10voorBiologie - Boek OpMaat - havo

Cellen

1.0 START HOOFDSTUK

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je kunt de betekenis noemen van de vetgedrukte termen in dit hoofdstuk.

THEORIE Cellen

Alle organismen bestaan uit cellen. Maar plantaardige cellen zien er anders uit dan dierlijke cellen. De cellen van bacteriën en schimmels zijn ook weer anders gebouwd. Binnen meercellige organismen kun je veel verschillende cellen tegenkomen. In een mens bijvoorbeeld zijn het er meer dan 200. Veel typen cellen hebben een gemeenschappelijke bouw, met veel dezelfde delen. In figuur 1 zie je een dierlijke cel getekend met een aantal van die onderdelen. De belangrijkste daarvan komen in dit hoofdstuk aan de orde.

Figuur 1 Een dierlijke cel

mitochondrium

golgi-systeem vacuole kern glad endoplasmatisch reticulum

kernporie kernmembraan cytoplasma

ruw endoplasmatisch reticulum

celmembraan

THEORIE

VERSCHILLEN EN OVEREENKOMSTEN

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je kunt tekenen hoe virussen een cel infecteren en hoe ze de gastheercel gebruiken voor hun eigen reproductie.

Verschillen en overeenkomsten

Er is een grote variatie in cellen, maar ze hebben ook veel gemeenschappelijke kenmerken. Zo zijn alle cellen omgeven door een heel dun vliesje dat de cel afgrenst van de buitenwereld: het is het celmembraan. Duidelijk te onderscheiden celdelen worden organellen genoemd.

Kijk ook nog eens naar figuur 1 aan het begin van dit hoofdstuk, waar je veel organellen getekend ziet. Voorbeelden van organellen zijn het celmembraan en de celkern. De celkern ligt in het celplasma (ook grondplasma of cytoplasma genoemd), een waterige substantie waarin nog veel meer organellen rondzweven. In de celkern, omgeven door het kernmembraan, ligt het erfelijk materiaal dat alles regelt in de cel.

Niet alle organismen hebben een celkern; bacteriën hebben er geen, hun erfelijk materiaal ligt vrij in het cytoplasma.

Behalve overeenkomsten zijn er ook enkele kenmerkende verschillen tussen dierlijke en plantaardige cellen.

celmembraan cytoplasma kern grote centrale vacuole plastide celwand

Figuur 2 Een plantaardige cel (links) en een dierlijke cel (rechts)

Plantencellen hebben één grote vacuole of meerdere kleinere. Een vacuole is een blaasje vol vocht met daarin opgeloste stoffen. Het organel is omgeven door een vacuolemembraan. Plantencellen hebben vaak nog andere - typisch plantaardige organellen, namelijk de plastiden (korrels). Je hebt verschillende typen plastiden, verderop in dit hoofdstuk worden ze besproken.

Plantencellen hebben een celwand die uit cellulose bestaat. Dierlijke cellen hebben nooit een celwand. Schimmels en bacteriën kunnen ook wel een cellulosecelwand hebben, maar bij veel soorten worden ook andere stoffen gebruikt als celwandmateriaal. Chitine, de harde stof waaruit ook het schild van een kever bestaat, is hier een voorbeeld van.

Op grond van de gemeenschappelijke en verschillende celkenmerken zijn alle organismen in vier grote groepen te verdelen. Het zijn de vier Rijken: planten, dieren, schimmels en bacteriën (zie figuur 3). Voor het onderscheid wordt nog een aantal extra kenmerken gebruikt, zoals de eigenschappen van de celwand en de leefwijze van het organisme (zie § 17.8 ‘Ordening’ en tabel 1).

planten schimmels dieren bacteriën

Figuur 3 De vier Rijken

De leefwijze (autotroof of heterotroof) is voor de indeling in de vier Rijken ook van belang. Heterotrofe organismen voeden zich met andere organismen of de resten daarvan. Autotrofe organismen hebben geen organische stoffen nodig als voeding. In het hoofdstuk ‘Stofwisseling & energie’ vind je de verdere uitleg van de begrippen autotroof en heterotroof, zie bijvoorbeeld § 11.8 ‘Voortgezette assimilatie’.

KENMERKEN RIJK

Bacteriën Schimmels Planten Dieren voedingswijze

afhankelijk (soms zelfvoorzienend) afhankelijk zelfvoorzienend afhankelijk celgrootte 1 - 10 µm 10 - 100 µm 10 - 100 µm 10 - 100 µm celwand ja ja ja nee celkern nee ja ja ja

Tabel 1

Virussen

Een virus is niet te vergelijken met een cel. Een virusdeeltje is niet meer dan een envelop van eiwit met daarin een korte streng DNA (erfelijk materiaal, zie § 3.3 ‘Chromosoom, gen en allel’) of RNA (aan DNA verwant erfelijk materiaal).

Virussen kunnen dus niet worden ondergebracht in één van de vier Rijken. Ze zijn ontzettend klein, zijn heel eenvoudig gebouwd en hebben geen eigen stofwisseling. Zonder een cel van een ander organisme zijn ze tot niets in staat. Ze zoeken een gastheercel, hechten zich aan de buitenkant vast en dringen binnen. Als een virus zo’n gastheercel binnengedrongen is, laat hij zich vermenigvuldigen met de stoffen in die cel. Bekijk § 17.9 ‘Virussen’ als je nu meer over virussen wil weten. 1

Figuur 4 Vermenigvuldiging van een virus

1 = Het virus hecht zich aan een receptor op het celmembraan van de gastheercel; 2 = Vanuit het virus gaan virale enzymen en viraal DNA via het cytoplasma naar de celkern van de gastheercel; 3 = Viraal DNA wordt ingebouwd in het DNA van de gastheercel; 4 = Viruseiwitten worden aangemaakt; 5 = Alle nieuwe virale stoffen worden samengevoegd tot een nieuw virus; dat verlaat de gastheercel.

BASISKENNIS-VRAGEN

Basiskennis-vragen over 1.1

1 Bacteriën en virussen

Gebruik onder andere Binas (6de druk) tabel 77 en 79 of ScienceData hoofdstuk 14.

Vul in: ja, nee of soms.

Is er een kern?

Is er DNA?

Is er RNA?

Is er een membraan?

Is er een eigen stofwisseling?

Is zelfstandig vermenigvuldigen mogelijk?

Levend als parasiet?

Zijn er ribosomen?

2 Assemblage

Bacteriën Virussen

Wat betekent assemblage/assembleren bij virussen?

3 Vermeerderen van virussen

Het vermeerderen van virussen is een bijzonder proces. Hier zie je figuren van de verschillende fasen van dit proces aangegeven met de letters A t/m F.

Zet de figuren in de juiste volgorde. Beschrijf elke fase kort.

Let op: Het vermeerderingsproces is een cyclus!

Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 Fase 6

4 Waar of niet waar?

Figuur Toelichting

Geef aan welke beweringen waar zijn en welke niet waar.

Waar Niet waar

1 Bacteriën worden ingedeeld bij de Prokaryoten. ◯ ◯

2 Plasmiden komen voor in bacteriën. ◯ ◯

3 Gram-negatief en gram-positief hebben te maken met het erfelijk materiaal in de bacterie. ◯ ◯

4 Virussen zijn gevoelig voor antibiotica. ◯ ◯

5 Er bestaan autotrofe bacteriën. ◯ ◯

6 Sporevorming en inkapseling bij bacteriën is hetzelfde. ◯ ◯

7 Bij bacteriën komt geen enkele vorm van geslachtelijke voortplanting voor. ◯ ◯

1.2 CELLEN, WEEFSELS EN ORGANEN

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je kunt uitleggen wat celdifferentiatie is.

• Je kunt uitleggen wat een weefsel is.

• Je kunt het verband uitleggen tussen cellen, weefsels, organen en orgaanstelsels.

THEORIE

Cellen, weefsels en organen

Meercellige organismen zijn opgebouwd uit een groot aantal cellen. Afhankelijk van de functie hebben cellen een specifieke vorm en werking; ze zijn gedifferentieerd. Cellen ontwikkelen zich uit ongedifferentieerde cellen, de stamcellen. Als een cel voorbestemd is om een bepaalde functie te krijgen, komt het proces van de genregulatie in werking: een aantal genen wordt actief en zorgt ervoor dat de cel z’n eigen vorm en functie krijgt (zie § 3.7 ‘Kruisingen met meer dan 1 eigenschap’). Het krijgen van een specifieke vorm en functie noem je celdifferentiatie.

Zo hebben dieren rode bloedcellen voor zuurstoftransport, spiercellen voor beweging en zenuwcellen voor het doorgeven van impulsen (elektrische signalen).

neurale cellen spiercellen steuncellen dekcellen voortplantingscellen

zenuwcel

gliacellen zintuigcel

gladde spiercel dwarsgestreepte spiercel hartspiercel

bevruchte eicel bindweefselcel

stamcel stamcel stamcel

kraakbeencel

botcel bloedcellen

Figuur 5 Een dier heeft veel verschillende typen cellen.

dekcel trilhaarcel kliercel

eicel zaadcel

Een groep cellen met een zelfde vorm en functie noem je een weefsel. Bij dieren onderscheid je bijvoorbeeld beenweefsel en spierweefsel, bij planten bijvoorbeeld transportweefsel en vulweefsel.

Een orgaan is een gedeelte van een organisme met een bepaalde taak. Een voorbeeld is de maag. Binnen zo’n orgaan zijn verschillende weefsels te vinden. De buitenkant van de maag is een laag bindweefsel. De maag zelf bestaat grotendeels uit spierweefsel en voor de regeling van de werking ligt er zenuwweefsel in. Om de weefsels van zuurstof en voedsel te voorzien lopen er bloedvaten in het orgaan.

Maag, lever, dunne darm en spijsverteringsklieren zijn organen die gezamenlijk de taak hebben om voedsel te verteren. De organen die samenwerken om een specifieke taak uit te oefenen vormen een orgaanstelsel, in dit voorbeeld het spijsverteringsstelsel. Andere voorbeelden zijn het ademhalingsstelsel en het bloedvatenstelsel.

In schema: cel ► weefsel ► orgaan ► orgaanstelsel ► organisme

BASISKENNIS-VRAGEN

Basiskennis-vragen over 1.2

1 Differentiatie

Je kunt bij het beantwoorden ook gebruik maken van Binas 76, 80 en 81 of ScienceData hoofdstuk 14, 17 en 18.

Kies telkens het juiste woord.

a Genen komen tot expressie in stamcellen | gedifferentieerde cellen.

b Een stamcel kan wel | niet een gedifferentieerde cel worden. c Een gedifferentieerde cel kan wel | niet een stamcel worden.

2 Delen van planten

In de twee figuren zie je delen van planten.

Figuur 1

Figuur 2

Zie je in de figuren gedifferentieerde (= gespecialiseerde) cellen?

3 Hout- en bastcellen

In figuur 3 liggen de cellen van laagje 1 tussen de hout- en bastcellen in.

Figuur 3

Hoe heten deze cellen? Zijn ze gedifferentieerd?

© Getty Images / E+ / Nancy Nehrin

© Getty Images / iStockphoto

4

Dierlijke weefsels

Gebruik onder andere Binas (6de druk) tabel 80 en 81 of ScienceData hoofdstuk 17 en 18.

Hierna staat een lijst van dierlijke weefsels. Weefsel wordt gedefinieerd als: cellen met dezelfde vorm en functie die bij elkaar liggen.

Van welke weefsels in de lijst kan gezegd worden dat deze definitie voor 100% klopt?

☐ Kraakbeenweefsel

☐ Beenweefsel

☐ Bindweefsel

☐ Glad spierweefsel

☐ Dwarsgestreept spierweefsel

☐ Dekweefsel in de binnenwand van een slagader

☐ Dekweefsel op de wand van de luchtpijp

5 Dierlijke weefsels

Hierna staat een lijst van dierlijke weefsels.

1 Kraakbeenweefsel

2 Beenweefsel

3 Bindweefsel

4 Glad spierweefsel

5 Dwarsgestreept spierweefsel

6 Dekweefsel in de binnenwand van een slagader

7 Dekweefsel op de wand van de luchtpijp

Weefsel wordt gedefinieerd als: cellen met dezelfde vorm en functie die bij elkaar liggen.

Bij welke weefsels uit de lijst klopt deze definitie niet voor 100%?

Als je vindt dat de definitie bij een weefsel in de lijst niet helemaal klopt, geef dan aan wat de reden is.

6 Bloed

Bloed wordt ook wel een weefsel genoemd, maar dan vloeibaar.

Beantwoord de vragen.

a Geef een reden waarom je dat zo zou kunnen zeggen.

b Geef ook een reden waarom je dat niet kan zeggen.

7

Organen, weefsels en cellen

Hierna staat een rijtje waarin organen, weefsels en cellen genoemd staan.

Geef telkens aan om welke van de drie het gaat.

orgaan weefsel cel

1 rode bloedcel ◯ ◯ ◯

2 kraakbeen rondom de kop van je dijbeen ◯ ◯ ◯ 3 hart ◯ ◯ ◯ 4 dijbeenspier ◯ ◯ ◯ 5 eicel ◯ ◯ ◯

6 het botgedeelte van het dijbeen ◯ ◯ ◯

8 Plantaardige weefsels

Hierna staat een lijst van plantaardige weefsels. Weefsel wordt gedefinieerd als: cellen met dezelfde vorm en functie die bij elkaar liggen.

Van welke weefsels in de lijst kan gezegd worden dat de definitie voor 100% klopt?

☐ Houtweefsel ☐ Bastweefsel

☐ Dekweefsel op de bovenkant van een blad ☐ Deelweefsel

☐ Vezels rondom een houtvat ☐ Palissadeparenchym ☐ Vulweefsel

9 Verschillende weefsels

Een orgaan bestaat uit verschillende weefsels, het geheel heeft een bepaalde functie.

Beantwoord de vragen.

a Noem minstens vier verschillende weefsels waaruit het hart bestaat.

b Wat is de gemeenschappelijke functie?

10 Verschillende weefsels

Beantwoord de vragen.

a Noem minstens vier verschillende weefsels waaruit het blad van een plant bestaat. b Wat is een belangrijke gemeenschappelijke functie van de bladweefsels?

THEORIE

PLANTENCELLEN EN HUN ORGANELLEN

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je kunt vertellen uit welke delen een dierlijke cel en een plantencel bestaan.

• Je kunt van de beschreven organellen en celstructuren hun taak in de cel omschrijven.

Plantencellen en hun organellen

In veel plantencellen komen plastiden (korrels) voor. Er zijn verschillende typen plastiden.

De cellen van groene delen van de plant zitten vol bladgroenkorrels (chloroplasten). Daarmee kunnen deze cellen fotosynthese uitvoeren, dat is het vormen van glucose uit koolstofdioxide en water met gebruik van zonne-energie. In het hoofdstuk ‘Stofwisseling & energie’ (met name § 11.7 ‘Koolstofassimilatie’) gaan we daar dieper op in. Andere plastiden zijn gekleurde korrels (chromoplasten). Zij bevatten een gele of rode kleurstof. De kleurstof veroorzaakt bijvoorbeeld de oranje kleur van wortels en het rood of geel van paprika’s. Het derde type plastide is kleurloos (leukoplasten). Voorbeelden zijn de zetmeelkorrels (amyloplasten) die vol zetmeel zitten en zo zorgen voor opslag van reservevoedsel in de plant. Aardappels bevatten heel veel zetmeelkorrels.

De verschillende plastiden kunnen door de cel ook omgevormd worden. Bij de kleurverandering van een paprika van groen naar rood bijvoorbeeld veranderen de bladgroenkorrels in gekleurde korrels. Iets dergelijks gebeurt ook als de zetmeelkorrels in een aardappel (zon)licht krijgen, bijvoorbeeld wanneer op een akker de aardappel bovengronds komt. De aardappel wordt dan groen, doordat de zetmeelkorrels in bladgroenkorrels veranderen.

amyloplast chromoplast

Figuur 7 Plantencellen met zetmeelkorrels (links) en gekleurde korrels (rechts)

Plantencellen hebben vacuolen: blaasjes met waterig vocht. Hierin zijn bepaalde stoffen opgelost. Jonge plantencellen hebben enkele kleinere vacuolen die later samenvloeien tot één grote. De vacuole neemt dan bijna de hele cel in beslag. Zo krijgt de cel stevigheid, vergelijk het met een opgeblazen ballon. (Dit verschijnsel wordt verder uitgelegd in § 1.6 ‘Transport van stoffen in en uit de cel’.)

Het celplasma (= cytoplasma) zit in een dunne laag om de vacuole heen. Door de microscoop ziet de vacuole er uit als een lege holte in de cel, vandaar ook de naam (vacuüm = leeg). Behalve mineralen (zouten) kunnen in de vacuole soms ook kleurstoffen opgeslagen zijn; dan is de vacuole gekleurd. De bekendste kleurstof is anthocyaan. Deze stof kleurt bloemen blauw, paars of roze, afhankelijk van de zuurgraad in de vacuole.

Figuur 8 Celwand van plantaardige cellen

vacuole cytoplasma middenlamel celwand

celmembraan

De celwand zit als een omhulsel om het celmembraan heen en geeft de cel veel stevigheid. De celwand ligt buiten het celmembraan en is daarom geen organel, maar hij hoort wel bij z’n cel.

De celwand bestaat uit een aantal lagen cellulosevezels. De cellulose wordt door de jonge plantencel in het celplasma gevormd en vervolgens aan de buitenkant van de cel afgezet. De vezels liggen in verschillende richtingen, zodat een stevig netwerk van vezels ontstaat.

Tussen de cellulosewand van de ene cel en die van de andere cel ligt de middenlamel, een laagje dat uit pectine bestaat. De middenlamel wordt direct na de celdeling door de jonge cel gevormd (zie § 1.7 ‘Vermeerdering van cellen’).

Cellen die voor veel stevigheid zorgen (bijvoorbeeld bij houtige planten), vormen veel houtstof in de celwand. Er kunnen ook nog andere stoffen (zoals kurk) in de celwand worden afgezet.

BASISKENNIS-VRAGEN

Basiskennis-vragen over 1.3

1 Plantaardige of dierlijke cellen

Gebruik o.a. Binas (zesde editie) tabel 79B, C en D of ScienceData 14.1 - 14.4.

Vul in de tabel in of het genoemde deel in plantaardige of dierlijke cellen voorkomt en zet erachter wat de taak ervan is.

plantaardig? dierlijk? taak? celwand celmembraan kern chloroplast chromoplast vacuole celplasma

2 Rijpe paprika’s

Als een paprika rijp wordt, verandert de kleur van groen naar rood of geel. Welke verandering in de plastiden is daarvan de oorzaak? Maak een keuze. Er is één antwoord goed. ◯ Chloroplasten veranderen in chromoplasten. ◯ Chloroplasten veranderen in leukoplasten. ◯ Chromoplasten veranderen in chloroplasten. ◯ Leukoplasten veranderen in chloroplasten.

3 Stoffen in organellen

In organellen tref je vaak specifieke stoffen aan. Hierna staan vijf stoffen genoemd. Schrijf bij elke stof op in welk organel deze veel voorkomt.

1 cellulose 2 oranje kleurstof (flavine) 3 zetmeel 4 anthocyaan 5 DNA

4

Bacteriën of planten

Een onderzoeker krijgt eencellige organismen toegestuurd in een potje. De vraag van de afzender is: zijn dit bacteriën of planten? De cellen hebben de volgende kenmerken: ze hebben een rode kleurstof in de cellen, ze gebruiken licht als energiebron, ze zijn ongeveer 8 micron groot. Verder hebben ze een duidelijke celwand.

Wat zou jouw antwoord zijn? Licht toe.

5 Euglena

Er is lange tijd discussie geweest over de kwestie of de eencellige Euglena (het groene oogdiertje) tot de planten of dieren gerekend moet worden. Het organisme heeft bladgroen als het in het licht leeft, maar dat wordt afgebroken als het donker is. Verder heeft het een celwand, maar het kan ook zwemmen met een zweephaar.

Waar zou jij Euglena indelen? Leg je antwoord uit.

6 Plantencellen

Twee plantencellen A en B in een weefsel liggen naast elkaar. De ene cel (A) heeft watertekort. Het gevolg is dat er vanuit de andere cel (B) waterdeeltjes naar A gaan.

Door welke lagen en laagjes achtereenvolgens moet een waterdeeltje vanuit de vacuole van B naar de vacuole van A gaan?

TOETSVRAGEN

Toetsvragen over 1.3

1 Wangslijmvlies en waterpest

Op figuur 1a zie je een cel van het wangslijmvlies, op figuur 1b zie je cellen van waterpest. © Getty Images / iStockphoto © Getty Images / E+ / Nancy Nehrin

Figuur 1a Wangslijmvlies

Figuur 1b Waterpest

Noem twee stofwisselingsprocessen die wel in de cellen van waterpest kunnen plaatsvinden, maar niet in de cellen van het wangslijmvlies.

2

Bontbladig

wit rood

bruin

Er zijn veel kamerplanten waarvan de bladeren niet helemaal groen zijn. Je noemt deze planten bontbladig. Twee voorbeelden van dit soort planten zijn de bontbladige geranium en de siernetel. Bij de bontbladige geranium zijn de randen van de bladeren wit. Bij de siernetel zijn allerlei kleurencombinaties mogelijk, zoals: de binnenste delen rood, de buitenste delen wit en de zone daartussenin bruin (zie figuur 2). De kleuren van de siernetel zijn het gevolg van de aan- of afwezigheid van bladgroen en de kleur van het vacuolevocht. groen donkergroen wit

Figuur 2 Kleurcombinaties bontbladige geranium en siernetel

Uit verschillende delen van het blad van de bontbladige geranium en het blad van de siernetel uit figuur 2 zijn cellen geïsoleerd. Deze cellen zie je in figuur 3. Ze zijn aangegeven met de letters P, Q en R.

celkern

P Q R

Figuur 3 Cellen uit bontbladige geranium en siernetel

Vijf delen in het blad van de bontbladige geranium en van de siernetel zijn:

• het groene deel van het blad van de geranium

• het witte deel van het blad van de geranium

• het bruine deel van het blad van de siernetel

• het rode deel van het blad van de siernetel

• het witte deel van het blad van de siernetel

Uit welk van de vijf delen kan cel P afkomstig zijn? En cel Q en cel R? Geef een toelichting bij je antwoord.

vacuole bladgroenkorrel celmembraan celwand

cytoplasma

Plantencel

Figuur 4 geeft van één cel een volledige doorsnede weer. Verschillende delen van deze cel zijn in de tekening met cijfers aangegeven. Je kunt zien dat het om een plantencel gaat en niet om een dierlijke cel. 1 2 4 5 6 7

Figuur 4 Doorsnede plantencel

3

Door welke cijfers in de figuur kun je zien dat dit een plantencel is?

◯ de cijfers 1, 3 en 4

◯ de cijfers 1, 4 en 6

◯ de cijfers 1, 5 en 6

◯ de cijfers 2, 3 en 5

◯ de cijfers 2, 4 en 7

◯ de cijfers 3, 5 en 6

THEORIE

SUBMICROSCOPISCHE DELEN VAN

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je kunt van de beschreven organellen en celstructuren hun taak in de cel omschrijven.

Submicroscopische delen van de cel

De meeste organellen die je tot nu toe bent tegengekomen, zijn met een lichtmicroscoop (LM) goed te zien. Lichtmicroscopen kunnen tot ongeveer 1500x vergroten.

Schoolmicroscopen zijn ook lichtmicroscopen; ze vergroten meestal tot 600x. Je kunt hiermee levende cellen bekijken, zodat je activiteiten van de cel kunt zien gebeuren. Dat er met een lichtmicroscoop geen grotere vergrotingen mogelijk zijn, ligt aan het feit dat de golflengte van het licht niet kleiner is. Daardoor hebben erg kleine organellen in de cel geen invloed op de lichtbundel die bij het kijken gebruikt wordt. Ze zijn dan ook niet te zien.

Met een elektronenmicroscoop (EM) kun je ook kleinere delen van de cel zien. Dit komt doordat de golflengte van een elektronenbundel veel kleiner is dan die van licht, zodat ook de kleinste organellen de bundel afbuigen. Een elektronenmicroscoop vergroot tot zes miljoen keer. Celdelen van ongeveer 10 µ (1 µ = één miljoenste meter) kun je met een EM nog bekijken. Celorganellen die met de lichtmicroscoop niet te zien zijn, zoals ribosomen, mitochondriën, endoplasmatisch reticulum en lysosomen zijn met de EM uitgebreid onderzocht.

In deze paragraaf bespreken we de bouw van deze organellen, met behulp van elektronenmicroscopisch beeld. Je spreekt dan van de submicroscopische bouw van de cel. Submicroscopisch wil zeggen kleiner dan met een lichtmicroscoop te zien is.

10 m

1 m

0.1 m

1cm

1mm (10-3m)

100mm

ongewapend oog

10mm

1mm (10-6m)

100 nm

10 nm

lichtmicroscoop elektronenmicroscoop

1 nm (10-9m)

0.1 nm

Figuur 9 Van groot naar klein

mens

lengte van sommige zenuwcellen

ei van een kip eicel van een kikker plantencellen en dierlijke cellen meeste bacteriën mitochondriën virussen ribosomen dikte van de celmembraan eiwit- en vetmoleculen dikte van het DNA-molecuul kleine moleculen atomen H2O

Het optisch bereik van het ‘blote’ oog, van de lichtmicroscoop en van de elektronenmicroscoop.

De celkern en het ER

De celkern is met een lichtmicroscoop zichtbaar, maar je kunt weinig details zien. Onder de elektronenmicroscoop is de kern een bolvormig organel, omgeven door een dubbel kernmembraan met daarin kernporiën. Via de kernporiën kunnen stoffen de celkern inen uitgaan. Binnen de celkern zijn kernlichaampjes en chromatine zichtbaar (waarover in § 1.5 ‘DNA en chromosomen’ meer).

Figuur 10 De celkern

kernporie met porie-eiwitten kernlichaampje chromatine dubbele kernmembraan naburig ER histonen DNA (dubbele helix)

chromatine

Het endoplasmatisch reticulum, afgekort als ER, is een stelsel van ‘buizen’. Het ligt verspreid door de hele cel, buiten de celkern, in het celplasma. De bolletjes aan de buitenkant van het ER zijn ribosomen (zie figuur 11). Daarom spreek je van ruw endoplasmatisch reticulum. Er is ook glad endoplasmatisch reticulum, dan zitten er geen ribosomen op. Het ER is via de kernporiën met de celkern verbonden; zo kan de celkern via het ER stoffen laten transporteren.

De ribosomen bestaan uit eiwitten en RNA-moleculen. Ze hebben geen membranen, dus ze worden niet tot de organellen gerekend. Ribosomen zorgen voor de eiwitsynthese (opbouw van eiwitten). De cel heeft heel veel verschillende eiwitten nodig. Het celmembraan bijvoorbeeld bevat veel eiwitten. Ook alle enzymen, de ‘gereedschappen’ van de cel, zijn eiwitten. Als de eiwitten klaar zijn, kan het ER ze transporteren naar de plaats in de cel waar ze nodig zijn.

Glad endoplasmatisch reticulum speelt een rol bij de celstofwisseling. Die rol is afhankelijk van de functie van de cel. In bepaalde cellen worden bijvoorbeeld vetten gevormd; in andere cellen worden giftige stoffen onschadelijk gemaakt.

kernmembraan

ruw ER vrije ribosomen glad ER

Figuur 11 Het endoplasmatisch reticulum (ER)

membraan inwendige ruimte membraan mRNA ribosoom

eiwit

Mitochondrie, golgi-systeem en lysosoom Verspreid in het cytoplasma liggen mitochondriën (enkelvoud: mitochondrie of mitochondrium). Een mitochondrie is omgeven door een glad buitenmembraan. Binnenin ligt een sterk geplooid binnenmembraan. Op het binnenmembraan liggen heel veel enzymen die de aerobe dissimilatie (verbranding) mogelijk maken (zie § 11.6 ‘Dissimilatie’). Bij de verbranding wordt glucose afgebroken. Daarbij wordt zuurstof (O2) gebruikt en worden water (H2O) en koolstofdioxide (CO2) gevormd. De energie die bij dit proces vrijkomt (in de vorm van ATP), is beschikbaar voor de cel. Omdat de energie in de mitochondriën ontstaat, noemt men ze ook wel de energieleveranciers van de cel. verbranding

matrix intermembraanruimte cytoplasma

Figuur 12 Een mitochondrie

Het golgi-systeem (ook vaak golgi-apparaat genoemd) is een membraansysteem. Blaasjes met inhoud, afkomstig uit het ER, worden door het golgi-systeem opgenomen en verder verwerkt. Het golgi-systeem bestaat uit op elkaar gestapelde membranen waaruit door afsnoering aan de zijkanten nieuwe blaasjes ontstaan. Veel van deze blaasjes bewegen zich naar het celmembraan en brengen hun inhoud buiten de cel. Dat noem je secretie. Vandaar dat deze blaasjes secretieblaasjes worden genoemd. Zie figuur 13. Het golgi-systeem kun je zien als een ‘fabriekje’ waarheen allerlei stoffen worden aangevoerd om vervolgens na bewerking weer afgevoerd te worden. Eiwitten, suikers en vetten worden in het golgi-systeem bewerkt tot stoffen die in de cel op specifieke plaatsen bruikbaar zijn of die door de cel worden uitgescheiden. Kliercellen hebben daarom een goed ontwikkeld golgi-systeem.

O hydratenkool-2 ATP CO 2 H2O

enzymen

binnenmembraan buitenmembraan

Vanwege de grote variatie aan chemische omzettingen komen in het golgi-systeem veel verschillende soorten enzymen voor. Voor ieder type omzetting is namelijk een specifiek enzym nodig.

afbraak van eigen celonderdelen (autofagie; suicide bags)

vrije ribosomen

eiwitsynthese mRNA

membranen versmelten

lysosomen

endocytose (fago- en pinocytose)

fusie tussen lysosoom en endocytoseblaasje

golgi-systeem glad E.R. ruw E.R.

mitochondrium blaasjes voor aanvoer membraanmateriaal

exocytose van restanten secretieblaasje (allerlei producten van de cel)

afgifte van voedingsstoffen

porie in de kernmembraan kernmembraan celmembraan

Figuur 13 Het golgi-systeem ontvangt en verwerkt veel stoffen.

Sommige blaasjes van het golgi-systeem bevatten enzymen en heten dan lysosomen. Deze enzymen zijn betrokken bij de afbraak van grote moleculen, zoals eiwitten, koolhydraten, vetten en nucleïnezuren. Lysosomen zijn vooral belangrijk bij de vertering van voedseldeeltjes die via fagocytose de cel zijn binnengehaald (zie § 1.6 ‘Transport van stoffen in en uit de cel’). De enzymen in de lysosomen werken het best in een licht-zure omgeving. Het membraan rond het lysosoom schermt de zure inhoud van het celplasma af.

Soms gaan lysosomen lekken, waardoor hun enzymen in het celplasma terechtkomen. Het gevolg kan zijn dat de inhoud van de cel afgebroken wordt en de cel zichzelf oplost. Daarom worden de lysosomen ook wel ‘suicide bags’, ofwel zelfmoordzakjes, genoemd.

In sommige situaties is het noodzakelijk dat bepaalde (delen van) weefsels worden afgebroken. Er is dan sprake van gerichte celafbraak, apoptose genoemd. Hierbij wordt de cel systematisch vernietigd. Een voorbeeld van apoptose is de afbraak van de staart bij het kikkervisje dat kikker wordt. Een voorbeeld bij de mens is de afbraak van de vliezen die tijdens de foetale ontwikkeling zijn gevormd tussen de lippen, de oogleden en tussen de vingers en tenen. Ook wordt het staartje bij de mens afgebroken. In al deze gevallen gebeurt dit met behulp van de enzymen uit de lysosomen.

Mitochondriaal DNA

Bijzonder aan mitochondriën is dat ze hun eigen erfelijk materiaal (DNA) bevatten. Men denkt daarom dat mitochondriën heel lang geleden aparte organismen waren, die later onderdeel werden van grotere cellen. Het erfelijk materiaal van mitochondriën wordt mitochondriaal DNA genoemd (afgekort: mt-DNA). Als een cel zich deelt, vermenigvuldigen mitochondriën zich door zelfstandig te delen. Daardoor hebben de mitochondriën in een lichaam allemaal hetzelfde mt-DNA.

Ieder mens is na heel veel celdelingen gegroeid uit een bevruchte eicel. De in verhouding heel grote eicel met veel celplasma en organellen wordt bevrucht door een heel kleine zaadcel, die alleen het erfelijk materiaal en nauwelijks andere organellen heeft. De mitochondriën in de bevruchte eicel zijn allemaal afkomstig uit de eicel. Conclusie: je hebt het mt-DNA geërfd van je moeder.

Ieder mens heeft mt-DNA dat hetzelfde is als dat van zijn moeder. Daarom kan men met grote zekerheid vaststellen of iemand het kind is van een bepaalde vrouw. Voor mensen die op zoek zijn naar hun ouders of voor mensen die vragen hebben over hun afstamming, kan mt-DNA-onderzoek uitkomst bieden. Ook bij onderzoek naar de prehistorische voorouders van de tegenwoordige mens wordt gebruik gemaakt van onderzoek naar mt-DNA.

BASISKENNIS-VRAGEN

Basiskennis-vragen over 1.4

1

Elektronenmicroscoop

Gebruik o.a. Binas (zesde editie) tabel 79B, C en D of ScienceData 14.1 - 14.4.

Beantwoord de vragen.

a Noem een voordeel van de elektronenmicroscoop.

b Noem ook een nadeel van dit apparaat.

2 Onderdelen van de cel

Welke van de genoemde onderdelen ...

Let op: Op sommige vragen zijn meer antwoorden mogelijk! kern celwand ER

1 ... is betrokken bij de energievoorziening van de cel?

mitochondrium plastide vacuole

☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

2 ... is de centrale regelende instantie? ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

3 ... bestaat hoofdzakelijk uit cellulose?

4 ... is de plaats waar de eiwitsynthese plaatsvindt?

☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

5 ... dient als opslagplaats? ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

6 ... is betrokken bij de aanmaak van andere cellen?

☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

7 ... dient voor de stevigheid? ☐ ☐ ☐ ☐ ☐ ☐

3 Organellen

a Zet deze drie organellen op volgorde van groot naar klein. kern mitochondrium ribosoom

b Vergelijk de volgende organellen met elkaar: vacuole, ribosoom, celkern en mitochondrium.

Beantwoord de vragen.

a Bij welke van deze vier organellen zitten aan de buitenkant twee membranen?

b Welke van deze vier organellen kun je alleen goed met een elektronenmicroscoop bekijken?

4

Specifieke organellen

Niet elke cel bevat dezelfde hoeveelheid organellen. Hierna staan drie verschillende cellen genoemd, elk met veel dezelfde specifieke organellen.

Schrijf de naam op van het organel dat volgens jou veel voorkomt in die cel. Zet er kort bij waarom je dat denkt. cellen van een aardappelknol cellen van een boomblad spiercellen

5 Amylase

In het speeksel van de mens komt onder andere amylase voor. Het is een eiwit dat door de speekselkliercellen wordt gevormd. In die cellen wordt het opgebouwd, binnen de cel getransporteerd en dan aan de mondholte afgegeven. Dit kost natuurlijk allemaal energie.

Schrijf achtereenvolgens de namen op van de organellen die bij de processen een rol spelen. Zet erbij wat die organellen in deze cel doen.

TOETSVRAGEN

Toetsvragen over 1.4

1 Organellen

Een onderzoeker bekijkt een cel onder een elektronenmicroscoop bij een vergroting van 5000x. Hij ziet onder andere de volgende organellen:

1 endoplasmatisch reticulum

2 mitochondriën

3 plastiden

Op grond van de aanwezigheid van welk of welke van deze organellen kan hij met zekerheid zeggen dat hij een plantencel bekijkt?

◯ alleen op grond van 1

◯ alleen op grond van 2

◯ alleen op grond van 3

◯ op grond van 1 en op grond van 2

◯ op grond van 1 en op grond van 3

◯ op grond van 2 en op grond van 3

2 Plantencel

In figuur 1 zie je de schematische tekening van een plantencel. De in de cel aanwezige delen zijn niet alle op dezelfde schaal getekend.

P

Figuur 1

a Hoe heet het organel dat met P is aangegeven?

◯ alleen in deel Q

◯ alleen in deel R

◯ alleen in deel S

◯ alleen in de delen Q en R

◯ alleen in delen Q en S

◯ in de delen Q, R en S

R

Q S

b In welk(e) van de delen Q, R en S bevinden zich plantaardige eiwitten?

Submicroscopische delen van de cel

3

Elektronenmicroscopische foto van een cel

Figuur 2 is een tekening van een elektronenmicroscopische foto van een cel uit het worteltopje van een ontkiemende erwt.

P

Q

Figuur 2

a Hoe heet het organel dat is aangegeven met P?

b Hoe heet het celdeel dat met een Q is aangegeven?

reticulum

Plantencel

Figuur 3 stelt een plantencel voor. In de figuur is een aantal verschillende structuren met een cijfer aangegeven.   1 2 4

Figuur 3

3

Welke van de in figuur 3 genummerde structuren kun je ook in menselijke cellen aantreffen?

◯ alleen 1 ◯ alleen 3 ◯ alleen 1 en 2 ◯ alleen 1 en 3 ◯ alleen 3 en 4

◯ 1, 2, 3 en 4

Apoptose

Het stervensproces van cellen staat volop in de belangstelling. De aandacht is daarbij vooral gericht op celdood, waar de cellen actief aan meewerken. Dit proces wordt geprogrammeerde celdood of apoptose genoemd. In figuur 4 is dit proces schematisch weergegeven.

De apoptose begint met vochtverlies en het verschrompelen van de cel (tekening 2). Vervolgens valt de cel uiteen in kleine blaasjes met het celmembraan er nog omheen (tekening 3). Deze blaasjes worden direct opgenomen door andere cellen. Opvallend is dat er geen sprake is van een ontstekingsreactie. Dit maakt dat er op grote schaal cellen kunnen verdwijnen zonder dat het opvalt. 1 levende cel

R 2 cel verschrompelt 3 cel valt uiteen Figuur 4 © Gemma Stekelenburg

a In figuur 4 zie je dat er door apoptose organellen kapot gaan.

Welk organel gaat of welke organellen gaan het eerst zichtbaar kapot? ◯ het endoplasmatisch reticulum ◯ de kern ◯ de mitochondriën

b Wat is de functie van organel R in tekening 1 van de figuur? ◯ opbouwen van eiwitten ◯ opslaan van enzymen ◯ regelen van celprocessen ◯ transporteren van stoffen door de cel ◯ vrijmaken van energie

Necrose

Celdood als gevolg van een ernstige beschadiging verloopt heel anders dan apoptose: de cel zwelt op, waardoor het celmembraan scheurt. De inhoud van de cel komt vrij. Dit wordt necrose genoemd en is schematisch weergegeven in figuur 5.

Als celdood optreedt bij veel cellen tegelijk, komt een ontstekingsreactie in het lichaam op gang en wordt de plek rood en pijnlijk. Bij de ontstekingsreactie worden afweercellen aangelokt die de celresten opruimen.  1 levende cel 2 cel zwelt 4 cel barst 3 onomkeerbare zwelling

Figuur 5 Necrose van een menselijke cel

In het lichaam van de mens komen apoptose en necrose allebei voor.

Drie processen zijn:

1 het afsterven van een gedeeltelijk losgesneden stukje huid 2 het kaal worden 3 het weer kleiner worden van de borsten na een periode van zogen

Bij welk of welke van deze processen is wel sprake van apoptose, maar niet van necrose? ◯ alleen bij 1 ◯ alleen bij 2 ◯ alleen bij 3 ◯ bij 1 en 2 ◯ bij 1 en 3 ◯ bij 2 en 3

Plantencel

Figuur 6 geeft van één plantencel een volledige doorsnede weer. Verschillende delen zijn met cijfers aangegeven.

Figuur 6 Welk cijfer geeft een organel aan dat eiwitten voor de cel vervoert?

1.5 DNA EN CHROMOSOMEN

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je kunt uitleggen wat het verband is tussen chromosomen en DNA.

• Je weet hoe een chromosoom is opgebouwd.

• Je kunt aan de hand van afbeeldingen uitleggen hoe een DNA-molecuul is opgebouwd.

• Je weet dat DNA codeert voor het genoom (alle erfelijke eigenschappen) van een organisme.

THEORIE

DNA en chromosomen

De celkern regelt alle activiteiten van de cel dankzij het DNA (desoxyribonucleïnezuur). DNA bestaat uit hele lange draadvormige moleculen die rondom ‘klosjes’ zijn gewikkeld. Deze ‘klosjes’ zijn eiwitten; ze worden histonen genoemd. Het DNA en de histonen samen noem je chromatine (zie ook § 1.4 ‘Submicroscopische delen van de cel’). De totale lengte van het DNA in de celkern van een menselijke cel is ongeveer 1,75 meter.

cel chromosoom centromeer chromatide

celkern

DNA-molecuul

DNA op ‘klosjes’ eiwitten

Figuur 14 De structuur van een chromosoom in een delende cel

In een niet-delende cel liggen de chromatinedraden verspreid in de celkern en kun je ze niet met een lichtmicroscoop zien.

Als de cel begint te delen, gaan ze sterk oprollen en worden ze zichtbaar. Op dat moment noem je ze chromosomen. Zo zie je bovenin figuur 14 een celkern met vier chromosomen. Bij de deling wordt elk chromosoom verdubbeld. Na verdubbeling blijven de twee identieke chromosomen, nu chromatiden genoemd, aan elkaar vastzitten bij het centromeer. (Later in het delingsproces worden ze gesplitst, we bespreken de celdeling verder in § 1.7 ‘Vermeerdering van cellen’.)

Figuur 14 zoomt steeds verder in, totdat de DNA-structuur verschijnt.

T T

C

S S S

S S S

A P P P P A

Met behulp van een lichtmicroscoop kun je het aantal chromosomen in een delende cel tellen. Het aantal chromosomen in een cel is per soort organisme constant. De mens heeft 46 chromosomen in iedere lichaamscel. Deze 46 chromosomen komen in paren voor, in de menselijke soort dus 23 paren. Alleen in de geslachtscellen komen de chromosomen in enkelvoud voor. Een menselijke geslachtscel bevat dan ook 23 chromosomen.

In het DNA bevinden zich de codes voor alle genen (erfelijke eigenschappen). Alle genen bij elkaar - bij de mens ongeveer 20.000 - worden het genoom genoemd. De structuur van het DNA-molecuul lijkt op een gedraaide ladder, een soort wenteltrap, dubbele helix genoemd. Het molecuul is opgebouwd uit twee hele lange ketens van telkens dezelfde bouwstenen, namelijk een desoxyribose (een suikermolecuul), een fosfaat (een stof waar het element fosfor - P - in zit) en een stikstofbase. Zo’n bouwsteen wordt een nucleotide genoemd. Desoxyribose en fosfaat vormen de zijkanten van de ladder. Tussen deze twee ketens liggen de ‘sporten’ van de ladder: telkens twee stikstofbasen die een paar vormen.

Er zijn vier verschillende stikstofbasen, die samen slechts op twee manieren basenparen vormen. De stikstofbasen zijn: adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G). A vormt altijd een paar met T en C zit altijd vast aan G. De stikstofbase zit vast aan de desoxyribose. Zie figuur 15.

nucleotide

thymine adenine fosfaatgroep

desoxyribose

cytosine

Figuur 15 De bouw van DNA

P P A

S S S

C

A P

P P P

T T

Linksboven: de stikstofbasen thymine en adenine vormen een basenpaar. Linksbeneden: de stikstofbasen cytosine en guanine vormen een basenpaar. Rechts: de ladderstructuur van een stukje DNA.

G

S S S

De volgorde van de stikstofbasen in het DNA-molecuul vormt de basis van de genetische code. Deze code bepaalt de volgorde van de aminozuren die op hun beurt de bouwstenen van eiwitten vormen. We gaven al eerder aan dat eiwitten voor een cel erg belangrijk zijn.

Het DNA bevat de code voor de aminozuurvolgorde, dus het DNA bepaalt ook welke en hoeveel eiwitten in de cel worden gemaakt. Voor cellen is het daarom van groot belang dat het DNA de juiste codes bevat. Een fout in de code leidt immers tot fouten in de aminozuurvolgorde en dat heeft weer gevolgen voor de vorm en dus de werking van het eiwit. Een enzym bijvoorbeeld werkt dan niet goed, of een organel heeft fouten in zijn structuur.

C C H H

H H H

H H H O O

C N C N

guanine

H-brug H-brug C

C C C C N C N

N N N C H H H

H H

H

H H H N O

O C N C N C

C C C C N C N N

N N

Opsporing door DNA-analyse

DNA-analyse is een hulpmiddel bij het opsporen van daders van misdrijven. De methode wordt onder andere ook gebruikt om verwantschap tussen personen vast te stellen. Voor DNA-analyse zijn ‘biologische sporen’ nodig, dat wil zeggen dat het sporenmateriaal cellen moet bevatten mét een celkern. De celkern bevat immers het DNA. Goede sporenmaterialen zijn haarwortels, sporen op een sigarettenpeuk, huid (bijvoorbeeld onder de nagels van een slachtoffer), sperma en bloed (witte bloedcellen zijn bruikbaar, want ze hebben een celkern, in tegenstelling tot rode bloedcellen).

Bekijk het volgende Schooltv-filmpje: DNA-profiel - Wat is dat?

Scan de QR-code om het filmpje te bekijken.

Voor de analyse haalt men het DNA uit de celkern. Vervolgens zoekt men 10 speciale stukjes DNA. Deze stukjes zijn uniek voor ieder mens. De kans dat bij twee mensen deze tien stukjes allemaal hetzelfde zijn, is één op het biljoen (eeneiige tweelingen uitgezonderd, hun DNA is volkomen identiek).

Over de selectie van de tien stukjes DNA zijn internationale afspraken gemaakt. Met hulp van een enzym worden de DNA-stukjes vermeerderd. Het vermeerderde DNA wordt vervolgens in een gel geplaatst. Op de gel met het DNA worden twee elektroden vastgezet. De elektrische stroom voert de tien DNA-stukjes mee. Dat gebeurt doordat in DNA veel deeltjes zitten die positief of negatief geladen zijn. Hoevér ze meegevoerd worden, hangt af van hun afmeting. Het resultaat is een genetische vingerafdruk, vaker met de Engelse term DNA-fingerprinting aangeduid. De genetische vingerafdruk is een persoonlijk DNA-profiel. Het profiel bestaat uit tien bandjes, waarvan de onderlinge afstand en de dikte persoonsgebonden zijn. plaats van het misdrijf verdachte 1 verdachte 2 verdachte 3

Figuur 16 DNA

Het DNA-profiel van verdachte nr. 2 komt overeen met het DNA dat gevonden is op de plaats van het misdrijf.

Met behulp van DNA-fingerprinting kun je aantonen dat een biologisch spoor van een bepaald persoon is. Deskundigen leggen er de nadruk op dat daarmee nog niet altijd is vastgesteld dat degene, van wie het biologische spoor was, de dader van het misdrijf is.  Kijk voor een DNA-profiel op de site van het Nederlands Forensisch Instituut.

BASISKENNIS-VRAGEN

Basiskennis-vragen over 1.5

1 Kern onder een LM

Houd voor het beantwoorden ook Binas (zesde editie) 70A, 71A en C of ScienceData 16.1 en 16.3 erbij.

Leg uit hoe het komt dat de kern onder een LM (lichtmicroscoop) meestal als een homogeen deeltje te zien is, terwijl chromosomen draden zijn.

2 Juist of onjuist

Zijn de beweringen juist of onjuist?

Juist Onjuist

1 De menselijke celkern heeft altijd chromosomen, maar deze zijn niet altijd zichtbaar. ◯ ◯

2 Twee chromosomen worden verbonden door een centromeer. ◯ ◯

3 Een chromosoom bestaat altijd uit twee chromatiden. ◯ ◯

4 Voor het verdubbelen van DNA heeft de kern geen aanvoer van fosfaat en desoxyribose nodig. ◯ ◯

5 Aminozuren zijn ketens van eiwitten. ◯ ◯

6 De volgorde van aminozuren van een eiwit ligt vast in de genetische code. ◯ ◯

7 De genetische code ligt vast in eiwitten. ◯ ◯

3 Celdeling

Leg uit waarom het noodzakelijk is dat bij celdeling de dochtercellen precies zo’n kern krijgen als de moedercel.

Kernporie

Beantwoord de vragen.

a Geef een voorbeeld van een stof die door een kernporie de kern verlaat.

b Geef ook een voorbeeld van een stof die door de kernporie de kern binnen zal gaan.

5 DNA en chromosomen

De volgende opdrachten over DNA en chromosomen kwamen tot stand m.m.v. Ella Vingerling, Rembrandt College te Veenendaal.

In deze opdracht ga je kennis maken met het erfelijk materiaal dat in de celkern ligt. Het is handig als je enige basiskennis hebt over chromosomen, ongeveer eindniveau havo 3. In deze opdracht test je je basiskennis en je kunt deze zo nodig aanvullen. Ga naar Bioplek: celkern

Scan hiervoor de QR-code.

Beantwoord de vragen.

a Welke vier onderdelen van een celkern worden genoemd?

b Wat is de functie van de celkern in een cel?

6 DNA en chromosomen

Ga naar Bioplek: erfelijkheidsleer

Scan hiervoor de QR-code.

Beantwoord de vragen.

a De draadvormige structuren in de cel bestaan uit chromatine. Uit welke twee moleculen bestaat chromatine?

b Hoe komt het dat chromosomen alleen zijn waar te nemen in cellen die gaan delen?

c Voordat de cel gaat delen, wordt eerst het DNA verdubbeld. Leg uit hoe de X-vorm ontstaat zoals chromosomen vaak worden afgebeeld.

7 DNA en chromosomen

Ga naar Bioplek: de bouw van het DNA-molecuul

Scan hiervoor de QR-code.

Beantwoord de vragen.

a Het DNA-molecuul heeft een bijzondere bouw. Hoe zou je de vorm van het molecuul beschrijven?

b Uit welke bouwstenen is het DNA-molecuul opgebouwd?

c Uit welke bouwstenen zijn de ‘treden van de ladder’ opgebouwd?

d Wat zijn basenparen?

e Uit welke bouwstenen is de ‘zijkant van de ladder’ opgebouwd?

f Wat wordt er bedoeld met nucleotiden?

Toetsvragen over 1.5

1 Maïsboorder

De maïsboorder is een insectensoort die maïsplanten aantast. De rupsen van deze insectensoort nestelen zich in de stengels van een maïsplant. Al geruime tijd bestrijdt men in de biologische landbouw deze rupsen selectief met het zogeheten Bt-eiwit. Dit Bt-eiwit wordt door de rupsen afgebroken. Daarbij ontstaat een stof die de darmwand beschadigt, waardoor de rupsen doodgaan.

Een bedrijf in Amerika heeft genetisch gemodificeerde maïs ontwikkeld die een gen bevat dat codeert voor het Bt-eiwit. Dit gen gedraagt zich in een plant als een natuurlijk gen.

Drie leerlingen, Bas, Kim en Sofie, hebben een meningsverschil over de eigenschappen van de planten die uit de maiskorrels van genetisch gemodificeerde maisplanten groeien.

Bas beweert: “Alle cellen van deze planten hebben het Bt-gen en maken het Bt-eiwit.”

Kim beweert: “Alle cellen van deze planten hebben het Bt-gen, maar dit betekent niet dat ze ook allemaal het Bt-eiwit maken.”

Sofie beweert: “Alleen de cellen van de stengel hebben het Bt-gen en maken het Bt-eiwit.”

Van wie is de bewering juist? ◯ Bas ◯ Kim ◯ Sofie

2 Bt-gen

In de tekst ontbreken vijf begrippen. Vul de juiste begrippen in. Kies uit: de chloroplasten | de code | de mitochondriën | de ribosomen | DNA | een chromosoom | het E.R. (endoplasmatisch reticulum)

Het Bt-gen bevindt zich in de kern en is een onderdeel van , dat opgebouwd is uit . Het Bt-gen bevat voor de aanmaak van het Bt-eiwit. De eiwitsynthese vindt plaats aan , die zich op bevinden.

DNA in de cel

Figuur 1

In figuur 1 is een deel van een cel weergegeven. Aangegeven is waar zich DNA bevindt (vergroting is 7000x).

a Is de figuur afkomstig van een lichtmicroscopisch preparaat of van een elektronenmicroscopisch preparaat? Geef een argument voor je keuze.

b Noem de functie van het organel waarin zich DNA bevindt.

© Getty Images / iStockphoto

THEORIE

TRANSPORT VAN STOFFEN IN EN UIT DE CEL

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je kunt uitleggen wat er bij diffusie in levende cellen gebeurt.

• Je kunt uitleggen wat er bij osmose in levende cellen gebeurt.

• Je kunt beschrijven hoe levende cellen actief transport en passief transport uitvoeren.

• Je kunt uitleggen waarom dierlijke cellen geen turgor hebben, maar plantencellen wel.

Transport van stoffen in en uit de cel Cellen wisselen constant stoffen uit met hun directe omgeving. Enerzijds heeft de cel stoffen nodig, zoals zuurstof, water en voedingsstoffen. Anderzijds scheidt een cel ook veel stoffen uit. Dat kunnen schadelijke afvalstoffen zijn, maar ook celproducten, zoals spijsverteringsenzymen of hormonen.

Deze paragraaf behandelt de verschillende processen die een rol spelen bij het transport van stoffen in en uit de cel. Achtereenvolgens komen diffusie, osmose, actief transport en fagocytose aan de orde.

Diffusie

Wanneer je ergens in de klas een beetje parfum spuit of een ander sterk ruikend gas laat ontsnappen, ruik je het binnen enkele seconden aan de andere kant van de klas. Dat komt doordat de gasdeeltjes zich meteen verspreiden, zodat er na korte tijd overal evenveel gasdeeltjes zijn. Dit verschijnsel heet diffusie. Diffusie is een natuurkundig verschijnsel. Het treedt op wanneer zich in een ruimte op de ene plaats meer deeltjes van een stof (= hogere concentratie) bevinden dan op een andere plaats. Dankzij het feit dat de deeltjes altijd in beweging zijn, zullen er uiteindelijk overal evenveel zijn. De richting van de netto verplaatsing van de deeltjes is van de plaats met de hoogste concentratie naar de plaats met de lagere concentratie.

Tussen cellen en hun omgeving treedt ook diffusie op. Dat gebeurt maar met enkele stoffen, die zo klein zijn dat ze moeiteloos door het celmembraan heen kunnen. Alle andere stoffen laat het celmembraan niet zomaar door. Stoffen die door diffusie de cel in- en uitgaan zijn: water en gassen, zoals CO2 en O2. Dankzij diffusie gaat er bijvoorbeeld zuurstof de cel binnen als daar tekort aan is en gaat koolstofdioxide de cel uit, nadat het daar na verbranding gevormd is. Dan is er immers binnen de cel méér koolstofdioxide (hogere concentratie) dan erbuiten. Stoffentransport door diffusie wordt passief transport genoemd, omdat het de cel geen energie kost.

start diffusie evenwicht

Figuur 17 De diffusie van een klein molecuul (bijvoorbeeld zuurstof)

Er is evenwicht als er binnen en buiten de cel evenveel deeltjes zijn.

Osmose

Vanwege het verschijnsel dat het celmembraan sommige stoffen wél en andere niet doorlaat, noem je het celmembraan een semipermeabel membraan (semi = half, permeabel = doorlatend). Eigenlijk is ‘half’ niet juist, want het celmembraan laat de meeste stoffen helemaal niet door. Een betere term is selectief permeabel: van veel stoffen bepaalt de cel zelf of ze de cel in- of uitgaan.

Zoals je zag, kan water door het celmembraan diffunderen. Diffusie van water via het semipermeabele celmembraan noem je osmose. In figuur 18 zie je een proefje met osmose.

begin na enige tijd

suikermolecuul

verdunde suikeroplossing geconcentreerde suikeroplossing

semi-permeabele membraan laat geen suikermoleculen, maar wel watermoleculen door

Figuur

18

Het aantonen van osmose

watermoleculen (oplosmiddel)

Aan het begin zijn rechts van het semipermeabele membraan meer suikerdeeltjes dan links. Suiker kan niet door het membraan heen, maar water wel: na een tijdje zit er rechts meer water dan links, en is de concentratie suikerdeeltjes links en rechts gelijk.

Een levende cel bevat altijd een bepaalde concentratie aan opgeloste stoffen. Wanneer je de cel in een waterige oplossing legt waarin minder stoffen zijn opgelost, willen de stoffen vanuit de cel naar buiten om overal gelijke concentratie te maken. Maar de stoffen kunnen niet door het celmembraan heen. Water wel. Er is buiten de cel meer water dan in de cel. Er zal nu osmose optreden: water diffundeert van buiten de cel naar binnen. De cel gaat opzwellen. Als de concentraties binnen en buiten de cel heel erg verschillen, kan de cel openbarsten.

Je kunt ook het omgekeerde hebben: buiten de cel is de concentratie opgeloste stoffen veel hoger (en dus de waterconcentratie lager) dan in de cel. Nu komt er een waterstroom op gang van binnen naar buiten: de cel krimpt. cytoplasma

a b

celmembraan

H20 H20 H20

Figuur 19 De osmose bij een dierlijke cel (rode bloedcel)

Situatie a: de cel ligt in zuiver water (hypotonisch, concentratie = 0), zuigt door osmose veel water op en barst kapot. Situatie b: de cel ligt eerst in een wateroplossing met dezelfde concentratie opgeloste stoffen als in de cel (isotonisch) en wordt dan in een oplossing gelegd met een veel hogere concentratie opgeloste stoffen (hypertonisch). Hierdoor gaat door osmose veel water uit de cel en de cel verschrompelt.

Plantencellen hebben behalve het celmembraan nog een celwand. De celwand bestaat uit een aantal lagen cellulosevezels en is permeabel: hij laat alle stoffen door en is stevig. Dat heeft bij osmose bijzondere gevolgen.

Zie figuur 20. Een plantencel neemt door osmose wel veel water op, maar hij barst niet kapot; dat houdt de stevige celwand tegen. Bij waterverlies door osmose zal de celwand niet erg krimpen, terwijl de inhoud van de cel dat wel doet. Als een plantencel door osmose zóveel water verliest dat het celmembraan loslaat van de celwand, spreek je van plasmolyse. Voor de cel kan dat behoorlijk schadelijk zijn. Maar als de cel dan weer water kan opnemen, is de schade beperkt.

Bekijk op Bioplek animatie 1 en animatie 2 over plasmolyse.

Scan hiervoor de QR-codes.

Meestal zijn de plantencellen omgeven door een waterige oplossing met daarin een lagere concentratie opgeloste stoffen dan in de cel. Door het concentratieverschil is de cel steeds geneigd water op te nemen. Op een gegeven moment kan de cel niet nóg meer water opnemen, omdat de celwand tegendruk gaat geven (vergelijk het met een ballon die je maximaal opgeblazen hebt). De druk van de waterige celinhoud op de celwand heet turgor (celspanning). Net als een opgeblazen ballon is zo’n cel met turgor (= turgescente cel) erg stevig. Zachte delen van planten, zoals bladeren en bloemen, krijgen door de turgor stevigheid.

celwand

celplasma vacuole celmembraan

H20 H20 H20

a c b

Figuur 20 Osmose bij een plantencel (zeer schematisch)

Situatie a: de cel ligt in een hypotonische oplossing; de cel heeft maximale turgor. Situatie b: de cel ligt in een isotonische oplossing; er is een beetje turgor. Situatie c: de cel ligt in een hypertonische oplossing: plasmolyse.

Dus:  hypertonisch: hogere concentratie opgeloste stoffen ten opzichte van een andere oplossing isotonisch: dezelfde concentratie opgeloste stoffen als een andere oplossing

hypotonisch: lagere concentratie opgeloste stoffen ten opzichte van een andere oplossing

Actief transport

Tot nu toe hebben we het alleen gehad over verplaatsing van kleine moleculen: zuurstof, koolstofdioxide, water. Cellen moeten natuurlijk ook grotere moleculen (zoals vetten) en ionen opnemen of afgeven. Het celmembraan kan dit soort stoffen doorlaten wanneer dat nodig is. In dit verband noem je het celmembraan selectief permeabel. Grotere moleculen passeren door middel van zogeheten actief transport: het celmembraan speelt een actieve rol bij dit transport.

Het celmembraan heeft een soort ‘poortjes’, gevormd door gespecialiseerde eiwitten. Deze eiwitten kunnen het molecuul aan de ene kant van het membraan ‘vastpakken’ en vervolgens door het celmembraan heen sluizen. Aan de andere kant wordt het molecuul dan weer ‘losgelaten’. Deze vorm van transport kost de cel wel energie die geleverd wordt door de mitochondriën. Hiermee is ook de naam van het transportproces verklaard: de cel vervoert actief stoffen door het celmembraan heen en weer. Vooral opgeloste zouten, maar ook hormonen en aminozuren, komen op deze manier het celmembraan door.

Bekijk de animatie op Bioplek.

Scan hiervoor de QR-code.

Soms neemt de cel een stof op door het met het celmembraan in te sluiten. Het celmembraan stulpt om een deeltje buiten de cel heen en ‘eet’ het deeltje als het ware op. Deze manier van stoffentransport heet fagocytose (letterlijk: ‘het eten door de cel’). Eencellige diertjes nemen op deze manier hun voedsel op en de cellen in de dunne darmwand halen zo verteringsproducten uit de darminhoud. Alle transport van vaste stoffen en vloeistoffen verloopt op deze manier. Het naar binnen halen van stoffen heet ook wel endocytose.

Figuur 21 Endocytose

Op deze manier werkt de cel ook stoffen naar buiten. Dat heet exocytose. Behoorlijk grote moleculen, zoals cellulose voor de bouw van de celwand, worden binnenin de cel door een membraan omgeven. Het blaasje dat zo ontstaat, wordt naar het celmembraan getransporteerd. Bij het celmembraan aangekomen versmelt het blaasje ermee en de inhoud komt aan de andere kant van het membraan vrij. Op deze manier wordt cellulose buiten het celmembraan afgezet. Het afgeven van verteringssappen door cellen in de wand van het darmkanaal gaat ook op deze manier. Zie nog eens figuur 13 in § 1.4 ‘Submicroscopische delen van de cel’).

BASISKENNIS-VRAGEN

Basiskennis-vragen over 1.6

1 Diffusie

Gebruik o.a. Binas (zesde editie) tabel 79D of ScienceData 14.3 - 14.6. Maak een lijstje van de omstandigheden die diffusie van een stof van één ruimte naar twee ruimtes versnellen.

We hebben hier een begin gemaakt:

• Diffusie gaat sneller als het contact-oppervlak tussen de twee ruimtes groter gemaakt wordt.

• Diffusie gaat sneller als ...

Je moet zeker vier factoren noemen.

membraaneiwit

voedseldeeltjes bezetten de membraan celmembraan cytoplasma

voedseldeeltje

2 Door een celmembraan

In het volgende schema vergelijk je de verschillende manieren waarop een stof of deeltje door een celmembraan kan gaan.

Vul het schema in. diffusie osmose actief transport fagocytose

1 kan van lage naar hoge concentratie ☐ ☐ ☐ ☐

2 kan van hoge naar lage concentratie ☐ ☐ ☐ ☐

3 geldt alleen voor water ☐ ☐ ☐ ☐

4 het celmembraan heeft voor dit proces energie nodig ☐ ☐ ☐ ☐

3 Verschillende oplossingen

We maken in gedachten verschillende oplossingen:

• 1 Mol NaCl per liter

• 1 Mol sacharose per liter

• 1 Mol glucose per liter

• 1 Mol KNO3 per liter

• 0,5 Mol NaCl per liter

Beantwoord de vragen.

a Hoeveel Mol opgeloste deeltjes zitten er in de verschillende oplossingen?

b Welke oplossingen hebben een gelijke concentratie opgeloste deeltjes?

c Welke oplossing heeft de laagste osmotische waarde?

4

Bloedvloeistof

De concentratie van bloedvloeistof komt overeen met een zoutoplossing van 9 gram per liter.

Je hebt drie oplossingen:

1 gedestilleerd water

2 een oplossing met 50 gram per liter keukenzout

3 een oplossing met 9 gram per liter keukenzout

Aan 15 ml van deze drie oplossingen wordt vervolgens 5 ml bloed toegevoegd. Je hebt nu drie verschillende oplossingen.

Beschrijf wat er in elk van deze drie oplossingen met de bloedcellen gebeurt.

Let op: Dus: oorzaak én gevolg!

5 Processen in organismen

Hierna staat een lijstje van processen die in organismen plaatsvinden.

Geef voor elk proces aan of het gaat om diffusie, osmose of actief transport.

Zuurstofopname uit water in de bloedvaten van een vissenkieuw.

Gras dat te veel kunstmest kreeg, verdort binnen een paar uur.

Afgifte van CO2 door cellen in het blad van een boom aan de buitenlucht.

Opname van meststoffen uit de bodem door de wortel van een plant.

Erg zoete, rijpe kersen aan een boom barsten open als het regent op de kersen.

De cellen van de darmen geven enzymen (grote eiwitmoleculen) af aan de darminhoud.

Osmotische processen

Jam, gepekelde groenten en zoute haring zijn goed houdbare producten dankzij osmotische processen.

Leg precies uit wat er gebeurt met de cel van een bacterie (die het product zou kunnen bederven) wanneer die in de jam valt.

Gebruik bij het beantwoorden de begrippen osmose en plasmolyse op de juiste manier.

7

Stekelbaarsjes

Stekelbaarsjes trekken naar de zee in het ene seizoen en komen later weer terug naar het zoete water.

Beantwoord de volgende vragen.

a Waar is de osmotische waarde hoger: in zee of in het zoete water?

b Wat zal er daarom met de visjes gebeuren als ze naar de zee zwemmen?

c Wat moet er in het lichaam van de visjes gebeuren om geen schade op te lopen?

Probeer te bedenken hoe de visjes dit voor elkaar krijgen.

d Later zwemmen de visjes van de zee terug naar het zoete water. Wat zal er nu gebeuren wat betreft de waterbalans?

e Wat moet er nu in het lichaam van de visjes gebeuren om schade te voorkomen?

Probeer weer te bedenken hoe de visjes dat voor elkaar krijgen.

Toetsvragen over 1.6

1 Turgor

Aan de monding van rivieren kan het bij vloed gebeuren dat zoetwaterplanten worden overspoeld met zeewater. Daardoor neemt de turgor van de cellen in deze planten af.

Waardoor wordt de daling van de turgor voornamelijk veroorzaakt?

Doordat de cellen in deze planten in zeewater ...

◯ ... water verliezen.

◯ ... water opnemen.

◯ ... zouten afgeven.

◯ ... zouten opnemen.

2 Druppel in oplossing

Een leerling bestudeert met zijn microscoop cellen van een rok van een ui in een druppel gedestilleerd water. Daarna wil hij intacte rode bloedcellen bestuderen. Hij moet de rode bloedcellen in een druppel van een zoutoplossing met een bepaalde concentratie leggen en niet in een druppel gedestilleerd water.

Waarom is dit verschil in behandeling nodig?

◯ Omdat cellen van een ui geen celmembraan hebben en rode bloedcellen wel.

◯ Omdat de osmotische waarde van de cellen van een ui hoger is dan die van rode bloedcellen.

◯ Omdat rode bloedcellen in gedestilleerd water opzwellen en vervolgens knappen en cellen van een ui niet.

◯ Omdat rode bloedcellen in gedestilleerd water een te grote hoeveelheid zouten door de celmembranen naar buiten laten gaan en cellen van een ui niet.

3 Spinazie

Spinazie, een bladgroente, wordt gekookt.

Verandert daardoor in de spinaziebladeren de doorlaatbaarheid van de celmembranen voor zouten?

En de doorlaatbaarheid van de vacuolemembranen?

En die van de celwanden?

◯ Alleen de doorlaatbaarheid van de celmembranen en van de celwanden.

◯ Alleen de doorlaatbaarheid van de celmembranen en van de vacuolemembranen.

◯ Alleen de doorlaatbaarheid van de celwanden en van de vacuolemembranen.

◯ De doorlaatbaarheid van de celmembranen, van de celwanden en van de vacuolemembranen.

4 Kleurstof in de vacuolen

De kleur van rode kool wordt veroorzaakt door een kleurstof in de vacuolen van de cellen.

Vier bladeren van een rode kool worden op de volgende wijzen behandeld.

Blad 1 wordt gelegd in een 5% glucoseoplossing van 20 ºC.

Blad 2 wordt gelegd in een 5% glucoseoplossing van 100 ºC.

Blad 3 wordt gelegd in water van 20 ºC.

Blad 4 wordt gelegd in water van 100 ºC.

Na 30 minuten wordt de kleur van de vloeistof, waarin elk blad zich bevindt, onderzocht.

Bij welk of bij welke van deze bladeren is de omringende vloeistof rood gekleurd?

◯ alleen bij blad 4

◯ bij de bladeren 1 en 2

◯ bij de bladeren 1 en 3

◯ bij de bladeren 2 en 4

5 Reservestof

Planten houden de osmotische waarde van hun cellen vrijwel constant, ook van de cellen waarin reservestoffen worden opgeslagen.

Er zijn drie stoffen: suiker (= sacharose), zetmeel en vetten.

Welke van deze stoffen kan of welke kunnen, rekening houdend met de osmotische waarde, als reservestof worden opgeslagen?

◯ alleen suiker ◯ alleen vetten ◯ alleen zetmeel ◯ alleen suiker en zetmeel ◯ alleen vetten en zetmeel ◯ suiker, vetten en zetmeel

Bezinksellaag

Als onstolbaar gemaakt bloed enige tijd blijft staan, vormt zich een bezinksellaag van bloedcellen met daarboven het gelige bloedplasma. Bij een proef wordt in elk van vijf reageerbuisjes 4 ml onstolbaar gemaakt bloed vermengd met 4 ml van een zoutoplossing. In elk buisje heeft de zoutoplossing een andere concentratie. De osmotische waarde in buis 1 is het laagste en wordt steeds hoger en is in buis 5 het hoogst.

De osmotische waarde van de zoutoplossing is in buisje 3 gelijk aan die van het bloedplasma. Het resultaat van de proef is in figuur 1 weergegeven. 1 2 3 4 5

Figuur 1

a Leg uit waardoor de bezinksellaag van buisje 5 kleiner is dan die van buisje 3.

b Is het mogelijk om in buisje 1 opnieuw een bezinksellaag van rode bloedcellen te laten ontstaan? Zo ja, hoe dan?

◯ Nee, dat is niet mogelijk, doordat de cellen zijn gebarsten.

◯ Nee, dat is niet mogelijk, want door de hoge zoutconcentratie blijven de cellen zweven.

◯ Ja, dat is mogelijk door een sterk geconcentreerde zoutoplossing druppelsgewijs toe te voegen.

◯ Ja, dat is mogelijk door gedestilleerd water druppelsgewijs toe te voegen.

Waterverplaatsing

zoutklier

Figuur 2

Figuur 2 geeft schematisch de kop van een zeevogel weer. Deze vogel drinkt voornamelijk zeewater. Boven op de snavel bevindt zich de uitmonding van een zoutklier die dient voor de uitscheiding van overtollige zouten.

Als deze zeevogel de overtollige zouten niet via de zoutklier uitscheidt, wordt de zoutconcentratie in het bloed te hoog. Als gevolg daarvan treedt waterverplaatsing binnen het lichaam van de zeevogel op, waardoor het watergehalte van de cellen verandert.

a Hoe noem je deze waterverplaatsing?

b Wat is het gevolg van deze waterverplaatsing voor de osmotische waarde van de cellen?

8 Pekel

Door het strooien van pekel op de wegen bij gladheid komen zoutminnende planten meer voor in de bermen. Een voorbeeld is zilte schijnspurrie. Maar de meeste bermplanten worden nadelig beïnvloed door deze pekel.

Leg met behulp van het begrip osmotische waarde uit wat de invloed van de pekel is op de meeste soorten bermplanten.

9

Concentratieverschil

Voor het ontstaan van turgor bij een plantencel is een concentratieverschil nodig van opgeloste stoffen binnen en buiten de cel.

Wat is nog meer nodig om het ontstaan van turgor bij een plantencel mogelijk te maken?

◯ alleen de aanwezigheid van het celmembraan

◯ alleen de aanwezigheid van de celwand

◯ alleen de aanwezigheid van het celmembraan en de celwand

◯ alleen de aanwezigheid van het celmembraan en de vacuole

◯ alleen de aanwezigheid van de celwand en de vacuole

VERMEERDERING VAN CELLEN

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je weet wat de mitose inhoudt en je kunt aan de hand van alle stadia het proces van de mitose uitleggen.

• Je kunt aan de hand van afbeeldingen de stadia van de mitose herkennen in een cel.

• Je kunt het verschil tussen de mitose van een plantencel en een dierlijke cel beschrijven.

• Je kunt voorbeelden noemen van ongeslachtelijke voortplanting bij planten en bij dieren.

• Je kunt enkele factoren noemen die de kans op kanker vergroten.

• Je kunt uitleggen hoe kanker op celniveau ontstaat, wat uitzaaiingen zijn en hoe kanker behandeld kan worden.

THEORIE

Vermeerdering van cellen

Organismen groeien en eencelligen vermenigvuldigen zich. Dit alles gebeurt dankzij celdeling. Bij celdelingen is het belangrijk dat het erfelijk materiaal (DNA) van de dochtercellen precies hetzelfde is als dat van de oorspronkelijke moedercel. Daarom beginnen celdelingen altijd met een kerndeling waarbij het DNA zorgvuldig wordt gekopieerd ten behoeve van de beide dochtercellen. Deze kerndeling wordt mitose genoemd. In deze paragraaf komen aan de orde: ongeslachtelijke voortplanting, de mitose die daaraan ten grondslag ligt en kanker die het gevolg is van ontregelde mitose.

Ongeslachtelijke voortplanting

Nakomelingen die door ongeslachtelijke voortplanting uit een plant of dier zijn ontstaan, hebben precies dezelfde erfelijke eigenschappen als hun ene ouder. Eigenlijk zijn zij een deel van de ouder dat losraakt en vervolgens zelfstandig verder groeit. Deze vorm van voortplanting is algemeen bij planten. Uitlopers van planten vormen wortels en daaruit ontstaan nieuwe plantjes. Ook bollen, knollen en wortelstokken zijn voorbeelden van ongeslachtelijke voortplanting.

1.knollen (aardappel)

2.wortelstok (gember)

3.uitlopers (hondsdraf)

4.uitlopers (broedblad)

5.bollen (ui)

Figuur 22 Voorbeelden van ongeslachtelijke voortplanting

Bij sommige ongewervelde diersoorten komt ook ongeslachtelijke voortplanting voor. Een bekend voorbeeld is de zoetwaterpoliep (een holtedier), die door knopvorming jonge poliepen vormt:

Figuur 23 Ongeslachtelijke voortplanting door middel van afsnoering van meercellige delen (zoetwaterpoliep)

Dit zijn natuurlijke vormen van ongeslachtelijke voortplanting, en de nakomelingen ontstaan zonder ingrijpen van de mens. Er zijn ook allerlei kunstmatige manieren om planten en dieren ongeslachtelijk te laten vermeerderen (in § 1.8 ‘Kunstmatige klonen’ kun je hier meer over lezen).

Vermeerdering van cellen

Mitose

Ongeslachtelijke voortplanting en groei en herstel van weefsels komen tot stand door celdelingen. Celdelingen beginnen altijd met een kerndeling, de mitose. Van tevoren is het DNA gekopieerd, zodat de dochtercellen exact dezelfde erfelijke eigenschappen bevatten als de oorspronkelijke moedercel.

Bekijk ook de figuur op Bioplek.

Scan hiervoor de QR-code.

celmembraan trekdraad

De kerninhoud is korrelig, draderig of optisch leeg. Chromosomen worden zichtbaar door spiralisatie.

Trekdraden van pool tot centromeer.

pool 1 2 3 4 5 6 7 8a 8b

Elke chromosoom bestaat uit twee identieke chromatiden.

De chromatiden worden naar de polen getrokken.

De kernmembraan wordt zichtbaar.

kernmembraan centromeer chromatiden middenlamel

De chromatiden despiraliseren. De dierlijke cel deelt zich door insnoering.

Figuur 24 De mitose

De plantaardige cel deelt zich door de vorming van een middenlamel.

Wat gebeurt er bij de mitose (zie figuur 24)? Een celdeling kan alleen goed verlopen als het DNA van tevoren gekopieerd ofwel verdubbeld is. Dit verdubbelingsproces, DNA-replicatie genoemd, kun je onder een microscoop niet waarnemen. Pas na de DNA-replicatie kan de eerste fase van de mitose plaatsvinden. Deze begint met het spiraliseren (het oprollen) van de chromatinedraden. Ze worden nu zichtbaar als chromosomen.

Elk chromosoom bestaat vóór de deling uit twee identieke chromatiden die bij het centromeer nog met elkaar verbonden zijn. Tegelijkertijd verdwijnt het kernmembraan. Ook worden aan beide zogenoemde polen van de cel trekdraden gevormd.

In de volgende fase verplaatsen de chromosomen zich naar het equatoriaal vlak, dat is het midden van de cel. De termen ‘polen’ en ‘equator’ zijn geleend van aardrijkskunde.

Als de chromosomen in het equatoriaal vlak liggen, zijn ze bij hun centromeer verbonden met trekdraden vanuit beide polen van de cel. Nu kan de eigenlijke delingsfase beginnen: het centromeer wordt gedeeld en de trekdraden trekken de ene helft van de tweelingchromatiden naar de noordpool en de andere helft naar de zuidpool.

Ten slotte ontrollen (despiraliseren) de chromatiden zich en wordt rondom beide kernen een nieuw kernmembraan gevormd. Na afloop van de mitose wordt een celmembraan aangelegd tussen de nieuwe kernen. Er zijn nu twee nieuwe cellen. Bij planten worden ook een middenlamel en celwanden gevormd (zie figuur 8 in § 1.3 ‘Plantencellen en hun organellen’).

In de meeste gevallen zal een cel, voordat hij weer deelt of voordat hij zich gaat specialiseren, celplasma bij moeten vormen. Dit heet plasmagroei. Door plasmagroei worden de twee dochtercellen even groot als de moedercel. Een uitzonderingsgeval waarbij er geen plasmagroei plaatsvindt, is te zien bij de klievingsdelingen van een bevruchte eicel (zie figuur 19 in § 2.8 ‘Van bevruchte eicel tot baby’).

Celskelet en trekdraden

In het celplasma zitten opgeloste stoffen en natuurlijk ook de organellen. Maar het celplasma is geen structuurloos soepje, waar de organellen in ronddobberen. Met hulp van bepaalde EM-technieken is te zien dat het celplasma vol zit met stevige eiwitdraden (microtubuli) en dunnere eiwitdraden (filamenten). Veel van deze draden zijn verbonden met de kern en met het celmembraan. Samen vormen zij het celskelet. Zij geven de cel zijn vorm. Het celskelet maakt het ook mogelijk dat cellen van vorm kunnen veranderen, bijvoorbeeld bij de (voort)beweging of bij het opnemen van stoffen door fagocytose.

Tijdens de mitose - en ook de meiose (wordt besproken in § 3.2 ‘Geslachtelijke voortplanting’) - worden celskeletdraden (filamenten) anders georganiseerd; dan worden het de trekdraden die voor de deling noodzakelijk zijn.

kernmembraan

ribosoom

microtubulus polysomen

endoplasmatisch reticulum

microfilament

Karyogram

Met een lichtmicroscoop zijn de chromosomen vooral goed te zien en te tellen in de fase waarin ze in het equatoriaal vlak liggen. Rangschikt men de chromosomen naar vorm, grootte en locatie van het centromeer, dan blijken er van elk exemplaar twee aanwezig te zijn.

Deze gelijkvormige chromosomen vormen een paar en worden homologe chromosomen genoemd. De mens heeft dus 23 paar homologe chromosomen. Van elk paar is één chromosoom oorspronkelijk afkomstig van de zaadcel (de vader) en één afkomstig van de eicel (de moeder), zie ook § 3.5 ‘Meisje of jongen?’.

De chromosomen van zaadcel en eicel komen bij de bevruchting bij elkaar, en in de bevruchte eicel ontstaan weer chromosomenparen. Uit de bevruchte eicel ontwikkelt - na ontelbaar veel mitosen - een nieuw mens; daarom bevatten alle cellen van het menselijk lichaam deze zelfde chromosomenparen. Ook bij de meeste planten- en diersoorten komen de chromosomen gepaard voor.

Het beeld dat je krijgt als alle chromosomen gerangschikt zijn, noem je een karyogram (chromosomenportret). In figuur 26 zie je zo’n karyogram, van een mannelijk persoon. Je kunt zien dat de mens 23 paar chromosomen heeft. Het 23ste paar bestaat bij mannen uit twee chromosomen die niet gelijkvormig zijn; daarom worden ze het X- en het Y-chromosoom genoemd. Karyogrammen worden onder andere gemaakt als men wil weten of het kind een chromosoomafwijking heeft. In het hoofdstuk over erfelijkheid (onder andere § 3.8 ‘Erfelijkheidsonderzoek’) kun je daar meer over lezen.

celmembraan mitochondrium

Figuur 25 Deel van een cel met celskelet (schematisch)

Figuur 26 Karyogram van een mannelijk persoon

Ontregelde mitose

In normale situaties delen cellen zich als je groeit, als dode cellen worden vervangen en als beschadigd weefsel moet herstellen. Door onderling (chemisch) contact tussen de cellen stoppen ze met delen als dat niet meer nodig is.

Net als alle andere processen in de cel wordt ook de mitose door genen geregeld. Soms werken deze genen niet goed meer. De celdeling slaat dan als het ware op hol. Er ontstaat een opeenhoping van cellen. Dat noem je een tumor (gezwel). Meestal vormt het lichaam een bindweefselkapsel om de tumor heen. Heel vaak is het een goedaardige tumor. Dat betekent dat hij zich niet verder door het lichaam verspreidt. Als hij last veroorzaakt, doordat hij bijvoorbeeld andere weefsels verdringt, wordt hij operatief verwijderd.

Het kan ook zijn dat een tumor zich ontwikkelt tot kanker. Bij kanker ontsnappen tumorcellen uit de eerste tumor en deze komen in andere delen van het lichaam terecht. Daar vormen ze nieuwe gezwellen, secundaire tumoren genoemd. Deze noem je uitzaaiingen. Een tumor in een orgaan kan tot gevolg hebben dat er in dat orgaan bloedvaten en zenuwcellen bekneld komen te liggen. Dit veroorzaakt bij de patiënt veel pijn.

gemuteerde cel epitheelcel bindweefsel lymfevat

bloedvat

1 Een enkele cel gaat delen.

2 Ophoping van tumorcellen.

3 Epitheelcellen dringen het bindweefsel binnen.

Figuur 27 Het ontstaan van een tumor in epitheel (dekweefsel) met uitzaaiingen

1. In het epitheel zit een gemuteerde cel; 2. De gemuteerde cel heeft een tumor veroorzaakt; 3. De tumorcellen verspreiden zich; 4. Uitzaaiingen: via bloed en lymfe worden de tumorcellen door het lichaam verspreid.

4

Uitzaaiing van tumorcellen via bloedvaten en lymfevaten.

Bestrijding van kanker

Men probeert kanker in alle ontwikkelingsstadia te bestrijden. Dat begint al bij de preventie: ervoor zorgen dat kanker niet ontstaat.

Er wordt veel onderzoek gedaan naar factoren die het ontstaan van kanker veroorzaken. Inmiddels is bekend dat onder andere roken, veel zonnestraling (UV) en ongezonde voedingsgewoonten (bijv. aangebrand vlees, veel rood vlees) het ontstaan van kankercellen kunnen bevorderen. Factoren die kanker kunnen veroorzaken, noem je mutagene factoren. Een andere naam is carcinogene factoren Mutagene factoren veroorzaken mutaties, met name in de genen die de mitose regelen. Zie § 3.9 ‘Erfelijkheid op moleculair niveau’ en de site van KWF Kankerbestrijding. Sommige vormen van kanker zijn erfelijk.

Er wordt veel voorlichting gegeven door artsen en de overheid om mensen duidelijk te maken dat ze het voorkómen van kanker gedeeltelijk in eigen hand hebben. Ondertussen wordt ook veel onderzoek gedaan naar het mogelijk herstel van de beschadigde genen door gentherapie, maar voorlopig is dit nog toekomstmuziek.

Als er eenmaal een tumor is geconstateerd, zijn er verschillende mogelijkheden om in te grijpen. De eerste mogelijkheid is chirurgie: een chirurg probeert de tumor zo goed mogelijk weg te snijden. Vanwege de onzekerheid die er bestaat over uitzaaiingen, blijft het daar meestal niet bij. Na een operatie volgt vaak een combinatie van therapieën. Met chemotherapie (toedienen van celdodende middelen) probeert men de ontregelde deling van de cellen te stoppen. Het nadeel is dat alle delende cellen in het lichaam door de toegediende stoffen worden beïnvloed. Het is dus zaak een juiste dosis van de werkzame stoffen in de chemokuur te vinden. Met stralingstherapie probeert men met röntgenstraling de cellen van een tumor te doden, zonder de omliggende cellen te beschadigen.

Bekijk het filmpje van Schooltv: Hoe word je beter van kanker?

Scan hiervoor de QR-code.

Men onderzoekt nieuwe manieren van behandeling. Zo is onderzoek gaande naar een therapie waarbij de cellen in de tumor geen bloed meer krijgen. De tumorcellen verhongeren dan als het ware. Ook wordt onderzoek gedaan naar behandelingen die er voor zorgen dat het afweersysteem van de patiënt de tumor onschadelijk maakt.

Als iemand vijf jaar na een behandeling tegen kanker geen nieuwe kanker gekregen heeft, zegt men dat hij genezen is. In die vijf jaar is er regelmatig gecontroleerd op een begin van nieuwe tumoren. Voor veel soorten kanker is er een vrij grote kans op genezing, voor andere soorten is de kans helaas nog klein.

BASISKENNIS-VRAGEN

Basiskennis-vragen over 1.7

1 Mitose

Gebruik voor het beantwoorden ook Binas (zesde editie) tabel 76 of ScienceData 14.10. Noem drie processen waarbij mitose een belangrijke rol speelt.

2 Stadia van de mitose

In figuur 1 staan stadia van de mitose van een cel. De stadia staan niet in de juiste volgorde.

1 2 3 4 5 6 7 8

Figuur 1 Mitose

Beantwoord de volgende vragen.

a Hoeveel chromatiden bevat één chromosoom direct na de mitose?

b Hoeveel chromatiden zitten er in cel 5?

c Hoeveel chromosomen zitten er in één cel direct na de mitose?

d Zet de stadia in de juiste volgorde in de tijd.

e Is in figuur 1 de mitose van een plantaardige of een dierlijke cel weergegeven? Leg je antwoord uit.

3 Stadia van de mitose

De microscopische foto in figuur 2 geeft stadia van de mitose weer.

Figuur 2

Geef voor A, B, C en D aan wat er in dat stadium gebeurt.

© Shutterstock / Rattiya Thongdumh

4 Chromosomen

In figuur 3 staan telkens twee chromosomen getekend in dezelfde kleur.

Figuur 3

Beantwoord de vragen.

a Hoe worden de tweetallen chromosomen genoemd?

b Wat is er te zeggen over de erfelijke informatie op een dergelijk tweetal chromosomen?

5 Verdubbeld chromosoom

In figuur 4 staat een verdubbeld chromosoom weergegeven.

Figuur 4

a Beantwoord de vragen.

a Hoe worden de blauwe helften (‘slierten’) genoemd?

b Hoe noem je het blauwe bolletje?

b Op de ene helft ligt bepaalde erfelijke informatie. Op de andere helft …

◯ ligt precies dezelfde informatie, want die helften zijn kopieën van elkaar.

◯ ligt niet precies dezelfde informatie, wel ongeveer: op allebei oogkleur bijvoorbeeld.

◯ ligt totaal andere informatie.

6 Zes chromosomen

Een cel heeft zes chromosomen die er allemaal verschillend uitzien.

Kan zo’n cel een mitose ondergaan? Licht je antwoord toe.

7 Vermeerderen

In het rijtje staan voorbeelden van het vermeerderen van verschillende planten en dieren.

Geef voor elk voorbeeld aan of het gaat over ongeslachtelijke of geslachtelijke voortplanting.

Een zeester verliest een arm; deze groeit uit tot een nieuwe zeester.

Een bladluis krijgt jongen zonder bevrucht te zijn.

Op een akker blijven wat tarweplanten achter. De zaden in de halm gaan in de herfst kiemen.

Een eencellige cel van bakkersgist vermeerdert zich door knoppen te vormen die zich ontwikkelen tot nieuwe gistcellen.

De poliepdiertjes in koraal vormen nieuw koraal.

Een bijzondere orchidee in Japan heeft bloemen die nooit opengaan, maar wel zaden vormt.

8 Mutagene factoren

Roken en te veel ultraviolette straling op de huid behoren tot de mutagene factoren.

Wat zijn mutagene factoren?

Noem behalve de hier genoemde nog twee mutagene factoren.

9 HPV

Een wrat op de huid wordt veroorzaakt door een virus uit de familie van de Humaan Papillomavirussen. Het virus zet de huidcellen aan om zich sneller dan gewoonlijk te delen. Er ontstaat een vergroeiing in de huid, te zien als een hard, verhoornd bobbeltje. Wratten kunnen niet uitzaaien.

Is een wrat een gezwel? Is het een goedaardig of een kwaadaardig gezwel? Verklaar je antwoord.

10 Behandelmethoden

Noem drie behandelmethoden van kanker en leg kort uit wat de methoden inhouden.

TOETSVRAGEN

Toetsvragen over 1.7

1 Kanker

Ook onder invloed van andere factoren dan bepaalde ultraviolette stralen kan bij de mens kanker ontstaan. Over het ontstaan van kanker wordt een aantal beweringen gedaan:

1 Radioactieve straling kan leiden tot verandering in de volgorde van de bouwstenen van het DNA, waardoor kanker kan ontstaan.

2 Bepaalde chemische stoffen kunnen mutaties in het DNA veroorzaken, waardoor kanker kan ontstaan.

3 Een gezonde cel kan door contact met een kankercel zelf in een kankercel veranderen.

Welke van deze beweringen is of welke zijn juist?

alleen 1

alleen 2

alleen 3

alleen 1 en 2

alleen 1 en 3

alleen 2 en 3

2 Chromosoom 13

Chromosomen van de mens worden soms onderzocht door er een karyogram van te maken. Een karyogram kan gemaakt worden door foto’s te nemen van delende bloedcellen. Daartoe worden buiten het lichaam witte bloedcellen door toevoeging van een bepaalde stof tot deling gebracht.

Bij een bepaald onderzoek blijkt dat in slechts één van de onderzochte bloedcellen chromosoom 13 in drievoud aanwezig is.

Beschrijf op welke manier het driemaal voorkomen van chromosoom 13 in deze bloedcel kan zijn ontstaan.

3 Karyogram

Om een karyogram te maken worden foto’s van microscopische preparaten van cellen gemaakt.

Welke van de volgende voorwaarden geldt voor de cellen die hiervoor worden gebruikt?

◯ Deze cellen leven op het moment dat de foto wordt gemaakt.

◯ Deze cellen zijn vóór het maken van de foto tijdens een mitose gedood en gekleurd.

◯ Deze cellen hebben na een mitose voldoende tijd gehad voor plasmagroei en differentiatie, waarna ze voor het maken van de foto worden gedood en gekleurd.

4 Afwijkende eigenschappen

Figuur 1

Figuur 1 geeft een karyogram weer van een persoon die een aantal opvallende afwijkende eigenschappen heeft.

Met welke term wordt het geheel van afwijkende eigenschappen van deze persoon aangeduid?

6

Snijbloemen

Verschillende soorten snijbloemen hebben een verschillende houdbaarheid. Veel snijrozen verwelken al wanneer ze pas een paar dagen in de vaas staan. Dit gebeurt doordat de vaten in de stengels, terwijl ze in het water staan, verstopt raken met uitscheidingsproducten van bacteriën. Hierdoor wordt het watertransport belemmerd. Deze verstopping is te voorkomen door een bacteriedodend middel toe te voegen aan het water.

In de toekomst wordt het toevoegen van bacteriedodende stoffen misschien overbodig. Er wordt onderzoek gedaan om bij rozen via genetische modificatie ‘genen met een antibacteriële werking’ in te bouwen. De aandacht richt zich daarbij vooral op bepaalde eiwitten, die cecropines worden genoemd.

De uitdrukking ‘genen met een antibacteriële werking’ werd gebruikt in een krantenartikel. Dit is biologisch gezien een onnauwkeurige formulering.

a Geef een biologisch meer nauwkeurige formulering voor ‘genen met een antibacteriële werking’.

b Na een geslaagde genetische modificatie worden in de plant cecropines gemaakt.

Waar in een plantencel worden deze stoffen gemaakt?

◯ aan de ribosomen

◯ aan het vacuolemembraan

◯ in de chloroplasten

◯ in de kern

◯ in de vacuole

Getransplanteerde spermastamcellen

Onderzoekers hebben spermastamcellen van normale muizen (donoren) getransplanteerd in testes van muizen met een erfelijke sterk verlaagde vruchtbaarheid (acceptoren). Getransplanteerde spermastamcellen sloegen aan bij 70% acceptoren die daarvóór onvruchtbaar waren.

De vruchtbare acceptoren kregen nakomelingen bij normale vrouwtjes. Van deze nakomelingen bleek 80% te zijn ontstaan door bevruchting met spermacellen die afkomstig waren uit spermastamcellen van donoren.

Spermastamcellen zijn ook te gebruiken voor een andere techniek. Via transplantatie van genetisch gemodificeerde spermastamcellen kunnen genetisch veranderde nakomelingen ontstaan. Bij runderen kunnen door deze genetische modificatie nakomelingen ontstaan die melk geven met eiwitten die normaal niet in de melk voorkomen en die door de mens als geneesmiddel worden gebruikt. Een voorbeeld is lactoferrine, een stof die de afweer bij mensen versterkt. Een op deze manier behandelde stier krijgt een dochter die melk met lactoferrine produceert.

Is bij deze dochter het gen voor lactoferrine aanwezig in de witte bloedcellen? En in de diploïde cellen van de eierstokken? En in de cellen van de melkklieren?

◯ alleen in de witte bloedcellen

◯ alleen in de diploïde cellen van de eierstokken

◯ alleen in de cellen van de melkklieren

◯ zowel in de diploïde cellen van de eierstokken als in de cellen van de melkklieren

◯ zowel in de witte bloedcellen, als in de diploïde cellen van de eierstokken, als in de cellen van de melkklieren

7 Sluipwespen

Bij sluipwespen komt het geslacht anders tot stand dan bij mensen. Het vrouwtje slaat na paring met een mannetje de spermacellen op. Sommige eicellen worden bevrucht, andere niet. Uit bevruchte eicellen ontstaan vrouwtjes, uit onbevruchte eicellen ontstaan mannetjes. Mannetjes zijn altijd haploïd. In het cytoplasma van cellen van sluipwespen kunnen Wolbachia-bacteriën voorkomen. Onder invloed van deze Wolbachia-bacteriën verloopt de eerste mitose van een zich ontwikkelende onbevruchte eicel abnormaal. Hierdoor wordt de cel diploïd. Alle latere celdelingen verlopen normaal. Geef aan welke afwijking in de eerste mitose optreedt.

8 Stuifmeelkorrels

Onderzoekers zijn erin geslaagd om volledige koolplanten (Brassica oleracea) te laten ontstaan uit stuifmeel. Daarbij worden uit de bloemknopjes stuifmeelkorrels verzameld. Deze stuifmeelkorrels zijn haploïd en kunnen zich mitotisch delen. Door een behandeling met de stof colchicine verloopt zo’n mitose abnormaal: de laatste fase ontbreekt en ook de deling van de cel blijft achterwege. (In de laatste fase despiraliseren de chromatiden en worden twee kernen gevormd.)

Uit een stuifmeelkorrel die gedurende één mitose met colchicine is behandeld, ontstaat een klompje cellen. Als dit op een voedingsbodem wordt geplaatst, kan het uitgroeien tot een plantje. Het aantal chromosomen in een celkern van een blad van Brassica oleracea bedraagt 18.

Hoeveel chromosomen heeft een cel in een klompje cellen dat uit een stuifmeelkorrel is ontstaan na behandeling met colchicine?

THEORIE

KUNSTMATIGE KLONEN

Wat moet je kennen / kunnen?

• Je weet wat kloneren betekent en wat een kloon is.

• Je kunt de weefselkweektechniek bij planten beschrijven en kunt voorbeelden geven van het gebruik ervan.

• Je weet hoe stekken en enten bij planten gaat.

• Je kunt uitleggen wat stamcellen zijn en voorbeelden geven van de gebruiksmogelijkheden.

• Je kunt uitleggen hoe bij dieren met hulp van eicelvermeerdering klonen gemaakt worden.

• Je kunt uitleggen hoe kerntransplantatie bij dieren gebruikt kan worden om ze te kloneren.

Kunstmatige klonen

De groep nakomelingen die na ongeslachtelijke voortplanting van een organisme ontstaat, noem je een kloon. Alle leden van een kloon zijn genetisch identiek.

Ze zijn natuurlijk ook gelijk aan de ouder. Voor de land- en tuinbouw zijn klonen bijzonder aantrekkelijk. Het maken van klonen noem je kloneren. Met een goede kloneringstechniek kan men de opbrengst vergroten. De planten of dieren van de kloon hebben allemaal dezelfde gewenste eigenschappen.

Bekijk eerst de figuur op Bioplek, voordat je verder gaat met deze paragraaf.

Scan hiervoor de QR-code.

Weefselkweek

In de tuinbouw wordt voor het kweken van kamerplanten veel gebruik gemaakt van weefselkweek. De techniek wordt ook toegepast bij het aanleggen van bijvoorbeeld palmboomplantages in de tropen. Bij de weefselkweektechniek snijdt men de te kloneren plant in heel veel kleine stukjes. Vervolgens wordt elk stukje in een reageerbuis met voedingsbodem gedaan. Als de groeiomstandigheden optimaal zijn, groeien er kleine, complete plantjes uit. De plantjes worden vervolgens in potten gedaan en verder gekweekt.

Weefselkweek lukt het beste als er steriel wordt gewerkt en als de voedingsbodem voldoende stoffen bevat. De kweekkas moet ingesteld zijn op de juiste temperatuur, luchtvochtigheid, enzovoorts. De voordelen zijn groot: er is niet veel ruimte nodig, de opbrengst is enorm en er is het hele jaar door productie mogelijk.

Weefselkweek is ook mogelijk met dierlijke cellen. Uit zo’n groep cellen ontstaat een weefsel dat te gebruiken is om ziek of verdwenen weefsel te vervangen. Bekijk het Schooltv-filmpje over weefselkweek.

Scan hiervoor de QR-code.

Stamcellen

Al komt het in de theorie op hetzelfde neer, weefselkweek bij dieren is in de praktijk ingewikkelder dan bij planten. Weefselkweek bij dieren gebeurt met stamcellen.

Stamcellen zijn cellen die nog niet ontwikkeld zijn tot een gespecialiseerd celtype. Er bestaan verschillende soorten stamcellen; het verschil zit in de plaats waar ze vandaan komen. Stamcellen uit een embryo bijvoorbeeld zijn omnipotent: ze kunnen zich tot alle celtypen ontwikkelen. Stamcellen uit de lever specialiseren zich tot levercellen.

Artsen en wetenschappers hebben hoge verwachtingen van stamcelkweek om ziekten als suikerziekte of de ziekte van Parkinson te genezen. Men is al in staat de stamcellen zó te sturen dat ze zich tot een bepaald, gewenst celtype specialiseren. En omgekeerd kunnen gespecialiseerde cellen, zoals huidcellen, weer omgevormd worden tot stamcellen.

Met stamcellen zouden transplantaties uitgevoerd kunnen worden. Dan zouden ze bij een patiënt ingebracht worden, zodat ze zich daar ontwikkelen tot het weefsel dat de patiënt nodig heeft.

Stamcellen worden al gebruikt voor het testen van medicijnen. Daarbij worden stamcellen gestimuleerd om zich te specialiseren tot een bepaald weefseltype. Het weefsel wordt dan gebruikt voor het testen van medicijnen. Het voordeel hiervan is dat er dan geen dieren nodig meer zijn voor het testen van medicijnen. Bekijk hierover nu de film van Schooltv.

Scan hiervoor de QR-code.

Zie ook Binas 80A en ScienceData 15.7.

Stekken en enten Bij sommige planten groeien aan afgeknipte stengeltjes zó gemakkelijk nieuwe worteltjes dat weefselkweek niet nodig is. Je noemt dit stekken. De bekende sierplant fuchsia bijvoorbeeld wordt in kwekerijen gewoon gestekt. Voor het maken van stekken worden van één fuchsia met de gewenste bloemkleur en bladkleur veel stukjes stengel afgeknipt. Al die stukjes worden in potjes opgekweekt en na een paar weken heeft de kweker tientallen nieuwe fuchsia’s.

Enten is een techniek die veel wordt toegepast in de fruitteelt en in bijvoorbeeld rozenkwekerijen. De gewenste fruit- en rozenrassen zijn vaak erg gevoelig voor ziekten die in de bodem voorkomen. Daarom plaatst men een knop of een tak van de gewenste boom of struik op een stam van een verwante, wilde sterkere soort. De ent groeit vast op de onderstam en gaat zich tot een struik of boom ontwikkelen. De wilde onderstam is ongevoelig voor de ziekten, de ent levert de bloemen of vruchten die men wenst. Er zijn zelfs appelboompjes te koop waarop verschillende appelrassen geënt zijn.

enttak onderstam

Figuur 27 Enten

Kloneren bij dieren Er wordt veel gefantaseerd over kloneren van dieren en mensen. Sciencefictionfilms hebben kloneren soms als onderwerp, waarbij het er net zo eenvoudig aan toe zou gaan als bij planten. Of het ooit zover komt, is de vraag.

Eicellen vermeerderen Effectief kloneren van bevruchte eicellen lukt wel. Men ziet mogelijkheden bij het fokken van varkens en koeien. Met hulp van de ivf-techniek (zie § 2.6 ‘Kinderen krijgen of juist niet?’) worden bevruchte eicellen verkregen. In het kweekmedium laat men de cel een aantal keren delen. Vervolgens wordt het klompje cellen dat ontstaan is zó geschud dat de cellen losraken van elkaar. Men noemt deze techniek daarom embryosplitsing. Uit elke losgeschudde cel ontstaat een nieuw embryo. Zo kunnen uit één bevruchte eicel bijvoorbeeld acht dezelfde embryo’s ontstaan. Elke embryo wordt vervolgens in een koe geplaatst, de draagmoeder. Alle kalfjes van de kloon zijn identiek: hetzelfde geslacht, dezelfde bouw, dezelfde tekening van de vacht, enzovoorts.

Kerntransplantatie

Een andere kloneringstechniek is de kerntransplantatie. Hierbij wordt de kern uit een eicel gehaald en verwisseld voor de kern van de cel van een soortgenoot (donor) met de gewenste eigenschappen. De eicel gaat na de kerntransplantatie delen en het embryo dat zich ontwikkelt, heeft alle eigenschappen van de donor. De techniek moet nog verder ontwikkeld worden en is misschien zelfs wel een doodlopend spoor. Er mislukken namelijk veel verwissel-pogingen; het beroemde schaap Dolly (zie figuur 28) ‘lukte’ pas na 277 pogingen. Er zijn ook problemen met de kloon die zo gemaakt is. Het dier is niet zo jong als het lijkt (de kern die gebruikt is, had al een bepaalde leeftijd) en zal daarom mogelijk ook eerder verouderen en sterven.

Er zijn mensen die denken dat deze techniek bruikbaar is voor het kloneren van mensen. Dat is nog maar zeer de vraag; de nadelen zijn al genoemd en er zijn natuurlijk veel ethische bezwaren tegen deze manier van doen.

kweek van borstklierweefsel uit uier diploïde cellen

vijf dagen voedselarmoede zet de celcyclus stil uiercel met kern (diploïd)

Dolly heeft precies dezelfde erfelijke eigenschappen als het dier dat de uiercel leverde. Dolly is een kloon van dat dier.

eicel (haploïd) eicel ontdaan van chromosomen

lege eicel (met de cellen die de eicel verzorgen er nog omheen)

celfusie diploïd zygote met erfelijke informatie van schapenras A ontwikkeling van Dolly na implantatie in de baarmoeder

Figuur 28 Kloneringstechniek, zoals gebruikt bij Dolly

Orchideeën

Bij een kwekerij worden orchideeën gekweekt. Die planten uit de natuur halen kan niet meer, omdat je dan schade aan de natuur toebrengt. De kweker neemt nu stukjes van het blad van een orchidee en kweekt ze op een speciale manier op. Zo krijg je uit één blad heel veel plantjes.

a Vul de zinnen aan.

• Deze techniek heet

• De groep planten die je uit dat ene blad opkweekt noem je een

b Kies de juiste opties.

• Dit is ongeslachtelijke | geslachtelijke voortplanting.

• De orchideeën die verkregen worden zijn erfelijk allemaal hetzelfde | verschillend

3 Fuchsia Susan

Een fuchsia-kweker heeft een ras dat Fuchsia Susan heet. Susan verkoopt goed, er moeten dus veel plantjes opgekweekt worden. Eén exemplaar van Susan wordt in heel veel stukjes geknipt, die allemaal in potjes worden gepoot.

a Vul de zinnen aan.

• Deze techniek heet

• De groep planten die je uit deze ene plant opkweekt noem je een .

b Kies de juiste opties.

• Dit is ongeslachtelijke | geslachtelijke voortplanting.

• De fuchsia’s die verkregen worden zijn erfelijk allemaal hetzelfde | verschillend

4 Roos

Een kweker heeft een nieuwe roos ‘gemaakt’. Nu moet de roos vermeerderd worden voor de handel. Dat gebeurt door takjes van de nieuwe roos te laten vergroeien met andere rozenstruiken - de onderstam - die niet de gewenste bloemen hebben, maar wel goed tegen allerlei ziekten kunnen.

Vul de zinnen aan.

• Deze techniek heet

• De onderstam is belangrijk voor de nieuwe roos, omdat deze zorgt voor de aanvoer van en

• De nieuwe rozentakjes die opgekweekt worden zijn samen een

5 Resusapen

Na vele pogingen is het gelukt om resusapen te kloneren. Een bevruchte eicel van de aap werd in-vitro bevrucht. De bevruchte eicel deelde zich, en in het 8-cellig stadium werden de cellen van elkaar los geschud. Deze cellen werden in een draagmoeder geplaatst; daar kwam nog wel wat techniek aan te pas. Zo kwamen er jonge resusaapjes.

Vul de zinnen aan.

• Door welk type deling zijn de acht cellen ontstaan uit de bevruchte eicel?

• Zullen deze aapjes, als ze volwassen zijn geworden, in alles exact gelijk zijn?

THEORIE

Samenvatting

Soorten organismen worden ingedeeld in vier afzonderlijke groepen: bacteriën, schimmels, planten en dieren. Deze indeling gebeurt onder andere op grond van het type stofwisseling (autotroof of heterotroof), de celgrootte, de aan- of afwezigheid van een celkern en celwandkenmerken.

Virussen vallen hier buiten: zij hebben geen eigen celhuishouding.

Organismen hebben orgaanstelsels, die uit meerdere organen bestaan. Organen zijn opgebouwd uit weefsels. Een weefsel is een groep cellen met een zelfde vorm en functie.

Lichtmicroscopisch (LM) zijn in dierlijke cellen alleen celplasma, celmembraan en celkern te zien. In plantaardige cellen zie je ook celwand, vacuole(n) en plastiden. Soorten plastiden zijn: chloroplasten (bladgroenkorrels, voor fotosynthese), chromoplasten (kleurstofkorrels) en leukoplasten (ongekleurde korrels). Amyloplasten zijn leukoplasten, gevuld met zetmeelkorrels.

Rondom plantaardige cellen ligt de stevige celwand van cellulose (en soms van nog andere stoffen). In plantaardige weefsels zit een middenlamel van pectine tussen de cellen.

Elektronenmicroscopisch (EM) zijn bij planten, dieren en schimmels te zien: endoplasmatisch reticulum (voor eiwittransport en aanmaak van stoffen), ribosomen (voor eiwitsynthese), mitochondriën (voor energievoorziening) en golgi-systemen (verwerking van in de cel gevormde stoffen). De celkern bevat chromosomen (DNA) voor sturing van de cel.

Bij kerndeling, ofwel mitose, zijn chromosomen zichtbaar met centromeer en chromatiden, de gekopieerde chromosomen.

Water en gassen passeren een celmembraan door diffusie. Concentratieverschillen aan weerszijden van celmembraan leiden tot osmose. Osmose is diffusie van water via een semipermeabele membraan.

In levende cellen verlaat water de cel wanneer de omgeving een hogere concentratie opgeloste stoffen heeft (hypertoon). De cel krimpt; het gevolg kan bij planten plasmolyse zijn.

Bevat de omgeving een lagere concentratie opgeloste stoffen (hypotoon), dan stroomt er water naar binnen in de cel. Bij dierlijke cellen kan de cel dan openbarsten. Bij een plantencel treedt daardoor turgor op, als gevolg van de stevige celwand. Turgor leidt tot stevigheid.

Ionen en grotere moleculen passeren membranen door middel van energie-eisend actief transport.

Groei is het gevolg van een toename van het cellenaantal door celdeling. Celdelingsfasen zijn: verdubbeling DNA, mitose (kerndeling), celdeling, aanmaak nieuwe organellen (plasmagroei). Na mitose is de celkern exact gekopieerd.

Bij ongeslachtelijke voortplanting (bollen, knollen, stekken) zijn nakomelingen de klonen (genetisch gelijk) van de ouder.

Ontregelde controle op mitose kan leiden tot kanker.

Kunstmatig kloneren van planten kan door weefselkweektechniek, stekken of enten. Kloneren van dieren is niet eenvoudig. Het is mogelijk eicellen te vermeerderen en de zo verkregen embryo’s in draagmoeders te laten opgroeien.

Belangrijkste termen

In dit hoofdstuk kwam je vetgedrukte termen tegen. Je kunt de betekenis van deze termen noemen / beschrijven / uitleggen. Hier staan ze op alfabetische volgorde:

actief transport aerobe dissimilatie apoptose autotrofe organismen basenparen bladgroenkorrel carcinogene factoren celdeling celdifferentiatie celkern cellulose celmembraan celplasma (cytoplasma) celwand centromeer chromatiden chromosomen diffusie DNA DNA-fingerprinting DNA-replicatie dubbele helix eiwitten endocytose endoplasmatisch reticulum

enten exocytose fagocytose fotosynthese genetische code genoom golgi-systeem heterotrofe organismen homologe chromosomen kanker kloneren kloon lysosomen mitochondrie mitose mt-DNA (mitochondriaal DNA) mutagene factoren ongeslachtelijke voortplanting orgaan orgaanstelsel organellen osmose passief transport plasmagroei plasmolyse plastiden

ribosomen RNA selectief permeabel semipermeabel membraan stamcellen stekken turgor vacuole virus weefsel weefselkweek

Leerdoelen

Wat moet je kennen/kunnen na dit hoofdstuk?

1 Je kunt tekenen hoe virussen een cel infecteren en hoe ze de gastheercel gebruiken voor hun eigen reproductie.

2 Je kunt uitleggen wat celdifferentiatie is.

3 Je kunt uitleggen wat een weefsel is.

4 Je kunt het verband uitleggen tussen cellen, weefsels, organen en orgaanstelsels.

5 Je kunt vertellen uit welke delen een dierlijke cel en een plantencel bestaan.

6 Je kunt van de beschreven organellen en celstructuren hun taak in de cel omschrijven.

7 Je kunt uitleggen wat het verband is tussen chromosomen en DNA.

8 Je weet hoe een chromosoom is opgebouwd.

9 Je kunt aan de hand van afbeeldingen uitleggen hoe een DNA-molecuul is opgebouwd.

10 Je weet dat DNA codeert voor het genoom (alle erfelijke eigenschappen) van een organisme.

11 Je kunt uitleggen wat er bij diffusie in levende cellen gebeurt.

12 Je kunt uitleggen wat er bij osmose in levende cellen gebeurt.

13 Je kunt beschrijven hoe levende cellen actief transport en passief transport uitvoeren.

14 Je kunt uitleggen waarom dierlijke cellen geen turgor hebben, maar plantencellen wel.

15 Je weet wat de mitose inhoudt en je kunt aan de hand van alle stadia het proces van de mitose uitleggen.

16 Je kunt aan de hand van afbeeldingen de stadia van de mitose herkennen in een cel.

17 Je kunt het verschil tussen de mitose van een plantencel en een dierlijke cel beschrijven.

18 Je kunt voorbeelden noemen van ongeslachtelijke voortplanting bij planten en bij dieren.

19 Je kunt enkele factoren noemen die de kans op kanker vergroten.

20 Je kunt uitleggen hoe kanker op celniveau ontstaat, wat uitzaaiingen zijn en hoe kanker behandeld kan worden.

21 Je weet wat kloneren betekent en wat een kloon is.

22 Je kunt de weefselkweektechniek bij planten beschrijven en kunt voorbeelden geven van het gebruik ervan.

23 Je weet hoe stekken en enten bij planten gaat.

24 Je kunt uitleggen wat stamcellen zijn en voorbeelden geven van de gebruiksmogelijkheden.

25 Je kunt uitleggen hoe bij dieren met hulp van eicelvermeerdering klonen gemaakt worden.

26 Je kunt uitleggen hoe kerntransplantatie bij dieren gebruikt kan worden om ze te kloneren.