Unit 1. Basic cell processes: Integration and Coordination
1. Introduction to Physiology
Fysiologie: De studie van de normale werking van een levend organisme en zijn
samenstellende delen, inclusief alle chemische en fysische processen.
Emergente eigenschappen: Eigenschappen waarvan het bestaan niet kan worden voorspeld op basis van
alleen de kennis van de afzonderlijke componenten van het systeem.
10 fysiologische orgaansystemen
Aanwezig in het hele lichaam
Naam Organen Functie
Integumentair Huid Bescherming van externe omgeving
Musculoskeletaal Skeletspieren, botten Ondersteuning en beweging
Bloedvatenstelsel Hart, bloed vaten, Transport van stoffen tussen alle cellen van het lichaam
bloed
Zenuwstelsel Hersenen, Coördinatie van lichaamsfuncties door elektrische signalen en
ruggenmerg afgifte van regulerende moleculen
Endocrine stelsel Schildklier, bijnier Synthese en afgifte van hormonen
Immuunsysteem Thymus, mild, Bescherming tegen lichaamsvreemde indringers
lymfeklieren
Uitwisseling tussen interne en externe omgeving
Naam Organen Functie
Ademhalingsstelsel Longen, luchtwegen Uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide tussen interne en
externe omgeving
Spijsverteringsstelsel Maag, darm, lever, Opname van voedingsstoffen en water, elimineert afvalstoffen
alvleesklier
Urinewegstelsel Nieren, blaas Behouden van water en opgeloste stoffen, elimineren van
afvalstoffen en overtollig water
Voortplantingssysteem Eierstokken, Voortplanting
baarmoeder,
testikels
Amyline: Behandeling voor diabetes.
1. Remt afgifte glucagon, voorkomt stijging bloedsuiker.
2. Remt leging van de maag.
3. Stimuleert gevoel van vol zitten.
Wet van massa balans: Als de hoeveelheid van een stof in het lichaam constant moet blijven, moet elke toename
gecompenseerd worden door een gelijke afname.
Totale hoeveelheid van x in lichaam = inname + productie – uitscheiding – metabolisme
Massa stroom = concentratie × volume stroom
Hoeveelheid/min hoeveelheid/volume volume/min
Beschrijft de snelheid waarmee een stof x zich verplaatst door de lichaamsvloeistoffen, of in en uit het lichaam.
Homeostase: Stabiliteit van de interne omgeving van het lichaam, stabiliteit van de
extracellulaire vloeistof (ECV).
Er is een dynamische stabiele toestand tussen ECV en ICV.
Extracellulair: Na+, Cl-
Intracellulair: K+
Controlesystemen:
- Lokale controle: Beperkt tot weefsel of cel.
Input signaal ® integratie centrum ® outputsignaal ® reactie
- Reflex controle op lange afstand: Gebruik van zenuwstelsel en/of endocrine stelsel.
Stimulus ® sensor ® input ® integratie centrum ® output ® target ® reactie
- Response loop: Van stimulus tot reactie
- Feedback loop: Van reactie naar stimulus
1
, - Negative feedback loop: Reactie werkt de stimulus tegen/haalt de stimulus weg.
Kan de normale toestand herstellen, maar de verandering niet voorkomen.
- Positieve feedback loop: Reactie versterkt de stimulus.
De variabele komt nog verder van het setpoint.
- Feedforward control: Voorspellen dat er een verandering gaat optreden, de response loop begint.
Variabelen:
- Variabelen in een systeem worden binnen een acceptabel bereik gehouden van het setpoint. Dit
resulteert in een oscillatie om het setpoint.
- Het setpoint verschilt per persoon en per periode.
- Circadiaans ritme: Dagelijks biologisch ritme
Acclimatisatie: Natuurlijk aanpassen van fysiologische processen aan de omgeving.
Acclimatie: Kunstmatig aanpassen.
2. Molecular interactions
Organische moleculen: Moleculen die koolstof bevatten.
Biomoleculen: Organische moleculen geassocieerd met levende organismen.
4 soorten biomoleculen
1. koolhydraten
- 5 koolstofatomen: Ribose
- 6 koolstofatomen: Glucose
2. lipiden
- Glycerol als backbone met 1, 2, of 3 vetzuren.
- Verzadigde vetzuren: Geen dubbele bindingen, vloeibaar op kamertemperatuur.
- Onverzadigde vetzuren: Dubbele bindingen.
- Drie lipide gerelateerde moleculen:
1. Eicosanoïden
2. Steroïden: Cholesterol.
3. Fosfolipiden: Twee vetzuurketens en een fosfaatgroep.
3. eiwitten
- Carboxy groep - COOH
- Amino groep - NH2
- Waterstof -H
- Variabele groep -R
4. nucleotiden
- DNA, RNA, ATP, cAMP
- 5-koolstof suikergroep, 1 of meer fosfaat groepen, stikstofhoudende bases.
Vier belangrijke biologische functies van elektronen:
1. Covalente binding Het delen van elektronen tussen twee atomen.
2. Ionen Krijgen of verliezen van een elektron, atoom wordt geladen.
3. Energie Energie opslaan en overbrengen aan andere atomen.
4. Vrije radicalen Onstabiele moleculen met een vrij elektron.
Verbindingen
Covalent
Covalente binding: Binding tussen twee vrije elektronen in de buitenste schil.
Polair: Oneven verdeling van elektronen.
𝛿 ! Sterke aantrekkingskracht elektronen.
𝛿" Zwakke aantrekkingskracht elektronen.
Apolair: Even verdeling van elektronen.
Niet-covalent
Ionische binding: Anion: Negatief geladen Neemt elekron op.
Cation: Positief geladen Staat elektron af.
Waterstofbrug: Aantrekkingskracht tussen waterstof en zuurstof, stikstof of fluor.
1 watermolecuul kan 4 waterstofbruggen vormen.
Van der Waals: Niet specifieke aantrekkingskracht tussen de kern van het ene atoom en de elektronen
van het andere atoom.
2
,pH
- pH = -log[H+] pH = log(1/[H+])
- pH verandering van 1 10-voudige verandering in [H+]
- pH bloed is 7.40 pH van 7.00 of 7.70 is onverenigbaar met leven.
7 categorieën van oplosbare eiwitten
1. Enzymen Katalyseren reacties
2. Membraan transporters Stoffen heen en weer verplaatsen van ICV naar ECV
3. Signaal moleculen Geven signalen
4. Receptoren Binden signaal moleculen en initiëren een cellulaire reactie
5. Binding eiwitten Binden en transporteren moleculen in ECV
6. Immunoglobulines Extracellulaire immuno eiwitten
7. Regulator eiwitten Zetten cellulaire processen aan of uit
Isovormen: Eiwitten waarvan de functie vergelijkbaar is maar de affiniteit verschilt.
Activatie: Sommige eiwitten worden inactief gesynthetiseerd en moeten geactiveerd worden door
bijvoorbeeld; proteolytische activatie, cofactor.
Modulatie: Een factor die de eiwitbinding of activiteit beïnvloed.
- Antagonist: Inhibitor, remt de activiteit.
- Competitieve inhibitor: Competitie met ligand, is reversibel.
- Allosterische modulator: Bindt aan regulator site, niet active site.
- Covalente modulator: Covalente binding van functionele groep.
Omgeving: pH, temperatuur, zoutgehalte Kan leiden tot denaturatie.
Saturatie: Maximum reactie snelheid, alle eiwitten hebben ligand gebonden.
3. Compartmentation; Cells and Tissues
Compartimenten van het menselijk lichaam
Holtes:
- Schedelholte Hersenen
- Borstholte Hart en longen
- Buik- en bekkenholte Maag, dunne darm, lever, alvleesklier, galblaas, mild
Voortplantingsorganen, blaas, dikke darm
Met vloeistof gevulde compartimenten:
- Bloedvaten en hart Circulatie van bloed
- Ogen Hol, met vloeistof gevuld
- Hersenen en ruggengraat Omgeven door cerebraalspinaal vocht
- Pleura Vlies met vocht om de longen
- Pericard Vlies met vocht om het hart
Vloeistoffen:
- Extracellulaire vloeistof Buiten cellen
- Plasma
- Interstitiële vloeistof
- Intracellulaire vloeistof Binnen cellen
Cellen
Functies cel membraan:
- Fysieke barrière
- Regulatie van uitwisseling met omgeving
- Communicatie tussen cel en omgeving
- Structurele ondersteuning
Cytoplasma:
- Cytosol Intracellulaire vloeistof
- Inclusies Niet oplosbare materialen
- Eiwit fibers Cytoskelet
- Organellen Membraan-omsloten compartimenten
Cytoskelet:
- Actine
- Intermediaire filamenten
- Microtubuli
3
, - Cel vorm
- Organisatie
- Intracellulair transport
- Van cellen naar weefsels
- Beweging
Motor eiwitten:
- Myosine Actine Spier contractie
- Kinesin Microtubule Intracellulair transport Naar + uiteinde
- Dynein Microtubule Intracellulair transport Naar - uiteinde
Vorming van weefsel
Extracellulaire matrix
- Proteoglycanen
- Onoplosbare eiwit vezels: Collageen, fibronectine, laminine
Cel junctions – Cel Adhesie Moleculen (CAMs)
Gap junctions
- Cel-cel communicatie
- Connexin
Tight junctions
- Vormt een barrière
- Claudin, occludin
Anchoring junctions
- Bindt cellen
- Cel-cel: Cadherine Adherens junctions Bindt aan actine
Desmosomen Bindt aan intermediaire filamenten
- Cel-matrix: Integrine Focal adhesie Bindt aan actine en fibronectine
Hemidesmosome Bindt aan keratine en laminine
4 soorten weefsels
Epitheel
Functie: Bescherming en regulatie uitwisseling materialen
Structuur: Laag van een of meer cellen.
Basale lamina: Een dunne laag ECM tussen de epitheel laag en het onderliggende weefsel.
Bestaat uit collageen, laminine filamenten en proteoglycanen.
Gelaagdheid: - Simpel: Een laag cellen
- Gelaagd: Meerdere lagen cellen
Cel vormen: - Plat
- Vierkant
- Cilinder
Typen epitheel: 1. Uitwisselingsepitheel
- Uitwisseling van gassen (CO2 en O2)
- Bloedvaten en longen
- Enkele laag platte cellen
- Ook wel endotheel genoemd in hart en bloedvaten
2. Transporterend epitheel
- Regulatie van actieve en selectieve uitwisseling van stoffen
- Darmen en nieren
- Enkele laag vierkante of cilinder vormige cellen
- Microvili, hele sterke tight junctions, veel mitochondria.
3. Ciliated epitheel
- Vloeistof en deeltjes verplaatsen.
- Luchtwegen en eileiders
4. Beschermend epitheel
- Voorkomt uitwisseling en zorgt voor bescherming
- Huid, mond, slokdarm, urineleider, vagina
- Dikke laag cellen
- Cellen hebben korte levensduur en worden continue vernieuwd
5. Uitscheidingsepitheel
- Produceren een stof die wordt uitgescheiden in de ECV.
- Uitscheidingsepitheel cellen liggen los in het epitheel of vormen een klier.
- Exocriene: Secretie in extracellulaire omgeving.
Afgifte via ducts.
Sereus (waterig) of mucus (slijmerige) uitscheiding.
- Endocriene: Secretie in extracellulair compartiment (bloed).
Geen duct.
4
1. Introduction to Physiology
Fysiologie: De studie van de normale werking van een levend organisme en zijn
samenstellende delen, inclusief alle chemische en fysische processen.
Emergente eigenschappen: Eigenschappen waarvan het bestaan niet kan worden voorspeld op basis van
alleen de kennis van de afzonderlijke componenten van het systeem.
10 fysiologische orgaansystemen
Aanwezig in het hele lichaam
Naam Organen Functie
Integumentair Huid Bescherming van externe omgeving
Musculoskeletaal Skeletspieren, botten Ondersteuning en beweging
Bloedvatenstelsel Hart, bloed vaten, Transport van stoffen tussen alle cellen van het lichaam
bloed
Zenuwstelsel Hersenen, Coördinatie van lichaamsfuncties door elektrische signalen en
ruggenmerg afgifte van regulerende moleculen
Endocrine stelsel Schildklier, bijnier Synthese en afgifte van hormonen
Immuunsysteem Thymus, mild, Bescherming tegen lichaamsvreemde indringers
lymfeklieren
Uitwisseling tussen interne en externe omgeving
Naam Organen Functie
Ademhalingsstelsel Longen, luchtwegen Uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide tussen interne en
externe omgeving
Spijsverteringsstelsel Maag, darm, lever, Opname van voedingsstoffen en water, elimineert afvalstoffen
alvleesklier
Urinewegstelsel Nieren, blaas Behouden van water en opgeloste stoffen, elimineren van
afvalstoffen en overtollig water
Voortplantingssysteem Eierstokken, Voortplanting
baarmoeder,
testikels
Amyline: Behandeling voor diabetes.
1. Remt afgifte glucagon, voorkomt stijging bloedsuiker.
2. Remt leging van de maag.
3. Stimuleert gevoel van vol zitten.
Wet van massa balans: Als de hoeveelheid van een stof in het lichaam constant moet blijven, moet elke toename
gecompenseerd worden door een gelijke afname.
Totale hoeveelheid van x in lichaam = inname + productie – uitscheiding – metabolisme
Massa stroom = concentratie × volume stroom
Hoeveelheid/min hoeveelheid/volume volume/min
Beschrijft de snelheid waarmee een stof x zich verplaatst door de lichaamsvloeistoffen, of in en uit het lichaam.
Homeostase: Stabiliteit van de interne omgeving van het lichaam, stabiliteit van de
extracellulaire vloeistof (ECV).
Er is een dynamische stabiele toestand tussen ECV en ICV.
Extracellulair: Na+, Cl-
Intracellulair: K+
Controlesystemen:
- Lokale controle: Beperkt tot weefsel of cel.
Input signaal ® integratie centrum ® outputsignaal ® reactie
- Reflex controle op lange afstand: Gebruik van zenuwstelsel en/of endocrine stelsel.
Stimulus ® sensor ® input ® integratie centrum ® output ® target ® reactie
- Response loop: Van stimulus tot reactie
- Feedback loop: Van reactie naar stimulus
1
, - Negative feedback loop: Reactie werkt de stimulus tegen/haalt de stimulus weg.
Kan de normale toestand herstellen, maar de verandering niet voorkomen.
- Positieve feedback loop: Reactie versterkt de stimulus.
De variabele komt nog verder van het setpoint.
- Feedforward control: Voorspellen dat er een verandering gaat optreden, de response loop begint.
Variabelen:
- Variabelen in een systeem worden binnen een acceptabel bereik gehouden van het setpoint. Dit
resulteert in een oscillatie om het setpoint.
- Het setpoint verschilt per persoon en per periode.
- Circadiaans ritme: Dagelijks biologisch ritme
Acclimatisatie: Natuurlijk aanpassen van fysiologische processen aan de omgeving.
Acclimatie: Kunstmatig aanpassen.
2. Molecular interactions
Organische moleculen: Moleculen die koolstof bevatten.
Biomoleculen: Organische moleculen geassocieerd met levende organismen.
4 soorten biomoleculen
1. koolhydraten
- 5 koolstofatomen: Ribose
- 6 koolstofatomen: Glucose
2. lipiden
- Glycerol als backbone met 1, 2, of 3 vetzuren.
- Verzadigde vetzuren: Geen dubbele bindingen, vloeibaar op kamertemperatuur.
- Onverzadigde vetzuren: Dubbele bindingen.
- Drie lipide gerelateerde moleculen:
1. Eicosanoïden
2. Steroïden: Cholesterol.
3. Fosfolipiden: Twee vetzuurketens en een fosfaatgroep.
3. eiwitten
- Carboxy groep - COOH
- Amino groep - NH2
- Waterstof -H
- Variabele groep -R
4. nucleotiden
- DNA, RNA, ATP, cAMP
- 5-koolstof suikergroep, 1 of meer fosfaat groepen, stikstofhoudende bases.
Vier belangrijke biologische functies van elektronen:
1. Covalente binding Het delen van elektronen tussen twee atomen.
2. Ionen Krijgen of verliezen van een elektron, atoom wordt geladen.
3. Energie Energie opslaan en overbrengen aan andere atomen.
4. Vrije radicalen Onstabiele moleculen met een vrij elektron.
Verbindingen
Covalent
Covalente binding: Binding tussen twee vrije elektronen in de buitenste schil.
Polair: Oneven verdeling van elektronen.
𝛿 ! Sterke aantrekkingskracht elektronen.
𝛿" Zwakke aantrekkingskracht elektronen.
Apolair: Even verdeling van elektronen.
Niet-covalent
Ionische binding: Anion: Negatief geladen Neemt elekron op.
Cation: Positief geladen Staat elektron af.
Waterstofbrug: Aantrekkingskracht tussen waterstof en zuurstof, stikstof of fluor.
1 watermolecuul kan 4 waterstofbruggen vormen.
Van der Waals: Niet specifieke aantrekkingskracht tussen de kern van het ene atoom en de elektronen
van het andere atoom.
2
,pH
- pH = -log[H+] pH = log(1/[H+])
- pH verandering van 1 10-voudige verandering in [H+]
- pH bloed is 7.40 pH van 7.00 of 7.70 is onverenigbaar met leven.
7 categorieën van oplosbare eiwitten
1. Enzymen Katalyseren reacties
2. Membraan transporters Stoffen heen en weer verplaatsen van ICV naar ECV
3. Signaal moleculen Geven signalen
4. Receptoren Binden signaal moleculen en initiëren een cellulaire reactie
5. Binding eiwitten Binden en transporteren moleculen in ECV
6. Immunoglobulines Extracellulaire immuno eiwitten
7. Regulator eiwitten Zetten cellulaire processen aan of uit
Isovormen: Eiwitten waarvan de functie vergelijkbaar is maar de affiniteit verschilt.
Activatie: Sommige eiwitten worden inactief gesynthetiseerd en moeten geactiveerd worden door
bijvoorbeeld; proteolytische activatie, cofactor.
Modulatie: Een factor die de eiwitbinding of activiteit beïnvloed.
- Antagonist: Inhibitor, remt de activiteit.
- Competitieve inhibitor: Competitie met ligand, is reversibel.
- Allosterische modulator: Bindt aan regulator site, niet active site.
- Covalente modulator: Covalente binding van functionele groep.
Omgeving: pH, temperatuur, zoutgehalte Kan leiden tot denaturatie.
Saturatie: Maximum reactie snelheid, alle eiwitten hebben ligand gebonden.
3. Compartmentation; Cells and Tissues
Compartimenten van het menselijk lichaam
Holtes:
- Schedelholte Hersenen
- Borstholte Hart en longen
- Buik- en bekkenholte Maag, dunne darm, lever, alvleesklier, galblaas, mild
Voortplantingsorganen, blaas, dikke darm
Met vloeistof gevulde compartimenten:
- Bloedvaten en hart Circulatie van bloed
- Ogen Hol, met vloeistof gevuld
- Hersenen en ruggengraat Omgeven door cerebraalspinaal vocht
- Pleura Vlies met vocht om de longen
- Pericard Vlies met vocht om het hart
Vloeistoffen:
- Extracellulaire vloeistof Buiten cellen
- Plasma
- Interstitiële vloeistof
- Intracellulaire vloeistof Binnen cellen
Cellen
Functies cel membraan:
- Fysieke barrière
- Regulatie van uitwisseling met omgeving
- Communicatie tussen cel en omgeving
- Structurele ondersteuning
Cytoplasma:
- Cytosol Intracellulaire vloeistof
- Inclusies Niet oplosbare materialen
- Eiwit fibers Cytoskelet
- Organellen Membraan-omsloten compartimenten
Cytoskelet:
- Actine
- Intermediaire filamenten
- Microtubuli
3
, - Cel vorm
- Organisatie
- Intracellulair transport
- Van cellen naar weefsels
- Beweging
Motor eiwitten:
- Myosine Actine Spier contractie
- Kinesin Microtubule Intracellulair transport Naar + uiteinde
- Dynein Microtubule Intracellulair transport Naar - uiteinde
Vorming van weefsel
Extracellulaire matrix
- Proteoglycanen
- Onoplosbare eiwit vezels: Collageen, fibronectine, laminine
Cel junctions – Cel Adhesie Moleculen (CAMs)
Gap junctions
- Cel-cel communicatie
- Connexin
Tight junctions
- Vormt een barrière
- Claudin, occludin
Anchoring junctions
- Bindt cellen
- Cel-cel: Cadherine Adherens junctions Bindt aan actine
Desmosomen Bindt aan intermediaire filamenten
- Cel-matrix: Integrine Focal adhesie Bindt aan actine en fibronectine
Hemidesmosome Bindt aan keratine en laminine
4 soorten weefsels
Epitheel
Functie: Bescherming en regulatie uitwisseling materialen
Structuur: Laag van een of meer cellen.
Basale lamina: Een dunne laag ECM tussen de epitheel laag en het onderliggende weefsel.
Bestaat uit collageen, laminine filamenten en proteoglycanen.
Gelaagdheid: - Simpel: Een laag cellen
- Gelaagd: Meerdere lagen cellen
Cel vormen: - Plat
- Vierkant
- Cilinder
Typen epitheel: 1. Uitwisselingsepitheel
- Uitwisseling van gassen (CO2 en O2)
- Bloedvaten en longen
- Enkele laag platte cellen
- Ook wel endotheel genoemd in hart en bloedvaten
2. Transporterend epitheel
- Regulatie van actieve en selectieve uitwisseling van stoffen
- Darmen en nieren
- Enkele laag vierkante of cilinder vormige cellen
- Microvili, hele sterke tight junctions, veel mitochondria.
3. Ciliated epitheel
- Vloeistof en deeltjes verplaatsen.
- Luchtwegen en eileiders
4. Beschermend epitheel
- Voorkomt uitwisseling en zorgt voor bescherming
- Huid, mond, slokdarm, urineleider, vagina
- Dikke laag cellen
- Cellen hebben korte levensduur en worden continue vernieuwd
5. Uitscheidingsepitheel
- Produceren een stof die wordt uitgescheiden in de ECV.
- Uitscheidingsepitheel cellen liggen los in het epitheel of vormen een klier.
- Exocriene: Secretie in extracellulaire omgeving.
Afgifte via ducts.
Sereus (waterig) of mucus (slijmerige) uitscheiding.
- Endocriene: Secretie in extracellulair compartiment (bloed).
Geen duct.
4
