Samenvatting · Biologie · vwo 5 Regeling, hormonen en zenuwstelsel

Regeling, hormonen en zenuwstelsel

1. Regeling en homeostase

Een organisme neemt voortdurend stoffen op uit de omgeving en geeft stoffen af. Voorbeelden zijn opname van zuurstof en voedingsstoffen, en afgifte van koolstofdioxide, urine, ontlasting en zweet. Ondanks wisselende omstandigheden moet het inwendige milieu binnen bepaalde grenzen constant blijven. Dit heet homeostase.

• Het inwendige milieu bestaat uit bloed en weefselvloeistof.
• Het uitwendige milieu is de omgeving buiten het lichaam, maar ook de inhoud van darmen, longen en blaas. Deze ruimten staan via een opening of buis in verbinding met de buitenwereld.
• Tussen het inwendige en uitwendige milieu bevindt zich altijd minstens één cellaag.

Bij homeostase blijft een factor niet exact gelijk, maar schommelt deze rond een normwaarde. Dit heet een dynamisch evenwicht.

Voorbeelden van factoren die door homeostase worden gereguleerd:

• lichaamstemperatuur;
• glucoseconcentratie in het bloed;
• zuurstofconcentratie in het bloed;
• osmotische waarde van lichaamsvloeistoffen;
• bloeddruk.

De normwaarde van de lichaamstemperatuur ligt ongeveer bij 36,4 °C. Door bijvoorbeeld sport, koorts of een lage omgevingstemperatuur kan de lichaamstemperatuur tijdelijk veranderen. Regelkringen zorgen ervoor dat de afwijking vervolgens wordt verkleind.

2. Regelkringen en terugkoppeling

Een regelkring bestaat uit drie functionele onderdelen:

Een technische vergelijking is een verwarmingssysteem:

Negatieve terugkoppeling

Bij negatieve terugkoppeling remt een toename van het resultaat het proces dat tot die toename leidde. Een afname stimuleert juist het proces. Daardoor blijft de factor rond de normwaarde.

Negatieve terugkoppeling is dus belangrijk voor het handhaven van homeostase.

Positieve terugkoppeling

Bij positieve terugkoppeling versterkt een toename van het resultaat het proces. De reactie neemt dan steeds verder toe totdat een gebeurtenis is afgerond.

Voorbeelden:

• Bij een bevalling veroorzaakt druk van het hoofdje van de baby op de uitgang van de baarmoeder afgifte van oxytocine. Oxytocine versterkt de weeën, waardoor de druk verder toeneemt en opnieuw oxytocine vrijkomt.
• Bij bloedstolling hechten bloedplaatjes aan een beschadigde bloedvatwand. Geactiveerde bloedplaatjes geven onder andere ADP af. ADP trekt meer bloedplaatjes aan, waardoor de stolselvorming snel toeneemt.

Positieve terugkoppeling is bij bloedstolling functioneel: snel afsluiten van een wond beperkt bloedverlies en helpt zo de homeostase van het inwendige milieu te handhaven.

3. Hormonen: communicatie via het bloed

Hormonen zijn signaalstoffen die door cellen van hormoonklieren aan het bloed worden afgegeven. Via het bloed kunnen hormonen alle delen van het lichaam bereiken. Toch reageren alleen bepaalde cellen op een hormoon.

Een orgaan of weefsel reageert alleen wanneer de cellen receptoren bezitten waaraan dat hormoon kan binden. Zo’n orgaan of weefsel heet een doelwitorgaan.

De sterkte van de reactie hangt onder andere af van:

• de hormoonconcentratie of hormoonspiegel in het bloed;
• het aantal receptoren op of in de cellen van het doelwitorgaan.

Hormonen hebben vaak een relatief langzame, maar langdurige werking. Zij regelen vooral processen zoals groei, ontwikkeling, stofwisseling en voortplanting.

Endocriene en exocriene klieren

Voorbeelden van exocriene klieren zijn zweetklieren en speekselklieren. De alvleesklier heeft zowel een exocriene als een endocriene functie.

4. Werking van hormonen in doelwitcellen

Hormonen beïnvloeden doelwitcellen door binding aan specifieke receptoren. De plaats van de receptor hangt samen met het soort hormoon.

Steroïdhormonen

Steroïdhormonen worden vaak gevormd uit cholesterol en hebben eigenschappen van vetten. Daardoor kunnen zij door het celmembraan heen.

Cortisol is een steroïdhormoon.

Peptide- of eiwithormonen

Peptide- of eiwithormonen zijn goed oplosbaar in water en kunnen het celmembraan niet passeren. Hun receptoren liggen daarom in het celmembraan.

Na binding aan de receptor ontstaat of activeert de cel een second messenger. Deze geeft het signaal in de cel door. Daardoor kan bijvoorbeeld een enzym actief worden, een specifieke reactie in het cytoplasma plaatsvinden of genregulatie optreden.

Wanneer het signaal via meerdere moleculen wordt doorgegeven, heet dit een signaalcascade. Een klein extracellulair signaal kan daardoor een sterke intracellulaire reactie veroorzaken.

Insuline werkt via receptoren in het celmembraan en een signaalcascade. Ook adrenaline kan het celmembraan niet passeren en werkt via receptoren in het celmembraan en second messengers.

5. Hypothalamus en hypofyse

De hypothalamus ligt in de hersenen, vlak boven de hypofyse. De hypothalamus vormt de verbinding tussen het zenuwstelsel en het hormoonstelsel. De hypofyse bestaat uit de hypofysevoorkwab en hypofyseachterkwab.

Sommige neuronen in de hypothalamus produceren hormonen. Dit heet neurosecretie; de hormonen heten neurohormonen.

Hypofyseachterkwab

Oxytocine en antidiuretisch hormoon (ADH) worden geproduceerd door neuronen in de hypothalamus. Via uitlopers van deze neuronen worden zij naar de hypofyseachterkwab getransporteerd en daar aan het bloed afgegeven.

• Oxytocine stimuleert weeën aan het einde van de zwangerschap en melksecretie bij het zogen.
• ADH regelt de resorptie van water in de nieren. Hierdoor wordt de hoeveelheid water in de urine geregeld en blijft de osmotische waarde van het bloed ongeveer constant.

Hypofysevoorkwab

De hypothalamus geeft releasing hormonen (RH) en inhibiting hormonen (IH) af aan haarvaten. Via het bloed bereiken deze hormonen de hypofysevoorkwab.

• Releasing hormonen stimuleren de productie van hypofysehormonen.
• Inhibiting hormonen remmen de productie van bepaalde hypofysehormonen.

Belangrijke hypofysehormonen zijn:

Een te hoge productie van GH tijdens de groei kan reuzengroei veroorzaken; een te lage productie kan dwerggroei veroorzaken.

6. Schildklier en schildklierhormoon

De schildklier ligt voor het strottenhoofd, tegen de luchtpijp. De schildklier produceert schildklierhormoon (thyroxine).

Schildklierhormoon:

• stimuleert de verbranding van glucose;
• verhoogt daarmee de intensiteit van de stofwisseling;
• stimuleert bij kinderen groei van het beenderstelsel;
• is belangrijk voor de ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel.

TSH uit de hypofyse stimuleert de opname van jodium door schildkliercellen en de productie van schildklierhormoon. Jodium uit de voeding is noodzakelijk voor die productie.

Er is negatieve terugkoppeling:

• Bij een hoge concentratie schildklierhormoon wordt de productie en secretie van TSH geremd.
• Bij minder TSH maakt de schildklier minder schildklierhormoon.
• Bij een lage concentratie schildklierhormoon neemt de TSH-secretie toe.

Een tekort aan jodium kan leiden tot een lage productie van schildklierhormoon. De hypofyse blijft dan relatief veel TSH afgeven, waardoor de schildklier sterker wordt gestimuleerd en kan vergroten: een struma.

7. Regulatie van de glucoseconcentratie

De glucoseconcentratie in het bloed heet ook de bloedsuikerspiegel. Bij een gezond persoon ligt deze gewoonlijk tussen 4,0 en 8,0 mmol/L. De normwaarde is 5,0 mmol/L.

De eilandjes van Langerhans in de alvleesklier bevatten:

• α-cellen, die glucagon produceren;
• β-cellen, die insuline produceren.

Hoge glucoseconcentratie

Na een koolhydraatrijke maaltijd wordt glucose vanuit de dunne darm in het bloed opgenomen. De glucoseconcentratie stijgt.

Lage glucoseconcentratie

Als iemand langere tijd niet eet, kan de glucoseconcentratie dalen.

Adrenaline en cortisol kunnen bij stress eveneens de glucoseconcentratie verhogen. Dit maakt snel energie beschikbaar.

8. Nieren en bijnieren

De nieren maken epo (erytropoëtine) wanneer zij te weinig zuurstof ontvangen. Epo stimuleert de productie van rode bloedcellen in het rode beenmerg. Meer rode bloedcellen verbeteren het zuurstoftransport. Zodra de zuurstofvoorziening weer voldoende is, wordt de epo-productie geremd: negatieve terugkoppeling.

De bijnieren bestaan uit bijnierschors en bijniermerg.

• Het bijniermerg produceert bij stress adrenaline. Adrenaline verhoogt hartslagfrequentie en ademhalingsfrequentie, verwijdt bloedvaten naar spieren en hersenen en remt organen van het verteringsstelsel.
• De bijnierschors produceert onder invloed van ACTH onder andere cortisol. Cortisol verhoogt de glucoseconcentratie in het bloed en onderdrukt de werking van het afweersysteem.

9. Zenuwstelsel: snelle en gerichte communicatie

Het zenuwstelsel vormt een communicatienetwerk in het lichaam.

Een prikkel is een invloed uit het milieu op een organisme. Zintuigcellen zetten prikkels om in impulsen: elektrische signalen.

Bij signaalverwerking hebben cellen verschillende functies:

• Receptoren zijn zintuigcellen die prikkels opvangen en omzetten in impulsen.
• Conductoren zijn neuronen die impulsen geleiden.
• Effectoren zijn spiercellen en kliercellen. Spiercellen trekken samen of ontspannen; kliercellen scheiden stoffen af.

10. Neuronen, synapsen en zenuwen

Zenuwweefsel bestaat uit neuronen en gliacellen. Gliacellen geven stevigheid, beschermen en voeden neuronen, maken myeline aan en helpen de homeostase van de weefselvloeistof rond neuronen te handhaven.

Een neuron bestaat uit:

• een cellichaam met kern en cytoplasma;
• dendrieten, die impulsen naar het cellichaam geleiden;
• een axon, dat impulsen van het cellichaam af geleidt.

Veel axonen hebben een myelineschede, gevormd door cellen van Schwann. Tussen opeenvolgende cellen van Schwann liggen insnoeringen. De myelineschede isoleert uitlopers in een zenuw.

Een synaps is een contactplaats waar een impuls van de ene cel naar een andere cel wordt doorgegeven. Bij aankomst van een impuls versmelten blaasjes met neurotransmitters met het celmembraan. De neurotransmitters komen in de synaptische spleet, binden aan receptoren van de doelwitcel en veroorzaken daar een reactie. Daarna worden zij opgenomen of afgebroken.

Er zijn drie typen neuronen:

Een zenuw kan een gevoelszenuw, bewegingszenuw of gemengde zenuw zijn. Gemengde zenuwen bevatten uitlopers van zowel sensorische neuronen als motorische neuronen.

Voorbeeld