Inleiding
Voor een meercellige is het van belang om de gassen die bij de gaswisseling een rol spelen zo snel mogelijk naar en van de cellen te transporteren.
De gaswisseling van zuurstof en koolstofdioxide vindt op verschillende manieren plaats.
De concentratie koolstofdioxide heeft invloed op het transport van zuurstof en omgekeerd. Stikstof speelt in dit verhaal geen rol ook al zijn er omstandigheden waarbij de hoeveelheid in het bloedplasma opgeloste stikstofgas voor problemen kan zorgen. Caisson ziekte, het optreden van misselijkheid en duizeligheid tijdens het omhoog komen na een lange duik wordt veroorzaakt door stikstofgas.
Transport van zuurstof en koolstofdioxide
In het bloed komt zuurstof in twee vormen voor:
Opgelost in het bloedplasma en gebonden aan een speciaal eiwit, het hemoglobine. De oplosbaarheid van zuurstof in bloedplasma is klein.
In 100 ml bloedplasma, je hebt ongeveer 5000 ml in je lichaam, lost 0,3 ml zuurstof op. De rode bloedcellen in dezelfde hoeveelheid bloed kunnen 70 keer meer zuurstof transporteren.
Koolstofdioxide daarentegen wordt hoofdzakelijk als bicarbonaat-ion (HCO3-) in het bloedplasma vervoerd.
Transport van zuurstof
In rode bloedcellen zit hemoglobine.
Vierhonderd hemoglobinemoleculen passen in een rode bloedcel. Die zit zo vol en heeft geen celkern meer.
Elk hemoglobine molecuul bestaat uit vier ketens van aminozuren die elk om een ijzeratoom (heem-groep) zijn gevouwen.
Daardoor kan een hemoglobinemolecuul maximaal 4 zuurstof moleculen binden. We noteren dat als volgt.
Hb + 4O2 ⇋ Hb(O2)4
De binding van de zuurstof aan het ijzeratoom is geen oxidatie want de reactie is omkeerbaar.
Hemoglobine moet ook zuurstof kunnen afgeven.
De hoeveelheid zuurstof die hemoglobine kan binden is afhankelijk van de:
- concentratie zuurstof (pO2)
- concentratie koolstofdioxide (pCO2)
- temperatuur
- pH
Transport van koolstofdioxide
De manier waarop koolstofdioxide door het bloed vervoerd wordt is anders dan bij zuurstof.
Koolstofdioxide komt op drie manieren in het bloed.
- opgelost in bloedplasma (7%)
- als bicarbonaat-ion (HCO3-) in het bloedplasma (70%)
- gebonden aan hemoglobine(23%)
Op die manieren wordt het van de weefsels naar de longen getransporteerd.
Zuurstof bindt aan hemoglobine/Bohr-effect - VWO
 |
 |
Zuurstof bindt aan hemoglobine
Het verband tussen de concentratie van de zuurstof en de binding daarvan door hemoglobine is in een grafiek weer te geven.
Op de horizontale as staat de zuurstofconcentratie weergegeven in eenheden van druk (zowel in mm Hg als in kPa).
Het verband tussen de twee grootheden wordt weergegeven door
een S-vormige kromme.
In de longen is de zuurstofdruk ongeveer 15 kPa en in de weefsels in rust is de druk 5.2 kPa.
Bij zware arbeid daalt de pO2 naar 2.6 kPa.
In dat laatste geval is het hemoglobine nog voor 30% verzadigd en het heeft dan 70% van de totale zuurstofhoeveelheid en dat is 14ml (per 100ml bloed) afgegeven aan de weefsels.
Bohr-effect
Wanneer een organisme zware arbeid verricht wordt door de cellen veel koolstofdioxide geproduceerd.
De chemicus Niels Bohr ontdekte een verband tussen de
pCO2 in het bloed en de zuurstofafgifte door hemoglobine. Hoe groter de hoeveelheid koolstofdioxide in het bloed hoe makkelijker hemoglobine zuurstof afgeeft.
De kromme die de relatie tussen zuurstofspanning en zuurstofgehalte van het bloed aangeeft verschuift bij oplopende pCO2 naar rechts. Dit is het Bohr-effect.
In de longen is de koolstofdioxide spanning laag en dan zal hemoglobine veel zuurstof kunnen binden.
Koolzuuranhydrase/De pH van het bloed - VWO
 |
 |
Koolzuuranhydrase
Koolstofdioxide wordt op drie manieren door het bloed getransporteerd.
Het oplossen van koolstofdioxide in het waterige bloedplasma gaat als volgt:
Koolstofdioxide reageert met water
CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3-
Deze reactie wordt versneld doordat het enzym koolzuuranhydrase de reactie in de rode bloedcellen katalyseert. Het evenwicht ligt sterk naar de kant van het bicarbonaat. Dat diffundeert vervolgens uit de rode bloedcel het bloedplasma in.
De H+ die ontstaat wordt gebonden aan het hemoglobine dat zuurstof heeft afgestaan.
Daarnaast kan CO2 ook gebonden worden aan de NH2-groepen van de aminozuren van het hemoglobine.
De pH van het bloed
Het gas koolstofdioxide vormt opgelost in water een zwak zuur. De pH van het bloedplasma zal dus schommelen afhankelijk van de hoeveelheid koolstofdioxide die er in oplost.
Zware arbeid en sportprestatie vergroten de dissimilatie en dus de hoeveelheid CO2 in het bloedplasma. Tegelijkertijd wordt vaak melkzuur gevormd en ook dat verlaagt de pH.
Om grote schommeling tegen te gaan wordt het bloed gebufferd.
Dankzij die buffering schommelt de pH van het bloed rondom de 7.0 en de 7.8 (het is dus nagenoeg neutraal).
De volgende buffer-mechanismen kunnen worden gebruikt:
- reactie tussen H2CO3 → H+ en HCO-3
- reactie tussen H2PO4 → H+ en HPO-4
- eiwitten zoals hemoglobine die H+ kunnen binden of afstaan.
