Hoofdstuk 2, Cellen: bouw en functie

Hoofdstuk 2 “Cellen: bouw en functie” 2.1 • Celtheorie: alle organismen zijn opgebouwd uit cellen. • Cel: kleinst levende eenheid, vertoont levenskenmerken zoals groei, ontwikkeling en stofwisseling
2.1.1 Lichtmicroscoop • Vergroot 40 tot 1500 keer (vanaf 1000 keer minder scherp) • Onder een lichtmicroscoop zijn cellen goed zichtbaar. Cellen en celstructuren zijn te zien. • Anthonie van Leeuwenhoek (1632-1723): Pionier in gebruik van lichtmicroscoop • Robert Hooke: ontdekte overeenkomst tussen plantaardig weefsel en honingraten(1665). • Zacharias Jansen: construeerde microscoop met samengestelde lenzen (1590) • Galileo Galilei verbeterde de microscoop en maakte het mogelijk scherp te stellen. (1610) • Maar pas in de 19e eeuw werd het beeld van cellen duidelijker. Ook in de 20e eeuw ging het onderzoek door en is er veel bekend geworden over de bouw, werking en functie van cellen. 2.1.2 Elektronenmicroscoop • TEM (transmissie-elektronenmicroscoop): er worden elektronen door een voorwerp heen gestuurd. De bundel elektronen wordt gericht op een fluorescerend scherm zodat er een elektronenschaduw van het oorspronkelijke voorwerp ontstaat. Maakt alleen zwart wit beelden maar vergroot wel tot meer dan 1.000.000 keer • SEM (scanningelektronenmicroscoop): voor details van het inwendige van een cel. De uitgezonden elektronen worden onder vacuüm op het voorwerp gericht. De weerkaatste elektronen vallen op de elektronensensor. Via sensors word een beeld gevormd op een monitor. Vergroot tot 6.000.000 keer. 2.2 celstructuren en hun functie • Organellen: celstructuren die omgeven zijn door een celmembraan. 2.2.1 kern • Celkern bevat erfelijke informatie in de vorm van genen. Genen bestaan uit DNA. Met deze informatie bestuurt de kern de celprocessen die moeten plaatsvinden om het geheel goed te laten functioneren. • Zie fig. 2.7 voor een tekening van een kern. Door de kernporiën kunnen stoffen de kern binnendringen of verlaten. • Chromatine: DNA in combinatie met speciale eiwitten. Als de celkern gaat delen (zie 3.3 mitose) wordt de chromatine zichtbaar in de vorm van draad structuren -> chromosomen. • Het aantal chromosomen in een kern is per soort constant. (mens heeft 23 paren dus 46). • In het kernlichaam (nucleolus) vind de aanmaak plaats van eiwitten om de ribosomen mee op te bouwen. Verlaten de kern door de poriën. 2.2.2 membranen • Cellen worden omgeven door een celmembraan. Daarbuiten bevind zich bij plantaardige cellen, schimmels en bacteriën de celwand. Bestaand uit cellulose bij planten, chitine bij schimmels of mureine bij bacteriën. • Het celmembraan bestaat uit een dubbellaag van vetmoleculen waaraan fosforgroepen zijn gebonden -> fosfolipiden. De fosfolipiden zijn met de vetgroepen naar binnen gekeerd hydrofoob en met de fosforgroepen naar buiten gekeerd hydrofiel. Hierdoor ontstaat een soepel, vervormbaar en waterafstotend membraan. Het celmembraan scheidt het celplasma van zijn omgeving. • Tussen 2 fosfolipiden liggen eiwitmoleculen die dienen voor transport van water en voedingstoffen de cel in en water en afvalstoffen de cel uit. andere eiwitmoleculen die of aan de binnenkant of aan de buitenkant liggen dienen als receptoren voor bijvoorbeeld hormonen • Ook zijn er koolhydraten gebonden aan de eiwitten en vetten in het membraan. Vormt de buitenkant van de cel -> glycocalyx. Hierdoor is de cel herkenbaar voor zijn omgeving. • De volgende organellen zijn opgebouwd uit membranen: kernmembraan, mitochodrium, endoplastisch reticulum, golgi-systeem, lysosoom en bij planten ook plastiden. • Membranen scheppen orde in het celproces. 2.2.3 mitochondrien • Mitochondrien zijn de energie leveranciers van een cel. Ze vermeerderen door deling en hun aantal verschilt per cel. • Mitochondrien hebben een dubbel membraan. De binnenste is sterk naar binnen gestolpt (cristae). De ruimte tussen de membranen heet inter-membraanruimte. De ruimte binnen het binnenste membraan heet matrix. • Langs de membranen van deze matrix vindt verbranding van koolhydraten plaats. (Voor verbranding is zuurstof nodig). Hierbij ontstaan CO2, H2O en ATP. ATP(adenosinetrifosfaat): energie die is vastgelegd in speciale energie moleculen. • In de mitochondrien wordt DNA aangetroffen, dat informatie bevat om 13 eiwitten te vormen die betrokken zijn bij de verbranding. 2.2.4 endoplastisch reticulum • Endo = binnen, reticulum = netwerk. Endoplastisch reticulum is een uitgebreid netwerk van membranen die overlopen in het kernmembraan. Twee soorten ER. Glad en ruw. Aan het ruwe liggen ribosomen, aan het gladde niet. • Het gladde ER is betrokken bij processen. (vorming van vetzuren, ontgiftiging van bijv. drugs enz). Ook het steroiedhormoon (voortplanting) wordt hier gevormd. In het gladde ER van spiercellen ligt calcium opgeslagen dat nodig is voor het samentrekken van vezels. • Ribosomen op het ER maken eiwitten volgens de code van het DNA uit de kern. Veel van deze eiwitten worden omgevormd tot glycoproteines. De eiwitten en glycoproteines worden langs het membraansysteem het ER uitgevoerd en opgeslagen in blaasjes. 2.2.5 ribosomen • Bestaan niet uit membranen maar uit eiwitmoleculen met RNA(verpakte stukjes erfelijk materiaal). Ribosomen zijn nodig voor eiwitsynthese. De eiwitten worden gebruikt voor verschillende doeleinden. • Aanmaak van materiaal -> structuur eiwitten • Versnellen van omzettingen -> enzymen • Transport van stoffen door het celmembraan -> transport eiwitten • Ribosomen zijn voor het grootste deel verbonden met het ruwe ER, de overige liggen vrij in het celplasma. 2.2.6 golgi-systeem • Bestaat uit op elkaar gestapelde membranen waaruit door afsnoering aan de zijkanten nieuwe blaasjes zijn ontstaan. Sommige van deze blaasje bevatten enzymen en heten lysosomen. Andere worden naar het celmembraan getransporteerd -> secretieblaasjes. Blaasjes afkomstig uit het ER worden door het Golgi-systeem opgenomen en verwerkt. • Eiwitten, suikers en vetten worden bewerkt tot verbindingen die in de cel bruikbaar zijn. Voor iedere type omzetting is een specifiek enzym nodig. 2.2.7 lysosomen • Lysosomen zijn door membranen omgeven zakjes waarin enzymen zijn opgeslagen die betrokken zijn bij de afbraak van grote moleculen. Ze zijn vooral belangrijk bij de intracellulaire vertering van voedsel dat via fagocytose (insluiting van vaste deeltjes) en pinocytose (insluiting van vloeibare deeltjes) de cel is binnengekomen. • Membranen zorgen ervoor dat het inwendige lichtzuur blijft • Als ze gaan lekken komen de enzymen in het celplasma terecht waardoor de cel zichzelf oplost -> suicide bags (zelfmoordzakjes) • Tay ziekte: ontbreken van vetsplitsend enzym in de lysosomen van zenuwcellen. -> vet hoopt op -> overdracht elektrische impulsen geblokkeerd. • Apotose: gerichte afbraak van weefsels • Necrose: afsterven van cellen. Veroorzaakt door lekkage celmembraan

2.2.8 cel ‘skelet’ en cel ‘spieren’ • Microtubuli (celskelet/steigers): dunne buisjes die in alle richtingen door een cel lopen -> zorgt voor vorm. Het wordt voortdurend afgebroken en opgebouwd -> tegelijk star en flexibel. Microtubuli zorgt voor spoelfiguur vormen bij mitose en meiose. Ook zorgt het voor vervoer van onderdelen binnen een cel. • Microfilamenten (celspieren): draadjes die al dan niet in bundels door de cel lopen en voor bewegingen zorgen door langs elkaar heen te schuiven. 2.2.9 plastiden • Komen alleen voor in PLANTEN. Twee soorten: o Gekleurde (chromoplasten). Bv bladgroenkorrels (chloroplasten) verder kunnen chromoplasten in allerelei kleurvariaties voorkomen. Ze komen vooral voor in rijpe vruchten -> zorgt voor kleur. Chloroplasen komen vooral voor in de cellen in steel en bladeren. In deze cellen is fotosynthese mogelijk. Chromoplasten hebben dubbel membraan. Binnenmembraan omgeeft een ruimte die is opgevuld met stroma(vloeistof) en membraanschijfjes die op elkaar gestapeld zijn. In de membraanschijfjes zit chlorofyl dat nodig is voor het opvangen van licht. o Niet gekleurde (leukoplasten). Opslaan van stoffen. Amyplasten: leukplasten waarin zetmeel is opgelaten -> in wortels en ondergrondse verdikkingen. • Plastiden worden gevormd in proplastiden. Ze kunnen makkelijk in elkaar overgaan. Leukoplasten die worden blootgesteld aan licht vormen zich om tot chloroplasten. 2.2.10 vacuoles • Blaasjes die verschillende functies kunnen vervullen. In voedsel vacuoles zitten voedingstoffen die door fagocytose in de cel zijn opgenomen. Door versmelting met lysomen kunnen voedingstoffen worden afgebroken. • Bij gespecialiseerde plantencellen ontstaat door versmelting een grote centrale vacuole die is omgeven door een tonoplast.Hierin komen veel verschillende verbindingen voor. • Bij celstrekking vult de vacuole zich door osmose met water -> lengtegroei. Door druk op de celwand rekt de cel uit. Het celplasma wordt tegen de binnenkant van de celwand aangeduwd. Tussen celplasma en celwand bevindt zich het celmembraan. 2.3 Verschillen tussen dierlijke en plantaardige cellen (zie ook 3.4) plantaardige cel dierlijke cel - Bevat plastiden - Uitgegroeide cel bevat grote centrale vacuole - Cel omgeven door een celwand. Bestaat uit meerdere lagen: - primaire, buitenste laag -> bestaat uit cellulose, zorgt voor elasticiteit. - binnenste laag -> houtstof en andere stevige verbindingen. stevigheid (cel kan niet meer groeien) - tussen de cellen bevind zich het middenlamel (draadjes pectine) - geen plastiden - Geen grote centrale vacuole, wel kleine vacuoles als onderdeel van het Golgi-systeem. - Cel niet omgeven door celwand. ZIE OOK -> figuur 2.20 en plaatje hieronder 2.4 2.4.1 Passief transport • Passief transport: kost de cel geen energie en cel speelt geen actieve rol. VB; zuurstof en CO2. • De drijvende kracht voor passief transport is een verschil in concentratie van de te vervoeren stof. • Diffusie: voorbeeld van passief transport. Hierbij verplaatsen deeltjes zich naar de plaats waar de concentratie het laagst is, totdat er overal gelijke concentraties zijn. • Een stof kan ook diffunderen door een wand of membraan die alleen doorlaatbaar is voor die bepaalde stof. BV zuurstof in rode bloedcellen in de longen. • Osmose: watertransport doormiddel van diffusie. De cel wand is semi-permeabel; laat alleen water door (alle membranen zijn semipermaebel). Hierbij verplaatsen de waterdeeltjes zich juist naar de plaats met de hoogste concentratie opgeloste deeltje (-> hoogste osmotische waarde, dus de laagste concentratie water) • Hypertonische plaats: plaats met hoge osmotische waarde, t.o.v. omringende oplossing. • Hypotonische plaats: plaats met lage osmotische waarde, t.o.v. omringende oplossing • isotonisch: de osmotische waarden zijn binnen cel gelijk aan die van omringende stof. -> Bij al deze situaties zal er of heeft er osmose plaatsgevonden. Zie ook figuur 2.22
2.4.2 Invloeden op diffusie en osmose • Verschillende omstandigheden hebben invloed op de diffusie- en osmosesnelheid: hoe hoger concentratieverschil, hoe groter diffusieoppervlak en hoe kleiner diffusieafstand -> hoe groter de snelheid. Hoge temperatuur en kleine dichtheid van het medium versnellen ook. • Turgor: druk van binnenuit een plantencel tegen celwand. De tegendruk hiervan heet wanddruk. • Plasmolyse: Proces waarbij een plantencel door verschil in concentratie doormiddel van osmose water afgeeft. De celinhoud kan hierbij losraken van de celwand door de kleine turgor. Als hierna de concentratie buiten de cel weer afneemt (meer water) ontstaat er een grote zuigkracht. • Een dierlijke cel knapt (wegens ontbreken van celwand) bij grote wateropname. 2.4.3 Transport via membraanporiën • De aard van de aaneengeschakelde aminozuren bepaald of het eiwit in het membraam waterafstotend is of wateropzuigend is. De aaneenschakeling kan veranderen. • Celmembraan is barrière tussen binnen en buitenkant van de cel. Alleen poriën in het de eiwitten van het celmembraan kunnen stoffen doorlaten. De aard en lading bepaald welke stof en hoeveel. De lading moet aan de buitenkant gelijk zijn aan die aan de binnenkant van het membraan. 2.4.4 Actief transport • Transport door enzymatische pomp: dit gaat via transportenzymen in het membraan. De stof hecht zich aan de buitenkant v/h enzym/eiwit en word zo naar de andere kant (binnenkant) gesluisd en laat daar los. Hierna is de transportenzym weer te gebruiken. De energie voor dit transport wordt geleverd door ATP een energierijke stof in de cel. • Transport met behulp van blaasjes: het celmembraan vormt een blaasje om de te verplaatsen stof en maakt zich los van het membraan. (zie figuur 2.26) Vooral bij grote verbindingen. twee soorten: - exocytose: deeltjes verplaatsen zich vanuit cel naar extracellulaire stof. - endocytose: deeltjes verplaatsen van extracellulaire stof naar de cel - pinocytose: opname van vloeibare stoffen - fagocytose: opname van vaste stoffen of eencellige organismen (witte bloedcel met bacterie) - endocytose m.b.v receptoren 2.5 Weefsels en organen • Het lichaam bestaat uit veel gevarieerde cellen. Alle cellen zijn volgens een zelfde algemeen bouwplan, maar er zijn ook grote verschillen tussen cellen. • weefsel: cellen die dichtbij elkaar in het organisme liggen, met zelfde vorm en zelfde functie. • Weefsels vormen met elkaar organen die bestaan uit verschillende weefsels 2.6 Bacteriën • Bacteriën zijn eencelligen die in grote aantallen en in diverse soorten voorkomen. Ze bezitten veel verschillende eigenschappen en kunnen zich aan veel milieus aanpassen. • Veel bacteriën leven in symbiose (is afhankelijk van) andere organismen. • Bacteriën helpen in de natuur organisch afval af te breken. De vrijgekomen meststoffen worden weer door planten opgenomen. • Bacteriën bevatten geen mitochondrien, chloroplasten celkernen en geen ER. Het bevat een ringvormig DNA zonder membraan er omheen. • Bacteriën worden ingedeeld bij de prokaryoten (voorkern). Planten en dieren behoren tot de eukaryoten (eu=goed). Zie voor bouw bacterie ook fig. 2.29 • Wel kan een bacterie plasmiden hebben, kleine ringetjes met erfelijk materiaal. (zorgt v. immuniteitstof) 2.6.1 Gram-negatief en Gram-positief • Bacteriën zijn 10 x zo klein als eukaryotische cellen. • Bacterien hebben een celwand voor stevigheid. Er is op grond van afwijkende celwandstructuren een onderscheid te maken; Gram-positieve (met dikkere celwand) en Gram-negatieve bacteriën. De meeste soorten bacteriën zijn Gram-positief. • -> Celwand plantencel; cellulose -> celwand bacterie; murëine. • Celwand zorgt ervoor dat cel niet knapt bij teveel wateropname. • Met het enzym lysozym is de celwand te verwijderen (BV in neusslijmvlies en traanvocht). • Bacterie zonder celwand; protoplast. Bacteriën kunnen in een hoog tempo vermeerderen. 2.6.2 Inkapseling • Bij (voor vermeerdering) ongunstige omstandigheden kan de bacterie inkapselen (spore vorming). Het is dan latent leven; het wordt weer actief bij betere omstandigheden. Als de omstandigheden nog ongunstiger worden raakt de bacterie beschadigd en kan deze niet meer actief worden. • Een bacterie kent geen meiose of geslachtscellen. Voor heb bestaat geslachtelijke voortplanting uit het uitwisselen van DNA. 2.6.3 Autotroof en heterotroof • Autotroofe bacteriën: maken door energie van buitenaf glucose. Onder te verdelen in foto-autotroof (energieaanvoer = licht) en chemo-autotroof (energieaanvoer = stoffen?). • Bacteriën kunnen in tegenstelling tot dierlijke en plantaardige cellen bestreden worden door antibiotica (zoals chloramphenicol en streptomycine). 2.7 Virussen • 4 rijken organismen; bacteriën, schimmels, planten en dieren. Virussen horen hier niet bij; zij zijn het eenvoudigste vormen van biologische systemen. • Het omhulsel van virus is opgebouwd uit eiwitten, veel soorten omhulsels. Omhulsels van virussen met een gastheer kunnen overeenkomen met het omhulsel van het membraan van de gastheer. • Binnen het omhulsel bevindt zich het DNA, en bij sommigen RNA. • Virussen zijn erg klein. (50 nanometer) zie voor verhoudingen fig. 2.31 • Genen in het virus zijn vooral betrokken bij vermeerdering. Het virus is voor vermeerdering afhankelijk van gastheercel. Na vermeerdering van het virus binnen de gastheercel, knapt de gastheercel en kunnen de virussen verspreiden naar andere cellen. De gastheercel gaat dood. • Virussen worden niet bestreden met antibiotica. Alleen met sommige antistoffen. • Voor stofwisseling maakt het virus gebruik van de gastheercel. Bij infectie zelfs van de organellen in gastheercel. Dit ontregeld de cel en uiteindelijk ook de gastheer. • Enkele ziekten veroorzaakt door virussen zijn; aids, hepatitis, herpes en griep.