Na dit hoofdstuk
Dit kun je uitleggen
- Je kunt in een context benoemen wat de kenmerken zijn van.
- Je kunt in een context beschrijven hoe een eukaryote cel functioneert als een zelfstandige eenheid.
- Je kunt in een context benoemen wat de onderdelen zijn van eukaryote cellen.
- Je kunt in een context toelichten dat het dynamisch evenwicht in de cel in stand wordt gehouden in een complex netwerk van celprocessen.
- Je kunt in een context beschrijven hoe groepen van cellen door hun rangschikking in een weefsel, orgaan of orgaanstelsel een gezamenlijke functie uitoefenen.
- Je kunt in een context beschrijven dat vrijwel alle cellen van een meercellig organisme hetzelfde genotype hebben.
- Je kunt in een context beschrijven hoe door differentiatie cellen ontstaan met een verschillende vorm en functie.
- Je kunt in een context beschrijven welke eigenschappen stamcellen hebben.
Kernredenering
Zo hangt de stof samen
Verbind iedere structuur met haar functie. Membranen regelen uitwisseling, organellen verdelen taken en erfelijke informatie maakt specialisatie mogelijk.
De prokaryote cel
Een prokaryoot is een organisme zonder celkern. Bacteriën zijn er het bekendste voorbeeld van: één cel, geen organellen met een eigen membraan, en het erfelijk materiaal los in het cytoplasma.
Dat erfelijk materiaal is één gesloten ring DNA, het cirkelvormige chromosoom. Daarnaast liggen er vaak plasmiden: kleine losse ringetjes met een handvol extra genen, bijvoorbeeld voor ongevoeligheid voor een antibioticum. Bacteriën geven zo'n plasmide aan elkaar door, ook aan een andere soort.
Om de cel heen zit een stevige celwand die de vorm vastlegt en de cel heel houdt. Ribosomen zijn er wel, want ook een bacterie maakt eiwitten, maar ze zijn kleiner dan die van een eukaryoot. Precies dat verschil maakt een deel van de antibiotica mogelijk: die leggen het bacteriële ribosoom stil en laten het onze met rust.
Kernbegrippen
- prokaryoot
- Organisme waarvan de cel geen kern en geen membraanorganellen heeft; het DNA ligt vrij in het cytoplasma. Bacteriën horen hierbij, planten en dieren niet.
- bacterie
- Eencellig prokaryoot organisme met eigen stofwisseling. Sommige soorten veroorzaken ziekte; gevoeligheid voor antibiotica verschilt per soort en behandeling.
- plasmide
- Klein cirkelvormig stukje DNA los van het chromosoom, vooral bij bacteriën. In de biotechnologie het vervoermiddel om een gen in een cel te krijgen.
De eukaryote cel
Een eukaryote cel houdt haar erfelijk materiaal apart. De celkern is door een dubbel membraan afgeschermd; kernporiën laten mRNA naar buiten en eiwitten naar binnen. In de kern liggen de chromosomen en het kernlichaampje, waar de onderdelen van ribosomen worden gemaakt.
Daarbuiten ligt het cytoplasma: het grondplasma met daarin de organellen. Sommige, zoals mitochondriën, hebben een membraan; andere, zoals ribosomen, niet. Het celmembraan grenst de cel af en bepaalt wat er in en uit gaat. Planten- en schimmelcellen hebben daarbuiten nog een celwand, en een plantencel bovendien één grote vacuole. Het cytoskelet houdt het geheel op zijn plaats.
Volgens de endosymbiosetheorie zijn mitochondriën en bladgroenkorrels ooit vrijlevende bacteriën geweest die door een grotere cel zijn opgenomen. Hun dubbele membraan, eigen DNA en eigen kleine ribosomen wijzen daarop.
Kernbegrippen
- eukaryoot
- Organisme waarvan de cellen hun DNA achter een dubbel kernmembraan hebben liggen, met daarnaast organellen met een eigen membraan. Planten, dieren, schimmels en protisten.
- endosymbiose
- Blijvend samenleven waarbij de ene cel binnen in de andere terechtkomt; zo zijn mitochondriën en bladgroenkorrels ooit uit opgenomen bacteriën voortgekomen.
- celkern
- Door een dubbel membraan omsloten ruimte waarin het erfelijk materiaal van een eukaryote cel ligt; van daaruit wordt de aanmaak van eiwitten aangestuurd.
De organellen en hun functie
Elk organel heeft een eigen taak. Mitochondriën breken brandstof af met zuurstof en leveren ATP; hun instulpingen naar binnen vergroten het oppervlak waar dat gebeurt. Ribosomen koppelen aminozuren aan elkaar tot eiwitten, los in het grondplasma of vastgehecht op het ruwe endoplasmatisch reticulum.
Vanaf dat reticulum reizen eiwitten in blaasjes naar het golgi-systeem, dat ze afwerkt, sorteert en opnieuw verpakt. Lysosomen zijn blaasjes vol verteringsenzymen die opgenomen deeltjes en versleten onderdelen afbreken.
Plantencellen hebben plastiden. De chloroplast bevat chlorofyl en voert de fotosynthese uit; andere typen slaan zetmeel op of geven bloemen en vruchten hun kleur. Het centrosoom met centriolen helpt bij veel dierlijke cellen de microtubuli van de spoelfiguur organiseren. Plantencellen kunnen ook zonder zulke centriolen een spoelfiguur vormen. Ciliën en flagellen steken naar buiten en zorgen voor beweging: veel korte trilharen tegenover één lange zweep.
Kernbegrippen
- centriolen
- Paar cilindertjes van buisjes bij de kern van een dierlijke cel; bij een deling vormen ze de draden die de chromosomen uit elkaar trekken.
- mitochondrie
- Organel met een dubbel membraan en instulpingen naar binnen, waarin brandstof met zuurstof wordt afgebroken en de vrijkomende energie in ATP wordt vastgelegd.
- (ruw) endoplasmatisch reticulum
- Netwerk van membraanholtes met ribosomen erop; hier worden eiwitten gemaakt die de cel gaat uitscheiden of in een membraan gaat inbouwen.
Dynamisch evenwicht in de cel
Een cel staat nooit stil. Stoffen komen binnen, worden omgezet en verlaten de cel weer, en toch blijft de samenstelling ongeveer gelijk. Dat is een dynamisch evenwicht: niet het uitblijven van verandering, maar aanvoer en afvoer die elkaar bijhouden.
Dat evenwicht is niet gratis. De concentraties natrium- en kaliumionen binnen de cel wijken sterk af van die erbuiten, en diffusie werkt zulke verschillen voortdurend weg. Ionenpompen werken er met ATP tegenin en houden ze in stand.
Zo hangt alles aan elkaar. De pomp draait op ATP, het ATP komt uit de dissimilatie, en die vraagt weer aanvoer van glucose en zuurstof. Valt één schakel weg, dan lopen de concentraties binnen en buiten binnen enkele minuten gelijk — en dat is precies wat een cel niet overleeft.
Kernbegrippen
- dynamisch evenwicht
- Toestand waarin de waarde steeds licht schommelt maar gemiddeld gelijk blijft, doordat aanvoer en afvoer elkaar in evenwicht houden.
- ionenpomp
- Eiwit dat ionen met behulp van ATP tegen het concentratieverschil in verplaatst.
Van cel tot orgaanstelsel
De cel is de kleinste eenheid die zelfstandig alle levensverschijnselen vertoont. Bij een meercellig organisme werkt hij nooit alleen. Cellen van hetzelfde type liggen bij elkaar in een weefsel en voeren daar samen één taak uit: spierweefsel trekt samen, klierweefsel geeft een sap af, bindweefsel verbindt en ondersteunt.
Verschillende weefsels vormen samen een orgaan. In de maagwand ligt spierweefsel dat de inhoud kneedt, klierweefsel dat maagsap maakt en bindweefsel met bloedvaten dat beide bevoorraadt. Pas samen leveren ze wat de maag doet.
Organen die aan dezelfde functie werken vormen een orgaanstelsel, zoals het verteringsstelsel of de bloedsomloop. Elk niveau kan iets wat het niveau eronder niet kan: de rangschikking van de delen levert een functie op die geen van de delen alleen heeft.
Kernbegrippen
- cel
- Kleinste eenheid die zelfstandig alle levensverschijnselen vertoont. Elk organisme is eruit opgebouwd, en elke nieuwe ontstaat door deling van een bestaande.
- weefsel
- Groep cellen van hetzelfde type die door hun ligging bij elkaar één taak vervullen, zoals spierweefsel of klierweefsel.
- orgaan
- Samenwerkende weefsels die als geheel een afgebakende taak uitvoeren, zoals de maag, het hart of een blad.
Overal hetzelfde genotype
Bij elke celdeling wordt het DNA eerst verdubbeld en daarna netjes over beide dochtercellen verdeeld. Het gevolg is dat vrijwel alle cellen van een meercellig organisme hetzelfde genotype hebben: een levercel en een zenuwcel dragen dezelfde genen.
Toch zien ze er heel anders uit en doen ze iets anders. Het verschil zit dus niet in wélke genen aanwezig zijn, maar in welke daarvan worden afgelezen.
Twee uitzonderingen bevestigen de regel. Geslachtscellen krijgen bij de meiose maar de helft van de chromosomen mee, en rijpe rode bloedcellen stoten hun kern helemaal af. Verder ontstaan verschillen alleen door mutaties na de bevruchting, en die blijven beperkt tot de cel waarin ze optreden en haar nakomelingen.
Kernbegrippen
- genotype
- Het geheel van allelen dat een individu heeft; samen met invloeden van buitenaf bepaalt het hoe het individu eruitziet en werkt.
Differentiatie en specialisatie
Uit één bevruchte eicel ontstaan alle celtypen van een lichaam: zenuwcellen, spiercellen, kliercellen, huidcellen. Dat gebeurt door celdifferentiatie — een cel legt zich op één taak toe doordat er een eigen combinatie van genen aan en uit gaat.
Wat er daarbij met de cel zelf gebeurt heet specialisatie: bouw en inhoud raken helemaal afgestemd op die ene taak. Een zenuwcel krijgt lange uitlopers, een spiercel zit vol samentrekkende eiwitdraden, een kliercel vol endoplasmatisch reticulum en golgi-systeem.
Die winst heeft een prijs. Hoe verder een cel gespecialiseerd is, hoe minder andere taken hij aankan en hoe slechter hij zich nog deelt. Een zenuwcel deelt helemaal niet meer, en dat is de reden dat beschadigd zenuwweefsel nauwelijks herstelt.
Kernbegrippen
- celtype
- Groep cellen met kenmerkende bouw en functie. Veel lichaamsceltypen hebben vrijwel hetzelfde DNA maar verschillen in genexpressie.
- celdifferentiatie
- Proces waarbij een cel zich op één taak gaat toeleggen doordat er een eigen combinatie van genen aan en uit gaat.
- specialisatie
- Aanpassing van bouw en inhoud aan één taak, waardoor een cel die taak veel beter uitvoert maar andere taken niet meer aankan.
Wat stamcellen kunnen
Een stamcel is nog niet gespecialiseerd en blijft zich delen. Dochtercellen kunnen stamcel blijven of gaan differentiëren; de verdeling hangt van het weefsel en de omstandigheden af. Bij asymmetrische deling blijft één dochter stamcel en gaat de andere differentiëren: zo raakt de voorraad niet op.
Hoeveel richtingen nog openstaan verschilt per type. Embryonale stamcellen zijn pluripotent: zij kunnen de celtypen van het lichaam vormen, maar niet op zichzelf een volledig organisme met alle extra-embryonale weefsels. Een volwassen stamcel kan alleen nog de typen van het weefsel waarin hij zit: een stamcel in het beenmerg levert de bloedcellen, een stamcel in de opperhuid de huidcellen.
Volwassen stamcellen zitten juist in weefsels die slijten of vaak beschadigd raken: beenmerg, huid, darmwand. Weefsels zonder noemenswaardige stamcellen, zoals hartspier- en zenuwweefsel, herstellen zich daarom slecht na schade.
Kernbegrippen
- stamcel
- Cel die zichzelf kan vernieuwen en dochtercellen kan leveren die differentiëren. Beide uitkomsten kunnen op verschillende manieren worden verdeeld.
- typen stamcellen
- Indeling naar ontwikkelingsmogelijkheden: totipotent, pluripotent of beperkter multipotent. Embryonale stamcellen zijn pluripotent; veel volwassen stamcellen multipotent.
Stamcellen in de geneeskunde
Stamcelonderzoek heeft grofweg drie doelen. Het eerste is begrijpen hoe een cel zich specialiseert: welke genen daarbij aan en uit gaan, en of dat terug te draaien is. Het tweede is weefsel kweken — huid voor brandwonden, of een groepje cellen dat zich als miniatuurorgaan gedraagt. Zulke kweekjes zijn ook bruikbaar om medicijnen op te testen, waardoor er minder proefdieren nodig zijn.
Het derde doel is behandelen. Bij een stamceltransplantatie krijgt een patiënt beenmergstamcellen van een donor of van zichzelf, bijvoorbeeld nadat het eigen beenmerg bij de behandeling van leukemie is vernietigd. Eigen cellen worden niet afgestoten; bij een donor moeten de weefselkenmerken zo goed mogelijk overeenkomen.
Rond embryonale stamcellen speelt daarnaast de vraag welke status een embryo heeft.
Kernbegrippen
- stamcelonderzoek
- Onderzoek naar hoe ongespecialiseerde cellen zich delen en specialiseren, met als doel weefsel te kweken, medicijnen te testen en ziekteprocessen na te bootsen.
- stamceltransplantatie
- Behandeling waarbij ongespecialiseerde cellen van een donor of van de patiënt zelf worden ingebracht om beschadigd weefsel, meestal beenmerg, weer te laten aangroeien.
Apoptose en kanker
Cellen gaan niet alleen dood door beschadiging. Apoptose is geordende zelfvernietiging op signaal: de cel schrompelt, activeert afbraakprocessen, onder meer via caspase-enzymen en valt uiteen in blaasjes die door buurcellen worden opgeruimd. Er lekt niets naar buiten, dus er ontstaat geen ontsteking.
Dat is nuttig. Cellen die versleten zijn, beschadigd DNA hebben of op de verkeerde plek terechtkomen, ruimen zichzelf zo op. Tijdens de ontwikkeling geeft het bovendien vorm: de vingers van een embryo ontstaan doordat het weefsel ertussen in apoptose gaat.
Gaat die controle stuk, dan blijven cellen met fouten in hun DNA bestaan en delen ze door. Kanker kan ontstaan wanneer meerdere regelprocessen voor deling, DNA-herstel en celoverleving ontsporen. Kwaadaardige cellen kunnen omliggend weefsel binnendringen en uitzaaien. Het omzeilen van apoptose kan hieraan bijdragen.
Kernbegrippen
- apoptose
- Gereguleerde celdood waarbij afbraakprocessen worden geactiveerd en celresten doorgaans zonder sterke ontsteking worden opgeruimd.
- kanker
- Ziekte waarbij cellen zich ongeremd blijven delen en niet meer op het doodssignaal reageren, zodat er een gezwel groeit dat gezond weefsel verdringt.
Celcyclus, mitose en kanker
Voordat een cel deelt, kopieert zij in de S-fase haar DNA. Een verdubbeld chromosoom bestaat dan uit twee zusterchromatiden die bij het centromeer samenhangen. Verdubbeling van de hoeveelheid DNA verdubbelt niet meteen het aantal chromosomen: tel de centromeren, niet de losse chromatiden.
Bij mitose worden de zusterchromatiden verdeeld over twee nieuwe celkernen. Na de deling van het cytoplasma ontstaan meestal twee dochtercellen met hetzelfde chromosoomaantal als de moedercel. Mitose maakt groei, herstel en veel vormen van ongeslachtelijke voortplanting mogelijk. Meiose heeft een andere uitkomst: na één DNA-verdubbeling volgen twee delingen en ontstaan haploïde cellen.
Controlepunten in de celcyclus beperken deling als DNA beschadigd is. Reparatie of apoptose kan voorkomen dat een beschadigde cel verder deelt. Kanker kan ontstaan als veranderingen in meerdere regelgenen groei en deling ontregelen. Een tumor is niet automatisch kwaadaardig; ingroei in omliggend weefsel en verspreiding van tumorcellen kenmerken kwaadaardigheid. Een mutatie in een lichaamscel gaat meestal niet naar kinderen, maar kan wel aan de dochtercellen van die cel worden doorgegeven.
Kernbegrippen
- Celcyclus
- Reeks groeifasen, DNA-replicatie en deling die een delende cel doorloopt.
- Mitose
- Kerndeling waarbij zusterchromatiden over twee kernen worden verdeeld.
- Zusterchromatiden
- De twee DNA-kopieën van een verdubbeld chromosoom.
Veelgemaakte denkfout
Let hierop
Een hoger organisatieniveau is niet simpelweg een grotere versie van een cel.
Actief ophalen
Controleer of je het begrijpt
Beantwoord deze vragen zonder terug te kijken. Kun je de tussenstappen hardop uitleggen, dan beheers je de kern beter dan wanneer je de tekst alleen herkent.
- Waarom hebben actieve cellen veel mitochondriën?
- Hoe verandert een plantencel in een geconcentreerde zoutoplossing?
- Welke verschillen tussen cellen kun je wel en niet met een lichtmicroscoop aantonen?
Verantwoording
De inhoud is door BiologieBoost geselecteerd voor HAVO · Nectar · leerjaar 4, met het landelijke examenprogramma als inhoudelijke basis. De methode-indeling is gecontroleerd aan de openbare inhoudsopgaven van Noordhoff en Malmberg. De uitleg, voorbeelden en zelfcheck zijn eigen werk; deze pagina is geen officiële uitgeversuitgave. Begrippen uit de oorspronkelijke CvTE-lijst zijn geselecteerd voor dit programma. Biologische naslag: OpenStax Biology.
Lees de volledige werkwijze op Bronvermelding en meld een inhoudelijke fout via contact@biologieboost.nl.
Van begrijpen naar toepassen
Oefen verder met cellen
Herhaal de kernbegrippen met flitskaarten en pas de redeneringen toe in examenopgaven.