Biologie hoofdstuk 2: Cel en leven

§1: Cellen leven samen

Suiker cellen en je lichaam

- De suiker glucose = brandstof die je gebruikt voor alle activiteiten in je

lichaam.

- Moleculen  = kleinste deeltjes van een stof met nog alle eigenschappen.

Om glucose op te kunnen nemen in je lichaam, heb je insuline nodig → wordt

gemaakt door alvleesklier.

Cellen zijn basiseenheden van je lichaam die elk organisme hebben.

Van molecuul naar systeem Aarde

Er zijn 11 verschillende organisatieniveaus: zijn de begrensde biologische structuren

van klein naar groot.

1. Molecuul : een structuur die bestaat uit meerdere atomen en met alle

eigenschappen van een bepaalde stof.

1. Organel : een onderdeel van de cel met een bepaalde taak.
2. Cel : de functionele basiseenheid van elk organisme. Bevat cytoplasma, erfelijk

materiaal en is omringd door een membraan.

1. Weefsel : een groep cellen met dezelfde bouw en functie.
2. Orgaan : verschillende weefsels die samenwerken aan een bepaalde taak.
3. Orgaanstelsel : Diverse organen die samen een bepaalde taak hebben.
4. Organisme : een levend wezen.
5. Populatie : een groep organismen van dezelfde soort in een bepaald gebied.

(Moeten samen vruchtbare nakomelingen kunnen krijgen.

1. Levensgemeenschap : Alle organismen in een bepaald gebied.

10.Ecosysteem : een begrensd gebied waarin organismen met elkaar en de

levenloze natuur relaties hebben.

1. Systeem Aarde : Een dynamisch systeem gevormd door alle fysische,

chemische en biologische processen op aarde en hun onderlinge interacties.

- Door interactie van organisatieniveaus kan er een nieuwe eigenschap

ontstaan op hoger niveau = emergente eigenschap.

- Levenskenmerken : kenmerken die typisch zijn voor het leven die op een

bepaald moment zichtbaar zijn.

                ↳ Bijvoorbeeld:

• beweging
• Groei en ontwikkeling
• Voortplanting
• Stofwisseling
• Waarnemen van en reageren op veranderingen in de omgeving

Leven met diabetes

Diabetes type 1: bepaalde cellen in je alvleesklier zijn beschadigd.

- Cellen bevinden zich in groepjes van Langerhans.

- Te hoog glucosegehalte door te weinig insuline.

Oplossing:

1. Insuline spuiten
2. Transplantatie 
3. Gebruik van stamcellen → hebben het vermogen om zich te blijven delen en 

            kunnen differentiëren in gespecialiseerde celtypen

Actieve cellen in weefsel

• 1 bevruchte eicel → cellen gaan delen → er ontstaat een embryo → er

ontstaan cellen met verschillende vorm/grootte en functie = cel differentiatie.

Gedifferentieerde cellen onderscheiden zich door de verschillende eiwitten die ze maken.

Eiwitten  = organische stof, opgebouwd uit aminozuren (20 verschillende).

Bijvoorbeeld:

De eilandjes van Langerhans maken het eiwit insuline en spiercellen maken

spiereiwitten.

• Bij het celmembraan komen zuurstoffen en brandstoffen voor de cel

binnen.

De verhouding oppervlak/volume

Er is een beperkte maximale grootte die een cel kan hebben → hoe groter de cel, des te groter hun energiebehoefte.

• Kleine cellen hebben relatief gezien een groot oppervlak en een kleine inhoud

maar kunnen wel sneller stoffen opnemen/afstaan.

• Grote cellen met een groter volume hebben een tekort aan oppervlakte om dit snel te doen. (heel dicht op elkaar geplakte cellen hebben ook dit probleem)

- Om de cellen is veel ruimte die gevuld is met weefselvloeistof, hieruit nemen

cellen de voedingsstoffen en zuurstof op.

- Darmcellen hebben een celmembraan met veel uitsteeksels → groot opname oppervlak → darmcellen kunnen veel stoffen tegelijk uit de darm opnemen → nuttige stoffen komen niet ongebruikt uit je lichaam.

- Warmte verdwijnt via de huid uit het dier → kleine dieren kunnen met een in

verhouding tot hun inhoud sneller afkoelen. Deze dieren moeten dus veel verbranden in de cellen om hun lichaamstemperatuur constant te houden.

Gevolgen zijn dat kleinere dieren:

• Hebben meer voedsel en zuurstof nodig
• Hebben een snellere hartslag en ademhaling dan een groter dier.

• Vind je niet in zeer koude gebieden

Maatregelen om het niet koud te krijgen:

• Dikke vacht met holle haren (dus lucht, isolatie) (ijsbeer)
• Dikke vacht met doorzichtige haren (deel van het licht gaat zo door de

haren heen en bereikt de huid)

• Huid (zwart neemt warmte op)
• Kleine oren, om warmteverlies te beperken (poolvos)

Maatregelen om koel te blijven:

• Grote oren (olifanten & woestijnvossen, om af te koelen)
• Gat graven in de grond, en pas ’s avonds op zoek gaan naar eten.

- Hoe groter de verhouding oppervlak/inhoud, hoe meer een dier zijn warmte verliest.

§2: Cellen

Menselijke en dierlijke cellen

Omgeven door een celmembraan.

Tussen de celmembraan en de kern zit cytoplasma → bestaat uit grondplasma (waterige inhoud van de cel) en organellen.

De bouwstenen voor eiwitten zijn 20 aminozuren, afkomstig uit het voedsel dat je verteert. Via het bloed gaan de aminozuren van je darmen naar je cellen en je cellen maken dan eiwitten, zoals insuline.

Dierlijke cellen kunnen de volgende organellen en onderdelen bevatten (Binas 79C)

- Celkern → omgeven door een kernmembraan met poriën, bevat DNA-moleculen

met daarop de informatie voor het maken van eiwitten.

                                        ↳  cellen met een celkern zijn Eukaryote

- Ribosomen → bestaan uit eiwitten en rRNA, organellen die aminozuren koppelen aan elkaar tot eiwitten. Liggen los in het grondplasma of gebonden aan het ER.

- Endoplasmatisch reticulum (ER) → netwerk van membranen.

• Ruw ER (ER met ribosomen) → bewerkt en transporteert eiwitten die door de

ribosomen gemaakt zijn.

• Glad ER → produceert vetachtige stoffen zoals fosfolipiden en maakt giftige

stoffen onschadelijk.

-Transportblaasjes → kleine blaasjes met een membraan vervoeren eiwitten van het

ene organel naar het andere en naar het celmembraan.

- Golgi-systeem → bestaat uit platte membraanzakken. Eiwitten en vetachtige stoffen gaan uit het ER via transportblaasjes naar het Golgi-systeem dat de stoffen bewerkt, sorteert en verpakt in transportblaasjes.

- Mitochondriën → staafvormig organel met buitenmembraan en een geplooid

binnenmembraan. Energiecentrale van de cel. Breekt met behulp van zuurstof

glucose af → levert energie in de vorm van ATP op. (ATP is een energierijk molecuul voor actieve processen)

- Lysosomen → Blaasjes met verteringsenzymen van het Golgi-systeem → nemen versleten organellen op en stoffen binnen de cel afbreken.

- Cytoskelet → draadvormig netwerk van eiwitstructuren die de cel stevigheid en vorm geven. Langs de draden verplaatsen organellen, (bvb het centrosoom en transportblaasjes), zich door de cel.

- Centriolen → bestaat uit twee loodrecht op elkaar staande buisjes van eiwitten

(centrosoom) hieraan hechten eiwitdraden zich die nodig zijn voor de splitsing van

DNA-moleculen bij een celdeling.

Plantencellen

Planten zijn autotrofe organismen; ze leven van energierijke stoffen, zoals glucose, die ze zelf kunnen maken uit anorganische stoffen. Bevatten dezelfde organellen als een dierlijke cel behalve centriolen, andere verschillen:

- Omgeven door een celwand van cellulose (soms lignine)

  ↳ geen organel

- Vacuole → gevuld met water en opgeloste stoffen (soms kleurstoffen)

- Chloroplasten → In het grondplasma bij cellen in groene delen in. (Geven de groene kleur) In de chloroplasten vinden fotosynthese plaats.

Kleurloze planten = amyloplasten

Chloroplasten + chromoplasten (oranje/rode/gele kleurstofkorrels) + amyloplasten samen = plastiden

Bacteriecellen

Zijn prokaryote organismen → geen celkern

Meestal heterotroof → leven van organische voedingsstoffen (ten koste van andere organismen; soort ziekteverwekker/ voedsel bederver)

Sommige kunnen ook autotroof zijn → zelf organische verbindingen maken

      ↳ gebruiken energie uit zonlicht of de energie uit een omzetting van anorganische stoffen om glucose te maken

Cirkelvormig DNA-molecuul ligt los in het grondplasma met daaromheen

kleine DNA-moleculen = plasmiden

Als 2 bacteriën tegen elkaar botsen kunnen ze plasmiden uitwisselen (veel

bacteriën met de eigenschap 'resistentie tegen antibiotica’.

- Grondplasma bevat: ribosomen en blaasjes

      ↳ andere organellen ontbreken

Celwand → laag opgebouwd uit suikers en aminozuren en geeft bescherming.

Sommige soorten hebben een kapsel  → extra bescherming (afweerstoffen van mensen)

Sommige bacteriën hebben flagellen → lange eiwitdraden om zich mee voort te

bewegen.

Meestal zijn bacteriën nuttig voor de mens → het melkzuur dat een bacterie kan produceren geeft smaak aan een product

Schimmelcellen

Heterotroof → leven van organische stoffen

Gisten (produceren alcohol bij afbraak) zijn eencellige soorten schimmels

Meercellige schimmels: groeien vaak ondergronds als dunne witte draden en zijn

eukaryoten cellen: ook andere organellen zoals ER, golgi-systeem, ribosomen,

lysosomen en mitochondriën zijn aanwezig.

↳ De scheiding tussen hun cellen zijn niet altijd volledig, zodat stoffen makkelijk van de ene naar de andere cel kunnen gaan

Celwand:  bestaat uit chitine

Zijn 10-100x groter dan bacteriecellen

§3: Celmembranen en transport

Bouw van celmembraan:

- Dubbele laag vetachtige moleculen, fosfolipiden.

- Staarten van deze fosfolipiden liggen naar elkaar toe en vormen een waterafstotende hydrofobe, apolaire laag.

- De hydrofiele en polaire koppen vormen de binnen-en buitenzijde van het membraan.

- Bevat ook vetachtige stof cholesterol → remt fosfolipiden in hun bewegingen en

stabiliseert zo het celmembraan.

- Wateroplosbare stoffen kunnen de hydrofobe laag niet zomaar passeren en

zijn aangewezen op de poorten van eiwitmoleculen die door het membraan van de ene zijde naar de andere zijde lopen.

Celmembranen passeren = Diffusie = moleculen die zich in een ruimte verplaatsen , wat de concentratie in de ruimte overal gelijk maakt → van een gebied met een hoge concentratie opgeloste stoffen naar een gebied met een lage concentratie opgeloste stoffen. 

Snelheid van diffusie is afhankelijk van;

- Temperatuur

- Concentratieverschil

- Afstand

- Diffusie oppervlak

Diffusie

↳ passief transport dus kost geen energie.

Passief transport =

- Ongeladen moleculen zoals O2 en CO2 kunnen zonder probleem celmembraan

passeren (diffusie).

- Ionen en grote moleculen gaan via speciale transporteiwitten (via eiwitpoorten) =

gefaciliteerd transport

- Cellen kunnen gefaciliteerd transport controleren door de eiwitpoorten te

openen of sluiten.

Actief transport =

- Transport kan ook tegen het concentratieverval in (van hoge naar lage concentratie)

door het membraan heen. Voor deze verplaatsing is energie nodig.

↳ Het molecuul of het ion bindt dan aan een transporteiwit, dat het molecuul naar de

andere zijde van het membraan verplaatst. Het molecuul komt los en het transport molecuul komt beschikbaar om een volgend molecuul van hetzelfde type door het membraan te verplaatsen.

- Celmembranen zijn selectief-permeabel → niet alle stoffen kunnen erdoorheen.

Voor stoffen die er niet doorheen kunnen (vetachtige stoffen/ijzerionen) past de cel een ‘membraantruc’ toe. 

↳ Receptoreiwitten binden een deeltje en het celmembraan stulpt er omheen. Het celmembraan snoert het blaasje af, de cel in, met het deeltje erin → endocytose. (actief transport)

- Witte bloedcellen nemen ook zo bacteriën of grotere deeltjes op → fagocytose,

waarna enzymen uit een lysosoom zorgen voor de afbraak

Cellen kunnen ook stoffen afgeven → exocytose. Bijvoorbeeld blaasjes met producten uit het Golgi-systeem. Die versmelten met het celmembraan en komen buiten de cel terecht.

- De membraantruc is mogelijk doordat membranen zijn opgebouwd uit fosfolipiden:

Membranen gaan voortdurend in elkaar over (blaasjes van ER brengen stukjes membraan naar Golgi-systeem, membraanstukjes van het golgi-systeem komen in het celmembraan)

Osmose

Voor snel watertransport door celmembraan bezitten cellen speciale eiwitpoorten, de waterkanalen = diffusie.

Osmose → diffusie van water door een semipermeabel membraan. (passief proces)

• Het membraan laat alleen het oplosmiddel (water) door, niet de opgeloste stoffen

Water gaat altijd in de richting van de hoogste osmotische waarde.

Osmotische waarde → hoeveelheid opgeloste stoffen in een oplosmiddel (water). Hoge concentratie opgeloste stoffen, weinig watermoleculen = hoge osmotische waarde.

• Oplossingen met een gelijke concentratie → isotonisch
• Oplossing met een hogere concentratie opgeloste stoffen → hypertonisch
• Oplossing met een lagere concentratie opgeloste stoffen → hypotonisch

Hypertonische oplossing buiten de cel

Hypotonische oplossing buiten de cel

Model

Nettoverplaatsing van watermoleculen naar buiten → cel krimpt

Nettoverplaatsing van watermoleculen naar binnen → cel zwelt op

Dierlijke cel

Cel verliest water en krimpt

Cel neemt water op en barst

Plantencel

Cel krimpt doordat de cel water afgeeft; celmembraan laat los van de celwand → plasmolyse

Cel neemt water op, de celinhoud drukt tegen de celwand → turgor

- Als planten lang in de droge grond hebben gestaan, krijgen ze er na een regenbui

waterkanalen bij.

- Staan planten lange tijd droog, dan verdwijnen er waterkanalen.

- Celwanden van plantencellen zijn vlechtwerken van cellulosemoleculen. Ze laten

zowel water als opgeloste stoffen door → permeabel.

↳ Plantencellen kunnen door de elastische wand niet barsten

Cellen bevatten ook membraaneiwitten zonder een transportfunctie: receptoreiwitten, eiwitmoleculen die moleculen buiten de cel binden, maar ze

niet naar binnen brengen, de boodschap geven ze wel door aan het binnenste van de cel.

Daardoor kan de cel reageren op signalen

Na binding met insuline volgt een cascade van reacties: eiwit poorten gaan open → extra opname van glucose → de cel bouwt uit glucose glycogeen op en breekt een deel van de glucose af voor ATP-productie en vorming van vetzuren → de cel slaat glycogeen en vetzuren als reservestof af

Iedere cel heeft veel verschillende receptoreiwitten, elke receptor bindt specifiek maar aan een bepaald type molecuul en de cel reageert daar steeds op dezelfde manier op.

§4: DNA

Bouw van DNA

DNA-moleculen in de kern bevatten info over erfelijke eigenschappen

DNA → dubbelstrengs en heeft de bouw van een dubbele helix

- Helix is opgebouwd uit 4 nucleotiden

Dit bestaat uit 1 fosfaatgroep + de suiker deoxyribose + organische stikstofbase

- Aan het suikermolecuul zit na het midden van de helix een stikstofbasen:

• Adenine = A vaste basenparing:

• Cytosine = C A–T

• Guanine = G C–G

• Thymine = T

- Een stikstofbasen is met 2 of 3 waterstofbruggen verbonden aan de

overliggende zijde van de helix.

- DNA-moleculen zijn voor de stevigheid om eiwitbolletjes gerold vormen

chromosomen

DNA: code voor eiwitten

Stikstofbasen: A, T, C, G hiermee maken je cellen eiwitten en aminozuren bepalen veel van je eigenschappen

Stukje DNA in je cel voor het maken van eiwit → Gen

3 opeenvolgende stikstofbasen = codon = code voor 1 aminozuur

RNA: DNA-code overschrijven en vervoeren

Het aan elkaar zetten van een eiwit gebeurt door ribosomen in je grondplasma maar DNA kan het kernmembraan niet passeren.

Dus er vindt transcriptie plaats = het overschrijven van DNA naar mRNA

mRNA = enkelstrengs molecuul 

• T veranderd naar U 
• deoxyribose is ribose

Van DNA naar RNA →  mRNA-synthese

1. mRNA-synthese ritst dubbel helix open op de plaats van het gen
2. complementair aan de matrijsstreng vormt zich een enkelstrengs mRNA-molecuul
3. mRNA heeft daardoor dezelfde basenvolgorde als de coderende streng van het DNA, alleen bevat het mRNA uracil i.p.v thymine.
4. mRNA laat los van DNA, Helix ritst weer dicht en koppelt via opening kernmembraan met een ribosoom in het grondplasma.
5. De ribosoom koppelt aminozuren aan elkaar tot een polypeptideketen.
6. de mRNA streng wordt door de ribosoom getrokken en afgelezen vanaf de start codon tot de stopcodon → translatie

ER en Golgi-systeem: Eiwitten afwerken

1. ribosomen vormen een of meerdere polypeptideketens die in de juiste vorm vouwen tot een functioneel eiwit. bij ribosomen aan het ruw ER komen de eiwitten in het ER
2. het ER snoert blaasjes met gesorteerde eiwitten af → naar het golgi-systeem waar de eiwitten hun uiteindelijke vorm krijgen
3. het golgi systeem verpakt de eiwitten in blaasjes: transportblaasjes voor exocytose, lysosomen voor vertering, en blaasjes met eiwitten in hun membraan voor het celmembraan.

§5: DNA en de celcyclus

De meeste cellen leven een aantal dagen/ maanden

Celcyclus → periode dat cel ontstaat, groeit, actief is en deelt

De celcyclus bestaat uit 4 perioden

- periode 1+2+3 = interfase (G1 + S + G2)

Periode 1: G1-fase

Genen zijn actief om eiwitten te maken en cel te laten groeien

Periode 2: S-fase

DNA-moleculen verdubbelen, bij dierlijke cellen ook centriolen

Waterstofbruggen verbreken, zodat de helix open ritst

↳ DNA-nucleotiden worden gebruikt om beide helften compleet te maken

→ Nieuwe waterstofbruggen ontstaan, als eindresultaat twee identieke complete DNA-moleculen → 2 nieuwe chromatiden

De chromatiden blijven met centromeer in het midden verbonden

Periode 3: G2-fase

Cel groeit en het aantal organellen neemt toe

Periode 4: M-fase, mitose 

Deling van de cel vindt plaats

Mitose - BINAS 76

Fase 1: profase

De chromatiden spiraliseren nog strakker tot heel compacte chromosomen

Kernmembraan valt uiteen

Draden cel skelet vormen een spoelfiguur van trekdraden en steundraden

Chromosomen worden naar equatorvlak getrokken

Fase 2: metafase

Chromosomen liggen equatorvlak (denkbeeldig vlak in midden van de cel)

Trekdraden lopen van centrosomen in beide polen naar de centromeren

Fase 3: Anafase

Door splitsing centromeer laten de chromatiden los → Trekdraden trekken chromosomen naar tegengestelde polen → Elke pool heeft nu een complete set DNA-moleculen

Fase 4: Telofase

Chromosomen despiraliseren tot hun eigen vorm

Om elke set DNA-moleculen komt een kernmembraan → 2 kernen ontstaan

Na telofase:

Celdeling vindt plaats

Grondplasma en organellen verdelen zich over de twee dochtercellen

→ bij dierlijke cellen door insnoering celmembraan

→ bij plantencellen anders:

Blaasjes uit gladde-ER versmelten met golgi-systeem in het equatorvlak, deze vormen samen de scheidingswand gevuld met pectine (= middenlamel)

De pectine laag wordt verstevigd met cellulose

De dochtercellen nemen water op in de vacuolen en groeien door, door cel

strekking

Dan: G0-fase

Hierin komen de dochtercellen na de celdeling

→ Periode dat ze niet kunnen delen

Hierna de G1-fase begint weer

Controle

In de celcyclus zijn 3 controlepunten waarin het DNA wordt gecontroleerd

1e controle = in G1-fase

Loopt via eiwit p53, een tumorsuppressorgen (kan genen van celdeling uitzetten)

Bij foutherstel enzymen proberen de fout op te lossen

Lukt dit niet p53 start apoptose (cel doodt zichzelf)

2e controle = in G2-fase

Er wordt gecontroleerd of de DNA-verdubbeling foutloos is verlopen

3e controle = in M-fase

Er wordt gecontroleerd of de kernspoel goed gevormd is

Bij alle controles geldt dat onherstelbare fouten tot apoptose leiden

Ongecontroleerde celgroei

- Een fout in de celdeling, kan leiden tot ongecontroleerde celdeling, hierbij kan een tumor ontstaan.

Wrat = goedaardige tumor

Kanker = slecht aardige tumor → cellen laten zich los en zich via de bloedbaan en de lymfe verspreiden door het lichaam → metaseren (uitzaaien)

Behandelingen kanker:

1. Chirurgie : arts verwijderd de tumor
2. Bestraling : radioactieve bronnen vernietigen de tumorcellen
3. Chemotherapie : met cytostatica voorkomen dat cellen kunnen delen.

Nadeel: ook goede cellen komen in aanraking met cytostatica en

kunnen dus ook niet meer delen.

1. Immunotherapie : behandeling die het afweersysteem stimuleert waardoor je

lichaam de kankercellen gaat doden