire K⁺ -concentratie diffunderen K⁺ -ionen de spiervezel in, waardoor een actiepotentiaal ontstaat.
2. Op het moment dat het sarcolemma snel veel K⁺ -ionen doorlaat, raken de Ca²⁺ -reservoirs lek.
3. Bij het herstel van de rustpotentiaal worden Ca²⁺ -ionen geresorbeerd in de Ca²⁺ -reservoirs.
4. Bij het ontstaan van de actiepotentiaal diffunderen Na⁺ -ionen en K+-ionen vooral in dezelfde richting terwijl zij bij een rustpotentiaal vooral in een tegengestelde richting diffunderen.

Kruis het nummer van de juiste bewering of de nummers van de juiste beweringen aan.




-

2/3 Ionen bij een spiervezel.
Zie figuur A 1207 van de bijlage.

De duur van de samentrekking van een spiervezel is afhankelijk van de hoogte van de K⁺ -concentratie in de extracellulaire vloeistof en het al of niet aanwezig zijn van Ca²⁺ -ionen in die vloeistof. Ontbreken de Ca²⁺ -ionen of is de concentratie zeer laag dan verslapt op een bepaald moment de spiervezel en is ze niet meer in staat tot samentrekking, ondanks het feit dat er wel actiepotentialen ontstaan. Zijn wel Ca²⁺ -ionen aanwezig dan blijft de spiervezel samengetrokken.
Enkele studenten geven een verklaring voor dit verschijnsel:

student 1: Ca²⁺ -ionen diffunderen de spiervezel uit, waardoor de concentratie in de reservoirs en in de vezel te laag worden om de vezel nog samen te laten trekken.
student 2: K⁺ -ionen kunnen de membraan alleen maar passeren in aanwezigheid van Ca²⁺ -ionen, waardoor samentrekking niet meer mogelijk is.
student 3: Na⁺ -ionen kunnen de membraan alleen maar passeren in aanwezigheid van Ca²⁺ -ionen, waardoor samentrekking niet meer mogelijk is.

Kruis het nummer van de juiste verklaring of de nummers van de juiste verklaringen aan.



-

3/3 Ionen bij een spiervezel.

Bij een proef blijkt een spiervezel langdurig samengetrokken te zijn bij een onnatuurlijk hoge concentratie cafeïne in de extracellulaire vloeistof. Deze cafeïne diffundeert de spiervezel in, maar verandert de membraanpotentiaal van de spiervezel niet. Als deze vezel in een Ca²⁺ -vrij medium wordt gelegd, ontspant hij op een bepaald moment wel weer.

Welk effect heeft cafeïne op grond van de gegevens hiervoor op de spiervezel van de proef?

Fysiologische veranderingen.

Welk van de volgende fysiologische veranderingen zorgt niet voor een toename van de beschikbaarheid aan zuurstof in de spieren bij inspanning?

Menselijke biceps.
Zie figuur B 5584 van de bijlage.

In de figuur hiernaast zie je spiervezels, een spierspoeltje en de bijbehorende zenuwen uit de menselijke biceps.
Legenda bij deze figuur:

a: afferente zenuwen die de spiervezels in het spierspoeltje innerveren;
b: efferente zenuw die de spiervezels buiten de spierspoel innerveren;
c: efferente zenuwen die de spiervezels in het spierspoeltje innerveren;
d: spierspoeltje;
e: zenuwuiteinde van a;
f: spiervezels buiten de spierspoel.
Zenuw (a) is gevoelig voor het oprekken van de spiervezels buiten de spierspoel wanneer de spiervezels in de spierspoel ontspannen zijn.

Kies hieronder de situatie waarin het aantal signalen in (a) toeneemt.



-



-

Een skeletspier en haar innervatie.
Zie figuur B 5585 van de bijlage.

Figuur I in de afbeelding hiernaast toont een skeletspier en de neurale innervatie. De Figuren II en III laten respectievelijk een dwars- en een lengtedoorsnede van de spier zien. Figuur IV is een elektronenmicroscopische foto van de verbinding tussen een zenuwuiteinde en een spier.

Welk van de volgende beweringen geeft de beste omschrijving van een structuur?

'Exon skip'-therapie bij Duchenne spierdystrofie.
Zie figuur C 420 van de bijlage.

Bij de afdeling Humane Genetica van het Leids Universitair Medisch Centrum wordt gewerkt aan een therapie voor patiënten met de spierdystrofie van Duchenne. Duchenne spierdystrofie is een ernstige, erfelijke spierziekte die wordt veroorzaakt door mutaties in het DMD-gen. Als gevolg van deze mutaties wordt in de spiervezels van de patiënten geen functioneel dystrofine-eiwit gemaakt. Momenteel is er geen therapie beschikbaar voor Duchenne-patiënten en als gevolg van de toenemende spierzwakte belanden ze vaak voor hun twaalfde in een rolstoel en overlijden ze veelal voor hun dertigste.
De veelbelovende 'exon skip' therapie zou de spierafbraak bij Duchenne-patiënten kunnen vertragen en mogelijk zelfs kunnen stoppen.

Gedurende het leven vermindert de massa van bepaalde eiwitten in de spieren van Duchenne-patiënten.
Drie functionele eiwitten in de spieren zijn actine, dystrofine en myosine.

Van welk type of welke typen van deze functionele eiwitten vermindert de massa bij Duchenne-patiënten?

Zenuwstelsel.
Zie figuur A 421 van de bijlage.

Bij de werking van een spier moet onderscheid worden gemaakt tussen de lengteverandering van de spier en de spanningsverandering van de spier.
Spierspoelen zijn gevoelig voor de lengtetoename van de spier waardoor de spierspoelreflex kan ontstaan.
Peessensoren zijn gevoelig voor spanningsveranderingen van de spier waardoor de peessensorreflex kan ontstaan. Naarmate de spanning in de pees toeneemt, worden er meer impulsen door de peessensoren afgegeven.

In de afbeelding A 421 is in tekening 1 de reflexboog van een spierspoelreflex en in tekening 2 de reflexboog van een peessensorreflex weergegeven. In het ruggenmerg zijn synapsen aangegeven met de cijfers 1 t/m 7.

Welke spier trekt zich samen als gevolg van de spierspoelreflex?

Spierreflex.

Tijdens samentrekking van een spiervezel bewegen actine- en myosinefilamenten langs elkaar. Daardoor verandert de positie van de H-band, A-band en I-band (zie de afbeelding) in een sarcomeer.

Welke veranderingen treden tijdens samentrekking van de spiervezel op in de lengte van deze drie banden?