Informatie

Hoe snel kan een mens rennen?


Ik ben een hardloper (cross country) en ik sta er altijd versteld van hoe snel Olympische sprinters zijn. Er is veel hype over degenen die op de 100 meter sprint de snelste ter wereld zijn, en we zien constant de tijd van 100 meter dalen. Maar is er een limiet? Hoe snel kan een mens, alleen voortgestuwd door zijn eigen energie (d.w.z. zonder enige hulp van buitenaf) lopen?


Een ouder antwoord dat verwees naar de fysiologische prestaties van oude mensen, en waarom moderne mensen watjes zijn, deed me een tijdje geleden een paar artikelen opzoeken over hardloopsnelheden. Een van de voorbeelden die worden gebruikt om de bewering te ondersteunen dat moderne mensen 'watjes' zijn, is een studie van oude gefossiliseerde voetafdrukken uit Australië, die beweren dat de individuen die de voetafdrukken maakten dicht bij de Olympische recordtijden liepen. De voetafdrukstudies (Webb, 2007) proberen in feite de mensen te beschrijven die de voetafdrukpaden hebben gemaakt, en proberen ook de snelheden te berekenen waarmee ze renden. Voor een van de individuen (T8) is de geschatte loopsnelheid 37 km/u (10,3 m/s). De interpretatie van Peter McAllister in zijn boek Mantropologie lijkt te zijn (ik heb het boek niet gelezen) dat deze blootsvoetse individuen die op modder rennen, gemakkelijk de huidige sprinters hadden kunnen ontlopen, vooral met training en op een rubberen baan (zie ook dit artikel op huffintonpost op het boek). Als de schattingen in Webb (2007) bijna nauwkeurig zijn, lijkt het erop dat moderne topsporters misschien niet de grens hebben bereikt van wat menselijkerwijs mogelijk is als het gaat om topsnelheden.

Er is ook een biomechanisch onderzoek naar potentiële menselijke hardloopsnelheden (Weyand et al., 2010) die u waarschijnlijk interessant zult vinden. Dit artikel kijkt naar factoren zoals gang, houding, krachtuitoefening enz., en bevat empirisch geschatte waarden van 10 onderwerpen om de limieten voor menselijke snelheid te bespreken. Ze concluderen dat (natuurlijke) menselijke snelheden waarschijnlijk beperkt zullen zijn tot ~50 km/u (ter referentie: Bolt's topsnelheid tijdens zijn 9,58 WR was ~44 km/u).

Daarom zullen menselijke hardloopsnelheden van meer dan 50 km/u waarschijnlijk beperkt blijven tot sciencefiction en, niet ondenkbaar, genetische doping.

Ook kijken ze naar verschillende scenario's en b.v. leg uit hoe belangrijk de lengte van de ledematen is voor de topsnelheid:

Ten tweede zouden ledematen die door evolutie of misschien prothetisch zijn verlengd, de hoogste loopsnelheid die wordt bereikt bij de minimale periode van voet-grondkracht aanzienlijk kunnen verhogen. Een relatief kleine toename van de beenlengte van 10 cm zou bijvoorbeeld de contactlengte met 9 cm vergroten en de topsnelheden van de hier geteste proefpersonen van 9,1 naar 9,8 m/s.

Over het algemeen zijn belangrijke factoren voor maximale snelheid bij dieren: grondreactiekracht en grondcontacttijd. Een eerdere studie van Weyand et al. (2002) laten ook zien hoe snellere menselijke hardlopers in het algemeen kortere grondcontacttijden hebben in vergelijking met langzamere hardlopers. Als een kanttekening lijkt dit in tegenstelling te zijn met cheeta's, die langere grondcontacttijden hebben dan windhonden, terwijl ze toch veel sneller zijn (Hudson et al. 2012 en populaire samenvatting).

Zie deze als een paar interessante voorbeelden en een startpunt. Dit is niet mijn gebied en ik ken de literatuur niet goed.


Voetsnelheid

Voetsnelheid, of sprint snelheid, is de maximale snelheid waarmee een mens kan rennen. Het wordt beïnvloed door vele factoren, varieert sterk onder de bevolking en is belangrijk in atletiek en vele sporten, zoals voetbal, rugby, American football, atletiek, hockey, honkbal en basketbal.


Pythons kunnen een mens binnen enkele minuten doden en binnen een uur doorslikken

Grafische foto's tonen de ontdekking van een vermiste boer BINNEN een gigantische python in Indonesië.

Netpythons kunnen in ongeveer een uur een persoon doden en opslokken. (Foto: Daria_Serdtseva, Getty Images/iStockphoto)

Hoe lang het duurt om een ​​aflevering van te kijken Spelen der tronen is ongeveer alles wat nodig is voor een netvormige python om een ​​mens te doden en op te slokken.

De dood komt snel, merkt Cornell Professor Dr. Harry W. Greene op. De netpython, de langst levende slangensoort ter wereld, is een constrictor, wat betekent dat ze zich om hun prooi kronkelen en erin knijpen tot ze binnen een paar minuten dood zijn. Het slikken kost de meeste tijd.

"Het zou extreem moeilijk voor me zijn om mijn leven te redden zonder hulp", zei Greene. "Het zou niet lang duren en het zou verschrikkelijk zijn."

Een dergelijke nachtmerrie deed zich eerder deze week voor, toen een 23-voet netvormige python een Indonesische boer in zijn geheel opslokte. Het is een zeldzame gebeurtenis voor dat deel van de wereld, maar niet ongehoord, zei Greene. Er zijn, zei hij, voorbeelden van mensen die werden opgegeten door netvormige pythons, vooral op Sulawesi, het eiland waar de 25-jarige Akbar Salubiro werd opgegeten.

Mensen passen helaas in het algemene, zoogdierzware dieet van de netvormige python, die tussen de 20 en 25 voet lang kan worden. Het Guinness World Records vermeldt een netvormige python genaamd Medusa, die leeft in Kansas City, Mo., de titel heeft als 's werelds grootste slang ooit in gevangenschap met een lengte van meer dan 25 voet. Pythons eten vaak primaten, waaronder apen, soms orang-oetans en, zelden, mensen.

Pythons bijten het eerst en zouden een mens op twee manieren aanvallen: 1. Een geschrokken slang kan bijten als een vorm van verdediging 2. De python ligt heimelijk op de loer langs een wildpad, randen van waterwegen of een andere plaats waar ze nietsvermoedende prooien zouden vinden . Op donderdag meldde CBS dat dorpelingen zeiden dat Akbar van achteren werd aangevallen.

Netpythons bijten eerst. Toen zei Greene, "letterlijk binnen een paar seconden", zou het zijn krachtige spoelen om het lichaam van een persoon wikkelen, de bloedcirculatie naar de hersenen afsnijden, de luchtwegen blokkeren en voorkomen dat de borstkas uitzet. Om een ​​of meer van die redenen, zei hij, zou een persoon snel sterven.

Tribun Timur plaatste de video van mensen die de slang 's nachts opensnijden. Mensen verdringen zich terwijl de huid van de slang wordt teruggetrokken, waardoor een intact lichaam wordt onthuld dat op zijn zij ligt. (Foto: Schermafbeelding)

"Grote pythons zijn ongelooflijk krachtige dieren met enorme spieren om zowel te bewegen als te eten en te samentrekken", zegt Stephen Ressel, een professor aan het College of Atlantic. "Ze kunnen zeker een enorme kracht inpakken als ze vernauwen."

Dan komt het slikken. Pythons kunnen mensen inslikken omdat hun onderkaak indirect aan hun schedel is bevestigd, waardoor deze kan uitzetten. Ook komt de onderkaak van een python uit elkaar, waardoor deze zich verder kan openen. In de loop van ongeveer een uur, schat Greene, zou de slang met zijn tanden over het lichaam van een persoon lopen totdat het volledig in de maag van het dier is.

Het lichaam van een persoon zou worden verteerd door het maagzuur van de slang, zei Greene.

Akbars dood, merkte Greene op, is niet de eerste. In een onderzoek dat hij deed met Thomas N. Headland, ontdekte Greene dat pythons met een netvormig patroon tussen 1934 en 1973 minstens zes Filippijnse jagers-verzamelaars hadden gedood. kwam thuis en doodde de slang met een bolo-mes.

Uit de studie bleek dat het vrij gebruikelijk was dat mensen werden aangevallen door netvormige pythons. Van de bijna 60 geïnterviewde jager-verzamelaars was meer dan een kwart aangevallen door een python en had de beten en littekens om het te bewijzen. Meestal konden ze ontsnappen met een mes of een jachtgeweer.

Greene, emeritus hoogleraar aan de afdeling Ecologie en Evolutionaire Biologie van Cornell, zei dat de zaak van Akbar bijzonder is omdat er videobeelden zijn dat zijn lichaam uit de slang wordt getrokken. Meestal, zei hij, horen we niet dat mensen worden opgegeten, omdat pythons zelden een karkas als een spoor achterlaten. De dieren kunnen vlees en botten verteren.


14 leuke weetjes over kalkoenen

Aanstaande donderdag mag dan officieel Thanksgiving worden genoemd, maar jullie weten allemaal wat het werkelijk is: Turkije-dag! Maar hoe goed weet je dat eigenlijk? Meleagris gallopavo, de wilde kalkoen waarvan de gedomesticeerde versie, die waarschijnlijk op je bord ligt, is afgeleid?

1) Kalkoenen zijn meer dan alleen grote kippen. Meer dan 45 miljoen jaar evolutie scheidt de twee soorten.

2 ) De wilde kalkoen werd begin 1900 bijna uitgestorven, toen de populatie een dieptepunt van ongeveer 30.000 vogels bereikte. Maar restauratieprogramma's in heel Noord-Amerika hebben het aantal vandaag op zeven miljoen gebracht.

3) Er zijn zes ondersoorten van wilde kalkoen, allemaal afkomstig uit Noord-Amerika. De pelgrims jaagden en aten de oostelijke wilde kalkoen, M. gallopavo silvestris, dat tegenwoordig een bereik heeft dat de oostelijke helft van de Verenigde Staten beslaat en zich uitstrekt tot in Canada. Deze vogels, ook wel boskalkoen genoemd, zijn de meest talrijke van alle kalkoenondersoorten, met meer dan vijf miljoen.

4) De Azteken hebben een andere ondersoort gedomesticeerd, M. gallapavo gallopavo, de Zuid-Mexicaanse wilde kalkoen en de Spanjaarden brachten die kalkoenen naar Europa. De pelgrims brachten vervolgens verschillende van deze binnenlandse kalkoenen terug naar Noord-Amerika.

5 ) Mannelijke kalkoenen worden “gobblers ” genoemd, na de “gobble'8221-oproep die ze maken om zichzelf aan te kondigen aan vrouwtjes (die “hennen” worden genoemd) en te concurreren met andere mannetjes. Andere kalkoengeluiden zijn onder meer “purrs, ” “yelps” en “kee-kees.”

6) Een volwassen schorpioen weegt gemiddeld 16 tot 22 pond, heeft een baard van gemodificeerde veren op zijn borst die zeven centimeter of meer lang wordt, en heeft scherpe sporen op zijn benen om te vechten. Een kip is kleiner, weegt ongeveer 8 tot 12 pond en heeft geen baard of sporen. Beide geslachten hebben een haarband (een loshangend aanhangsel op het gezicht), een lel (het rode hangende bit onder de kin) en slechts een paar veren op het hoofd.

7) Studies hebben aangetoond dat de lengte van de haarband verband houdt met de gezondheid van mannelijke kalkoenen. Bovendien, een onderzoek uit 1997 in de Journal of Aviaire Biologie ontdekte dat vrouwelijke kalkoenen de voorkeur geven aan mannetjes met lange haarbanden en dat de lengte van de haarband ook kan worden gebruikt om de winnaar van een wedstrijd tussen twee mannetjes te voorspellen.

8 ) Het geslacht van een kalkoen kan worden bepaald aan de hand van zijn uitwerpselen: de 8211 mannetjes produceren spiraalvormige poep en de poep van de vrouwtjes 8217 heeft de vorm van de letter J.

9) Kalkoenen kunnen rennen met snelheden tot 25 mijl per uur en vliegen zo snel als 55 mijl per uur.

10) Een groep verwante mannelijke kalkoenen zal zich verenigen om vrouwtjes het hof te maken, hoewel slechts één lid van de groep kan paren.

11) Als een kip klaar is om kleine kalkoenen te maken, legt ze ongeveer 10 tot 12 eieren, één ei per dag, over een periode van ongeveer twee weken. De eieren broeden ongeveer 28 dagen voordat ze uitkomen.

12) Babykalkoenen, kuikens genaamd, eten bessen, zaden en insecten, terwijl volwassenen een meer gevarieerd dieet hebben dat eikels en zelfs kleine reptielen kan bevatten.

13) Er is nog een andere kalkoensoort, de ocellaire kalkoen (Meleagris ocellata), die te vinden is op het schiereiland Yucatan in Mexico.

14) Benjamin Franklin heeft de kalkoen nooit voorgesteld als een symbool voor Amerika, maar hij heeft hem wel eens geprezen als 'een veel respectabelere vogel' dan de Amerikaanse zeearend.


3. &lsquoHelp! Mijn benen staan ​​in brand!&rsquo

Oorzaak: Ophoping van metabolieten in je spieren triggert signalen naar je hersenen

Voorkomen: Mijl- of 5K-races, snelle stijgingen of finishsprints

Tegengif: Korte, snelle intervalworkouts

Stel je het verzengende spierongemak voor van een zware intervaltraining, maar dan volledig gefocust op je duim. Dat is de vreemde sensatie die 10 gelukkige vrijwilligers in een laboratorium van de Universiteit van Utah, VS, in 2014 ervoeren, toen een onderzoeksteam onder leiding van professoren Alan Light en Markus Amann een cocktail van metabolieten injecteerde & de chemische bijproducten die zich in je spieren ophopen tijdens intense inspanning & ndash in hun duimen. De resultaten waren buitengewoon: ze veroorzaakten een gevoel van vermoeidheid bij proefpersonen die geen spier bewogen.

Decennia lang hebben wetenschappers en atleten gesproken over "melkzuurverbranding" veroorzaakt door intensieve inspanning. Als je hard rent, bereik je uiteindelijk een punt waarop je aerobe energiesysteem &ndash de ultra-efficiënte brandstoftoevoer die afhankelijk is van zuurstof geleverd door je hart en longen &ndash, snel genoeg energie aan je spieren kan leveren. In plaats daarvan wend je je tot anaërobe (zuurstofvrije) energiebronnen, die de broodnodige brandstof leveren, maar ook metabolieten genereren die zich in je spieren ophopen. Een van die metabolieten is inderdaad lactaat (een molecuul dat nauw verwant is aan melkzuur). Maar ondanks zijn akelige reputatie, maakt lactaat op zichzelf je moe.

Light en Amann probeerden hun vrijwilligers te injecteren met drie verschillende metabolieten: lactaat, protonen (die je spieren zuurder maken) en adenosinetrifosfaat, een vorm van cellulaire brandstof. Toen de chemicaliën alleen of in paren werden geïnjecteerd, gebeurde er niets. Maar toen ze alle drie samen injecteerden &ndash bingo! Aanvankelijk rapporteerden de proefpersonen gevoelens die vergelijkbaar waren met "vermoeidheid" en "zwaarte" in hun duimen, ook al zaten ze stil. Toen onderzoekers vervolgens hogere metabolietniveaus injecteerden die overeenkwamen met volledige inspanning, verschoven de sensaties naar "lsquoache" en "hot" de zogenaamde melkzuurverbranding, allemaal gecreëerd in een reageerbuis.

Deze resultaten laten zien dat, ongeacht hoe het voelt, je spieren worden opgelost door melkzuur. Alleen wanneer speciale receptoren in je beenspieren een bepaalde combinatie van metabolieten detecteren, veroorzaken ze een noodsignaal dat door je ruggenmerg gaat, wat je hersenen interpreteren als een branderig gevoel. Een oplossing? Train de receptoren om iets minder gevoelig te zijn door ze tijdens de training herhaaldelijk te triggeren. &lsquoDe eerste keer dat je intervallen doet na het laagseizoen, denk je dat je doodgaat,&rsquo, merkt Amann op. Maar na slechts een of twee trainingen, &lsquoit voelt het al een beetje beter&rsquo.


Speedy Science: hoe snel kun je reageren?

Invoering
Denk snel! Is het je ooit opgevallen dat wanneer iemand onverwachts een softbal naar je gooit, je even tijd nodig hebt voordat je kunt bewegen om hem te vangen (of te bukken)? Dat komt omdat wanneer je ogen een binnenkomend signaal zien, zoals een softbal, je hersenen eerst moeten verwerken wat er gebeurt&mdashand dan je kunt actie ondernemen. In deze activiteit kun je meten hoe lang het duurt voordat je reageert en de reactietijden vergelijken met die van je vrienden en familie.

Achtergrond
Je realiseert het je misschien niet, maar wanneer je zintuigen aanwijzingen van de buitenwereld oppikken en de geur van bakkoekjes, de kleur van een stoplicht, de rrrr! van een wekker&mdashit duurt een fractie van een seconde voordat je dat signaal herkent en reageert. Gedurende die tijd ontvangt je brein informatie van je zintuigen, identificeert een mogelijke bron en stelt je in staat om actie te ondernemen. De overvolle fractie van een seconde wordt je reactietijd genoemd.

Deze activiteit leert je over de reactietijd van je hersenen, maar het is ook afhankelijk van de wetten van de fysica. Concreet kun je je reactietijd berekenen met behulp van onze handige grafiek, die is gebaseerd op hoe snel een liniaal valt. Hoe weten we hoe snel je heerser zal vallen? De zwaartekracht trekt alle objecten met dezelfde snelheid naar het centrum van de aarde. Als je dit thuis wilt proberen, laat dan een tennisbal en een basketbal van dezelfde hoogte vallen: ze moeten allebei tegelijkertijd de grond raken!

Materialen
· Liniaal (inch of metrisch)
· Papier
· Potlood
· Onderstaande tabel)

Lijn waar partner beknelde liniaal
(inch | centimeter)
Reactietijd
(seconden | milliseconden)
2 in. 5cm. 0,1 sec. 100 ms.
4 inch. 10cm. 0,14 sec. 140 ms.
6 inch. 15cm. 0,17 sec. 170 ms.
8 inch. 20cm. 0,2 sec. 200 ms.
10 inch. 25,5 cm. 0,23 sec. 230 ms.
12 inch. 30,5cm. 0,25 sec. 230 ms.
17 inch. 43cm. 0,3 seconden. 300 ms.
24 inch. 61cm. 0,35 sec. 350 ms.
31 inch. 79cm. 0,4 sec. 400 ms.
39 inch. 99cm. 0,45 sec. 450 ms.
48 inch. 123cm. 0,5 sec. 500 ms.
69 inch. 175cm. 0,6 sec. 600 ms.


Voorbereiding
&bull Je moet wat rekenvaardigheden gebruiken in deze uitdaging. Om het u gemakkelijker te maken, hebben we hierboven een grafiek geplaatst die u kunt afdrukken of kopiëren op een stuk papier. De basisregel: 100 milliseconden vertaalt zich in ongeveer twee inch of vijf centimeter.
&bull Schrijf op een schoon vel papier de naam van elke persoon&mdashinclusief jezelf&mdashdie aan dit experiment zullen deelnemen. Je hebt maar twee personen nodig voor deze activiteit, maar het is ook leuk voor een groep. Laat vijf spaties onder elke naam.

Procedure
&bull Houd de liniaal verticaal zodat het nulpunt naar beneden hangt.
&bull Vraag je partner om naast je te gaan staan ​​en zijn of haar hand onder de nullijn van de liniaal te plaatsen, klaar om de liniaal op te vangen wanneer deze valt door hem tussen zijn of haar duim en wijsvinger te knijpen. De vingers van je partner zouden moeten zijn: alleen maar onder de liniaal, maar zo dicht mogelijk bij de onderrand zonder elkaar aan te raken of te overlappen.
&bull Vertel je partner dat je van één tot vijf gaat tellen en laat de liniaal op een bepaald moment tijdens het tellen vallen. Je partner moet de liniaal zo snel mogelijk pakken en de liniaal tussen zijn of haar vingers knijpen.
&stier Tel van één tot vijf en laat de liniaal op een gegeven moment vallen
&bull Je partner moet de liniaal vangen en knijpen. Hoe snel leek uw partner te handelen? Knijpen de vingers van uw partner in de buurt van de nullijn?
&bull Schrijf de centimeter- of inchlijn op waar de vingers van je partner de liniaal hebben geknepen.
&bull Bereken hoe lang het duurde voordat uw partner reageerde met behulp van de meegeleverde tabel. Was je partner zo snel als je dacht?
&bull Herhaal de druppel nog vier keer voor uw partner en noteer elke keer de meting. Verandert de reactietijd van uw partner? Zijn de vijf reactietijden verschillend? Varieer wanneer u de liniaal laat vallen: u kunt bijvoorbeeld eerst op vijf vallen en vervolgens op twee laten vallen.
&bull Wissel van taak en probeer te vangen wanneer je partner de liniaal laat vallen, en vergelijk je resultaten met de anderen. Hebben de meeste mensen een vergelijkbare reactietijd? Zijn oudere mensen sneller dan jongere mensen? Zijn meisjes sneller dan jongens?
&bull Je kunt ook een paar variaties proberen: Wat gebeurt er als je je partner vertelt wanneer je de liniaal laat vallen? Verbetert de reactietijd met oefenen?
&stier Extra: Ambidexter, iemand? Herhaal deze activiteit en vergelijk uw resultaten wanneer u uw dominante hand gebruikt&mdashde hand waarmee u schrijft&mdashand wanneer u uw andere hand gebruikt. Is er een verschil tussen handen?
&stier Extra: Overweeg andere afleidende geluiden en bezienswaardigheden toe te voegen, zoals het aanzetten van een tv of het aan- en uitdoen van een zaklamp tijdens de activiteit. Vertraagt ​​uw reactie met zoveel zintuiglijke signalen?


Observaties en resultaten
Hebben u en uw partner de liniaal meestal rond de 15 centimeter (zes inch) gevangen? Wat duurde zo lang?

Gemiddeld duurt de reactietijd tussen de 150 en 300 milliseconden. Als dat lang klinkt, bedenk dan hoeveel er moet gebeuren om te reageren. Wanneer uw oog de liniaal ziet vallen, reist informatie van sensorische cellen, neuronen genaamd, van het oog naar de visuele cortex van de hersenen, een gebied dat gewijd is aan het begrijpen van wat u ziet. Vervolgens moet de motorische cortex & mdash het deel van de hersenen dat beweging stuurt & mdash signalen langs je ruggenmerg en naar je arm-, hand- en vingerspieren sturen, en hen vertellen om in de juiste volgorde te reageren om de liniaal te vangen & mdashsnel! Dat gebeurt veel in minder dan een halve seconde en dat is een behoorlijk verbazingwekkende prestatie!

Meer te ontdekken:
Ervaring versus snelheid vanaf Wetenschappelijk Amerikaans GEEST
Hersenen remmen auto sneller dan voet van Wetenschappelijke Amerikaan
Reactietijdtest van de Human Benchmark
Hoe snel zijn jouw reacties? van de BBC


Biologie 171


Vrijwel elke taak die door levende organismen wordt uitgevoerd, vereist energie. Organismen hebben energie nodig om zware arbeid en inspanning te verrichten, maar mensen verbruiken ook veel energie tijdens het denken en zelfs tijdens de slaap. De levende cellen van elk organisme gebruiken constant energie. Organismen importeren voedingsstoffen en andere moleculen. Ze metaboliseren (afbreken) en mogelijk synthetiseren tot nieuwe moleculen. Indien nodig veranderen moleculen, bewegen zich door de cel en kunnen zich over het hele organisme verspreiden. De grote eiwitten waaruit spieren bestaan, worden bijvoorbeeld actief opgebouwd uit kleinere moleculen. Complexe koolhydraten worden afgebroken tot eenvoudige suikers die de cel gebruikt voor energie. Net zoals energie nodig is om een ​​gebouw te bouwen en af ​​te breken, is er energie nodig om moleculen te synthetiseren en af ​​te breken. Bovendien transporteren signaalmoleculen zoals hormonen en neurotransmitters tussen cellen. Cellen nemen bacteriën en virussen op en breken ze af. Cellen moeten ook afval en gifstoffen exporteren om gezond te blijven, en veel cellen moeten zwemmen of omringende materialen verplaatsen via de kloppende beweging van cellulaire aanhangsels zoals trilharen en flagella.

De cellulaire processen die we hierboven hebben genoemd, vereisen een constante toevoer van energie. Waar en in welke vorm komt deze energie vandaan? Hoe krijgen levende cellen energie en hoe gebruiken ze die? Dit hoofdstuk bespreekt verschillende vormen van energie en de natuurkundige wetten die de energieoverdracht beheersen. In dit hoofdstuk wordt ook beschreven hoe cellen energie gebruiken en aanvullen, en hoe chemische reacties in de cel met grote efficiëntie verlopen.

Leerdoelen

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Metabole routes uitleggen en de twee belangrijkste typen beschrijven
  • Bespreek hoe chemische reacties een rol spelen bij energieoverdracht

Wetenschappers gebruiken de term bio-energetica om het concept van energiestroom ((figuur)) door levende systemen, zoals cellen, te bespreken. Cellulaire processen zoals het bouwen en afbreken van complexe moleculen vinden plaats door stapsgewijze chemische reacties. Sommige van deze chemische reacties zijn spontaan en geven energie af, terwijl andere energie nodig hebben om door te gaan. Net zoals levende wezens voortdurend voedsel moeten consumeren om aan te vullen wat ze hebben gebruikt, moeten cellen voortdurend meer energie produceren om dat aan te vullen wat de vele energievergende chemische reacties die constant plaatsvinden, verbruiken. Alle chemische reacties die in cellen plaatsvinden, inclusief die waarbij energie wordt gebruikt en afgegeven, zijn het metabolisme van de cel.

Koolhydraat metabolisme

Suikermetabolisme (chemische reacties) (een enkelvoudig koolhydraat) is een klassiek voorbeeld van de vele cellulaire processen die energie verbruiken en produceren. Levende wezens consumeren suiker als een belangrijke energiebron, omdat suikermoleculen een aanzienlijke hoeveelheid energie hebben opgeslagen in hun bindingen. De volgende vergelijking beschrijft de afbraak van glucose, een eenvoudige suiker:

Verbruikte koolhydraten vinden hun oorsprong in fotosynthetiserende organismen zoals planten ((Figuur)). Tijdens de fotosynthese gebruiken planten de energie van zonlicht om kooldioxidegas (CO2) in suikermoleculen, zoals glucose (C6H12O6). Omdat dit proces het synthetiseren van een groter, energie-opslaand molecuul omvat, vereist het een energie-input om door te gaan. De volgende vergelijking (merk op dat het het omgekeerde is van de vorige vergelijking) beschrijft de synthese van glucose:

Tijdens fotosynthese chemische reacties is energie in de vorm van een zeer energierijke molecuul die wetenschappers ATP of adenosinetrifosfaat noemen. Dit is de primaire energievaluta van alle cellen. Net zoals de dollar de valuta is die we gebruiken om goederen te kopen, gebruiken cellen ATP-moleculen als energievaluta om onmiddellijk werk uit te voeren. De suiker (glucose) wordt opgeslagen als zetmeel of glycogeen. Energieopslaande polymeren zoals deze worden afgebroken tot glucose om ATP-moleculen te leveren.

Zonne-energie is nodig om een ​​glucosemolecuul te synthetiseren tijdens de fotosynthesereacties. Bij fotosynthese wordt lichtenergie van de zon aanvankelijk omgezet in chemische energie die zichzelf tijdelijk opslaat in de energiedragermoleculen ATP en NADPH (nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat). Fotosynthese gebruikt later de opgeslagen energie in ATP en NADPH om één glucosemolecuul te bouwen uit zes CO .-moleculen2. Dit proces is analoog aan het ontbijt in de ochtend om energie voor je lichaam op te doen die je later op de dag kunt gebruiken. Onder ideale omstandigheden is energie van 18 moleculen ATP nodig om één glucosemolecuul te synthetiseren tijdens fotosynthesereacties. Glucosemoleculen kunnen zich ook combineren met en omzetten in andere suikersoorten. Wanneer een organisme suikers consumeert, vinden glucosemoleculen uiteindelijk hun weg naar de levende cel van elk organisme. In de cel wordt elk suikermolecuul afgebroken door een complexe reeks chemische reacties. Het doel van deze reacties is om de energie te oogsten die is opgeslagen in de suikermoleculen. De geoogste energie maakt hoogenergetische ATP-moleculen, die werk verrichten en veel chemische reacties in de cel aandrijven. De hoeveelheid energie die nodig is om één glucosemolecuul te maken van zes koolstofdioxidemoleculen is 18 ATP-moleculen en 12 NADPH-moleculen (die elk energetisch equivalent zijn aan drie ATP-moleculen), of een totaal van 54 molecuulequivalenten die nodig zijn voor het synthetiseren van één glucosemolecuul . Dit proces is een fundamentele en efficiënte manier voor cellen om de moleculaire energie op te wekken die ze nodig hebben.

Metabole routes

De processen van het maken en afbreken van suikermoleculen illustreren twee soorten metabole routes. Een metabolische route is een reeks onderling verbonden biochemische reacties die een substraatmolecuul of -moleculen stap voor stap omzetten via een reeks metabolische tussenproducten, wat uiteindelijk een eindproduct of producten oplevert. In het geval van suikermetabolisme, synthetiseerde de eerste metabole route suiker uit kleinere moleculen, en de andere route brak suiker af in kleinere moleculen. Wetenschappers noemen deze twee tegengestelde processen - de eerste die energie vereist en de tweede die energie produceert - respectievelijk anabole (opbouwende) en katabolische (afbrekende) routes. Bijgevolg omvatten opbouw (anabolisme) en afbraak (katabolisme) metabolisme.

Evolutie van metabole routes De complexiteit van het metabolisme is meer dan het begrijpen van de metabole routes alleen. Metabolische complexiteit varieert van organisme tot organisme. Fotosynthese is de primaire route waarin fotosynthetische organismen zoals planten (planktonalgen voeren het grootste deel van de wereldwijde synthese uit) de energie van de zon oogsten en omzetten in koolhydraten. Het bijproduct van fotosynthese is zuurstof, die sommige cellen nodig hebben om cellulaire ademhaling uit te voeren. Tijdens cellulaire ademhaling helpt zuurstof bij de katabole afbraak van koolstofverbindingen, zoals koolhydraten. Onder de producten zijn CO2 en ATP. Bovendien voeren sommige eukaryoten katabole processen uit zonder zuurstof (fermentatie), dat wil zeggen dat ze een anaëroob metabolisme uitvoeren of gebruiken.

Organismen hebben waarschijnlijk een anaëroob metabolisme ontwikkeld om te overleven (levende organismen ontstonden ongeveer 3,8 miljard jaar geleden, toen de atmosfeer geen zuurstof had). Ondanks de verschillen tussen organismen en de complexiteit van het metabolisme, hebben onderzoekers ontdekt dat alle takken van het leven enkele van dezelfde metabole routes delen, wat suggereert dat alle organismen zijn geëvolueerd uit dezelfde oude gemeenschappelijke voorouder ((Figuur)). Er zijn aanwijzingen dat in de loop van de tijd de paden uiteenliepen, waarbij gespecialiseerde enzymen werden toegevoegd om organismen in staat te stellen zich beter aan te passen aan hun omgeving, waardoor hun overlevingskans groter werd. Het onderliggende principe blijft echter dat alle organismen energie uit hun omgeving moeten halen en omzetten in ATP om cellulaire functies uit te voeren.

Anabole en katabole routes

Anabole routes vereisen een invoer van energie om complexe moleculen te synthetiseren uit eenvoudigere. Suiker synthetiseren uit CO2 is een voorbeeld. Andere voorbeelden zijn het synthetiseren van grote eiwitten uit aminozuurbouwstenen en het synthetiseren van nieuwe DNA-strengen uit nucleïnezuurbouwstenen. Deze biosynthetische processen zijn cruciaal voor het leven van de cel, vinden constant plaats en vragen energie die ATP en andere hoogenergetische moleculen zoals NADH (nicotinamide-adenine-dinucleotide) en NADPH leveren ((Figuur)).

ATP is een belangrijk molecuul voor cellen om te allen tijde in voldoende voorraad te hebben. De afbraak van suikers illustreert hoe een enkel glucosemolecuul genoeg energie kan opslaan om veel ATP te maken, 36 tot 38 moleculen. Dit is een katabole route. Katabole routes omvatten het afbreken (of afbreken) van complexe moleculen tot eenvoudigere. Moleculaire energie opgeslagen in complexe molecuulbindingen komt vrij in katabole routes en wordt op zo'n manier geoogst dat het ATP kan produceren. Andere energie-opslaande moleculen, zoals vetten, breken ook af via soortgelijke katabole reacties om energie vrij te maken en ATP te maken ((Figuur)).

Het is belangrijk om te weten dat chemische reacties van de metabole route niet spontaan plaatsvinden. Een eiwit dat een enzym wordt genoemd, faciliteert of katalyseert elke reactiestap. Enzymen zijn belangrijk voor het katalyseren van alle soorten biologische reacties - zowel reacties die energie vereisen als reacties die energie vrijgeven.

Sectie Samenvatting

Cellen vervullen de functies van het leven door middel van verschillende chemische reacties. Het metabolisme van een cel verwijst naar de chemische reacties die erin plaatsvinden. Er zijn metabolische reacties waarbij complexe chemicaliën worden afgebroken tot eenvoudigere, zoals het afbreken van grote macromoleculen. Wetenschappers noemen dit proces katabolisme en we associëren dergelijke reacties met het vrijkomen van energie. Aan de andere kant van het spectrum verwijst anabolisme naar metabolische processen die complexe moleculen bouwen uit eenvoudigere, zoals de synthese van macromoleculen. Anabole processen vereisen energie. Glucosesynthese en glucoseafbraak zijn voorbeelden van respectievelijk anabole en katabole routes.

Gratis antwoord

Zijn er bij lichamelijke inspanning anabole en/of katabole processen betrokken? Geef bewijs voor je antwoord.

Lichaamsbeweging omvat zowel anabole als katabole processen. Lichaamscellen breken suikers af om ATP te leveren om het werk te doen dat nodig is voor lichaamsbeweging, zoals spiersamentrekkingen. Dit is katabolisme. Spiercellen moeten ook spierweefsel herstellen dat door inspanning is beschadigd door nieuwe spieren op te bouwen. Dit is anabolisme.

Noem twee verschillende cellulaire functies die energie nodig hebben die parallel lopen aan menselijke energie-eisende functies.

Er is energie nodig voor cellulaire beweging, door het slaan van trilharen of flagella, evenals voor menselijke beweging, geproduceerd door spiercontractie. Cellen hebben ook energie nodig om de spijsvertering uit te voeren, zoals mensen energie nodig hebben om voedsel te verteren.

Woordenlijst


Wetenschappers hebben ontdekt hoe hagedissen hun staart teruggroeien, en dat is goed nieuws voor mensen

Wanneer een hagedis zijn staart verliest, groeit hij terug. Maar hoe?

Wetenschappers zijn een grote stap dichter bij het beantwoorden van die vraag gekomen door de genen aan te wijzen die verantwoordelijk zijn voor staartregeneratie. En de bevinding kan belangrijke aanwijzingen opleveren over het regenereren van ledematen bij mensen.

Voor het onderzoek namen de onderzoekers ongeveer 23.000 genen onder de loep die werden gevonden in monsters van in plakjes gesneden staarten van groene anolehagedissen. Ze ontdekten dat ten minste 326 genen op specifieke plekken langs elke staart "aangezet" waren tijdens regeneratie - wat suggereert dat hagedis-DNA een genetisch "recept" heeft voor regeneratie.

"We waren compleet verrast", vertelde co-auteur Dr. Kenro Kusumi, een professor in de levenswetenschappen aan de Arizona State University, in een e-mail aan The Huffington Post. "We verwachtten dat alle regeneratie zich zou concentreren op het puntje van de groeiende staart. In plaats daarvan verdelen de cellen zich in verschillende holtes, waaronder spieren, kraakbeen, ruggenmerg en huid door de hele staart."

En van daaruit zouden de cellen uitgroeien tot nieuw weefsel om een ​​nieuwe staart te vormen.

(Verhaal gaat hieronder verder)
De geregenereerde hagedissenstaarten. De groene anolehagedis (Anolis carolinensis) kan, wanneer hij wordt gevangen door een roofdier, zijn staart verliezen en vervolgens weer laten groeien. Researchers have discovered the genetic 'recipe' that explains how this happens.

"Regeneration is not an instant process," study co-author Elizabeth Hutchins, a graduate student at the university, said in a written statement. "It takes lizards more than 60 days to regenerate a functional tail."

What about human limb regeneration? The researchers said their finding may help pave the way for new therapeutic approaches for birth defects and spinal cord injuries -- and possibly arthritis too. Nearly all of the 326 genes pinpointed by the researchers are present in humans as well as lizards, Kusumi said.

"As anyone who suffers from arthritis knows, an important part of the limb are joints, which are cushioned by a specific type of cartilage," Kusumi said in the email. "Lizards grow lots of this cartilage in their regenerated tails, and we hope that this process can be activated to repair arthritis in humans."

The new study was published online in the journal PLOS ONE on August 20, 2014.


How fast can a human run? - Biologie

Select a chromosome to access the Genome Data Viewer