Organen en gaswisseling (Biologie vwo), les 1: Uitleg
ORGAAN · GASWISSELING
Organen en gaswisseling
Examenstof biologie vwo
Lesduur is: 45 minIntroductie
Onderdelen in deze les
ORGAAN · GASWISSELING
Organen en gaswisseling
Examenstof biologie vwo
Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: O1.1 en O1.3 (B3.1, B3.3). Image credit: Wagner Souza e Silva / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
ORGAAN · GASWISSELING
Wat ga je kunnen?
Ik kan beschrijven hoe organen en orgaanstelsels samenwerken en uitleggen hoe longventilatie, gaswisseling en zuurstoftransport verlopen.
Deze slide heeft geen instructies
Welke weg legt een zuurstofmolecuul af van je neus tot in een spiercel?
Verwacht: neus, luchtpijp, longen, longblaasjes, bloed, rode bloedcellen, hemoglobine, hart, spier, diffusie. Koppel de woorden aan de les: eerst organen en orgaanstelsels, dan luchtwegen en ventilatie, dan gaswisseling en zuurstoftransport. Veelgemaakte misvatting: de zuurstof gaat 'gewoon' van de long naar de spier. Er zit een heel transportsysteem tussen. Hart en bloedvaten komen uitgebreid aan bod in de les over transport; hier gaat het om de gaswisseling en de binding van zuurstof.
Didactisch model van de longen met luchtpijp, bronchiën en hart
ORGAAN · GASWISSELING
Van cel tot orgaanstelsel
Cellen met dezelfde bouw en functie vormen samen een weefsel, zoals spierweefsel of slijmvlies.
Verschillende weefsels vormen samen een orgaan met een eigen functie, zoals de long.
Organen die samenwerken vormen een orgaanstelsel: het ademhalingsstelsel bestaat uit luchtwegen en longen.
De rangschikking van cellen bepaalt de functie: platte cellen vormen de dunne wand van een longblaasje.
Syllabus O1.1 punt 1: cel, weefsel, orgaan, orgaanstelsel. Een orgaan bestaat uit meerdere weefsels: de long heeft bijvoorbeeld een dunne wand van platte cellen, bindweefsel, spierweefsel in de wand van de luchtwegen en bloedvaten. Veelgemaakte fout: orgaan en orgaanstelsel door elkaar halen. De long is een orgaan, het ademhalingsstelsel een orgaanstelsel. Image credit: Wagner Souza e Silva / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
ORGAAN · GASWISSELING
Orgaanstelsels hangen samen
Het ademhalingsstelsel neemt zuurstof op en geeft koolstofdioxide af; het bloedvatenstelsel vervoert die gassen.
Het zenuwstelsel regelt hoe snel en diep je ademt; de spieren gebruiken de zuurstof bij de dissimilatie.
Bij inspanning gaan ademhaling en hartslag omhoog: de orgaanstelsels stemmen zich op elkaar af.
Valt een orgaan uit, dan raakt de samenwerking verstoord: minder ventilatie betekent minder zuurstof voor alle organen.
Syllabus O1.1 punt 3 en 4. Laat leerlingen een keten redeneren: ademhalingsspieren, longen, bloed, spieren. Bij verzwakte ademhalingsspieren komt minder lucht in de longblaasjes, daalt de zuurstofconcentratie in het bloed en stijgt de koolstofdioxideconcentratie. Veelgemaakte fout: een orgaanstelsel los van de andere bekijken.
Kieuwen van een vis
ORGAAN · GASWISSELING
Mens en dier vergeleken
Mensen en andere zoogdieren ademen met longen: lucht gaat via luchtpijp en bronchiën naar de longblaasjes.
Een vis neemt zuurstof op met kieuwen, een insect met tracheeën: buisjes die lucht naar de weefsels brengen.
Overeenkomst: een groot, dun en vochtig oppervlak waar gassen diffunderen.
Verschil: kieuwen werken in water; op het droge klappen de kieuwbladen samen en daalt het oppervlak.
Syllabus O1.1 punt 2: verschillen en overeenkomsten tussen organen van mens en dier. Vorm-functiedenken: de bouw past bij het milieu (lucht of water) en bij de grootte van het dier. Kieuwbladen worden in water door het water uit elkaar gehouden; op het droge klitten ze aan elkaar, zodat het wisseloppervlak sterk afneemt. Bij insecten transporteert bloed geen zuurstof: de tracheeën reiken tot bij de cellen. Veelgemaakte fout: denken dat een vis zuurstof uit de watermoleculen haalt. De vis neemt opgeloste zuurstof op. Image credit: Krishna satya 333 / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Huidmondjes en haartjes op een bladoppervlak (elektronenmicroscoop)
ORGAAN · GASWISSELING
Prokaryoot, plant en dier
Prokaryoten hebben geen gaswisselingsorgaan: gassen diffunderen rechtstreeks door het celmembraan.
Een blad wisselt gassen via huidmondjes: bij licht neemt het koolstofdioxide op voor fotosynthese.
Dissimilatie gebruikt zuurstof en gaat dag en nacht door; in het donker geeft het blad dan koolstofdioxide af.
Transport: diffusie bij prokaryoten, houtvaten en bastvaten bij planten, een bloedsomloop bij dieren.
Syllabus O1.1 punt 5: verschillen in ademhaling, vertering, uitscheiding en transport bij prokaryoten, planten en dieren. Vertering en uitscheiding verschillen ook: bacteriën scheiden enzymen uit en nemen kleine stoffen op, planten maken hun eigen organische stof en hebben geen verteringsstelsel, dieren hebben een verteringskanaal en nieren of vergelijkbare organen. Deze onderwerpen krijgen een eigen les; hier gaat het om het vergelijken. Veelgemaakte fout: denken dat planten alleen 's nachts ademen of alleen overdag fotosynthese en geen dissimilatie hebben. Dissimilatie verloopt altijd. Image credit: Louisa Howard, Dartmouth Electron Microscope Facility / Wikimedia Commons, publiek domein
Zet op volgorde, van klein naar groot
Cel, weefsel, orgaan, orgaanstelsel: een spiercel vormt met andere spiercellen spierweefsel in de wand, de bronchie is het orgaan en het ademhalingsstelsel het orgaanstelsel. Verwachte fout: weefsel en orgaan omdraaien.
Welke rol heeft het zenuwstelsel bij de ademhaling?
Het neemt zuurstof op in de longblaasjes
Het regelt hoe snel en diep je ademt
Het vervoert zuurstof naar de spieren
Het maakt de longen groter bij inademen
Het zenuwstelsel stuurt de ademhalingsspieren aan. Opname gebeurt in de longblaasjes, transport door het bloed, en de ademhalingsspieren zorgen voor het groter worden van de borstholte. Verwachte fout: de taak van een ander orgaanstelsel kiezen.
Longweefsel onder de elektronenmicroscoop
ORGAAN · GASWISSELING
Bouw van luchtwegen en longen
Lucht gaat via neus of mond en keelholte naar de luchtpijp, die splitst in twee bronchiën.
De bronchiën vertakken tot dunne buisjes die eindigen in miljoenen longblaasjes.
Bouw en functie: heel veel longblaasjes geven samen een oppervlak van tientallen vierkante meters.
De wand is minder dan 1 µm dik en omringd door haarvaten: een korte afstand voor diffusie.
Syllabus O1.3 punt 1 en 2: bouw, werking en functie van de gaswisselingsorganen. Vorm-functiedenken: groot oppervlak, dunne wand, veel haarvaten en een vochtige binnenkant. Veelgemaakte fout: denken dat gaswisseling al in luchtpijp of bronchiën plaatsvindt. Dat gebeurt alleen in de longblaasjes. Image credit: Louisa Howard, Michael Binder / Wikimedia Commons, publiek domein
Inademen en uitademen in rust
ORGAAN · GASWISSELING
Ventilatiebewegingen
Bij inademen trekken de ademhalingsspieren samen: het middenrif wordt platter en de ribben gaan omhoog.
Zo wordt de borstholte groter en daalt de druk in de interpleurale ruimte: de longen volgen de borstwand.
De druk in de longen is dan lager dan buiten, dus lucht stroomt naar binnen.
Rustig uitademen is passief; bij geforceerd uitademen werken buikspieren en inwendige tussenribspieren mee.
Syllabus O1.3 punt 3: ademhalingsspieren, ventilatiebewegingen en interpleurale ruimte. Tussen long en borstwand zit een dunne vochtlaag in een afgesloten ruimte met een druk die lager is dan de buitenlucht. Daardoor volgt de long de beweging van de borstwand. Bij een gat in de borstwand verdwijnt die onderdruk en klapt de long in. Veelgemaakte fout: denken dat de longen zelf spieren hebben om lucht aan te zuigen. De spieren zitten rond de borstholte. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Spirogram met longcapaciteit, vitale capaciteit en restvolume
ORGAAN · GASWISSELING
Longvolumes en dode ruimte
De vitale capaciteit is het volume dat je na maximaal inademen kunt uitademen.
Het restvolume blijft na maximaal uitademen in de longen achter.
De longcapaciteit is de vitale capaciteit plus het restvolume; rustig ademen gebruikt maar een klein deel.
De dode ruimte is het deel van de luchtwegen zonder gaswisseling: die lucht bereikt het bloed niet.
Syllabus O1.3 punt 3: longcapaciteit, vitale capaciteit, restvolume en dode ruimte. In het voorbeeld is de longcapaciteit 6,0 L, de vitale capaciteit 4,8 L en het restvolume 1,2 L: 4,8 + 1,2 = 6,0. Het restvolume kun je niet uitademen en dus ook niet met een spirograaf meten. Veelgemaakte fout: dode ruimte en restvolume door elkaar halen. De dode ruimte is lucht in de luchtwegen die bij elke ademteug heen en weer gaat zonder gaswisseling. Image credit: Eigen schema, LessonUp
ORGAAN · GASWISSELING
Regeling van de ademhaling
Chemoreceptoren meten de koolstofdioxideconcentratie en de zuurgraad (pH) van het bloed.
Ze geven de informatie door aan het ademhalingscentrum in de hersenstam (het verlengde merg).
Het ademhalingscentrum stuurt de ademhalingsspieren aan: bij meer CO2 ga je sneller en dieper ademen.
Daardoor daalt de CO2-concentratie weer: dit is een regelkring met negatieve terugkoppeling.
Syllabus O1.3 punt 3: de regeling van de longventilatie. De belangrijkste prikkel voor de ademhaling is de koolstofdioxideconcentratie (via de pH); een lage zuurstofconcentratie is bij gezonde mensen een zwakkere prikkel. Veelgemaakte fout: denken dat een tekort aan zuurstof de ademhaling vooral regelt.
Vul in
Bij inademen trekken de ademhalingsspieren samen, de borstholte wordt groter en de druk in de longen wordt lager, zodat lucht naar binnen stroomt.
Ademhalingsspieren trekken samen, borstholte groter, druk in de long lager dan buiten, lucht stroomt naar binnen. Verwachte fout: 'hoger' invullen omdat er lucht bij komt.
Welk volume blijft na maximaal uitademen altijd in de longen achter?
Het restvolume
De vitale capaciteit
De longcapaciteit
Het volume van één ademteug
Het restvolume kun je niet uitademen. Verwachte fout: de vitale capaciteit kiezen, het volume dat je juist wel kunt uitademen.
Gaswisseling tussen longblaasje en haarvat en de wet van Fick
ORGAAN · GASWISSELING
Gaswisseling en de wet van Fick
Gaswisseling gebeurt door diffusie: gas gaat van een hoge naar een lage concentratie of druk.
Zuurstof gaat van het longblaasje naar het bloed, koolstofdioxide van het bloed naar het longblaasje.
Wet van Fick: de diffusiesnelheid is evenredig met oppervlak en drukverschil, omgekeerd met afstand.
Groot oppervlak, dunne wand en steile drukverschillen door ventilatie en bloedstroom geven snelle diffusie.
Syllabus O1.3 punt 4: diffusie, gaswisseling, wet van Fick en zuurstofdruk en koolstofdioxidedruk. De waarden in het schema zijn afgeronde voorbeeldwaarden. Door ventilatie en doorstroming blijft het drukverschil in stand: het longblaasje krijgt steeds verse lucht en het bloed voert zuurstof af. Veelgemaakte fout: denken dat zuurstof actief het bloed in wordt gepompt. Diffusie kost geen energie. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Zuurstofverzadigingscurven van myoglobine en hemoglobine
ORGAAN · GASWISSELING
Hemoglobine en myoglobine
Hemoglobine in rode bloedcellen bindt zuurstof; een molecuul kan vier zuurstofmoleculen binden.
De verzadigingscurve is S-vormig: in de longen is hemoglobine bijna vol, bij lage druk geeft het zuurstof af.
Myoglobine in spiercellen bindt zuurstof al bij zeer lage druk en slaat het op voor de spier.
De curve van myoglobine ligt links van die van hemoglobine: myoglobine neemt zuurstof van hemoglobine over.
Syllabus O1.3 punt 4: zuurstoftransport, hemoglobine, myoglobine en verzadigingscurve. De S-vorm komt doordat de binding van een zuurstofmolecuul de binding van het volgende vergemakkelijkt. Myoglobine bestaat uit een eiwitketen met een heemgroep en bindt een zuurstofmolecuul. De getallen op de assen zijn voorbeeldwaarden. Veelgemaakte fout: denken dat hemoglobine in spieren zit. Dat is myoglobine. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Bloedcellen onder de elektronenmicroscoop, vooral rode bloedcellen
ORGAAN · GASWISSELING
Bohr-effect en CO2-transport
Bij een hoge CO2-druk, zoals in een werkende spier, bindt hemoglobine minder zuurstof: het Bohr-effect.
De curve schuift naar rechts: bij dezelfde zuurstofdruk geeft hemoglobine meer zuurstof af.
Het meeste CO2 reist als waterstofcarbonaat in het plasma, een deel gebonden aan hemoglobine.
Syllabus O1.3 punt 4: Bohr-effect en koolstofdioxidetransport. Het Bohr-effect zorgt dat actieve spieren, waar veel CO2 vrijkomt, extra zuurstof krijgen. In de longen, met een lage CO2-druk, bindt hemoglobine juist weer makkelijker zuurstof. Het meeste CO2 wordt in rode bloedcellen omgezet in waterstofcarbonaat (HCO3-) en vervoerd in het plasma; een kleiner deel bindt aan hemoglobine en een klein deel is opgelost. Veelgemaakte fout: denken dat CO2 vooral opgelost in het plasma wordt vervoerd. Image credit: Bruce Wetzel, Harry Schaefer (NCI) / Wikimedia Commons, publiek domein
Waarom diffundeert zuurstof van een longblaasje naar het bloed?
Het bloed trekt zuurstof actief naar binnen
Het longblaasje pompt zuurstof het bloed in
De zuurstofdruk is daar hoger dan in het bloed
Zuurstof gaat altijd van laag naar hoog
Diffusie gaat van een hoge naar een lage druk en kost geen energie. Verwachte fout: denken dat het bloed of het longblaasje zuurstof actief verplaatst.
Wat is een voordeel van myoglobine in spiercellen?
Het vervoert zuurstof door het hele lichaam
Het neemt zuurstof van het bloed over en slaat het op
Het geeft zuurstof af bij hoge zuurstofdruk
Het bindt zuurstof pas bij hoge zuurstofdruk
Myoglobine heeft een hogere affiniteit voor zuurstof dan hemoglobine en geeft de zuurstof pas af als de druk in de spiercel erg laag wordt. Verwachte fout: de taak van hemoglobine kiezen (transport door het bloed).
Wat vond je vandaag het lastigst?
Organen en orgaanstelsels
Ventilatie en longvolumes
Wet van Fick en diffusie
Hemoglobine en Bohr-effect
Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je in de examentraining nog een keer met een voorbeeld doorloopt.
Welk begrip uit de les wil je nog oefenen?
Reflectievraag, er is geen fout antwoord. Gebruik de antwoorden om te zien welke begrippen onvoldoende zijn blijven hangen.
ORGAAN · GASWISSELING
Begrippen (1/2)
orgaanstelsel: Organen die samenwerken, zoals het ademhalingsstelsel.
ventilatiebewegingen: Bewegingen van ribben en middenrif waardoor lucht in en uit de longen stroomt.
interpleurale ruimte: Smalle ruimte tussen long en borstwand met een lagere druk dan buiten.
vitale capaciteit: Het volume dat je na maximaal inademen kunt uitademen.
restvolume: Het volume dat na maximaal uitademen in de longen blijft.
Deze slide heeft geen instructies
ORGAAN · GASWISSELING
Begrippen (2/2)
dode ruimte: Luchtwegen waarin geen gaswisseling plaatsvindt.
ademhalingscentrum: Deel van de hersenstam dat de ademhalingsspieren aanstuurt.
wet van Fick: Diffusiesnelheid is evenredig met oppervlak en drukverschil en omgekeerd evenredig met afstand.
hemoglobine: Eiwit in rode bloedcellen dat zuurstof bindt.
Bohr-effect: Bij hoge CO2-druk bindt hemoglobine minder zuurstof.
Deze slide heeft geen instructies
