Genie Biologie 5 Hoofdstuk 4 - PDF

HOOFDSTUK 4 Î Subcellulaire structuren bij eukaryoten...

HOOFDSTUK 4 Î Subcellulaire structuren bij eukaryoten In eukaryote en prokaryote cellen komen verschillende structuren voor die elk een specifieke functie uitoefenen. Bij eukaryoten zijn er in de cel door membranen omringde structuren die je bij prokaryoten niet terugvindt. Andere structuren bestaan uit macromoleculaire eiwitcomplexen. Die structuren binnen in de cel kun je vergelijken met de organen in een lichaam. Daarom noem je ze celorganellen. Pas wanneer elk organel correct zijn specifieke rol vervult, kan de cel functioneren als geheel. In dit hoofdstuk leer je de verschillende celorganellen en hun belang kennen. Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School LEERDOELEN M De organellen in een cel herkennen en hun bouw beschrijven M De functie van de organellen in een cel toelichten M De relatie tussen de structuur en de functie van de organellen toelichten 1 De celkern De celkern of nucleus is de plaats waar het erfelijk materiaal, het DNA (desoxyribonucleïnezuur), wordt opgeslagen in de vorm van chromosomen. DNA bevat alle informatie die nodig is voor de aanmaak van eiwitten in de cellen. De celkern is afgescheiden van het cytoplasma door het kernmembraan, dat uit twee fofolipidedubbellagen bestaat. Door de aanwezigheid van Zowel de poriën in dat membraan is er een uitwisseling mogelijk van moleculen tussen het kernplasma eiwitsynthese als de verdubbeling van of nucleoplasma en het cytoplasma. Langs die weg vindt er snel en selectief transport van DNA komt later nog moleculen plaats. Zo zullen alle moleculen die nodig zijn voor de eiwitsynthese, die in het uitgebreid aan bod. cytoplasma gebeurt, via die poriën de kern verlaten. Anderzijds zullen enzymen die nodig zijn voor de verdubbeling van DNA, via die weg in de kern terechtkomen. In de kern zitten ook een of meerdere nucleoli of kernlichaampjes. Die bestaan uit chromatine, RNA en eiwitten. Chromatine is samengesteld uit DNA en eiwitten. Het DNA in een nucleolus bevat de informatie die nodig is voor de aanmaak van ribosomen. Die macromoleculaire eiwitcomplexen zijn belangrijk voor de eiwitsynthese. Je bestudeert ze verderop in dit hoofdstuk. 88 THEMA 01 HoofdsTuk 4  S Afb. 119 Schematische voorstelling van de celkern met het kernmembraan, de nucleolus, een kernporie en chromatine Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School W Afb. 120 Ingekleurd TEM-beeld van een nucleus. Je kunt het kernmembraan (geel), de chromatine (groen), het kernplasma (lichtbruin) en de nucleolus (paars) goed onderscheiden. Het DNA zit gewonden rond een complex van eiwitten. Dat warrige geheel noem je chromatine. Vlak voordat een cel zich deelt, wordt het DNA verdubbeld en zal het in een heel compacte vorm worden opgevouwen. De chromosomen komen dan voor als korte, staafvormige structuren met een X-vorm. Beide helften van het chromosoom, de chromatiden, zijn identiek. chromatide S Afb. 121 Karyogram van een mannelijke woelmuis (Myodes glareolus). De twee chromosomen rechts onderaan zijn de geslachtschromosomen. W Afb. 122 SEM-opname van een menselijk chromosoom. Het bestaat uit twee identieke chromatiden. THEMA 01 HoofdsTuk 4 89  Tijdens de celdeling is het mogelijk om met een microscoop een foto te maken van de chromosomen en ze te rangschikken volgens grootte. Op die manier bekom je een chromosomenkaart of karyogram. Een karyogram bestaat uit een aantal chromosomenparen, waarbij telkens één chromosoom afkomstig is van de moeder en één van de vader. Het geslachtschromosomenpaar plaats je op het einde. Prokaryoten hebben geen kern, maar ze bezitten wel erfelijk materiaal. Het DNA is cirkelvormig en bevindt zich in het cytoplasma. Bij bacteriën kun je ook plasmiden terugvinden. Dat zijn kleine, cirkelvormige DNA-moleculen die erfelijke informatie bevatten voor bijvoorbeeld resistentie tegen een antibioticum. WEETJE Rode bloedcellen of erytrocyten zijn cellen zonder kern. Ze vervoeren zuurstofgas van de longen naar de weefsels, en koolstofdioxide van de weefsels naar de longen, waar het wordt uitgeademd. Nieuwe rode bloedcellen worden aangemaakt in het beenmerg in je borstbeen, je ribben en je bekken, en bij kinderen ook in het merg van de lange beenderen. Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School Op die plaatsen zitten stamcellen, die zich delen en rijpen tot rode bloedcellen. Dat hele proces neemt ongeveer 6 dagen in beslag. Wanneer de cel rijp is, verliest ze haar kern. Een rode bloedcel leeft ongeveer 120 dagen. 10 µm S Afb. 123 Ingekleurd SEM-beeld van een dwarsdoorsnede van een bloedvat dat de appendix van bloed voorziet. Het gladde spierweefsel van de wand van het bloedvat is blauw gekleurd. De rode bloedcellen hebben een kenmerkende ingedeukte vorm. 90 THEMA 01 HoofdsTuk 4  2 Het endoplasmatisch reticulum Het endoplasmatisch reticulum (ER) bestaat uit een sterk geplooid membraan, dat buisjes en afgeplatte zakjes vormt. In het ER kun je twee gebieden onderscheiden: het ruw endoplasmatisch reticulum en het glad endoplasmatisch reticulum. 2.1 Het ruw endoplasmatisch reticulum Het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) sluit nauw aan bij de kern. Aan de cytoplasmatische RER = Rough kant van het membraan bevinden zich ribosomen, waardoor het onder de elektronenmicroscoop Endoplasmic een ruw uiterlijk heeft. Reticulum De ribosomen op het RER maken eiwitten aan. Die komen via porie-eiwitten in het ER terecht. De daar aanwezige enzymen zullen helpen om de pas gevormde eiwitten op te vouwen. Dat doen ze door bijvoorbeeld disulfidebruggen te vormen tussen cysteïneaminozuren in de eiwitketen. Vervolgens worden de eiwitten verpakt in transportblaasjes, die zich afsnoeren van het ER en Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School vervoerd worden naar het Golgi-apparaat voor afwerking. Wanneer de eiwitten afgewerkt zijn, kunnen ze bijvoorbeeld deel gaan uitmaken van membranen of een functie vervullen als enzym, als boodschapper tussen cellen of als structuureiwit. S Afb. 124 Links en midden: bouw van het RER en SER Rechts: ingekleurd TEM-beeld van een plasmacel. Omdat plasmacellen veel eiwitten aanmaken, is hun RER heel uitgebreid. THEMA 01 HoofdsTuk 4 91  2.2 Het glad endoplasmatisch reticulum Het glad endoplasmatisch reticulum (SER) bezit geen ribosomen. SER = Smooth Endoplasmic Reticulum Functies: In het membraan van het SER liggen enzymen ingebed die een rol spelen bij de aanmaak van lipiden. Als er nieuw membraanmateriaal nodig is, maken ze bijvoorbeeld cholesterol en fosfolipiden aan. Het ER is op bepaalde plaatsen verbonden met het kernmembraan en maakt ook contact met alle celorganellen en met het celmembraan. Door die contacten kunnen fosfolipiden en cholesterol zich rechtstreeks verplaatsen naar de membranen van andere organellen. Het SER zorgt ook voor calciumopslag. Het speelt een rol bij stofwisselingsprocessen, die per celtype kunnen verschillen. Zo zal in levercellen het SER helpen bij het ontgiften van medicijnen of alcohol. In cellen van de bijnierschors staat het dan weer in voor de productie van steroïdhormonen, zoals cortisol. endoplasmatisch reticulum Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School mitochondrie leukoplast Golgi-apparaat nucleus S Afb. 125 Het ER (groen) slingert door de cel en maakt contact met alle andere organellen en met het celmembraan. 92 THEMA 01 HoofdsTuk 4  3 Ribosomen Ribosomen komen vrij voor in het cytoplasma of zijn gebonden aan het membraannetwerk van het RER. Het zijn macromoleculaire eiwitcomplexen, die opgebouwd zijn uit een grote en een kleine subeenheid. Elke subeenheid is op haar beurt opgebouwd uit ribosomaal RNA (rRNA) en eiwitten. De nucleolus staat in voor de aanmaak van rRNA en de opbouw van de kleine en grote subeenheid van de ribosomen. De subeenheden verlaten de kern via de kernporiën en worden geassembleerd in het cytoplasma. De ribosomen staan in voor de eiwitsynthese in een cel. Eiwitten vervullen de sleutelfuncties in een cel. De code om eiwitten aan te maken, zit vervat in ons DNA. Tijdens de S Afb. 126 Menselijk ribosoom met grote (groen) eiwitsynthese wordt de informatie uit het DNA en kleine (bruin) subeenheid Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School omgezet naar een eiwit. Er zijn verschillen tussen prokaryoten en eukaryoten, maar bij alle celtypes komen twee belangrijke processen voor: de transcriptie en de translatie. 3.1 De transcriptie De transcriptie gebeurt bij de start van de eiwitsynthese. De cel maakt dan een RNA-kopie van een gen. Een gen codeert voor een eiwit en bestaat uit een bepaalde opeenvolging van DNA- nucleotiden. Het belangrijkste enzym in de transcriptie is RNA-polymerase. Dat enzym kan de DNA-dubbelstreng openen, beweegt zich over het DNA en maakt een RNA-kopie. Die kopie noem je messenger-RNA (mRNA). Het bevat de code voor de vertaling tot een eiwit, zoals je later zult zien. De basen van drie opeenvolgende nucleotiden vormen daarbij een drielettercode, die overeenkomt met een specifiek aminozuur. kern cytoplasma DNA transcriptie RNA translatie tRNA groeiende aminozuurketen grote mRNA G 3' subeenheid 5' U U A A C U G U G G C U A A C G C U W Afb. 127 kopie van De eiwitsynthese bestaat uit twee processen, transcriptie de informatie en translatie. Tijdens de transcriptie maakt de cel uit de celkern een RNA-kopie van een gen. Die kopie, die bestaat uit kleine (mRNA) nucleotiden, wordt tijdens de translatie vertaald naar subeenheid een eiwit. THEMA 01 HoofdsTuk 4 93  3.2 De translatie De translatie is het proces waarbij de informatie op het mRNA wordt vertaald tot een polypeptide. Daarbij zijn nog twee andere types RNA betrokken. De vertaalsleutels van het proces zijn de transfer-RNA’s of tRNA’s. Dat zijn korte, opgevouwen RNA-moleculen die aan de ene kant kunnen binden met de drie nucleotiden van het mRNA die de code vormen. Aan de andere kant wordt het aminozuur vastgehecht dat overeenkomt met die code. Het ribosoom houdt het mRNA vast en zorgt ervoor dat twee tRNA’s aan het mRNA kunnen binden. Met behulp van rRNA worden de aminozuren met elkaar verbonden. Zo ontstaat uiteindelijk een eiwit. Ook in mitochondriën, chloroplasten en prokaryote cellen komen ribosomen voor. Ze zijn iets kleiner dan de ribosomen die in het cytoplasma van eukaryote cellen voorkomen, maar ze vervullen dezelfde functie. De mitochondriën en de chloroplasten bespreken we verderop in dit hoofdstuk. 4 Proteasomen Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School Proteasomen zijn eiwitcomplexen die de peptidebindingen in een eiwit kunnen hydrolyseren. Ze doen dat bij beschadigde eiwitten of bij eiwitten die foutief zijn opgevouwen, maar ook als er te veel van een bepaald eiwit is. De eiwitten worden afgebroken tot peptiden van enkele aminozuren lang. Na verdere afbraak kunnen de aminozuren hergebruikt worden bij de synthese van nieuwe eiwitten. Proteasomen zijn aanwezig in sommige bacteriën en in alle eukaryoten en archaea. S Afb. 128 Een eiwit dat moet worden afgebroken, wordt specifiek gemerkt. Het proteasoom herkent dat signaal voor afbraak, bindt aan het eiwit en breekt het af. 94 THEMA 01 HoofdsTuk 4  5 Het Golgi-apparaat Het Golgi-apparaat is een geheel van afgeplatte zakjes, cisternen genoemd, die op elkaar gestapeld liggen. Je onderscheidt een ciszijde, die dicht bij het endoplasmatisch reticulum (ER) ligt, en een transzijde, die het verst van het ER ligt. Beide delen van het Golgi-apparaat bevatten verschillende enzymen in hun cisternen. Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School S Afb. 129 S Afb. 130 Schematische voorstelling van een Golgi-apparaat TEM-beeld van het Golgi-apparaat en de nucleus in een zenuwcel Na hun synthese door de ribosomen op het RER worden de eiwitten afgewerkt in het Golgi- apparaat. Hoe dat precies in zijn werk gaat, staat nog ter discussie. Wanneer de eiwitten zijn afgewerkt in het Golgi-apparaat, hebben ze verschillende aanpassingen ondergaan. Er kunnen onder andere suikerketens zijn aangehecht voor de vorming van glycoproteïnen. Verpakt in blaasjes verlaten de eiwitten het Golgi-apparaat en worden ze vervoerd naar de plaats in de cel waar ze nodig zijn. Voor de goede werking van de cel is het belangrijk dat elk eiwit op de juiste plaats in de cel terechtkomt. De bestemming van een eiwit wordt aangegeven door een signaalpeptide. Dat is een korte aminozuursequentie aan een uiteinde van het eiwit die de rol vervult van adressticker en ervoor zorgt dat het eiwit op die plaats belandt waar het zijn functie zal moeten uitoefenen. THEMA 01 HoofdsTuk 4 95  vrije ribosomen transportblaasje Golgi-apparaat secretieblaasje met eindproducten secretie van eindproducten invoegen van membraanmateriaal kernporie celkern celmembraan blaasje voor aanvoer kernmembraan membraanmateriaal Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School ruw ER glad ER S Afb. 131 Schematische voorstelling van het ER, het Golgi-apparaat en de secretieblaasjes als functioneel geheel Secretieblaasjes bevatten eiwitten met een functie buiten de cel. Zij bewegen naar het celmembraan. De secretieblaasjes versmelten met het membraan en geven zo hun inhoud vrij. Dat proces noem je exocytose. Dat gebeurt bijvoorbeeld bij bepaalde cellen van het afweersysteem van het lichaam: ze maken antilichamen aan die geloosd worden in de extracellulaire ruimte om indringers onschadelijk te maken. Er kunnen ook secretieblaasjes gevormd worden die pas zullen versmelten met het plasmamembraan wanneer ze daarvoor een signaal ontvangen hebben. Dat gebeurt bijvoorbeeld wanneer neurotransmitters zoals adrenaline worden vrijgegeven uit zenuwcellen. Er worden ook transportblaasjes gevormd die eiwitten vervoeren van het RER naar het Golgi- apparaat. 96 THEMA 01 HoofdsTuk 4  6 Lysosomen Lysosomen zijn blaasjes die worden afgesplitst van het Golgi-apparaat. Het zijn celorganellen die omsloten zijn door een membraan en die verschillende types afbraakenzymen, zoals proteasen, lipasen en nucleasen, bevatten om biomoleculen af te breken. Lysosomen zorgen dus voor de vertering in de cel. Ze breken bijvoorbeeld oude celonderdelen af. Het ER vormt een membraan rond het af te breken materiaal. Het blaasje dat zo ontstaat, versmelt met een lysosoom. De inhoud ervan wordt enzymatisch afgebroken tot de bouwstenen waaruit het was opgebouwd. Dat proces noem je autofagie. De cel kan de bouwstenen hergebruiken om biomoleculen aan te maken. De lysosomale enzymen kunnen ook materiaal dat van buiten de cel afkomstig is, verteren. Dat proces noem je heterofagie. De opname van materiaal in de cel gebeurt dan door endocytose, een proces waarbij er eerst een instulping en vervolgens een afsnoering van het celmembraan plaatsvindt. Op die manier wordt er een endosoom gevormd. Wanneer dat blaasje samensmelt met een lysosoom, zullen de lytische enzymen de inhoud ervan afbreken. Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School Fagocytose is een vorm van endocytose waarbij bacteriën die het lichaam binnendringen, worden opgenomen door macrofagen. Een macrofaag is een type witte bloedcel van het immuunsysteem. De macrofaag zal de bacterie omsluiten met zijn celmembraan en vormt zo een fagosoom. Wanneer het fagosoom samensmelt met een lysosoom, breken de lysosomale enzymen de bacterie af. WEETJE E. coli W Afb. 133 Christian de Duve (1917-2013), Nobelprijswinnaar De Belgische medicus en biochemicus Christian de Duve was de eerste die lysosomen beschreef. Hun ontdekking werd mede mogelijk gemaakt door de hoge resolutie van de elektronenmicroscoop. In 1974 kreeg de Duve voor zijn onderzoek de Nobelprijs voor Geneeskunde. S Afb. 132 Ingekleurd SEM-beeld van een macrofaag in longweefsel die Escherichia coli (groen) fagocyteert THEMA 01 HoofdsTuk 4 97  VERDIEPING Hoe cellen sterven: necrose en apoptose In een meercellig organisme zijn er continu cellen zich aan het delen en aan het differentiëren tot een bepaald celtype dat een welbepaalde functie zal vervullen. Tegelijkertijd zijn er cellen aan het afsterven als gevolg van necrose of apoptose. 1 Necrose Necrose is het afsterven van weefsel na een beschadiging door factoren van Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School buitenaf. Bij dat proces komen uit de beschadigde cellen toxische stoffen vrij, die een ontstekingsreactie veroorzaken S Afb. 134 S Afb. 135 Necrose bij de voet van een persoon met Kaliumtekort in een aardappelplant (Solanum in de omliggende weefsels. diabetes. Bij suikerziekte kunnen er zenuwen tuberosum). Het buitenste bladweefsel is dood en bloedvaten beschadigd raken, waardoor (bruin). Het gele deel van het blad is niet meer de patiënt kleine wondjes niet snel opmerkt en in staat om voldoende chlorofyl aan te maken. de wondjes moeilijk genezen. 2 Apoptose Apoptose is genetisch geprogrammeerde celdood. De apoptose van cellen verloopt doelbewust en is strikt geregeld. In een multicellulair organisme is het namelijk belangrijk dat er een evenwicht is tussen celdeling en celdood, dus tussen het aantal nieuw gevormde cellen en het aantal stervende cellen. Apoptose is een essentieel celbiologisch proces. Er bestaan veel voorbeelden die het belang van apoptose kunnen illustreren. Het proces doet zich bijvoorbeeld voor S Afb. 136 S Afb. 137 tijdens de embryogenese en ook bij het Bij een moeder die stopt met het zogen van Blad van de ‘gatenplant’ Monstera deliciosa haar baby, zullen de melkproducerende cellen borstklierweefsel wanneer een moeder apoptose ondergaan. Er is dan immers geen melkproductie meer nodig. De borstklier stopt met het zogen van haar baby. Bij keert dan terug naar de toestand van voor de zwangerschap. dieren die tijdens hun ontwikkeling een metamorfose ondergaan, speelt geprogrammeerde celdood een belangrijke rol. Ook de gaten in de bladeren van de zogenoemde ‘gatenplant’ ontstaan door apoptose. Wanneer een cel apoptose ondergaat, vinden er bepaalde gebeurtenissen plaats. De cel krimpt, de chromatine in de kern condenseert en de kern wordt vernietigd. Afbraakenzymen breken het DNA in stukken. 98 THEMA 01 HoofdsTuk 4  VIDEO S Afb. 138 S Afb. 139 Een spectaculair voorbeeld van apoptose vind je terug in de levenscyclus van Hand van een zes weken oud menselijk embryo. Tijdens de ontwikkeling de sergeantvlinder (Athyma nefte). De vlinder legt eitjes, waaruit rupsen groeien. van een embryo bestaan er eerst vliezen tussen de vingers en de tenen. De rups verandert in een pop wanneer ze volgroeid is. In het omhulsel vindt Die verdwijnen door apoptose, zodat er afzonderlijke vingers en tenen de metamorfose van rups tot vlinder plaats. Daarbij sterven er op een ontstaan. gecontroleerde manier cellen af en worden er nieuwe cellen gevormd. Meer info? Bekijk de video. Aan het celoppervlak vormen zich uitstulpingen. Op die plaatsen wordt de verbinding tussen het celmembraan en het cytoskelet verbroken. Er ontstaan blaasjes Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School die omsloten worden door een membraan en die door macrofagen worden opgeruimd. Op die manier wordt verhinderd dat de normale cel celinhoud van de stervende cel vrijkomt en schade toebrengt aan de omliggende cellen, iets wat wel gebeurt bij necrose. Het proces van apoptose kan op twee manieren beginnen. Het startschot voor de apoptose kan van binnen in de cel komen, bijvoorbeeld wanneer het DNA van de cel krimpen onherstelbaar beschadigd is. Het signaal S Afb. 140 SEM-beeld van menselijke leukocyten (witte voor de celdood kan ook van buiten de cel bloedcellen). De bovenste cel ondergaat apoptose. Er ontstaan uitstulpingen van het membraan, blebbing komen. Bij sommige cellen zal er apoptose genoemd. De onderste cel is een normale witte bloedcel. optreden wanneer ze worden geïnfecteerd door een virus. Wetenschappers toonden het bestaan van een genetische basis voor apoptose aan in membraanuitstulpingen Caenorhabditis elegans, een rondwormpje van ongeveer 1 mm lang dat in de bodem leeft. Als het organisme volwassen is, is het exact 131 van zijn 1 090 cellen kwijtgeraakt. De plaats van de cellen in de worm en het tijdstip in de levenscyclus waarop ze afsterven, liggen vast. Het kan dus niet er ontstaan blaasjes anders dan dat die celdood een genetisch met celinhoud gereguleerd proces is. Een groot aantal genen die daarbij een rol spelen, zijn ondertussen geïdentificeerd. S Afb. 141 LM-beeld van C. elegans W Afb. 142 Tijdens de geprogrammeerde dood van een cel gebeuren de volgende processen: de cel krimpt, er vormen zich uitstulpingen, er ontstaan blaasjes met celinhoud en er vindt fagocytose fagocytose plaats. THEMA 01 HoofdsTuk 4 99  S Afb. 143 TEM-beeld van een macrofaag. De kern is felgroen gekleurd, de mitochondriën groen en de lysosomen rood. S Afb. 144 De processen heterofagie en autofagie Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School In een lysosoom is het milieu zuur. Dat wil zeggen dat er een lage pH heerst. ATP-afhankelijke protonenpompen (H+-pompen) zorgen voor de aanvoer van protonen tot binnen in het lysosoom. Net zoals alle andere enzymen hebben ook de lysosomale enzymen een pH-optimum. Ze werken enkel bij een lage pH. In het geval dat het membraan van het lysosoom beschadigd zou raken en er enzymen zouden vrijkomen in het neutrale milieu van het cytoplasma, worden de verteringsenzymen geïnactiveerd. Daardoor is het inwendige van de cel beschermd tegen de inwerking van de vrijgekomen enzymen. WEETJE Wanneer een van de lysosomale enzymen door een genetisch defect niet wordt aangemaakt door de cel of onvoldoende werkt, zal de verwerking van afvalproducten in de cel verstoord zijn. Je spreekt dan van een lysosomale stapelingsziekte. De afvalproducten stapelen zich op in de lysosomen. Daardoor kunnen cellen en organen beschadigd raken. 100 THEMA 01 HoofdsTuk 4  7 Mitochondriën Een mitochondrie is een rond tot ovaal organel dat omgeven is door een dubbel membraan. Het inwendige membraan bezit een groot oppervlak door de vele instulpingen, die cristae heten. De binnenruimte heet de matrix. De mitochondriën zijn de energiecentrales van de cel. In het binnenste membraan en de matrix bevinden zich enzymen die belangrijk zijn om energie vrij te maken uit voedingsstoffen. Tijdens dat proces slaat de cel energie op in de vorm van een energierijke molecule, ATP (adenosinetrifosfaat). Je leert er meer over in thema 02. In cellen die veel energie nodig hebben, bijvoorbeeld spiercellen, komen soms duizenden mitochondriën voor. In dergelijke cellen bezitten de mitochondriën ook meer cristae om te kunnen voldoen aan de grote vraag naar energie. Mitochondriën bevatten cirkelvormige DNA-moleculen, het mitochondriaal DNA (of mtDNA). Bij mensen en andere zoogdieren wordt dat mtDNA bijna altijd overgeërfd via de moeder. Dat komt Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School doordat bij de bevruchting alleen de mitochondriën die in het cytoplasma van de eicel aanwezig zijn, behouden blijven. De mitochondriën in de zaadcel bevinden zich meestal in het middenstuk, en dat blijft tijdens de bevruchting doorgaans samen met de staart buiten de eicel. S Afb. 145 Bouw en TEM-beeld van een mitochondrie. Het ingekleurde TEM-beeld toont een mitochondrie (oranje) in de alvleeskliercellen van een vleermuis. Links op afbeelding zie je RER, bovenaan secretiegranules. Dat zijn secretieblaasjes die een hoge concentratie aan verteringsenzymen bevatten. THEMA 01 HoofdsTuk 4 101  8 Chloroplasten Alle groene delen van planten bevatten chloroplasten of bladgroenkorrels. Die zijn net zoals mitochondriën omgeven door een dubbel membraan. Het inwendige membraan van de chloroplast noem je het thylakoïdmembraan. Dat vormt lamellen met stapels gesloten platte membraanzakjes. Een stapeltje membraanzakjes vormt een granum. Het binnenste van de chloroplast, waarin de thylakoïden liggen, heet het stroma. In de thylakoïdmembranen liggen lichtabsorberende chlorofylmoleculen gebonden in een eiwitcomplex. Met behulp van lichtenergie vindt in chloroplasten fotosynthese plaats, waarbij de plant CO2 en water gebruikt om glucose op te bouwen. Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School In het stroma komt chloroplast-DNA (cpDNA) voor. Dat is, net als bij de mitochondrie, een cirkelvormige DNA-molecule waarvan meerdere kopieën kunnen voorkomen. Het bevat de informatie voor een aantal eiwitten die betrokken zijn bij de fotosynthese. De synthese van die eiwitten gebeurt door de ribosomen die in de chloroplast aanwezig zijn. buitenmembraan intermembraanruimte binnenmembraan DNA granum lamellen stroma ribosoom zetmeelkorrel thylakoïden S Afb. 146 Voorstelling van een chloroplast S Afb. 147 Bouw en ingekleurd TEM-beeld van een plantencel. De chloroplasten zijn groen gekleurd. In het centrum van de cel is de vacuole zichtbaar in het geel. Naast de chloroplasten bestaan er nog andere plastiden. Plastiden zijn een groep van gelijkaardige organellen, telkens omgeven door een dubbel membraan, die zich specialiseren in de opslag van bijvoorbeeld zetmeel bij de amyloplasten of kleurstoffen bij de chromoplasten. 102 THEMA 01 HoofdsTuk 4  W Afb. 148 SEM-beeld van amyloplasten in de aardappel (Solanum tuberosum). In de amyloplasten wordt zetmeel opgestapeld. Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School W Afb. 149 LM-beeld van de cellen van de Strelizia regina. De oranje chromoplasten geven kleur aan de bloem. VERDIEPING De endosymbiosetheorie verklaart hoe eukaryote cellen tijdens hun evolutie inwendige membranen, mitochondriën en chloroplasten hebben ontwikkeld. Sommige organellen van een eukaryote cel stammen af van vroege prokaryoten, die door endocytose in de cel werden opgenomen. Endosymbiose is het verschijnsel waarbij een organisme, in dit geval een prokaryote cel, symbiotisch binnen een andere cel leeft. De argumenten voor de endosymbiosetheorie zijn bijzonder sterk: net zoals prokaryoten bevatten mitochondriën en chloroplasten cirkelvormig DNA, en ook de eiwitsynthese in mitochondriën lijkt op die bij prokaryoten. Het dubbele membraan rond die organellen wijst er bovendien op dat ze ooit door fagocytose werden opgenomen. membraan cytoplasma insnoering celmembraan mitochondrie DNA celkern kernmembraan voorouderlijke prokaryoot chloroplast voorouderlijke eukaryoot aerobe heterotrofe prokaryoot autotrofe prokaryoot W Afb. 150 De endosymbiosetheorie verklaart hoe planten- en dierlijke cellen ontstaan zijn uit primitieve voorlopercellen, die prokaryotisch waren. THEMA 01 HoofdsTuk 4 103  9 De vacuole Een vacuole is een met vocht gevuld blaasje dat omsloten is door een membraan. Grote vacuoles vind je niet terug in dierlijke cellen. Bij plantaardige cellen zijn ze opvallend aanwezig. In zich ontwikkelende plantencellen ontstaan er meerdere kleine vacuolen door wateropname. Ze versmelten tot één grote centrale vacuole, die 80 tot 90 % van het celvolume kan innemen. De vacuolen zijn omgeven door een membraan, dat je de tonoplast noemt. Het vacuolevocht is een waterige oplossing van onder andere sachariden, ionen, aminozuren en kleurstoffen. Het is doorgaans licht zuur, met een pH van 5-5,5. Het vocht in de vacuole is de watervoorraad van de plantencel. Een goed met water gevulde vacuole zorgt, samen met de celwand, voor de stevigheid van het plantenlichaam. De kleurstoffen geven kleur aan de niet- groene plantendelen, vruchten en bloemen. Bij sommige planten bevatten de vacuolen stoffen die toxisch of irriterend zijn voor een planteneter. Op die manier beschermen ze de plant tegen vraat. In de vacuole zijn ook afbrekende enzymen aanwezig die, net zoals de enzymen in de lysosomen, de verteringstaken in de plantencel op zich nemen en werkzaam zijn bij een zure pH. Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School W Afb. 151 Buitenste cellaag van een rode ui. In de vacuole zit het rode pigment anthocyaan. De vacuole neemt zo goed als alle beschikbare ruimte in de cel in. S Afb. 152 S Afb. 153 Schematische voorstelling van een plantencel Ingekleurd TEM-beeld van een plantencel. De vacuole is lichtgroen ingekleurd. 104 THEMA 01 HoofdsTuk 4  In eencelligen, zoals Amoeba, komen voedselvacuolen voor. De amoeba sluit met haar schijnvoetjes voedseldeeltjes in, zodat er een vacuole ontstaat waarin het voedsel wordt vervoerd naar de lysosomen voor afbraak. Ook voor het pantoffeldiertje (Paramecium caudatum) spelen vacuolen een belangrijke rol. Het pantoffeldiertje beschikt over meerdere voedselvacuolen en twee kloppende vacuolen. Die laatste zorgen ervoor dat overtollig water dat in het pantoffeldiertje binnenkomt, terug naar buiten kan worden gepompt. Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School S Afb. 154 De Amoeba omsluit met schijnvoetjes een alg. S Afb. 155 Lichtmicroscopisch beeld van Paramecium caudatum. Je ziet meerdere voedselvacuolen (bruin) en twee kloppende vacuolen (stervormig). De voedselvacuolen verteren voeding (opgenomen bacteriën). De kloppende vacuolen voeren overtollig water af. THEMA 01 HoofdsTuk 4 105  10 Het cytoskelet Het cytoskelet is een netwerk van eiwitvezels. Bij sommige cellen zorgt het cytoskelet voor het behoud van de celvorm, terwijl het bij andere cellen net vormveranderingen mogelijk maakt. Het houdt celorganellen op een bepaalde plaats in de cel, maar het maakt ook de verplaatsing van organellen mogelijk. intermediaire RER filamenten microtubulus mitochondrie Uitsluitend te gebruiken door Sterckx Véran (2008-12-12) Vrije Gemengde Lagere School W Afb. 156 Schematische voorstelling microfilamenten van het cytoskelet met de drie soorten eiwitvezels Je kunt de eiwitvezels indelen in drie groepen: microfilamenten, microtubuli en intermediaire filamenten.