Oefentoets Biologie: Spierstelsel | VWO 4/VWO 5/VWO 6 | variant 1

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?