Celcommunicatie en zenuwstelsel (Biologie vwo), les 1: Uitleg
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Celcommunicatie en zenuwstelsel
Examenstof biologie vwo
La durée de la leçon est: 45 minIntroduction
Éléments de cette leçon
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Celcommunicatie en zenuwstelsel
Examenstof biologie vwo
Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M4.2 (D2) specificatie 1 t/m 5, O2.3 (B4.3) specificatie 1 t/m 3. Image credit: Manuel Schottdorf / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Wat ga je kunnen?
Ik kan beschrijven hoe cellen signalen ontvangen en doorgeven, hoe een actiepotentiaal en een synaps werken en hoe het zenuwstelsel en een reflexboog zijn opgebouwd.
Cet élément n'a pas d'instructions
Welke woorden horen bij: celcommunicatie en het zenuwstelsel?
Verwacht: zenuwcel, hormoon, receptor, impuls, hersenen, reflex, synaps, spier, signaal. Koppel de woorden aan de drie blokken: signalen tussen cellen, de impuls in een zenuwcel, en de synaps met het zenuwstelsel. Veelgemaakte misvatting: een impuls is stroom zoals in een draad. Het is een golf van membraanpotentiaalverandering door ionen die door kanalen bewegen. De les De cel en membraantransport behandelt ionenpompen en membraantransport al; hier gebruik je dat.
Van signaalstof via receptor, second messenger en signaalcascade naar respons
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Signaal, receptor en respons
Een signaalstof past op een receptor van de doelwitcel, net als een sleutel op een slot.
Een second messenger (bijvoorbeeld cAMP) geeft het signaal binnen in de cel door.
Een signaalcascade is een reeks reacties; elke stap versterkt het signaal.
De cel reageert met een respons, zoals een actief enzym of een aangezet gen.
Syllabus M4.2 specificatie 1: signaalstof, receptor, respons, second messenger, signaalcascade. Een receptor is specifiek: alleen cellen met de juiste receptor reageren (doelwitcellen). De ene stap activeert meerdere moleculen van de volgende stap, daarom is er versterking. In de les De cel en membraantransport kwamen receptoreiwit, cascade en effector al voor in een terugkoppeling; hier gaat het om de signaalroute zelf. Veelgemaakte fout: denken dat de signaalstof zelf de respons veroorzaakt. Het is de receptor met de keten daarna die het signaal doorgeeft. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Zenuwcellen van een rat in een celkweek, met fluorescentie ingekleurd
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Korte en lange afstand
Over korte afstand: een zenuwcel geeft een signaal snel en gericht door aan de volgende cel.
Cell junctions zijn verbindingen tussen aangrenzende cellen waar kleine stoffen direct doorheen gaan.
Cytokinen zijn signaaleiwitten, bijvoorbeeld tussen afweercellen, die vooral dichtbij werken.
Over lange afstand: een hormoon gaat via het bloed naar alle cellen met de juiste receptor.
Syllabus M4.2 specificatie 3: zenuwcel, cell junctions, hormoon, cytokine; de neurotransmitter komt bij de synaps terug. De foto toont zenuwcellen met uitlopers in een celkweek. Een zenuwcel werkt snel en gericht, een hormoon is trager maar bereikt alle cellen met de juiste receptor. Veelgemaakte fout: een cell junction verwarren met een synaps. Bij een synaps gaat het signaal via een neurotransmitter; bij een cell junction gaan stoffen of ionen rechtstreeks van cel naar cel. Image credit: ZEISS Microscopy / Wikimedia Commons, CC BY 2.0
Peptidehormoon en steroidhormoon naast elkaar
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Twee soorten hormonen
Een peptidehormoon (eiwithormoon) bindt aan een receptor in het celmembraan.
Een second messenger en een cascade geven het signaal door: de respons zit in het cytoplasma.
Een steroidhormoon is vetoplosbaar: het gaat door de fosfolipidelaag naar een receptor in het cytoplasma.
Het complex bevordert in de kern de genexpressie: er wordt meer van bepaalde eiwitten gemaakt.
Syllabus M4.2 specificatie 4: steroidhormoon, peptidehormoon, receptor in celmembraan, receptor in het cytoplasma, respons in het cytoplasma of bevordering van genexpressie. Peptidehormonen zijn wateroplosbaar en komen het membraan niet door. Voorbeelden: insuline (peptide), oestrogeen en testosteron (steroid). De werking van specifieke hormonen en hormonale regelkringen komt in de les Hormonale regulatie. Veelgemaakte fout: denken dat elk hormoon de genexpressie beinvloedt. Dat doet alleen de steroidroute; de peptideroute loopt via een second messenger. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Zet de signaalroute in een cel op volgorde
Receptor, second messenger, cascade, respons. Verwachte fout: de cascade voor de second messenger zetten.
Waarom is een signaalcascade nuttig voor een cel?
Het signaal komt zo sneller buiten de cel
De receptor hoeft het signaal niet meer te herkennen
Eén signaalmolecuul kan een grote respons geven
De respons wordt zo kleiner en trager
Elke stap activeert meerdere moleculen, dus het signaal wordt versterkt. Verwachte fout: denken dat de cascade het signaal alleen doorgeeft zonder het te versterken.
De rustpotentiaal en de natrium-kaliumpomp
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
De rustpotentiaal
In rust is de binnenkant van een zenuwcel negatief ten opzichte van buiten: rustpotentiaal, ongeveer -70 mV.
De natrium-kaliumpomp pompt met energie 3 Na+ naar buiten en 2 K+ naar binnen.
Zo zit Na+ vooral buiten de cel en K+ vooral binnen: een concentratieverschil.
In rust laat het membraan vooral K+ door; die ionen lekken naar buiten en de binnenkant wordt negatief.
Syllabus M4.2 specificatie 2: natrium/kalium-pomp, rustpotentiaal. Een ionenpomp werkt tegen het concentratieverschil in en kost energie (zie de les De cel en membraantransport). De pomp bouwt het verschil op; het lekken van K+ door kaliumkanalen levert het grootste deel van de negatieve lading binnen. Veelgemaakte fout: denken dat in rust niets gebeurt. De pomp werkt voortdurend en K+ lekt voortdurend. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Grafiek van een actiepotentiaal met de fasen
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Actiepotentiaal en refractaire periode
Boven de prikkeldrempel (ongeveer -55 mV) ontstaat altijd een even grote actiepotentiaal; eronder niet.
Depolarisatie: Na+-kanalen gaan open, Na+ stroomt in; de potentiaal stijgt tot een piek van +40 mV.
Repolarisatie: Na+-kanalen sluiten, K+ stroomt uit; de potentiaal zakt zelfs even onder de rustwaarde.
Tijdens de refractaire periode kan geen nieuwe actiepotentiaal ontstaan: de impuls gaat maar één kant op.
Syllabus M4.2 specificatie 2: actiepotentiaal, prikkeldrempel, refractaire periode. Waarden uit de grafiek: rust ongeveer -70 mV, drempel ongeveer -55 mV, piek ongeveer +40 mV; de tijdsduur is enkele milliseconden. De waarden verschillen per bron iets; op het examen staan ze bij de opgave. Laat de leerlingen de grafiek lezen: waar is depolarisatie, waar repolarisatie? Veelgemaakte fout: de piek als gevolg van K+ zien. De stijging komt door instromend Na+, de daling door uitstromend K+. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Impulsgeleiding in een axon met en zonder myelineschede
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Impulsgeleiding en myelineschede
Een impuls is een actiepotentiaal die langs het axon opschuift: elk stukje membraan wekt het volgende op.
Cellen van Schwann wikkelen zich om het axon en vormen de myelineschede, een isolerende laag.
Alleen bij de insnoeringen ontstaat een actiepotentiaal: sprongsgewijze impulsgeleiding, veel sneller.
Een sterkere prikkel geeft geen hogere piek, maar meer actiepotentialen per seconde.
Syllabus M4.2 specificatie 2: impulsgeleiding, sprongsgewijze impulsgeleiding; O2.3 specificatie 1: cel van Schwann, myelineschede, impuls. In het centrale zenuwstelsel wordt myeline door andere cellen gemaakt; op dit niveau blijft het bij de cellen van Schwann rond axonen in zenuwen. De myelineschede isoleert, daarom kan alleen bij de insnoeringen Na+ binnenstromen. Veelgemaakte fout: denken dat de impuls door de myelineschede heen reist. De impuls springt van insnoering naar insnoering. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Vul in
De natrium-kaliumpomp houdt de rustpotentiaal in stand door met energie Na+ naar buiten en K+ naar binnen te pompen.
Natrium-kaliumpomp en rustpotentiaal. Verwachte fout: actiepotentiaal invullen omdat die ook met Na+ en K+ te maken heeft.
Zet de fasen van een actiepotentiaal op volgorde
Drempel, instroom Na+, uitstroom K+, herstel. Verwachte fout: de uitstroom van K+ voor de instroom van Na+ zetten.
Een synaps met blaasjes, synapsspleet en receptoren
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
De synaps
Een synaps is de overgang tussen een zenuwcel en de volgende cel, met een synapsspleet ertussen.
Een impuls in het uiteinde laat blaasjes met neurotransmitter versmelten met het membraan (exocytose).
De neurotransmitter gaat door de spleet en bindt aan receptoren van de volgende cel.
Daarna wordt de neurotransmitter afgebroken of opgenomen, zodat het signaal stopt.
Syllabus M4.2 specificatie 2: synaps, neurotransmitter. Exocytose zag je in de les De cel en membraantransport. Een synaps werkt één kant op, omdat alleen het uiteinde neurotransmitter afgeeft. De receptoren zijn eiwitten die bij binding een ionenkanaal openen of een signaalroute starten. Veelgemaakte fout: denken dat de impuls zelf de spleet oversteekt. Over de spleet gaat een stof, geen elektrisch signaal. Image credit: Eigen schema, LessonUp
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Exciterend en inhiberend
Een neurotransmitter kan exciterend werken: kanalen gaan open, Na+ stroomt in en de potentiaal stijgt richting de drempel.
Een neurotransmitter kan inhiberend werken: bijvoorbeeld Cl- stroomt in, de potentiaal daalt en blijft verder van de drempel.
Een zenuwcel krijgt vaak signalen van veel synapsen tegelijk; die effecten tellen bij elkaar op.
Komt de potentiaal boven de prikkeldrempel, dan ontstaat een actiepotentiaal: zo verwerkt een zenuwcel signalen.
Syllabus M4.2 specificatie 2 en O2.3 specificatie 3: exciterend, inhiberend, signaalverwerking. Het effect hangt af van de receptor in de volgende cel, niet van de neurotransmitter alleen. Exciterend betekent dat de kans op een actiepotentiaal groter wordt, inhiberend dat die kleiner wordt. Veelgemaakte fout: denken dat inhiberend betekent dat er geen neurotransmitter wordt afgegeven. Er wordt wel afgegeven, maar het effect is een lagere potentiaal.
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Indeling van het zenuwstelsel
Het centraal zenuwstelsel bestaat uit hersenen en ruggenmerg; het perifeer zenuwstelsel uit alle zenuwen daarbuiten.
Het perifeer zenuwstelsel heeft een animaal deel (bewust) en een autonoom deel dat organen onbewust regelt.
Het orthosympatisch zenuwstelsel maakt het lichaam actief: hartslag omhoog, pupillen wijd, vertering geremd.
Het parasympatisch zenuwstelsel zorgt voor rust: hartslag omlaag, pupillen nauw, vertering aan.
Witte stof bestaat vooral uit axonen met een myelineschede, grijze stof uit cellichamen en synapsen.
Syllabus O2.3 specificatie 1: centraal en perifeer zenuwstelsel, animaal en autonoom zenuwstelsel, orthosympatisch en parasympatisch zenuwstelsel, witte en grijze stof. De twee delen van het autonome zenuwstelsel werken meestal tegengesteld op hetzelfde orgaan. In het ruggenmerg ligt de grijze stof binnen en de witte stof buiten, in de grote hersenen is het andersom. Veelgemaakte fout: orthosympatisch en parasympatisch verwisselen. Orthosympatisch hoort bij schrik en inspanning, parasympatisch bij rust.
Reflexboog bij een hete pan, in een doorsnede van het ruggenmerg
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Reflexboog en regelkring
Een regelkring in het zenuwstelsel: receptor meet, het CZS verwerkt, een spier of klier reageert.
De reflexboog is de route: receptor, sensorisch neuron, schakelneuron, motorisch neuron, spier.
Voorbeeld: een temperatuurreceptor meldt hitte; het schakelneuron in het ruggenmerg stuurt de armspier aan.
Bij de kniepeesreflex ontbreekt het schakelneuron: het sensorisch neuron geeft het signaal rechtstreeks door.
Syllabus O2.3 specificatie 3: regelkring, reflexboog; specificatie 1: sensorisch neuron, schakelneuron, motorisch neuron, temperatuurreceptor. Een reflex is snel en onbewust omdat de verwerking in het ruggenmerg gebeurt; de hersenen krijgen het signaal pas daarna. Bij de kniepeesreflex meet een rekreceptor in de spier de rek; het sensorisch neuron geeft het signaal in het ruggenmerg direct aan het motorisch neuron door, zonder schakelneuron. Veelgemaakte fout: denken dat elke reflexboog een schakelneuron heeft. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Zet de overdracht in een synaps op volgorde
Impuls, afgifte, binding, verandering van de potentiaal. Verwachte fout: binding voor de afgifte zetten.
Welk neuron ontbreekt in de reflexboog van de kniepeesreflex?
Het schakelneuron
Het sensorisch neuron
Het motorisch neuron
Een neuron van het orthosympatisch zenuwstelsel
Het sensorisch neuron geeft het signaal rechtstreeks aan het motorisch neuron. Verwachte fout: het sensorisch neuron kiezen omdat de receptor in de spier zit.
Wat vond je vandaag het lastigst?
Signaalroute en hormonen
Rustpotentiaal en actiepotentiaal
Synaps: exciterend en inhiberend
Zenuwstelsel en reflexboog
Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je nog eens met een voorbeeld doorloopt.
Welk begrip wil je nog oefenen?
Reflectievraag zonder vast antwoord. Gebruik de antwoorden om de examentraining te richten.
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Begrippen (1/2)
signaalroute: Signaalstof, receptor, second messenger, signaalcascade en respons: de cel ontvangt, versterkt en reageert.
korte en lange afstand: Korte afstand: zenuwcel, cell junctions en cytokinen. Lange afstand: hormonen via het bloed.
peptide- en steroidhormoon: Peptide: receptor in het celmembraan, second messenger. Steroid: receptor in het cytoplasma, meer genexpressie.
rustpotentiaal: Binnenkant negatief, ongeveer -70 mV, door de natrium-kaliumpomp en lekkende K+.
actiepotentiaal: Boven de prikkeldrempel: depolarisatie (Na+ in), repolarisatie (K+ uit), dan refractaire periode.
Cet élément n'a pas d'instructions
ZELFREGULATIE · ZENUWSTELSEL
Begrippen (2/2)
sprongsgewijze impulsgeleiding: Cellen van Schwann vormen de myelineschede; de impuls springt van insnoering naar insnoering.
synaps: Overgang tussen zenuwcellen: neurotransmitter uit blaasjes gaat door de synapsspleet naar receptoren.
exciterend en inhiberend: Exciterend: potentiaal omhoog. Inhiberend: potentiaal omlaag. De cel telt de signalen op.
zenuwstelsel: Centraal en perifeer; animaal en autonoom (orthosympatisch, parasympatisch); witte en grijze stof.
reflexboog: Receptor, sensorisch neuron, schakelneuron, motorisch neuron en spier; bij de kniepeesreflex zonder schakelneuron.
Cet élément n'a pas d'instructions
