Cellen in het lichaam.

Transcriptie

1 Hfdst. 1 Hfdst. 2 Hfdst. 3 Hfdst. 4 Hfdst. 5 Hfdst. 6 Hfdst. 7 Cellen in het lichaam. Besturing Energievoorziening Beweging en vorm Celbehoud Transport Celdeling Stevigheid van de cel Bron: bewerkt naar Natuurinformatie.nl Hfdst. 1 BESTURING Iedere seconde van ons leven zijn groepen organellen bezig met de uitvoering van levensfuncties. Op hetzelfde moment vindt dus binnenin de cel een groot aantal chemische processen plaats. Om de stappen binnen een proces goed en op tijd te laten verlopen, en de activiteiten van de organellen op elkaar af te stemmen, is centrale besturing noodzakelijk. Eiwitten zijn de belangrijkste spelers in dit proces. Ze worden via een aantal vaste stappen aangemaakt. Hierbij spelen meerdere organellen een rol.

2 Eiwitten Eiwitten vervullen een cruciale rol in de cel. Het zijn niet alleen de belangrijkste bouwstenen waaruit de onderdelen van de cel, de organellen, zijn opgebouwd, eiwiten zijn ook de belangrijkste bestuurders van celprocessen. Eiwitten zijn complexe moleculen die als moleculaire machines het merendeel van de celprocessen in de cel aandrijven. Net als gewone machines zijn ze samengesteld uit losse onderdelen, de aminozuren. Eiwitten moeten heel precies worden samengesteld. Als er tijdens de bouw iets misgaat, bijvoorbeeld door gebruik van een verkeerd aminozuur, dan vouwt het eiwit verkeerd en kan het niet goed werken. Voor de bouw van eiwitten is daarom een bouwtekening nodig die alle benodigde informatie bevat om aminozuren op de juiste manier aan elkaar te koppelen. Het bouwplan ligt in het DNA, waar de bouwinstructies gecodeerd liggen opgeslagen. Daarvandaan stuurt het bouwplan de aanmaak van eiwitten aan. Voor iedere functie in de cel is een speciale eiwitstructuur nodig. De aanmaak van eiwitten luistert dus zeer nauw. Het besturingsproces in stappen 1. Kopiëren van het bouwplan De celkern bewaart het bouwplan van de cel. Dit bouwplan, in de vorm van DNA, verlaat de kern niet en moet worden gekopieerd om buiten de kern te kunnen worden afgelezen. In de kern worden kopieën van de informatie in het DNA gemaakt in de vorm van RNA waar precies de informatie op staat voor het maken van een eiwit. 2. De boodschapper De kopie van het DNA, het boodschapper- RNA, brengt de informatie naar de rest van de cel. De RNA- kopie verlaat via de kernporiën de kern. Het komt dan meteen bij het endoplasmatisch reticulum (ER) terecht dat direct op het kernmembraan aansluit. Op het ER begint de vertaling van het eiwitrecept naar het eiwit zelf. 3. De code De informatie van het bouwplan ligt opgeslagen in letters van DNA en RNA. Het alfabet van DNA in de kern, en het RNA in de kopietjes, bevatten beide 4 letters. Dit zijn voor DNA de letters A, C, G en T, en A, C, G en U voor RNA. De letters van het alfabet alleen zijn niet voldoende om eiwitten te bouwen, zoals in elke taal zijn er woorden nodig. Ieder bouwplan is dan ook geschreven in woorden van drie letters. Iedere drieletter combinatie in het eiwitrecept bepaald welk aminozuur waar in het eiwit moet worden ingebouwd.

3 4. Van code tot werkzaam eiwit De ribosomen kunnen de woorden in het bouwplan lezen. Op het ER ontvangen de ribosomen de RNA- kopietjes van de kern. Deze ribosomen herkennen ieder drieletterwoord en lezen daaruit welk aminozuur op welke plek ingebouwd moet worden. Nieuw aangemaakte eiwitten zijn nog niet in staat om meteen hun functie uit te voeren, omdat ze nog geen chemische zijgroepen, zoals suikers en vetten bevatten. Ze worden daarom via het ER getransporteerd naar het golgi- systeem waar speciale eiwitten de laatste bewerkingsstap uitvoeren. Het proces waarbij de bouwstenen van eiwitten aan elkaar worden gekoppeld. Dit proces wordt translatie genoemd. Aansturing van buitenaf DNA bevat in principe informatie om elk mogelijk eiwit te produceren. Echter, voor het functioneren van de cel is maar een beperkt aantal eiwitten nodig. Een cel zal uit zichzelf alleen de standaard eiwitten produceren om te functioneren. Andere eiwitten worden alleen aangemaakt als er een signaal van buiten de cel komt. Zo kan een weefsel door een signaalmolecuul aan te maken, bijvoorbeeld een hormoon, interactie aangaan met een cel. Hormonen kunnen bijvoorbeeld invloed uitoefenen op het vertalen van de gewenste informatie in het DNA. Hormonen kunnen vrij door het celmembraan bewegen en in de celkern vertaling van specifieke stukken DNA activeren. Daarnaast

4 kunnen membraaneiwitten in het celmembraan reageren op andere externe signalen, zodat de cel zich aan zijn omgeving kan aanpassen. Zo kan een cel bij gebrek aan zuurstof overschakelen op de productie van melkzuur. Dit veroorzaakt verzuring van de spieren.

5 Cellen in het lichaam. Hfdst. 2 ENERGIEVOORZIENING Elk celproces vraagt energie: deze energie wordt geleverd door mitchondria - de energiecentrales van de cel. Elke cel telt er honderden. De benodigde brandstoffen neemt de cel op uit zijn omgeving. Dit gebeurt via het celmembraan. Brandstoffen reizen via poriën naar binnen of worden opgenomen in blaasjes. De opgenomen brandstoffen worden meteen afgebroken of eerst opgeslagen voor later gebruik. Tijdens de afbraak ontstaan als bijproducten nuttige bouwstenen voor de opbouw van de cel. Nadat alle energie uit de brandstoffen is gehaald, moeten de afvalresten worden opgeruimd om de cel schoon te houden. De samenwerking van de verschillende organellen zorgt ervoor dat de cel kan voorzien in zijn energiebehoefte 1. Opname van brandstoffen Brandstoffen (koolhydraten en vetten) kunnen zowel via poriën als instulpingen in het membraan worden opgenomen. Deze instulpingen vormen blaasjes die de brandstoffen kunnen opslaan of verder afbreken. 2a. Afbraak van vetzuren Transportblaasjes bevatten soms vetzuren. Dit zijn speciale vetten die niet als brandstof bruikbaar zijn voor de cel. Een cel moet de vetzuren eerst afbreken om er nuttige bouwstoffen uit te halen die de cel kan gebruiken. Blaasjes met vetzuren smelten daarom samen met een peroxisoom waar speciale eiwitten de vetzuren afbreken.

6 2b. Opslag van brandstoffen Als de inhoud van de blaasjes brandstoffen bevat, kan deze worden opgeslagen in de vacuole. Niet alle beschikbare brandstoffen die in de cel aanwezig zijn, worden immers direct gebruikt. Toch is in de vacuoles de voorraad brandstof beperkt, omdat de menselijke cel weinig tot geen vacuoles bevat. Het merendeel van de brandstoffen ligt opgeslagen in de celvloeistof, het cytoplasma. 3. Energieproductie in de cel De daadwerkelijke energieproductie vindt in het mitochondrion plaats. Daar worden brandstoffen stapsgewijs afgebroken - een proces waarbij energie vrijkomt. Die energie wordt niet meteen gebruikt, maar opgeslagen in stoffen die de energie vasthouden. De cel heeft daardoor steeds een energievoorraad klaarliggen om in de cel te gebruiken wanneer dat nodig is. Tijdens de afbraak van glucose ontstaan er verschillende nuttige koolstofverbindingen die worden gebruikt voor de opbouw van de cel. 4. Verwerking van de afvalstoffen Bij de energieproductie komen, naast nuttige bijproducten, ook schadelijke stoffen vrij in de cel. Om deze stoffen kwijt te kunnen raken, breekt het lysosoom ze effectief af. Doordat glucose stapsgewijs wordt afgebroken, ontstaan brokstukken van verschillende grootte die als grondstof dienen voor verschillende bouwstenen van de cel.

7 DE CELLEN IN ONS LICHAAM Hfdst 3. Beweging en vorm Cellen moeten om verschillende redenen een stevige structuur hebben. Ten eerste is een slappe cel niet in staat de celorganellen op de goede plaats te houden, waardoor celprocessen niet goed kunnen werken. Alleen bij een goede stevigheid en structuur werken celprocessen optimaal. Ten tweede kunnen stevige cellen in groepsverband weefsel vormen, en daarmee grotere functionele systemen bouwen, zoals organen. Daarnaast moet een lichaam kunnen bewegen. Het is daarom nodig dat cellen van vorm kunnen veranderen. Een voorbeeld van een beweeglijke cel is de spiercel. Door samen te trekken en uit te rekken kan een spiercel beweging tot stand brengen. Het cytoskelet stelt de cel in staat om actief van vorm te veranderen. Daarnaast geeft het cytoskelet, samen met de celvloeistof, ook de stevigheid aan de cel. De celvloeistof doet dat door een druk uit te oefenen op de binnenkant van het membraan. Het framewerk van de cel Het cytoskelet groeit vanuit één centraal punt: het centrosoom. Vanuit het centrosoom groeien stevige vezels die tezamen het geraamte, het cytoskelet, van de cel vormen. De vezels van het cytoskelet kunnen snel worden aangemaakt en afgebroken door er bouwstenen aan te koppelen en vanaf te breken. Zo kan het cytoskelet het celmembraan van vorm laten veranderen waardoor de cel kan bewegen. Het celmembraan bestaat uit een vetachtig stof. De samenstelling van deze vetachtig stof bepaald de flexibiliteit van het membraan en mede de vorm van de cel. Door de speciale samenstelling van het celmembraan van een witte bloedcel kan deze snel van vorm veranderen en bewegen om weefsel binnen te dringen om een ziekteverwekker te bestrijden. Ook rode bloedcellen zijn flexibel om zich door kleine bloedvaten te wringen

8 DE CELLEN IN ONS LICHAAM Hfdst 4. Celbehoud Een cel kan alleen overleven als zijn intern milieu in balans is. Raakt die balans verstoord, dan kan de cel niet goed functioneren en gaat de cel dood. Een cel schept zelf zijn optimale, chemische condities. Enerzijds worden gevaarlijke stoffen door het celmembraan tegengehouden. Anderzijds werkt de cel afvalstoffen, die binnen bij de levensprocessen ontstaan, de cel uit en neemt de cel bouwen brandstoffen uit zijn omgeving op. Zo blijft het interne milieu in balans. Bescherming Het celmembraan is de fysieke barrière die de cel scheid van zijn omgeving. Het celmembraan bevat poriën, membraaneiwitten, die de inwendige omstandigheden in stand houden door stoffen in en uit de cel te transporteren. Zo blijven de omstandigheden voor de processen in de cel gehandhaafd. Zuurgraad en osmotische druk Eiwitten in het celmembraan beschermen de celinhoud door een constante zuurgraad van de celvloeistof te behouden en door de osmotische druk te reguleren. Een juiste samenstelling van opgeloste stoffen in het cytoplasma zorgt ervoor dat de cel water uit zijn omgeving opneemt. De waterige oplossing geeft druk die osmotische druk heet. De cel moet voorkomen dat de osmotische druk te groot of te klein wordt. Een te grote druk betekent namelijk dat de cel kan barsten, terwijl een te lage druk betekent dat de cel in elkaar zakt. Doordat het uitwendige milieu steeds verandert, moet de cel voor zijn behoud constant ionen transporteren om niet teveel water kwijt te raken of water op te nemen. De membraaneiwitten houden de zuurgraad in stand door zuren en water in en uit de cel te verplaatsen. Dat het cytoplasma een ideaal oplosmiddel is voor de stoffen in de cel, dankt het aan een constante zuurgraad. Hierdoor behouden eiwitten hun werkzame vorm en kunnen er geen stoffen afbreken. De cel houdt met het transport van water en ionen over het celmembraan zijn stevigheid in stand. Door actief ionen op te nemen stroomt water de cel in en kan de celvloeistof door de instroom van water druk uitoefenen op het membraan

9 DE CELLEN IN ONS LICHAAM Hfdst 5. Transport Een transportmechanisme is noodzakelijk om een optimaal milieu in stand te houden waarin celprocessen plaats kunnen vinden. Door middel van transport kunnen namelijk afvalstoffen worden uitgescheiden en bouwstoffen worden opgenomen. Dankzij transport zijn steeds de benodigde stoffen in de juiste hoeveelheid aanwezig, kunnen stoffen bij elkaar worden gebracht en kunnen de stoffen in het cytoplasma, de celvloeistof, opgeslagen worden. Het cytoplasma moet hiervoor een juiste zuurgraad hebben, anders kunnen opgeslagen stoffen spontaan met elkaar reageren. Het transportmechanisme zorgt ervoor dat de cel zijn zuurgraad op peil kan houden door zuren met zijn omgeving uit te wisselen. Opname en afscheiding van stoffen De cel sluist via zijn membraan brand- en bouwstoffen naar binnen en voert afvalstoffen naar buiten. Poriën in het celmembraan, de membraaneiwitten, zijn de transporteurs. Bouwstoffen en afvalstoffen kunnen ook worden opgenomen en afgescheiden door blaasjes op het celmembraan. Blaasvorming is een belangrijk transportsysteem van het celmembraan. Actief en passief transport Stoffen die gemakkelijk door membraanporiën kunnen, ondergaan passief transport. Dit betekent dat er beweging plaatsvindt vanuit de plek met de hoogste concentratie naar een plek met een lagere concentratie van de stof. Dit proces verbruikt geen energie, maar kan dus alleen in één richting plaatsvinden. Membraaneiwitten zijn selectief voor stoffen die zij transporteren en herkennen deze nauwkeurig. Door energie te gebruiken kunnen membraaneiwitten stoffen transporteren om zo de energie te leveren die nodig is om stoffen de cel in en uit te kunnen verplaatsen. Dit wordt actief transport genoemd en kan dus ook plaatsvinden vanuit de plek met de laagste concentratie naar een plek met een hogere concentratie van de stof. Zo kan de cel brandstoffen opnemen die weinig buiten de cel voorkomen en deze in grote hoeveelheden opslaan. Transport binnenin de cel Transport van blaasjes binnenin de cel vindt plaats langs de vezels van het cytoskelet. Blaasjes worden door speciale, bewegende vezels verplaatst en zo naar de juiste locatie binnen de cel gebracht. Zo kunnen bijvoorbeeld blaasjes met oude organellen of afvalstoffen naar de afvalverwerking gebracht worden

10 en kunnen blaasjes met geproduceerde eiwitten naar verschillende locaties in de cel worden getransporteerd. Sommige opgenomen stoffen bevinden zich niet in blaasjes maar lossen op in het waterige milieu van het cytoplasma waarin zij vrij kunnen bewegen. Dit waterige milieu is als het ware ook een transportmedium en is de plek waar chemische reacties plaatsvinden doordat stoffen die in de oplossing zitten bij elkaar kunnen komen. Het opnemen van blaasjes Het afscheiden van blaasjes

11 DE CELLEN IN ONS LICHAAM Hfdst 6. Celdeling Menselijke cellen hebben niet het eeuwige leven. Een cel kan dood gaan en moet worden vervangen. Als dit niet gebeurt sterft het lichaam. Oude cellen worden dus vervangen door nieuwe. Door nieuwe cellen aan te maken, kan het menselijk lichaam ook groeien. Een cel vermeerdert zich d.m.v. deling. Daarbij verdubbelt de cel zijn DNA en verdeelt dit over de twee nieuwe dochtercellen. Cellen die veel bloot staan aan schadelijke invloeden van buitenaf, zoals huidcellen, worden regelmatig vervangen. Huidcellen gaan gemiddeld een maand mee. Cellen die een belangrijke functie binnen een organisme vervullen en minder makkelijk te vervangen zijn, blijven gedurende het hele leven van het organisme behouden, bijvoorbeeld een zenuwcel. De stappen tijdens de celdeling Het proces waarbij nieuwe cellen worden aangemaakt, heet mitose. In elke fase van de mitose vindt een proces plaats, waarbij elke proces door verschillende celonderdelen uitgevoerd wordt. Als alle processen in de goede volgorde plaatsvinden ontstaan twee nieuwe dochtercellen, die precies gelijk zijn aan de cel waaruit ze ontstaan zijn. De fases die plaatsvinden tijdens het delen van cellen, de mitose, zijn hieronder schematisch weergegeven.

12

13 DE CELLEN IN ONS LICHAAM Hfdst 7. Stevigheid van de cel Het proces dat zorgt dat de cellen hun stevigheid blijven behouden heet osmose. Als er te weinig of geen ionen in de cel aanwezig zijn zal de cel afsterven. Een voldoende hoeveelheid juiste inonen zorgt ervoor dat er voldoende, en niet teveel, water naar binnen stromen kan, die de druk opbouwen om de stevigheid van de cel te garanderen.