Oefentoets Biologie: Dissimilatie - Energie | VWO 4/VWO 5/VWO 6

Arbeid.

Een groenteman verplaatst gedurende een half uur een aantal zware kisten met fruit. Tijdens het verrichten van deze inspanning wordt in de cellen van het lichaam van de groenteman een hoeveelheid energie E vrijgemaakt.
Deze energie wordt zowel door aërobe als door anaërobe dissimilatie van glucose geleverd. Een deel van deze energie (E₁ ) wordt in de spieren gebruikt voor het verplaatsen van de kisten.
E₁ /E x 100% = het mechanisch rendement. Bij het verplaatsen van de kisten is het mechanisch rendement 20-25%.
Over het feit dat het mechanisch rendement lager is dan 100%, worden vier beweringen gedaan:

1. Het mechanisch rendement is lager dan 100% doordat bij dissimilatieprocessen een deel van de vrijgemaakte energie als warmte vrijkomt.
2. Het mechanisch rendement is lager dan 100% doordat een deel van de energie door de ademhalingsspieren wordt verbruikt.
3. Het mechanisch rendement is lager dan 100% doordat bij inspanning de anaërobe dissimilatie toeneemt waardoor E kleiner wordt.
4. Het mechanisch rendement is lager dan 100% doordat bij inspanning de anaërobe dissimilatie toeneemt waardoor E₁ kleiner wordt.

Welke van deze beweringen zijn juist?

Reactieketens bij de dissimilatie van glucose.

Bij de dissimilatie van glucose in een levende cel kan men een aantal reactieketens onderscheiden.

Bij welke reactieketen komt de meeste energie beschikbaar?

1/2 Dissimilatie van glucose.

De dissimilatie van glucose verloopt via een aantal stappen. Tijdens elk van deze omzettingen worden stoffen met een bepaalde energie-inhoud omgezet in producten met een andere energie-inhoud. Het verschil in energie-inhoud wordt verandering van de Gibbs-energie genoemd (DG).
In de tabel hieronder zijn de DG-waarden voor een aantal biochemische reacties weergegeven.

afbeelding

In welke vorm komt de energie vrij die niet wordt vastgelegd in organische stoffen?

2/2 Dissimilatie van glucose.

Bereken DG bij de omzetting van 1 mol glucose in pyrodruivenzuur.

1/3 Stofwisselingssystemen.
Zie figuur B 4878 van de bijlage.
Zie figuur B 4879 van de bijlage.

Bekijk het schema hiernaast (afbeelding 1).
Tijdens een wielerwedstrijd varieert de fysiologische vraag naar energie.
Drie energie-leverende systemen zijn (zie ook afbeelding 2):

1. het ATP/creatine-fosfaat systeem (= fosfaatbatterij)
2. het melkzuursysteem
3. het O₂ -systeem.

Bij welk(e) van de drie bovengenoemde systemen vindt de glycolyse (de afbraak van glucose tot pyrodruivenzuur) plaats?

1/2 Marathonlopers.

Het energiegebruik van toplopers in de marathon (= 42,2 km hardlopen) is 96,6 kJ/uur/kg lichaamsgewicht. Belayneh en Gerard zijn zulke toplopers. In de tabel hieronder zijn de lichaamsgewichten van Belayneh en Gerard gegeven en de tijd die zij op de marathon hebben gelopen.

afbeelding

Stel dat zij de marathon in een constant tempo hebben gelopen en dat zij de benodigde energie volledig hebben gehaald uit de verbranding van glucose.
Verbranding van 1 gram glucose levert 17,4 kJ.

Hoeveel kJ gebruikt Gerard tijdens het lopen van deze marathon?
Geef de berekening. Rond je antwoord af op hele cijfers.

Cyanide.

Een onderzoeker voegde cyanide toe aan een dierlijke cel om de aerobe dissimilatie te stoppen.

Welk proces wordt hierdoor beïnvloed?

Energie vrijmaken.

Dieren kunnen energie vrijmaken door glucose om te zetten in CO₂ en H₂ O.

Waar vindt dit proces plaats?

1/3 Kleiberformules.
Zie figuur B 4887 van de bijlage.

De Amerikaanse onderzoeker en dierenarts Max Kleiber stelde een groot aantal formules op in verband met energieverbruik van dieren. De volgende twee zijn naar hem genoemd, de Kleiberformules:

R_h = 4.1 x M^0.75
R_p = 0.14 x M^0.75

Hierin is:

R de 'metabolic Rate' of stofwisselingssnelheid (in Watts = J/sec),
M de massa van een dier (in kg),
h een index voor homoiotherm (dier met constante lichaamstemperatuur),
p een index voor poikilotherm (dier met variabele lichaamstemperatuur).

Kleiber ontdekte in 1932 dat de massa-exponent in alle diergroepen 0.75 is.
Een fysicus zou, door te kijken naar de verhouding oppervlak - inhoud, uitkomen op een exponent van 0.67.

Leg dat uit.

2/3 Kleiberformules.

Wat is de biologische consequentie van het feit dat de exponent hoger is dan de fysisch voorspelde waarde?

3/3 Kleiberformules.

Bereken de stofwisselingssnelheid in J/sec per kg haas (lichaamsgewicht 5 kg), per kg giraffe (lichaamsgewicht 750 kg) en per kg lederschildpad (lichaamsgewicht 600 kg).

1/3 Energie.

Tekst:
Duikeenden, onder andere kuifeenden, foerageren voornamelijk 's nachts. Ze duiken drie- tot vijfhonderd keer per nacht om hun dagelijks rantsoen aan driehoeksmosselen te verzamelen. Ze slikken de mosselen in hun geheel door. Bij elke duik hebben de eenden slechts kort de tijd om onder water mosselen te vinden. Ze moeten de mossel vaak losrukken van de bodem, en dienen dan snel weer op te stijgen om naar adem te happen. Voor de duikeend zijn daarom de diepte waarop de mosselen zich bevinden, het gemak waarmee ze te vinden zijn en de snelheid waarmee ze zijn door te slikken, van het allergrootste belang.

bewerkt naar: J. de Leeuw, Overwinterende kuifeenden. Duiken naar een koude dis, Natuur & Techniek 68/1 (2000), 50-55

Zie figuur B 3021 van de bijlage.

Een kuifeend duikt naar voedsel. Het voedsel levert onder meer energie voor de basisstofwisseling, voor het vliegen, voor de vertering en voor het duiken. In de afbeelding is het energiegebruik per dag van een kuifeend voor deze vier activiteiten weergegeven.

Uit de afbeelding blijkt dat naarmate een kuifeend langer duikt, hij meer energie gebruikt voor de vertering en voor het duiken. Hierover worden de volgende beweringen gedaan:

1. Wanneer de kuifeend langer duikt, neemt hij meer voedsel op, waardoor meer energie wordt gebruikt voor de vertering van dat voedsel.
2. Wanneer de kuifeend langer duikt, gebruiken zijn skeletspieren meer ATP.
3. Wanneer de kuifeend langer duikt, neemt zijn anaërobe dissimilatie toe.

Welke van deze beweringen kunnen juist zijn?

2/3 Energie.
Zie figuur C 312 van de bijlage.

Noem twee eigenschappen van een kuifeend die invloed hebben op het energiegebruik van deze kuifeend in de opstelling van de afbeelding.

3/3 Energie.

Een dier neemt energie op, legt energie vast, gebruikt energie en geeft energie af. Drie processen bij een dier zijn:

1. uitademing;
2. uitscheiding;
3. transpiratie.

Bij welk of bij welke van deze processen wordt een deel van de opgenomen energie aan het milieu afgegeven?

1/2 Vetweefsel.
Zie figuur A 670 van de bijlage.

Tekst:
Bij mensen komen twee soorten vetweefsel voor: wit vetweefsel en bruin vetweefsel. Bruin vetweefsel is in het menselijk embryo aanwezig op een beperkt aantal plaatsen en na de geboorte blijft het tot die plaatsen beperkt (zie de afbeelding). In het volwassen lichaam is het bruin vetweefsel waarschijnlijk geheel verdwenen. De functionele betekenis van bruin vetweefsel lijkt beperkt te zijn tot de eerste maanden na de geboorte; in deze periode beschermt het de pasgeborene tegen kou. Als een pasgeboren baby aan een koude omgeving wordt blootgesteld, reageert het zenuwstelsel met de afgifte van transmitterstoffen aan de zenuwuiteinden in het bruin vetweefsel. Hierdoor vindt in de cellen van het bruin vetweefsel een snelle mobilisatie van de opgeslagen lipiden plaats, waarbij het aantal en de grootte van de vetdruppels in de cellen afnemen. Tegelijkertijd wordt het proces van de oxidatieve fosforylering ontkoppeld; er wordt dientengevolge geen ATP gesynthetiseerd en alle energie die afkomstig is van het elektronentransport komt als warmte vrij.

Kenmerken van wit en bruin vetweefsel zijn weergegeven in de tabel hieronder.

afbeelding

Noem een mogelijke betekenis van het grotere aantal mitochondriën in bruin vetweefsel.

2/2 Vetweefsel.
Zie figuur A 670 van de bijlage.

Tekst:
Bij mensen komen twee soorten vetweefsel voor: wit vetweefsel en bruin vetweefsel. Bruin vetweefsel is in het menselijk embryo aanwezig op een beperkt aantal plaatsen en na de geboorte blijft het tot die plaatsen beperkt (zie de afbeelding). In het volwassen lichaam is het bruin vetweefsel waarschijnlijk geheel verdwenen. De functionele betekenis van bruin vetweefsel lijkt beperkt te zijn tot de eerste maanden na de geboorte; in deze periode beschermt het de pasgeborene tegen kou. Als een pasgeboren baby aan een koude omgeving wordt blootgesteld, reageert het zenuwstelsel met de afgifte van transmitterstoffen aan de zenuwuiteinden in het bruin vetweefsel. Hierdoor vindt in de cellen van het bruin vetweefsel een snelle mobilisatie van de opgeslagen lipiden plaats, waarbij het aantal en de grootte van de vetdruppels in de cellen afnemen. Tegelijkertijd wordt het proces van de oxidatieve fosforylering ontkoppeld; er wordt dientengevolge geen ATP gesynthetiseerd en alle energie die afkomstig is van het elektronentransport komt als warmte vrij.

Wat is het effect van de 'snelle mobilisatie van de opgeslagen lipiden' (zie tekst)?

Stofwisseling.
Zie figuur A 890 van de bijlage.

In periode I worden stoffen uit de spijsbrij opgenomen in het bloed. In het schema in de afbeelding is de opname in het bloed, de afgifte aan de lever en de verwerking van glucose, tri-acylglycerol (TAG) en vetzuren (VZ), zoals die in periode I plaatsvinden, slechts voor een deel weergegeven. Tri-acylglycerol (TAG) kan worden omgezet in vetzuren en glycerol.

Uit welke van de in de afbeelding genoemde stoffen kan energie worden vrijgemaakt?