Naar alle leermiddelen

Biologie: Hoofdstuk 2 (Cel en leven)

Cellen leven samen

Moleculen zijn de kleinste deeltjes van een stof met nog alle eigenschappen van die stof. Glucose is de brandstof voor je cellen. Om glucose op te nemen hebben je cellen insuline nodig.
Een organisatieniveau is een biologische groep met samenhangende onderdelen. De organisatieniveaus zijn: molecuul, organel (onderdeel van een cel), cel, weefsel, orgaan, orgaanstelsel, organisme, populatie (groep van 1 soort in 1 gebied), levensgemeenschap (alle organismen met relaties in een gebied), ecosysteem (gebied met relaties tussen organismen en natuur) en systeem Aarde (alle ecosystemen, chemische en biologische processen en de onderlinge interacties). Een emergente eigenschap is een eigenschap die ontstaat door de interactie van losse onderdelen die zichtbaar is op een hoger niveau.
Levende organismen hebben alle kenmerken, eigenschappen en processen die typisch zijn voor het leven op aarde: de levenskenmerken (beweging, groei en ontwikkeling, voortplanting, stofwisseling en waarnemen en reageren op prikkels).
Stamcellen hebben het vermogen om zich te blijven delen en om zich te specialiseren (celdifferentiatie).
Cellen met een kleine inhoud hebben een relatief groot oppervlakte. Cellen met een grote inhoud hebben een relatief kleine oppervlakte, want de inhoud (m³) stijgt harder dan het oppervlakte (m²).

Cellen

Elke dierlijke cel bestaat uit het cytoplasma. Het cytoplasma bestaat uit het grondplasma en alle organellen. Cellen kunnen de volgende organellen bevatten:

Plantaardige cellen bevatten dezelfde organellen als een dierlijke cel, alleen de centriolen ontbreken. Ook bevatten plantaardige cellen een celwand, een vacuole (gevuld met vocht en opgeloste stoffen) en chloroplasten (met bladgroenkorrels). Soms bevatten chloroplasten oranje, rode of gele kleurstofkorrels (chromoplasten). Kleurloze kleurstofkorrels met zetmeel heten amyloplasten. Samen heten deze stoffen de plastiden.
Bacteriën zijn prokaryote organismen: ze hebben geen celkern. Een groot chromosoom ligt los in het grondplasma. Daarnaast hebben bacteriën kleine DNA-moleculen: plasmiden. Deze kunnen ze onderling uitwisselen. Bacteriën hebben een celwand en soms ook een kapsel. Sommige bacteriën hebben flagellen: lange eiwitdraden waarmee ze zich kunnen voortbewegen. Als bacteriën andere organismen aantasten voor hun voedselvoorziening, zijn het ziekteverwekkers of voedselbedervers.
Schimmelcellen lijken erg op dierlijke cellen. De scheiding tussen schimmelcellen is echter niet altijd even duidelijk. Hierdoor is de stofwisseling makkelijker is. Schimmels maken paddenstoelen om zich voort te planten.
De schimmels, dieren en de meeste bacteriën zijn heterotroof: ze halen hun energie uit organische verbindingen van andere organismen. Planten en sommige bacteriën zijn autotroof: ze maken glucose uit anorganische verbindingen of uit zonlicht.

Celtransport

Cellen en hun omgeving bevatten veel water. De cellen zijn omgeven door een celmembraan: een dubbele laag fosfolipiden. De koppen van deze moleculen liggen naar buiten en zijn waterafstotend (hydrofoob & apolair). De staarten van deze moleculen liggen naar binnen en trekken water aan (hydrofiel & polair). Het cholesterol remt de beweging van de fosfolipiden. Stoffen die oplosbaar zijn in water kunnen niet door het membraan. Zij moeten door de eiwitpoorten. Deeltjes verdelen zich gelijkmatig tussen 2 concentraties: diffusie. Als er meer O2 buiten een cel is dan binnen een cel, zal de zuurstof zich gelijkmatig verdelen. Diffusie is een vorm van passief transport: het kost geen energie. Kleine en ongeladen deeltjes kunnen het membraan passeren. Grote vette moleculen kunnen ook via diffusie door het membraan heen via diffusie. Geladen deeltjes, andere grote moleculen, polaire deeltjes (geen gelijk verdeelde lading) maken gebruik van een transporteiwitten (gefaciliteerd transport). Elke stof heeft een eigen type eiwitpoort. Dit kan ook tegen het concentratieverval in. Als dit gebeurt, spreek je van actief transport.
Celmembranen zijn selectief permeabel: niet alle stoffen kunnen passeren.
Voor stoffen die niet kunnen passeren, kan het celmembraan met behulp van receptoreiwitten een blaasje maken van de fosfolipiden waar het deeltje in zit (endocytose, of fagocytose). Cellen kunnen op deze manier ook stoffen afstaan: exocytose.
Watertransport tussen 2 oplossingen via een semipermeabel membraan heet osmose. Zo’n membraan laat alleen het oplosmiddel door, niet de opgeloste stoffen. De hoeveelheid opgeloste stoffen bepaalt de osmotische waarde: hoe meer opgeloste stoffen en hoe minder oplosmiddel hoe hoger de osmotische waarde. 2 oplossingen met een gelijke concentratie zijn isotonisch. Een oplossing met een hogere concentratie is hypertonisch, de andere oplossing is dan hypotonisch.
Bij een hypotonische oplossing buiten de cel drukt de inhoud van een cel tegen de celwand: turgor. Bij een hypertonische oplossing buiten de cel laat het celmembraan juist los van de celwand: plasmolyse.

Celmembranen bevatten ook eiwitten zonder transportfunctie. Deze receptoreiwitten geven wel een boodschap door. Hierdoor kan een cascade (soort stappenplan) volgen.

DNA

Het DNA bevat alle genetische informatie. DNA is dubbelstrengs en heeft de vorm van een dubbele helix. De bouwstenen van de dubbele helix zijn de nucleotiden. Elke nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, de suiker desoxyribose en een stikstofbase. De 4 stikstofbasen zijn, adenine, cytosine, guanine en thymine. Het aantal waterstofbruggen bepaalt de koppeling: A met T en C met G. Als je de ene kant van het DNA weet kun je daaruit de complementaire string aflezen. DNA-moleculen zijn opgerold rondom eiwitten (histonen).
Een stuk DNA dat in een cel de informatie voor het maken van een eiwit bevat, heet een gen. Het overgrote deel van het DNA heeft geen functie. DNA is niet erg stabiel: er treden vaak mutaties op. Eiwitten worden gemaakt in ribosomen. Deze hebben een “recept” nodig. Het DNA kan de celkern niet uit. Er wordt een kopie gemaakt: mRNA. Dit is een enkelstrengs molecuul, en heeft in plaats van thymine de base uracil. mRNA wordt gemaakt door het openritsen van je DNA. mRNA wordt gemaakt tegenover de niet-coderende string, zodat deze overeenkomt met de coderende string. Het maken van mRNA heet transcriptie. Het mRNA gaat vervolgens via kernporiën naar een ribosoom.
Na de transcriptie volgt de translatie: de vertaling naar een eiwit. Ribosomen koppelen aminozuren tot een polypeptideketen. De ribosomen kijken naar een tripletcode op het mRNA. De verschillende tripletcodes coderen tot verschillende aminozuren. De translatie begint bij het startcodon AUG en stopt bij het stopcodon UAA, UAG of UGA. De polypeptideketens worden vervolgens in het ER opgevouwen tot eiwitten. Een eiwit wordt vervolgens gesorteerd door het golgisysteem. Ook past het golgisysteem de eiwitten aan tot bruikbare moleculen.

Celdeling

De meeste cellen leven vrij kort. De periode waarin een cel ontstaat, groeit, actief is en zich opnieuw deelt, is de celcyclus. Deze bestaat uit de fasen G1, S, G2 en M. De eerste drie fasen zijn de interfase: de voorbereiding op de celdeling. Tijdens de M-fase vindt de celdeling plaats.
Tijdens de G1-fase zijn veel genen actief om eiwitten te maken. Tijdens de S-fase verdubbelen de DNA-moleculen zich. De dubbele helix wordt opengeritst en vrije nucleotiden koppelen zich aan beide strengen. Deze 2 strengen heten nu chromatiden. Beide chromatiden zijn verbonden in het centromeer. Tijdens de G2-fase groeit de cel en neemt het aantal organellen toe.
Tijdens de M-fase vindt de mitose plaats. Het DNA is niet actief met het maken van mRNA. De mitose bestaat uit de volgende 4 fasen: tijdens de profase spiraliseren de DNA-moleculen nog strakker om de histonen. De chromatiden blijven met elkaar verbonden. Eiwitdraden van het cytoskelet vormen de kernspoel van trek- en steundraden. Het kernmembraan valt uiteen.
Tijdens de metafase liggen de chromosomen in het equatorvlak (in het midden van de cel). De trekdraden lopen van de centromeren in de beide polen naar de centromeren. Tijdens de anafase splitsen de chromatiden. De trekdraden trekken ze nu als zelfstandige chromosomen naar de uiteinden van de cel. Tijdens de telofase ontstaan de nieuwe kernen en de chromosomen despiraliseren zich. Na de telofase ontstaat de daadwerkelijke celdeling. Bij dierlijke cellen worden de membranen ingesnoerd. Bij plantencellen versmelten blaasjes uit het ER en het golgisysteem. Ze vormen een scheidingswand die later de celwand wordt. Na de celdeling komen de cellen in de G0-fase, waarin ze zich niet delen, of in een nieuwe celdeling.
Om te controleren of alles goed verloopt tijdens de celdeling, controleert de cel op 3 momenten. Tijdens de G1-fase gebeurt dit met het eiwit p53. Dit eiwit is gemaakt met informatie van een tumorsuppressorgen. Als een fout niet op te lossen is start p53 de apoptose: de doding van de cel. Tijdens de G2-fase vindt er een controle plaats bij de DNA-deling en tijdens de M-fase wordt de kernspoel gecontroleerd.
Ongecontroleerde celgroei kan leiden tot een tumor. Kanker is een kwaadaardige tumor die zicht uitzaait over het lichaam. Kanker kan bestreden worden met chirurgie, bestraling en chemotherapie.