Hoofdstuk 2: Cellen

§1 Nanotechnologie

1 nanometer = 0,000 000 001 meter = x 10^-9  (Nano betekent dwerg in het Grieks)

Celmembraan

     - scheidt inwendige deel van de cel van zijn omgeving

    - met de eiwitten hierin wordt de opname en afgifte van stoffen geregeld

Zelfregulatie zorgt voor chemische reacties in de cellen waardoor er stoffen ontstaan, veranderen en verdwijnen.

Cellen van prokaryoten en protisten functioneren zelfstandig

    >ze reageren op hun omgeving en er is ook interactie met de stoffen van andere cellen

Bij meercellige organismen functioneren cellen ook zelfstandig

    >cellen veranderen en worden gespecialiseerde cellen door de informatie uit de omgeving

Kanker wordt veroorzaakt door afwijkende cellen >deze vormen samen een gezwel (tumor) >uit zo’n gezwel raken tumorcellen los >er ontstaan meerdere tumoren in het lichaam >uitzaaiing.

In een ml bloed zitten 5 miljard cellen waarvan dus 5 tumorcellen, deze zijn dus heel moeilijk te vinden.

   >de oplossing: een druppel bloed wordt gesplitst in miljarden picoliters.

1 ml (1 druppel bloed) = 1.000.000.000. picoliter

§2 Cellen bekijken

Een belangrijk hulpmiddel bij het bekijken van kleine dingen is de microscoop, uitgevonden door Antoni van Leeuwenhoek.

Om cellen te bekijken maak je eerst een preparaat van de cellen en van onder valt er dan licht doorheen. Het objectief in het preparaat moet dun zijn om licht door te kunnen laten.

Totale vergroting= oculair x objectief

Het preparaat ligt op de tafel vastgezet met preparaatklemmen.

Voor sterkere vergrotingen (om structuren van cellen te zien) gebruikt men elektronenmicroscopen. Wanneer de elektronenbundel door het objectief gaat spreekt men TEM = onder in de microscoop ontstaat op een speciaal scherm een beeld van het object, de elektronenbundel gaat door het objectief heen.

SEM= het objectief weerkaatst de elektronen waardoor er beeld ontstaat, bij dit beeld zie je echte diepte.

Tegenwoordig worden de beelden op de computer getoond.

§3 Plantaardige en dierlijke cellen

Celmembraan = de buitenste laag van een cel

    >bestaat vooral uit vetmoleculen

    >het inwendige van de cel (cytoplasma) wordt gescheiden van het milieu erbuiten

Cytoplasma = dit bestaat uit water met daarin allerlei organellen en opgeloste stoffen

Om het celmembraan ligt bij planten nog een celwand.

In het cytoplasma ligt de celkern (met daarin chromosomen). Om de celkern ligt het kernmembraan.

Plantaardige cellen bevatten vaak een vacuole

    >speelt een belangrijke rol bij de stevigheid van plantaardige cellen

     >kan ook kleurstoffen bevatten voor bv. bloemen en vruchten

Om de vacuole ligt de vacuolemembraan

        >hierdoor ligt het cytoplasma dun tegen de celwand aan

Plastiden = kunnen voorkomen in cytoplasma en vormen een groep organellen die bij planten en protisten voorkomen.

      >3 typen plastiden: chloroplasten (bladgroenkorrels), chromoplasten (kleurstofkorrels)      

           en leukoplasten (zetmeelkorrels o.a.)

               >tijdens het rijpen van fruit kunnen chloroplasten overgaan in chromoplasten.

§4 Weefsels en organen

De bevruchte eicel van een mens is nog niet gespecialiseerd en kan nog van alles worden.

Stamcellen = cellen die nog niet (volledig) zijn gespecialiseerd.

Embryonale cellen = deze cellen kunnen tot allerlei verschillende cellen groeien

Adulte stamcellen = organen die stamcellen bevatten die ook tot allerlei verschillende soorten cellen kunnen groeien.

   >beenmerg stamcellen kunnen uitgroeien tot verschillende bloedcellen

Weefsel = een groep cellen met dezelfde vorm en functie

De vorm van cellen hangt af van de functie die ze hebben.

   >bv. zenuwcellen geven informatie door waardoor ze uitlopers hebben.

   >bv. dekweefsel omsluit delen van het organisme, zoals de opperhuis bij de mens, de cellen zijn daarom rechthoekig en sluiten nauw aan.

Tussencelstof = het gedeelte tussen de cellen.

   >bv. de celwand bij planten

   >in botten bevindt zich in het tussencelstof kalkzouten, deze zorgen voor de stevigheid

       >er bevinden zich uitlopers tussen cellen waardoor transport van stoffen mogelijk blijft

   >in het tussencelstof bij kraakbeen bevinden zich veel vezels, hierdoor kan het weefsel vervormen.

                   >Het soort tussencelstof hangt dus samen met de functie van het weefsel

Orgaan = een deel van een individu met een of meerdere functies

Organenstelsel = een aantal organen die samen een bepaalde functie uitoefenen

    >vb. verteringsstelsel, bloedvatenstelsel

§5 De celorganellen

De celkern speelt een grote rol in de zelforganisatie en zelfregulatie.

Kernplasma = zit in de kern, omgeven door het kernmembraan

Chromosomen bevatten twee DNA-moleculen op het moment van celdeling.

DNA = bevat de erfelijke informatie

Kernporiën = bestaat uit een groep eiwitten die het transport van stoffen in en uit het kernplasma regelen. De kernporiën zitten in de kernmembraan.

Het DNA bevat o.a. de informatie voor de bouw van duizenden eiwitten.

Aan het DNA ontstaat een ‘boodschapper’-molecuul >vanuit het kernplasma >via een kernporie >naar het cytoplasma.

endoplasmatisch reticulum = deze bevindt zich in het cytoplasma, het is een ingewikkeld netwerk van dubbele membranen, waaruit ook het kernmembraan bestaat.        >het vervult een functie bij het transport van moleculen in de cel

    >ribosomen = kleine bolvormige organellen en ontstaan bij eukaryoten in een deel van de celkern, nucleolus. Ze komen voor op het endoplasmatisch reticulum en in het cytoplasma.

                 >ook in het cytoplasma van prokaryoten komen ribosomen voor, ze bezitten ook DNA en ‘boodschapper’-moleculen ook al hebben ze geen celkern.

Boodschappermolecuul wordt uit de kern naar het cytoplasma naar een ribosoom vervoerd  >vorming van eiwitmoleculen vindt plaats door de informatie van de boodschappersmolecuul >de eiwitten liggen vrij in het cytoplasma/als de ribosomen in het endoplasmatisch reticulum liggen komen de eiwitten in de ruimte tussen de membranen (de eiwitten hebben nog niet hun uiteindelijke vorm.

Golgisysteem = opeengestapelde platte blaasjes die van het endoplasmatisch reticulum zijn afgesnoerd

    >de eiwitmoleculen krijgen hier hun uiteindelijke vorm

Van het golgisysteem snoeren ook weer blaasjes af en versmelten met de celmembraan en geven de eiwitten buiten de cel af.

Secretie = het afgeven van stoffen door cellen

Lysosomen = afgesnoerde blaasjes, ze bevatten enzymen die stoffen afbreken

    >lysosomen kunnen samensmelten met andere blaasjes en stoffen daarin verteren.

Mitochondriën = bolvormige organellen met een dubbele membraan, waarvan de binnenste geplooid is.

      >er vinden reacties plaats waar energie vrij komt

      >pyrodruivenzuur (stof als eiwitten, vetten en koolhydraten worden afgebroken) wordt in een mitochondrium opgenomen en afgebroken tot water en koolstofdioxide

             >deze energie die hierbij vrijkomt wordt opgeslagen in een ATP-molecuul en kan weer vrijgelaten worden als er ergens in de cel energie nodig is.

                    >enzymen die nodig zijn liggen in de plooiing, hier is het oppervlak 5 x zo groot

 ß een mitochondrium

Chloroplasten = bezitten een dubbele membraan die gevuld zijn met membranen die een soort platte blaasjes vormen.

   >op de membranen liggen enzymen voor fotosynthese

Men is erachter gekomen dat behalve ribosomen, er ook bacteriën in prokaryoten zitten. Om de celmembraan zit een celwand.

Veel cellen kunnen materiaal uit de omgeving op zich nemen in een blaasje in de cel.

       >witte bloedcellen kunnen veel bacteriën in zich op nemen

Endosymbiosetheorie =

Door de opname van aërobe bacteriën zijn mitochondriën ontstaan, want mitochondriën hebben zuurstof nodig om een reactie te laten ontstaan.

Door de opname van cyanobacteriën zijn chloroplasten ontstaan, want in cyanobacteriën vindt ook fotosynthese plaats.

Stoffen passeren altijd membranen, zoals de celmembraan als er een stof aan de omgeving wordt afgegeven.

Celmembranen bestaan uit een dubbele laag van fosfolipiden

Fosfolipiden = vetachtige moleculen, de ene kant is hydrofiel en de andere kant hydrofoob

Hydrofiel wordt gevormd door: een fosfaatgroep

Hydrofoob wordt gevormd door: twee lange koolstofketens

- een van de twee ketens komt van een verzadigd vetzuurmolecuul ( rechte keten)

- andere komt van een onverzadigd vetzuurmolecuul ( kromme keten)

In een membraan liggen veel eiwitmoleculen met sommige daaraan een koolhydraatketen (deze kan ook aan een fosfolipide zitten).

   >speelt een rol bij transport van stoffen in en uit de cel

Een celmembraan bevat ook cholesterol dat zorgt voor stevigheid van de membraan.

Alleen vetten, zuurstof, stikstof en koolstofdioxide kunnen membranen ongehinderd passeren. Watermoleculen kunnen er ook door heen maar dit gaat moeilijker.

De eiwitten regelen het opnemen en afnemen van stoffen.

Cellen zijn selectief permeabel, wat betekent dat ze bepaalde stoffen wel en niet doorlaten.

§6 Diffusie en osmose

Cellen reageren op veranderingen van concentraties. Processen in een cel hebben veranderingen van concentraties van bepaalde stoffen tot gevolg. Door de verandering van deze concentraties veranderen processen in een cel.

Het transport van stoffen over het celmembraan speelt een grote rol bij veel processen.

Diffusie en osmose zijn beide processen die afhankelijk zijn van het verschil in concentratie tussen bepaalde stoffen.

Een oplossing bestaat uit een oplosmiddel (water) en opgeloste stoffen (zout).

Concentratie = hoeveelheid opgeloste stof in een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel in gram/liter of gram per dm3

1 ppm = 0,0001 %

Diffusie = de verplaatsing van een stof van een plaats met een hoge concentratie naar een plaats met een lage concentratie van die stof

   >Diffusie vindt plaats in gassen en vloeistoffen

   >Elke molecuul beweegt in een rechte lijn tot het tegen een ander molecuul botst >nu verandert de molecuul van richting >alle moleculen naar alle kanten door de ruimte die de vloeistof of gas inneemt>een gelijkmatige, homogene, verdeling van moleculen over de beschikbare ruimte

Diffusie kan ook voorkomen als een vloeistof/gas is gescheiden door een wand met poriën, de moleculen zijn kleiner dan de openingen waardoor ze door de doorlatende/permeabele wand kunnen.

Membranen zijn selectief permeabel want ze laten sommige stoffen (zuurstof en koolstofdioxide) er wel door en sommige stoffen niet.

Osmose = de verplaatsing van water door een selectief-permeabel membraan, van een plaats met lage osmotische waarde naar een plaats met een hogere osmotische waarde

Osmotische waarde = aantal deeltjes van de opgeloste stof in de oplossing

§7 Membranen en het transport van stoffen

Functies van membraaneiwitten:

- transport van stoffen

- werken als enzymen

- receptor, ze geven  signalen door

- herkenning van cellen

Externe milieu = de omgeving

Interne milieu = weefselvloeistof (vloeistof tussen de cellen) en bloedplasma

Tussen het interne en externe milieu zit minstens een cellaag

Een speciaal membraaneiwit (aquaporine) regelt de doorlaatbaarheid voor water omdat een membraan van fosfolipiden ondoordringbaar is voor water.

Hoe meer aquaporines, hoe sneller de osmose.

Het transsport via porie-eiwitten gaat altijd van een hoge naar lage concentratie en de cel kan regelen of de porie open of dicht is d.m.v. een stofje dat zich aan de porie vasthoudt/loslaat.

Andere membraaneiwitten zorgen ervoor dat bv. glucosemolecuul zich verbindt aan het eiwit  >de vorm van het eiwit verandert >het glucosemolecuul kan de eiwit nu passeren

Hoe meer poriën, hoe sneller de diffusie loopt. Passief transport.

Bij actief transsport gaat het transsport tegen het concentratieverschil in, en hiervoor is energie nodig:

deze energie wordt geleverd door ATP-moleculen.

Het ATP-molecuul wordt omgezet in ADP en de P werkt als energie.

Fagocytose = endosomen (afgesnoerde blaasjes van het celmembraan) nemen voedsel in zich op, dit is een actief proces.

In de cel versmelt de endosoom met een lysosoom >de enzymen verteren de endosoom >de verteringsproducten komen in het cytoplasma

De cel kan deze afvalstoffen dan ok weer afgeven, een blaasje van het golgisysteem >dit blaasje wordt naar de celmembraan getransporteert >het blaasje versmelt met de celmembraan >komt terecht in externe milieu.

Cytoskelet = netwerk van vezeles in cytoplasma

Vezels in eiwitten geven vorm aan de cel en maken beweging mogelijk. Twee  soorten vezels:

- microfilament

Bestaan uit eitewitten maar vormen geen buisje

-microtubuli

Buisjes die ontstaan doordat er tubuline-eiwitten een spiraal om een holte vormen

    >Ze kunnen langer of korter worden als er eiwitten bij komen of afgaan

Motoreiwitten transporteren blaasjes en eiwitten langs het cytoskelet tussen de organellen.

Het cytoskelet + motoreiwitten zorgen voor het trillen van trilharen

§8 Stevigheid door osmose

Celwanden van planten zijn volledig permeabel, waardoor de osmotische waarde in de celwanden gelijk is aan die van het water in de ruimten tussen de cellen.

Cellen zonder celwand zullen bij een omgeving met lagere osmotische waarde knappen.

Bij cellen met celwand neemt de druk toe, de turgor, en zorgt dat de plantencellen stevig zijn.

Turgescent = plantencellen met  turgor

Een plantencel met dezelfde osmotische waarde als zijn omgeving zal heel slap worden, de druk verdwijnt.

Plasmolyse = water gaat uit de cel naar de omgeving met de hogere osmotische waarde waardoor de celmembraan loslaat, de interactie neemt af en uiteindelijk gaat de cel dood.

Het bladgroen verdwijnt en het wordt bruin.

§9 Celdeling

Celdeling = zo reproduceert de cel zich

Uit de moedercel zijn twee dochtercellen ontstaan, die moedercel verdwijnt hierna.

Bij meercellige organismen specialiseert een dochtercel zich waardoor deze niet meer kan delen.

Stamcellen = cellen die nog niet zijn gespecialiseerd tot het weefseltype waar ze in voorkomen.

    >ze vormen nieuwe cellen voor de groei van het weefsel en vervangen dode cellen

    >ze verliezen hun vermogen om te delen NIET

Het DNA in chromosomen stuurt de processen in de cel.

Bij eukaryoten bevinden chromosen zich in de celkern.

Een chromosoom bestaat uit eiwit en DNA.

Aan het begin van een celdeling spriraliseren chromosomen waarbij ze veel dikker en korter worden. Na de celdeling despiraliseren de chromosomen, ze zijn nu niet meer te zien met een lichtmicroscoop.

De celdeling begint met kerndeling, mitose.

Daarna snoert de cel tussen de kernen in en ontstaan er twee nieuwe cellen.

Beide cellen vormen nu nieuw cytoplasma, ook het aantal celorganellen neemt toe = plasmagroei

De fase tussen de twee celdelingen heet de interfase

G1-fase = DNA-replicatie wordt voorbereid

-synthese van enzymen en DNA-bouwstenen

S-fase = DNA-replicatie

Na de celdeling bestaat ieder chromosoom uit één DNA-molecuul met eiwitten, een chromatide

In deze fase wordt een kopie gemaakt van de DNA-molecuul.

Centromeer = plek waar de kopieën nog aan elkaar ziten.

Nu bestaan de chromosomen dus uit twee chromatiden en dus ook uit twee DNA-moleculen.

G2-fase = cel groeit verder tot bestemde grootte

-synthese membranen en organellen

-enzymen voor de volgende cyclus worden alvast gemaakt