1 Nanotechnologie. Nanoreageerbuisje

themA

2

Cellen

62

BASISSTOF 1 Nanotechnologie 64 2 Cellen bekijken 67 3 Plantaardige en dierlijke cellen 72 4 Weefsels en organen 77 5 De celorganellen 83 6 Diffusie en osmose 92 7 Membranen en het transport van stoffen 98 8 Stevigheid door osmose 105 9 Celdeling 110

samenvatting 115 DIAGNOSTISCHE TOETS 119 Eindopdracht 129 verrijkingsstof 132 1 Weefselonderzoek 132

63

basisstof

Organismen bestaan uit cellen. Cellen zijn biologische eenheden die je met een microscoop kunt bekijken. In dit thema ga je zelf cellen bekijken en tekenen. Cellen bevatten kleinere biologische eenheden met hun eigen bouw en functie. Cellen vertonen interactie met hun omgeving. Ze nemen er stoffen uit op en geven er stoffen aan af. Je leert in dit thema hoe dit gaat. Ook leer je hoe cellen zich reproduceren. De wetenschap komt steeds meer te weten over het functioneren van cellen. Hierbij wordt onder andere gebruikgemaakt van nanotechnologie.

1

Nanotechnologie

watermolecuul

glucosemolecuul

antistof

virus

bacterie

rode bloedcel

menselijke eicel

watervlo

mier

0,1

1,0

10

100

1000

10000

100000

1000000

10000000

100000000

0,01

0,1

1,0

10

100

0,000001 0,00001 0,0001 0,001 de grootte bij nanotechnologie

muis

vos

1000000000 nanometer millimeter 1000

een cel is een zelfstandige biologische eenheid Het celmembraan scheidt het inwendige van de cel van zijn omgeving. Stoffen kunnen alleen via het celmembraan de cel in of uit. Met behulp van eiwitten in het celmembraan wordt de opname en afgifte van veel stoffen geregeld. In cellen vindt zelfregulatie plaats door chemische reacties, waarmee de cel zichzelf in stand houdt. Door de chemische reacties ontstaan, veranderen en verdwijnen stoffen. Cellen van prokaryoten en protisten functioneren volledig zelfstandig. Ze reageren op hun omgeving, bijvoorbeeld op de aanwezigheid van bepaalde stoffen of de aanwezigheid van licht. Ook is er interactie mogelijk doordat cellen bijvoorbeeld reageren op stoffen die door andere cellen zijn afgegeven. Bij meercellige organismen functioneren de cellen ook zelfstandig. Door informatie uit de omgeving 64

veranderen cellen en ontstaan gespecialiseerde cellen. Zo ontstaan bij mensen uit cellen in het beenmerg, cellen die een belangrijke rol spelen bij de bescherming tegen ziekteverwekkers. Door onderzoek hoopt de wetenschap een steeds beter beeld te krijgen hoe cellen werken en zo te begrijpen hoe het menselijk lichaam precies werkt. Hierdoor kunnen bijvoorbeeld meer ziekten genezen of zelfs worden voorkomen. Doordat cellen zo klein zijn, is onderzoek naar de chemische processen in cellen moeilijk. Het gebruik van nanotechnologie zou hierbij een uitkomst kunnen bieden (zie de context ‘Nanoreageerbuisje’).

Nanoreageerbuisje

In de afgelopen jaren duikt het woord ‘nano’ steeds vaker op. Je hoort en leest het in films, games, op televisie en internet. Vaak duidt men iets dat erg klein is aan met ‘nano’. In de nanotechnologie ontwikkelen onderzoekers bijvoorbeeld heel kleine instrumenten. Nanotechnologie zal volgens sommigen onvoorstelbare vernieuwingen teweegbrengen. Maar niet iedereen is enthousiast over nanotechnologie. ‘Nano’ in nanotechnologie komt van nanometer. Een nanometer (1 nm) is 0,000 000 001 meter of 1 miljardste meter (zie afbeelding 1). In de wiskunde schrijf je dit als 10–9 m. ‘Nano’ is afgeleid van het Griekse woord voor dwerg.

▼ Afb. 1

0,0000001

Basisstof thema 2 Cellen

thema 2 Cellen

▶ Afb. 2 Wilhelm Huck.

Volgens hoogleraar Wilhelm Huck van de Radboud Universiteit Nijmegen weten we van de reacties in een cel veel minder dan de meeste wetenschappers zouden willen. Dit komt doordat de bouwstenen in een cel, zoals eiwitten, heel erg dicht op elkaar gepakt zitten. In de scheikunde onderzoekt men reacties meestal in verdunde oplossingen. Als moleculen dicht op elkaar gepakt zitten, reageren ze anders dan in verdunde oplossingen. Ook is de samenstelling van een cel niet overal hetzelfde. Er zijn allerlei compartimenten (organellen) zoals de celkern, bladgroenkorrels en vacuolen, die allemaal hun eigen samenstelling hebben en vaak omgeven zijn door een membraan. De concentratie van stoffen in het cytoplasma is niet overal in de cel gelijk. Door zulke concentratieverschillen kan bijvoorbeeld het transport van signalen van de ene naar de andere kant van de cel worden versneld. Uit de verdeling van de organellen, de samenstelling van het cytoplasma en de werking van de membranen blijkt dat cellen een hoge graad van zelforganisatie bezitten. ‘Liefst zou je de effecten willen bestuderen van de bijzondere chemische samenstelling van een cel. Helaas kan dat niet, want dan zou je de temperatuur en de concentratie van stoffen in een cel moeten variëren en dan gaat de cel dood. Bovendien is één cel, geen cel. Elke cel in een organisme reageert anders, ook cellen met dezelfde bouw en functie, die dus “dezelfde cellen” zijn.’

van zulke kunstmatige cellen, waardoor het mogelijk is de chemische reacties in een cel te simuleren. Tot nu toe gebruikten ze voor het onderzoeken van chemische reacties in een cel een reageerbuis met een paar milliliter oplossing. Dezelfde milliliters kunnen nu in miljarden ‘nanoreageerbuisjes’ worden opgesplitst. De reacties in zulke ‘cellen’ kunnen afzonderlijk worden gemeten. Wilhelm Huck hoopt op deze manier beter inzicht te krijgen in de processen die zich in een cel afspelen. ▼ Afb. 3 Werken met nanoreageerbuisjes.

Om toch de chemische reacties in een cel te kunnen onderzoeken, ontwikkelde Wilhelm Huck een model ter grootte van een cel. Hij maakte druppels water met een volume van één picoliter. Een picoliter is een biljoenste liter, de inhoud van een kubus van 10 µm (10–6 m) bij 10 µm bij 10 µm en ongeveer het volume van een cel. Met nanotechnologie kun je picoliterdruppels in grote aantallen maken. Op een chip passen vele duizenden

65


tumorcellen Met de techniek van prof. Huck kunnen grote aantallen cellen tegelijk worden onderzocht. Daardoor kan de techniek ook belangrijk zijn voor de geneeskunde. Cellen zijn onderling meestal niet precies gelijk, maar door het grote aantal onderzochte cellen kunnen toch conclusies worden getrokken. Het is ook mogelijk om uit een groot aantal cellen enkele afwijkende cellen op te sporen. Kanker wordt veroorzaakt door afwijkende cellen. Deze afwijkende cellen vormen een gezwel (tumor). Wanneer uit zo’n gezwel tumorcellen losraken, ontstaan er op meerdere plaatsen in het lichaam tumoren. Men spreekt dan van uitzaaiing. Om te onderzoeken wat er gebeurt bij uitzaaiing wil men graag deze cellen opsporen in het bloed. Dat is erg lastig, want het kan gaan om vijf tumorcellen in een milliliter bloed. In één milliliter bloed bevinden zich ongeveer vijf miljard cellen. Het is erg moeilijk om met gangbare methoden deze cellen op te sporen, maar door een druppel bloed te splitsen in miljarden picoliters kunnen de tumorcellen veel makkelijker worden opgespoord.

opdracht 1

basisstof

2

thema 2 Cellen

Cellen bekijken Picoliters en dus ook cellen zijn te klein om zonder hulpmiddelen te zien. De eerste hulpmiddelen waarmee objecten ter grootte van een picoliter te zien waren, zijn ruim driehonderd jaar geleden gemaakt. Robert Hooke ontdekte dat kurk uit kleine hokjes bestond, die hij cellen noemde (zie 'De ontdekking van cellen'). In thema 1 Inleiding in de biologie heb je gelezen dat Antoni van Leeuwenhoek beschrijvend onderzoek deed. Hij beschreef en tekende heel kleine organismen die hij met een eenvoudige microscoop waarnam.

▼ Afb. 4

Beantwoord de volgende vragen.

1 I n de context spreekt Wilhelm Huck over cellen die hetzelfde zijn gebouwd. Hoe noemen we in de biologie een groep cellen met dezelfde bouw en functie? 2 De concentratie van stoffen in een cel verschilt van de concentratie van stoffen

De ontdekking van cellen De term ‘cel’, zoals we die tegenwoordig in de biologie kennen, heeft Robert Hooke in 1665 geïntroduceerd. Hij bekeek een zeer dun laagje kurk onder een microscoop. Hij zag een structuur die hem herinnerde aan een honingraat. De hokjes in een honingraat heetten cellen. De hokjes die hij in het laagje kurk zag, noemde hij daarom ook cellen. De Nederlander Antoni van Leeuwenhoek wordt gezien als de eerste mens die levende cellen zag. Hij bekeek onder andere druppels water met een bolvor-

buiten de cel. Welk deel van de cel maakt dit verschil mogelijk? 3 Welk van de in afbeelding 1 getekende organismen is ongeveer 1 cm groot? 4 Noem met behulp van afbeelding 1 een voorbeeld van een organisme of deel van een organisme dat 10–6 m (0,000 000 1 m) groot is. 5 Stel, het volume van een druppel bloed is 1 mL. Hoeveel picoliterdruppels kunnen dan worden gemaakt van één druppel bloed? 6 Een femtoliter is het volume van een µm3 (kubieke micrometer). Hoeveel femtoliter is één picoliter? 7 Prof. Huck wil in de nanoreageerbuisjes chemische reacties onderzoeken die in een cel plaatsvinden. Bij een bepaalde chemische reactie in cellen is veel zuurstof nodig. Voor welke chemische reactie nemen cellen van de mens veel zuurstof op? 8 Een student bepaalt met behulp van picoliters de samenstelling van een organel. Kun je uit deze samenstelling afleiden wat de samenstelling van het cytoplasma is? Leg je antwoord uit. 9 Welk belang heeft de techniek van prof. Huck voor het onderzoek aan cellen?

mige lens die op een koperen plaatje was gemonteerd (zie foto). Hiermee ontdekte hij in de druppel water ‘kleine diertjes’, die met het blote oog niet te zien waren.

Een replica van de microscoop van Antoni van Leeuwenhoek.

Bij allerhande onderzoek spelen microscopen een belangrijke rol. Voor de bepaling van bijvoorbeeld de waterkwaliteit bepaalt men met een microscoop welke soorten organismen in het water leven (zie de verrijkingsstof op ePack). Ook in de laboratoria van ziekenhuizen gebruikt men microscopen om bijvoorbeeld cellen en weefsels te onderzoeken (zie de context 'Een uitstrijkje').

Een uitstrijkje Zoeliga werkt al geruime tijd op een laboratorium waar materiaal van huisartsen en ziekenhuizen wordt onderzocht. Ze onderzoekt onder andere uitstrijkjes van de baarmoederhals. In Nederland krijgen vrouwen boven de 30 jaar elke vijf jaar een brief waarin ze worden geadviseerd om een uitstrijkje te laten maken. Bij het maken van een uitstrijkje strijkt een huisarts of huisartsassistente met een borsteltje door de baarmoedermond. Aan het borsteltje blijven cellen van de baarmoedermond kleven. Het

66

borsteltje wordt dan in een potje met oplossing schoongespoeld. De cellen komen hierdoor in het potje. Het borsteltje komt na gebruik bij het afval. Het potje met de cellen wordt dan naar het laboratorium gestuurd. Een van de werkzaamheden van Zoeliga is om de cellen met een microscoop te bekijken. Soms ziet ze afwijkende cellen. Afwijkende cellen kunnen een aanwijzing zijn dat de persoon van wie het uitstrijkje is baarmoederhalskanker heeft. Om er zeker van te zijn dat ze zich niet vergist, kijkt

67



▼ Afb. 8 ▶ Afb. 5

een andere laborant ook naar de cellen. Nadat Zoeliga de cellen heeft onderzocht vult ze een formulier in. Een arts bekijkt het formulier en eventueel ook de cellen. De uitslag van het onderzoek stuurt het laboratorium naar de huisarts. De uitslag is bijna altijd goed, maar soms blijkt dat er aanwijzingen zijn voor baarmoederhalskanker. In dat geval volgt verder onderzoek en eventueel behandeling.

▼ Afb. 6 Een preparaat.

Vaak moet je een tekening maken van wat je ziet (zie afbeelding 8). Door het maken van tekeningen leer je nauwkeurig te observeren. Op school schrijf je bij je tekening welke vergroting je hebt gebruikt. Dit is dan niet de exacte vergroting van je tekening. Als je groot tekent, zal je vergroting meer zijn dan wanneer je klein tekent. De cellen van een vlies van een uienrok zijn ongeveer 0,2 mm groot. Stel, je bekijkt een stukje van een vlies van een uienrok bij een vergroting van 100× en je tekent één cel ongeveer 10 cm groot. De werkelijke vergroting van je tekening is 100 mm/0,2 mm dus 500×. Toch schrijf je bij je tekening: Vergroting: 100×.

BIOLOGISCHE TECHNIEK tekeningen maken

Om cellen met een microscoop te bekijken maak je eerst een preparaat van de cellen (zie afbeelding 6). Bij de microscopen op school valt licht van onder door het preparaat. Daarom worden ze lichtmicroscopen genoemd. Om licht door te laten moet het object in een preparaat erg dun zijn. In basisstof 3 leer je hoe je een preparaat van cellen maakt. Microscopen vergroten het beeld dat je ziet. De meeste microscopen op school kunnen 400 tot 600 × vergroten.

• Verdeel een bladzijde in tweeën. • Teken groot. • Gebruik een potlood. • Teken eerst de omtrek. • Teken wat je ziet. • Teken niet te ingewikkeld. • N oteer boven in het tekenvak: – de naam; – de vergroting; – het type doorsnede; – het kleurmiddel. • Zet de namen bij de delen die je kent (met verbindingsstreepjes).

opdracht 2

Afbeelding 9 is een tekening van een microscoop. Enkele onderdelen zijn genummerd. – Noteer de namen van de genummerde onderdelen. – Schrijf achter de namen van de onderdelen 5, 6, 7, 9 en 10 de functie.

werken met een lichtmicroscoop Een preparaat leg je op de tafel van de microscoop en je zet het vast met de preparaatklemmen. Daarna stel je de microscoop in (zie afbeelding 7). De vergroting van je microscoop reken je uit door de vergroting van het oculair te vermenigvuldigen met de vergroting van het objectief. Als het oculair 10× vergroot en het objectief 40×, dan is de totale vergroting 400×.

▼ Afb. 7

▶ Afb. 9 Microscoop.

1 2

BIOLOGISCHE TECHNIEK

7

Werken met een lichtmicroscoop Doel

Cellen zijn met het blote oog niet te zien. Je kunt cellen wel bekijken met een lichtmicroscoop. Lenzen in de microscoop vergroten het beeld waardoor je bijvoorbeeld cellen kunt zien.

Methode

Stel eerst in op de kleinste vergroting. • Draai de tubus helemaal omhoog (of de tafel helemaal omlaag). • Draai het objectief 4× voor. • L eg het preparaat onder de klemmen, midden boven de opening in de tafel. • K ijk van opzij en draai de tubus helemaal omlaag (of de tafel helemaal omhoog). • Doe de lamp aan. • K ijk door het oculair en draai met de grote schroef langzaam de tubus omhoog (of de tafel omlaag), tot het beeld scherp wordt. Stel met de kleine schroef nauwkeurig scherp. • Verander het diafragma en kijk welke grootte van het diafragma het beste beeld geeft. Instellen op een grotere vergroting. • Je hebt al scherp gesteld bij een kleinere vergroting. • S chuif het gedeelte van het preparaat dat je sterker wilt vergroten in het midden van het beeld. • Draai het objectief dat één maat groter is voor (draai niet aan de grote schroef ). • Stel met de kleine schroef nauwkeurig scherp.

Resultaat

3 4

opdracht 3

5

10

6

11


1 Een leerling werkt met een microscoop. De leerling kan kiezen uit een oculair van

▼ Afb. 10 100 µm (0,1 mm)

100μm (0,1 mm)

Nadat de microscoop goed is ingesteld krijg je een scherp beeld van je preparaat. Je kunt hier een tekening van maken. amoebe amoebe

68

8 9

5× of van 10×. Aan deze microscoop zitten drie objectieven die 4×, 10× en 40× vergroten. Bij welke vergrotingen kan deze leerling een preparaat bekijken? 2 Een leerling bekijkt met een microscoop een amoebe. Het objectglaasje bevat een schaalverdeling. In afbeelding 10 is weergegeven wat hij ziet. Hij maakt een tekening van de amoebe. Op zijn tekening is de amoebe 9 cm groot. Ieder streepje op de schaalverdeling is 10 µm. Bereken de werkelijke vergroting van zijn afbeelding.

69


Lange tijd dacht men dat prokaryoten behalve ribosomen geen organellen bevatten. Recent heeft men echter ontdekt dat ook bij prokaryoten allerlei structuren voorkomen. Door de geringe afmetingen waren deze structuren zelfs met een elektronenmicroscoop niet zichtbaar (zie afbeelding 38). Door de verbeterde apparatuur heeft men nu bacteriën ontdekt die een kernachtige structuur bezitten. Om het celmembraan ligt bij de meeste bacteriën en archaea net als bij planten en schimmels een celwand.


▼ Afb. 40 BIOLOGISCHE TECHNIEK celfractionering Doel

De organellen in een cel verschillen in grootte en in massa. Het verschil in massa kan worden gebruikt om delen van cellen van elkaar te scheiden in een snel ronddraaiende centrifuge.

Werkwijze

Eerst maakt men de cellen van een weefsel los van elkaar en maakt men de celmembranen kapot. Na filtratie, waarbij cellen die niet kapot zijn gegaan worden verwijderd, ontstaat een suspensie met alle onderdelen van de cellen. De suspensie gaat dan in een centrifuge. Op lage snelheid ontstaat een neerslag van de grootste celorganellen. De bovenste vloeistof gebruikt men voor de volgende stap waarbij de centrifuge sneller draait. Dit herhaalt men tot ook de kleinste celorganellen neerslaan. Op deze manier kan men onder andere celkernen, mitochondriën en ribosomen van elkaar scheiden.

▶ Afb. 38 Een bacterie, TEM, 900×.

Resultaat

opdracht 18

▼ Afb. 39

Afbeelding 39 is een tekening van een plantaardige cel. – Noteer de namen van de genummerde delen. – Schrijf achter de delen 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 11 en 12 hun functie. – Schrijf drie kenmerken op waaraan je kunt zien dat afbeelding 39 een plantaardige cel voorstelt.

centrifugeren bij lage snelheid

celsuspensie

centrifugeren bij gemiddelde snelheid

neerslag 1 bevat veel celkernen

centrifugeren bij hoge snelheid

neerslag 2 bevat veel mitochondriën

1

2

9

centrifugeren bij zeer hoge snelheid

3

cytoplasma met o.a. eiwitten

4

5

10

6

11

7

12 13

8

86

neerslag 3 bevat veel lysosomen en stukken endoplasmatisch reticulum

opdracht 19

neerslag 4 bevat veel ribosomen

Beantwoord de volgende vragen. Gebruik bij de vragen 1 tot en met 4 afbeelding 40. 1 Een student wil onderzoek doen naar de enzymen die nodig zijn bij het vrijmaken van energie uit pyrodruivenzuur. Welk neerslag van de celfractionering zal hij voor zijn onderzoek gebruiken? 2 Een andere student wil het transport van eiwitten in de cel bestuderen. Welk neerslag bevat de meeste structuren die daarbij een rol spelen? 3 Neerslag 4 kan onder andere worden gebruikt om de productie van bepaalde stoffen te onderzoeken. De productie van welke stoffen kan met neerslag 4 worden onderzocht? 87

basisstof

7


thema 2 Cellen

Membranen en het transport van stoffen Eiwitten in membranen hebben verschillende functies (zie afbeelding 57). Naast eiwitten die zorgen voor het transport van stoffen, zijn er ook eiwitten die als enzym functioneren, als receptor voor signaalstoffen en voor herkenning van cellen. Het ontbreken of slecht functioneren van een bepaald eiwit kan ernstige ziekten tot gevolg hebben.

▼ Afb. 57 Enkele functies van membraaneiwitten.

(a)

(b) ATP

1 Transport: Sommige membraaneiwitten hebben een functie bij het transporteren van stoffen. Soms is hierbij energie nodig in de vorm van ATP.

2 Enzymen: Sommige membraaneiwitten werken als enzym.

opdracht 29 1 2 3 4

3 Receptor: Sommige membraaneiwitten geven signalen door. Aan de buitenkant van het membraan bindt een stof aan het membraaneiwit. Hierdoor kan het eiwit van vorm veranderen waardoor in de cel een reactie op gang komt.

4 Celherkenning: Sommige membraaneiwitten, meestal met een koolhydraatketen, dienen als herkenning voor andere cellen.

Beantwoord de volgende vragen over de context ‘Taaislijmziekte’. Zoek op internet de tekst op van het lied ‘65 Roses’. Welk verband is er tussen 65 rozen en CF? Tot welke groep stoffen hoort het enzym waarvan het gen is beschadigd bij CF? Cellen die slijm produceren, geven ionen af aan het slijm. Wat gebeurt hierdoor met de osmotische waarde van het slijm? Wat vind jij ervan dat jongeren met CF toch met elkaar naar een feest gaan, hoewel het wordt afgeraden bijeenkomsten te houden?

extern en intern milieu Veel organismen zijn eencellig en leven in het water. Het celmembraan is voor hen de scheiding met de omgeving. Die omgeving noemen we het externe milieu. Bij meercellige organismen heeft een groot aantal cellen geen rechtstreeks contact meer met het externe milieu. Ze worden omgeven door andere cellen. Tussen de cellen bevindt zich weefselvloeistof. De weefselvloeistof vormt het interne milieu van een organisme. Ook het bloedplasma hoort bij het interne milieu. Tussen het interne en externe milieu bevindt zich altijd ten minste één cellaag. De inhoud van de darmen, longen en blaas horen bij het externe milieu. De meeste dieren houden hun interne milieu vrij constant. Veranderingen van het interne milieu kunnen 98

ernstige gevolgen hebben, zoals bij suikerpatiënten die het suikergehalte van het interne milieu niet goed constant kunnen houden. Er zijn verschillende vormen van diabetes die verschillende oorzaken kennen. De meest bekende zijn onvoldoende aanmaak van insuline en problemen met de insulinereceptoren. In beide gevallen kan het ertoe leiden dat het transport van glucose over het celmembraan verstoort is. Je hebt kunnen lezen dat ook bij CF er een probleem is met het transport van stoffen door het celmembraan.

Ta aislijmziek te ▼ Afb. 58

CF is de afkorting voor cystische fibrose. Dit is een erfelijke ziekte die in Nederland ook bekend is onder de naam taaislijmziekte. Je lichaam produceert op veel plaatsen slijm. Bij taaislijmziekte is dit slijm veel taaier, dikker, dan normaal. Daardoor functioneert het slijm niet goed. In de longen zorgt slijm voor het wegvangen van bacteriën en stofdeeltjes. Trilharen vervoeren het slijm naar de keelholte waar je het inslikt. Bij mensen met CF kunnen de trilhaartjes het slijm niet goed naar de keelholte vervoeren, waardoor ze vaak last hebben van ontstekingen aan de luchtwegen. CF is het gevolg van een afwijkend gen voor een enzym in membranen dat zorgt voor het transport van ionen door het celmembraan. Door de genafwijking functioneert dit enzym niet goed waardoor slijm bij mensen met CF taaier is dan bij andere mensen. (Meer informatie over CF is te vinden op de internetsite van de NCFS: www.ncsf.nl.) Om elkaar niet te besmetten met bepaalde bacteriën adviseert het NCFS om geen bijeenkomsten te houden waar mensen met CF bij elkaar komen. Ondanks dit advies besloot een aantal jongeren in 2005 een Beachdance te organiseren (zie afbeelding 58). Deze party is sindsdien jaarlijks gehouden onder de naam CF Beachdance. Uiteraard tracht men op de party het risico op besmetting zoveel mogelijk te voorkomen. In 2011 werd het feest afgesloten met het nummer ‘65 Roses’ van de Australische band Wolverines.

passief transport Het transport van stoffen kun je indelen in passief transport en actief transport. Voor passief transport is geen energie nodig. Passief transport verloopt altijd van een hoge naar een lage concentratie. Diffusie en osmose zijn voorbeelden van passief transport.

99


▼ Afb. 59 Waterkanaaltje (aquaporine).

aquaporine

watermoleculen


actief transport

Een membraan van fosfolipiden is vrijwel ondoordringbaar voor water. Een speciaal membraaneiwit, aquaporine (aqua = water, porine = porie) of waterkanaaltje, regelt de doorlaatbaarheid van membranen voor water (zie afbeelding 59).

In slijm is de concentratie zouten hoger dan in de cellen die het slijm produceren. Hierdoor gaat water via osmose uit het cytoplasma naar het slijm, dat daardoor vloeibaarder wordt. De zouten in het slijm komen ook uit de slijmproducerende cellen. Tot dusver ging het transport steeds met het concentratieverval mee, maar bij de productie van slijm gaat het transport tegen het concentratieverschil in. Voor transport tegen het concentratieverschil is energie nodig. De energie wordt meestal geleverd door ATP-moleculen (zie afbeelding 62). Wanneer transport plaatsvindt tegen de concentratiegradiënt in, is er energie nodig en spreken we van actief transport.

Hoe meer aquaporines een cel bevat, hoe sneller osmose kan plaatsvinden. Ook voor andere stoffen zoals veel verschillende ionen bestaan porie-eiwitten. Het transport via porie-eiwitten gaat altijd van een hoge naar een lage concentratie. Een cel kan daarbij de opname reguleren door een kanaaltje te sluiten of juist te openen. Het openen of sluiten wordt vaak veroorzaakt doordat een bepaalde stof aan het porie-eiwit bindt. Hierdoor verandert de structuur van het porie-eiwit waardoor het eiwit ondoorlaatbaar of juist doorlaatbaar wordt voor een bepaalde soort moleculen (zie afbeelding 60).

hoge concentratie

▶ Afb. 62 Actief transport.

hoge concentratie

▼ Afb. 60 Een cel kan de doorlaatbaarheid van een porie-eiwit regelen.

opgeloste stof opgeloste stof

P

P

ATP

ADP

ATP lage concentratie

ADP

P

P

1 de opgeloste stof bindt metlage het concentratie 2 ATP wordt omgezet in ADP en P, transporteiwit de vrijkomende fosfaatgroep bindt hoge concentratie met het transporteiwit 1 porie gesloten

hoge concentratie

2 porie geopend

Andere eiwitten in het membraan functioneren als transporteiwit, bijvoorbeeld voor glucose. Er is nu geen porie waar de moleculen doorheen gaan, maar het molecuul bindt aan het eiwit. Hierdoor verandert de vorm van het eiwit waardoor het molecuul het membraan kan passeren (zie afbeelding 61). Passief transport vindt via diffusie plaats. Voor veel stoffen is de snelheid van de diffusie afhankelijk van het aantal poriën in het celmembraan. Het aantal poriën voor een stof kan per celtype verschillend zijn. Hoe groter het aantal poriën, hoe sneller de diffusie kan verlopen.

▼ Afb. 61 De werking van een transporteiwit.

P

P

P

P lage concentratie

lage concentratie 3 het eiwit verandert van vorm, de 4 de fosfaatgroep laat los van opgeloste stof verlaat aan de andere het transporteiwit kant van het membraan het transporteiwit

transporteiwit

opdracht 30


1 Bij patiënten met CF (taaislijmziekte) functioneert de alvleesklier vaak niet

hoge concentratie verandering van vorm

lage concentratie

100

voldoende, waardoor de vertering van sommige stoffen minder goed verloopt dan bij gezonde mensen. Door tijdens maaltijden alvleesklier-enzymen te slikken verbetert de vertering. Werken de alvleesklier-enzymen in het interne of in het externe milieu? Leg je antwoord uit. 2 Subcutaan (Latijn: sub = onder, cutis = huid) is de term die men gebruikt bij het toedienen van onderhuidse injecties. De toegediende stof komt daardoor in de weefselvloeistof onder de huid. Behoort weefselvloeistof tot het interne of externe milieu? 3 De longen nemen zuurstof op en geven koolstofdioxide af. Via welk proces vindt deze opname en afgifte plaats? 101


4 5


het cytoskelet

ost het transport van zuurstof en koolstofdioxide door een celmembraan heen K energie? Volgt het transport van zuurstof en koolstofdioxide het concentratieverval, of vindt dit transport juist plaats tegen het concentratieverval in?

Binnen in cellen bevindt zich een netwerk van vezelige eiwitten. Deze vezels geven vorm aan een cel en maken beweging in de cel mogelijk. Dit netwerk van vezels wordt het cytoskelet genoemd. Twee van deze soorten vezels zijn microtubuli en microfilamenten (zie afbeelding 66).

▼ Afb. 66 Cytoskelet. ▶ Afb. 63 Transport via een membraan.

1 2

7 nm

3

2 microfilament (schematische tekening)

25 nm AT P

6 7 8

In afbeelding 63 zijn schematisch verschillende transportsystemen getekend. 1 2 3 Schrijf op welke transportsystemen het zijn. Op welke twee manieren kan water een cel binnenkomen? Na een koolhydraatrijke maaltijd bevat de voedselbrij in de dunne darm veel glucose. Kost het transport van glucose door celmembranen op dat moment energie? Leg je antwoord uit. 9 Bij de productie van slijm geven bepaalde cellen eerst grote eiwitten af. Daarna worden via actief transport zouten aan het slijm toegevoegd. Bij CF is het gen voor een transportenzym beschadigd dat actief zouten transporteert. Leg uit dat hierdoor bij patiënten met CF slijm dikker is dan normaal.

▼ Afb. 64 Fagocytose. celmembraan

1 met fluorescerende antistoffen zijn de microtubuli (geel) en microfilamenten (blauw) zichtbaar gemaakt)

3 microtubulus (schematische tekening) Microtubuli zijn een soort buisjes die ontstaan doordat de tubuline-eiwitten een spiraal om een holte vormen. Microfilamenten bestaan ook uit eiwitten, maar vormen geen buisje. Microtubuli en microfilamenten kunnen langer worden door er eiwitten aan toe te voegen, of korter doordat eiwitten loslaten. Het cytoskelet vormt een soort paden tussen celorganellen. Speciale eiwitten, motoreiwitten, verplaatsen zich langs het cytoskelet en transporteren daarbij blaasjes en eiwitten. Een motoreiwit kan bijvoorbeeld een lysosoom naar een andere plaats in de cel vervoeren. Het cytoskelet en motoreiwitten zorgen ook voor de beweging van trilharen. Door langer of korter te worden, kunnen de vezels van het cytoskelet schijnvoetjes vormen zoals bij amoeben.

transport via blaasjes

go c

yto

se

cytoplasma

fa

lysosoom

▶ Afb. 65 Fagocytose bij een amoebe (schematisch).

In basisstof 5 heb je geleerd dat zich van het celmembraan blaasjes kunnen afsnoeren, zogenoemde endosomen. Wanneer via zo’n blaasje voedsel wordt opgenomen spreken we van fagocytose (zie afbeelding 64). Fagocytose is een actief proces. De voedselopname bij eencelligen zoals pantoffeldiertjes en amoeben (zie afbeelding 65) vindt op deze manier plaats. In de cel versmelt het endosoom met een lysosoom, waarna enzymen uit het lysosoom de stoffen in het endosoom verteren. Via transportenzymen komen de verteringsproducten in het cytoplasma. Op een soortgelijke manier kan een cel afvalstoffen en celproducten afgeven. In dat geval snoert zich bijvoorbeeld een blaasje af van het golgisysteem. De cel transporteert het blaasje naar het celmembraan, waarna het met het celmembraan versmelt en de stoffen in het blaasje buiten de cel terechtkomen.

opdracht 31 1 2 3 4

celkern

celmembraan

voedseldeeltje

schijnvoetje

Afbeelding 67 is een artikel over pantoffeldiertjes. Beantwoord de volgende vragen over dit artikel. De vorm van een pantoffeldiertje lijkt een beetje op een pantoffel. Hoe heet het deel van de cel dat deze vorm in stand houdt? Pantoffeldiertjes nemen voedsel op via fagocytose. Leg uit dat in het cytoplasma van pantoffeldiertjes lysosomen voorkomen. Tijdens een experiment worden de motoreiwitten in een pantoffeldiertje onwerkzaam gemaakt. Welk gevolg heeft dit voor de verplaatsing van de voedingsvacuole van de celmond naar de celanus? Een pantoffeldiertje wordt overgebracht naar een bak met gedestilleerd water. Welk effect zal dit hebben op de frequentie van het ‘ontstaan’ en ‘verdwijnen’ van de kloppende vacuole? Leg je antwoord uit.

voedingsvacuole

celmembraan

een amoebe omgeeft een voedseldeeltje met schijnvoetjes (uitstulpingen van het cytoplasma) 102

103


5 ▼ Afb. 67

Pantoffeldiertjes Pantoffeldiertjes zijn eencellige zoetwaterorganismen die bijvoorbeeld in sloten voorkomen. Pantoffeldiertjes vormen het voedsel van veel kleine waterdiertjes. Zelf leven ze van bacteriën, algen en gistcellen. De cel is bedekt met trilharen die zorgen voor de voortbeweging. De trilharen veroorzaken ook een waterstroom die voedsel vervoert naar een verdieping, de celmond. Wanneer zich in de verdieping voldoende voedsel bevindt, vormt zich via fagocytose een blaasje dat voedings-

en ander pantoffeldiertje wordt overgebracht naar een bak met zeewater. Welk E effect zal dit hebben op de frequentie van het ‘ontstaan’ en ‘verdwijnen’ van kloppende vacuolen? Leg je antwoord uit.

vacuole genoemd wordt. De voedingsvacuole verplaatst zich door de cel. Terwijl de voedingsvacuole zich verplaatst, komen enzymen in de voedingsvacuole die de inhoud verteren. Voedingsstoffen worden vervolgens in het cytoplasma opgenomen. De voedingsvacuole neemt in omvang af en komt bij een verdieping aan de andere kant van de cel, waar het blaasje versmelt met het celmembraan. Deze plek wordt celanus genoemd. Niet-verteerde stoffen geeft het pantoffeldiertje zo af aan zijn omgeving. Het cytoplasma van een pantoffeldiertje heeft een hogere osmotische waarde

dan het slootwater. Hierdoor neemt een pantoffeldiertje door osmose voortdurend water op. Dit water wordt verzameld in een vacuole, die kloppende vacuole wordt genoemd. Zo’n kloppende vacuole trekt zich regelmatig samen en perst het water via een porie naar buiten. De porie wordt afgebroken als de vacuole leeg is en weer opgebouwd als de vacuole vol is. Als de kloppende vacuole leeg is, kan deze niet meer goed worden waargenomen en lijkt het of hij verdwenen is.

grote kern kleine kern

basisstof

8

Stevigheid door osmose Planten kunnen niet even naar een rivier of meer lopen om wat te drinken. Ze zijn afhankelijk van het water dat in de bodem zit. Bij droogte kan er een tekort aan water ontstaan, waardoor planten niet meer goed kunnen groeien. Een tekort aan water kun je zien als de groene delen van planten hun stevigheid verliezen en slap hangen. Uiteindelijk beginnen delen van de plant bruin te worden en sterft de plant.

▼ Afb. 68 Plantencel onder normale omstandigheden.

door osmose stroomt water de cel in

trilhaartje cytoplasma

celanus

kloppende vacuole

de druk in de cel neemt toe (turgor), waardoor de cel stevig is

opdracht 32 Manier

Is er energie nodig?

voedingsvacuolen

Neem de tabel over en vul hem in. Gebruik hierbij: ja – nee. Wordt gebruik gemaakt van membraaneiwitten?

Is het specif iek voor een bepaalde stof ?

Onder normale omstandigheden bevinden plantencellen zich in een omgeving met voldoende water. De celwanden van planten zijn volledig permeabel, waardoor de osmotische waarde in de celwanden gelijk is aan die van het water in de ruimten tussen de cellen. In de cellen is de osmotische waarde hoger. Als cellen zonder celwand, zoals dierlijke cellen, in een omgeving komen met een lagere osmotische waarde, zwellen ze op doordat water de cel instroomt. Uiteindelijk zullen ze daardoor knappen. Dit gebeurt bijvoorbeeld als rode bloedcellen in zuiver water komen. Door de stevige celwand die om plantencellen ligt, gebeurt dit bij planten niet. Wel neemt de druk op de celwand in de plantencel toe. Deze druk wordt turgor genoemd en zorgt dat plantencellen stevig zijn (zie afbeelding 68). Je kunt het vergelijken met een fietsband die je oppompt. De druk in de binnenband neemt toe, maar de band kan niet uitzetten. Daardoor is de band stevig. Onder normale omstandigheden hebben plantencellen turgor. We noemen plantencellen met turgor turgescent. Door turgor zijn de weefsels van planten stevig. Plantencellen zijn dus als het ware ‘opgepompt’ met water. Een plantencel die in een omgeving komt met een osmotische waarde die gelijk is aan de celinhoud, verliest zijn stevigheid. De druk op de celwand verdwijnt. Als de osmotische waarde van de omgeving van de cel hoger is dan de celinhoud, gaat water de cel uit waardoor de osmotische waarde in de cel stijgt. Het celmembraan laat dan los van de celwand. Dit verschijnsel heet plasmolyse (zie afbeelding 69). De interactie met andere cellen neemt hierdoor af en uiteindelijk gaat de cel dood. Hierbij verdwijnt het bladgroen en krijgt het afgestorven weefsel een bruine kleur. Dierlijke en plantaardige cellen reageren dus verschillend op veranderingen van de osmotische waarde van het vocht in hun directe omgeving.

celmembraan

celmond

Kan de opname gecontroleerd worden?

▶ Afb. 69 Cellen van een rode ui waarbij plasmolyse is opgetreden.

Diffusie Osmose Passief transport via een porie-eiwit Actief transport Transport via blaasjes

104

thema 2 Cellen

105

diagnostische toets thema 2 Cellen

diagnostische toets thema 2 Cellen

doelstelling 8

De werking van geneesmiddelen

Omzetting

De werking van geneesmiddelen kan in vier fasen worden ingedeeld (zie afbeelding 94.1). Opname

Verdeling (in het lichaam)

Omzetting

Uitscheiding

concentratie geneesmiddel in plasma →

1

Uitscheiding Het lichaam scheidt geneesmiddelen of hun omzettingsproducten uit. Door de uitscheiding en omzetting daalt de concentratie van het geneesmiddel en is die na verloop van tijd te laag om nog een therapeutisch effect te hebben. Veel stoffen verlaten het lichaam via de nieren en de urine, maar ook via de lever en longen worden stoffen uitgescheiden.

toxisch gebied

therapeutisch gebied

T0

Tmax

Tb

tijd →

T0 = toediening geneesmiddel T T max opname groter dan uitscheiding Tmax Tb uitscheiding groter dan opame 2

De opname tussen onder- en overdosering groot, terwijl deze bij andere juist klein kan zijn. Geneesmiddelen kunnen daarom het beste op regelmatige tijden worden ingenomen.

De opname van een geneesmiddel in het interne milieu hangt af van de toedieningsvorm (oraal, anaal, inhalatie, injectie) en of bewerking in bijvoorbeeld de maag plaatsvindt. Bij orale toediening hangt de snelheid van de opname samen met de verblijfsduur van het geneesmiddel in het maag-darmkanaal. Het effect van een geneesmiddel wordt gerelateerd aan de concentratie in het bloed (zie het diagram van afbeelding 94). Bij een te hoge concentratie is de kans op bijwerkingen groot. Dit wordt het toxisch gebied genoemd. De concentratie waarbij het geneesmiddel werkzaam is, wordt het therapeutisch gebied genoemd. Bij een lagere concentratie heeft het geneesmiddel geen effect. Na orale toediening neemt de concentratie van het geneesmiddel in het interne milieu geleidelijk toe tot een maximum (Tmax). Bij sommige geneesmiddelen is de marge

Verdeling Na opname verspreidt een geneesmiddel zich over verschillende compartimenten van het lichaam. Men onderscheidt intercellulair water en extracellulair water. De snelheid waarmee een geneesmiddel zich over deze compartimenten verdeelt, hangt onder andere af van: – de hoeveelheid water en vet in het lichaam; – de mate waarin het geneesmiddel oplost in vet of water; – de binding van het geneesmiddel aan bloedeiwitten (de aan bloedeiwitten gebonden geneesmiddelen zijn niet werkzaam). 124

12 Het cytoskelet bestaat uit draadvormige eiwitten die langer en korter kunnen worden.

Noteer of de volgende beweringen juist zijn of onjuist. De beweringen 1 tot en met 7 horen bij de context ‘De werking van geneesmiddelen’. 1 Na orale opname van een geneesmiddel bevindt zich het geneesmiddel in het interne milieu. 2 Een geneesmiddel dat wordt geïnjecteerd gaat van het externe naar het interne milieu.

doelstelling 9 Beantwoord de volgende meerkeuzevragen. 1 Een plantencel wordt 24 uur in gedestilleerd water gelegd. De osmotische waarde van het vacuolevocht komt daarna overeen met die van een 0,8% NaCl-oplossing. Vervolgens wordt deze cel overgebracht naar een oplossing die 0,8% NaCl bevat. Enkele minuten later is de cel nog steeds turgescent. Is de osmotische waarde van de cel veranderd? Zo ja, hoe? Is de turgor van de cel veranderd? Zo ja, hoe? De osmotische waarde is De turgor is A afgenomen gelijk gebleven B gelijk gebleven gelijk gebleven C toegenomen toegenomen D toegenomen afgenomen

Opname van een geneesmiddel via een darmwandcel kan plaatsvinden door endocytose. Door endocytose verplaatst een blaasje zich door de cel en versmelt met een tegenoverliggend deel van het celmembraan. 3 Het geneesmiddel is tijdens dit transport twee maal een celmembraan gepasseerd. 4 Extracellulair water maakt deel uit van het interne milieu. 5 Vetoplosbare geneesmiddelen passeren membranen door diffusie. 6 Een geneesmiddel dat bindt aan een receptoreiwit moet eerst door een cel worden opgenomen.

▼ Afb. 95 Een bepaald geneesmiddel voor hartritmestoornissen vermindert de doorlaatbaarheid van membranen voor kaliumionen. 7 Dit geneesmiddel bindt aan specifieke porie-eiwitten, waardoor deze dicht blijven.

turgor →

▶ Afb. 94

de binding met een porie-eiwit kan een porie open blijven staan of juist gesloten blijven.

De meeste geneesmiddelen worden in het lichaam omgezet in niet-actieve stoffen, maar soms is eerst een omzetting nodig om het geneesmiddel werkzaam te maken. Bij het omzetten van geneesmiddelen spelen vooral enzymen uit de lever een rol. Bepaalde geneesmiddelen binden zich specifiek aan membraaneiwitten. Dit kunnen receptoreiwitten zijn, waarbij na binding met het geneesmiddel een signaal ontstaat met een therapeutisch effect. Ook kan een geneesmiddel met porie- of transporteiwitten binden. Door

Na opname komt glucose in het cytoplasma, maar ook in andere organellen komt glucose voor. 8 De concentratie glucose is in alle compartimenten van de cel gelijk. 9 Water wordt door transportenzymen getransporteerd. 10 Het transport van zuurstof kan tegen het concentratieverval in plaatsvinden. 11 Als stoffen tegen het concentratieverval in worden getransporteerd, is er sprake van actief transport.

P

125

R Q celvolume →

themA

3

Voortplanting

134

BASISSTOF 1 Jongens en meisjes 136 2 Geslachtelijke en ongeslachtelijke voortplanting 142 3 Geslachtscellen 146 4 Hormonen 153 5 Zwanger 159 6 Seksualiteit 169 7 Soa’s en geboorteregeling 174 8 Ongewenst kinderloos 179

135

samenvatting 184 DIAGNOSTISCHE TOETS 189 Eindopdracht 200 verrijkingsstof 202 1 Ongeslachtelijke voortplanting bij planten 202

basisstof

Basisstof thema 3 Voortplanting

thema 3 Voortplanting

geslachtskenmerken

Reproductie is een eigenschap van biologische systemen. Wanneer reproductie op het niveau van het organisme plaatsvindt, spreekt men meestal van voortplanting. In dit thema leer je dat bij voortplanting interactie tussen individuen een belangrijke rol speelt. Uiterlijke kenmerken worden beïnvloed door hormonen. Hormonen zorgen ook voor interactie tussen cellen die bij de voortplanting een rol spelen. In dit thema leer je hoe de voortplanting bij de mens verloopt en hoe de mens zijn voortplanting beïnvloedt.

De periode waarin het lichaam volwassen wordt, noemen we puberteit. Het woord is afkomstig van het Latijnse woord ‘pubertas’ dat volwassenheid betekent. De periode loopt ongeveer van 10 jaar tot 17 jaar, maar is per mens verschillend. De periode waarin een mens geestelijk volwassen wordt, heet adolescentie. Het woord stamt af van het Latijnse woord ‘adolescere’ dat opgroeien betekent. Over de periode van de adolescentie lopen de meningen uiteen, doordat het begin en einde van de geestelijke groei niet nauwkeurig vast te stellen zijn. In Nederland laat men vaak de adolescentie beginnen aan het einde van de puberteit en eindigen tussen de 20 en 25 jaar, maar soms wordt ook de puberteit als deel van de adolescentie gezien.

▼ Afb. 1

Tijdens de puberteit zijn er lichamelijke en geestelijke veranderingen. Veel veranderingen hebben te maken met de voorbereiding op de voortplanting en het zelfstandig worden. Er ontstaan grotere verschillen tussen jongens en meisjes; niet alleen uiterlijke verschillen, maar ook verschillen in gedrag. Uit onderzoek is gebleken dat bepaalde stoffen, geslachtshormonen, de ontwikkeling van geslachtskenmerken reguleren. Hormonen zijn chemische stoffen die door hormoonklieren aan het bloed worden afgegeven (zie afbeelding 2). Het bloed transporteert deze stoffen door het hele lichaam. Cellen die gevoelig zijn voor een hormoon reageren op een verandering van de concentratie van dit hormoon. Hormonen zijn dus een soort signaalstoffen die een rol spelen bij celcommunicatie. Geslachtshormonen spelen een rol bij de voortplanting. De concentratie van geslachtshormonen is bij mannen en vrouwen verschillend.

▼ Afb. 2 Klieren.

▼ Afb. 3 ONDERZOEK

VINGERLENGTE BIJ MANNEN EN VROUWEN

Observatie

Uit onderzoek van meer dan een eeuw geleden blijken mannen in verhouding langere ringvingers te hebben dan vrouwen. Volgens onderzoekers wordt dit veroorzaakt door de hoeveelheid van het mannelijke geslachtshormoon testosteron waaraan een embryo in de baarmoeder is blootgesteld. Door meer testosteron zou de ringvinger wat langer doorgroeien dan de wijsvinger.

Probleemstelling

Is de verhouding tussen de lengte van de wijsvinger en de ringvinger bij alle mannen kleiner dan bij vrouwen?

Hypothese

Mensen verschillen in allerlei aspecten van elkaar. Sommige mannen zijn bijvoorbeeld korter dan sommige vrouwen, maar gemiddeld zijn mannen iets langer dan vrouwen. De verhouding tussen de vingers zal vergelijkbaar zijn. Sommige mannen hebben ringvingers die korter zijn dan de wijsvingers en sommige vrouwen hebben ringvingers die juist langer zijn dan de wijsvingers.

Experiment

Op internet wordt een oproep gedaan aan mensen om de lengte van de wijsvinger en de ringvinger op te meten en deze in te voeren op een website. Eerst moeten de bezoekers van de site opgeven of ze een man of een vrouw zijn en daarna wat de lengte is van hun wijsvinger (A) en hun ringvinger (B). Na het invullen rekent het programma de verhouding tussen de lengte van vingers uit. De resultaten worden opgeslagen in een database.

Resultaat

afvoerbuis mannen

vrouwen

ader 0

ader slagader

0,94

0,95

0,96

0,97

0,98

slagader Conclusie

1 hormoonklieren geven hormonen af aan het bloed

2 klieren met een afvoerbuis zoals speekselklieren en zweetklieren geven hun producten af via een afvoerbuis 136

A

B

Na enkele maanden hebben tienduizenden mensen gegevens ingevoerd. Met behulp van deze gegevens is een diagram gemaakt.

aantal (%) →

1

Jongens en meisjes

De ontwikkeling van de geslachtsorganen begint als een embryo een aantal weken oud is. Hierbij speelt de hoeveelheid van het mannelijke geslachtshormoon testosteron een belangrijke rol. Bij veel testosteron ontwikkelt het embryo zich gewoonlijk tot een jongen, bij een lage concentratie tot een meisje. De geslachtskenmerken die een kind bij de geboorte heeft, heten primaire geslachtskenmerken. Volgens sommige onderzoekers bepaalt de hoeveelheid testosteron tijdens de zwangerschap niet alleen de geslachtsorganen maar ook andere lichaamskenmerken (zie afbeelding 3).

137

0,99

1,0 1,01 1,02 1,03 1,04 verhouding wijsvinger/ringvinger →

basisstof

2



Geslachtelijke en ongeslachtelijke voortplanting

Experiment

Hieronder is schematisch het te verwachten resultaat weergegeven bij verwachting 1 en verwachting 2. De rode rondjes stellen resistente bacteriekolonies weer. Resultaat van het onderzoek bij verwachting 1:

In thema 2 Cellen heb je geleerd dat tijdens de S-fase van de celcyclus DNA wordt gekopieerd en dat tijdens de mitose iedere dochtercel één van de DNA-ketens krijgt, het origineel of de kopie. Hierdoor bezitten de dochtercellen exact dezelfde erfelijke informatie als de moedercel.

Resultaat van het onderzoek bij verwachting 2:

experiment 1

experiment 2

experiment 1

experiment 2

experiment 3

experiment 4

experiment 3

experiment 4

mutaties

▼ Afb. 8

Het DNA van een chromosoom bevat de informatie voor de bouw van veel verschillende eiwitten. Tijdens de replicatie van het DNA ontstaan regelmatig veranderingen in het DNA. Zo’n verandering van het DNA heet een mutatie. Door mutaties kunnen kleine verschillen ontstaan tussen de beide dochtercellen. Bacteriën reproduceren zich door celdeling. Voorafgaande aan de deling vindt DNA-replicatie plaats. Na de celdeling zijn twee bacteriën ontstaan. Onder gunstige omstandigheden kunnen sommige bacteriën zich iedere dertig minuten delen. Na korte tijd ontstaan zo erg veel nakomelingen. Sommige nakomelingen hebben DNA dat een klein beetje verschilt van het DNA van de moedercel. Evolutiebiologen gaan ervan uit dat vooral door de mutaties de vele verschillende soorten bacteriën zijn ontstaan.

ONDERZOEK

MUTATIES VEROORZAKEN VERSCHILLEN IN NAKOMELINGEN

Observatie

Twee onderzoekers, Salvador Luria en Max Delbrück, onderzochten van 1940 tot 1943 bacteriofagen, virussen die bacteriën doden. Het bleek dat bacteriën soms resistent werden tegen deze virussen en dat die eigenschap erfelijk was. Nakomelingen van resistente bacteriën bleken ook resistent te zijn.

Probleemstelling

Wat veroorzaakte de resistentie? Kwam het doordat de bacteriën resistent werden door de aanwezigheid van de bacteriofaag of waren er al resistente bacteriën aanwezig voordat ze in contact kwamen met het virus? Dit zou erop wijzen dat mutaties toevallig optreden tijdens de reproductie (vermenigvuldiging) van de bacteriën.

Hypothese

Resistentie treedt op door toevallige mutaties tijdens de vermenigvuldiging (reproductie) van de bacteriën.

Experiment

Onderzoeksvraag: Ontstaat resistentie door een reactie op een infectie of ontstaat resistentie door toevallige mutaties? Verwachting 1: Als resistentie ontstaat door een reactie op een infectie, dan zal het aantal resistente bacteriën na iedere infectie ongeveer gelijk zijn. Verwachting 2: Als resistente bacteriën ontstaan door toevallige mutaties, dan zullen de aantallen resistente bacteriën na iedere infectie sterk verschillen.

Resultaten Conclusie

Resistentie treedt op door toevallige mutaties.

opdracht 6

▶ Afb. 9 Ongeslachtelijke voortplanting.

In afbeelding 8 lees je over een onderzoek naar het ontstaan van mutaties. Beantwoord de volgende vragen over dit onderzoek. 1 Er zijn twee verwachtingen. De uitkomst van het onderzoek bevestigt één van beide verwachtingen en verwerpt of bevestigt daarbij de hypothese. Hoe noem je dit type onderzoek? 2 Wanneer treden volgens verwachting 1 de mutaties op waardoor resistentie ontstaat? 3 Hoe kun je in het schema van verwachting 2 zien dat sommige bacteriekolonies al resistent zijn voordat ze in aanraking zijn geweest met de bacteriofagen? 4 Wat zal het resultaat zijn geweest van dit onderzoek? 5 Stel dat in één van de petrischalen zes van de acht kolonies resistent waren. Hoe zou het schema, zoals in afbeelding 8 is getekend, er voor deze petrischaal dan uitzien? Teken hoe het schema eruit zou zien.

het nadeel van seks

1 bij aardbeien

De onderzoekers kweekten in een groot aantal petrischalen vanuit niet-resistente bacteriën in een aantal stappen bacteriekolonies. In de eerste stap werd één bacteriekolonie gekweekt. Vanuit deze kolonie werden in de volgende stap twee kolonies gekweekt, daarna vier en ten slotte ontstonden er acht kolonies. Daarna werd iedere petrischaal geïnfecteerd met bacteriofagen en werd bepaald hoeveel kolonies in iedere petrischaal resistent waren.

Het lijkt logisch dat organismen zich geslachtelijk voortplanten. Veel schimmels, planten en dieren doen het, maar zo logisch is dat toch niet. Prokaryoten en de meeste protisten planten zich voort door zich in tweeën te delen. Iedere cel groeit weer uit tot een nieuw organisme. Ook schimmels, planten en veel dieren kunnen zich ongeslachtelijk voortplanten. Aardbeien kunnen bijvoorbeeld uitlopers vormen waar nieuwe aardbeiplanten aan ontstaan en bij poliepen (dieren) kunnen nieuwe poliepen ontstaan door knopvorming (zie afbeelding 9). In tegenstelling tot ongeslachtelijke voortplanting zijn voor geslachtelijke voortplanting twee geslachten nodig. Om een populatie even groot te houden, moeten de vrouwtjes bij geslachtelijke voortplanting gemiddeld twee nakomelingen krijgen, die volwassen worden en zich kunnen voortplanten. Als bij ongeslachtelijke voortplanting ieder individu gemiddeld twee nakomelingen krijgt, die volwassen worden en zich voortplanten, verdubbelt de populatie (zie afbeelding 10).

2 bij poliepen 142

143


▼ Afb. 10 Het nadeel van geslachtelijke

geslachtelijke voortplanting


▼ Afb. 12 Door recombinatie ontstaan bij

ongeslachtelijke voortplanting

voortplanting.

de nakomelingen variaties.

X

x

medium met antibiotica A en B 1 ongeslachtelijke voortplanting

X

x x

1e generatie

x

medium met antibiotica A en B 1 ongeslachtelijke voortplanting

x x

X XX

X

x

x x

x

x

2 geslachtelijke voortplanting

▶ Afb. 13

2e generatie

geslachtelijke voortplanting geslachtelijke voortplanting ongeslachtelijke ongeslachtelijke geslachtelijke voortplanting voortplanting voortplanting

x

x

medium met antibiotica A en B

X

nakomelingen variaties.

x

x

In basisstof 1 heb je gezien dat het vaak niet eenvoudig is een geschikte partner te vinden. De partners moeten seks hebben en de zaadcel moet vervolgens de eicel bevruchten. Tijdens de bevruchting versmelt de kern van een zaadcel met de kern van een eicel. Dit alles kost tijd en veel energie. Eicellen en zaadcellen zijn voortplantingscellen. Voortplantingscellen worden ook wel geslachtscellen of gameten genoemd. Tijdens de bevruchting ongeslachtelijke ongeslachtelijke ongeslachtelijke verdubbelt het aantal chromosomen. De cellen die na de bevruchting voortplanting voortplanting voortplanting ontstaan, bevatten daardoor ieder chromosoom dubbel. Voor de voortplanting ontstaan gameten, waarbij ieder chromosoom enkel voorkomt. Bij ongeslachtelijke voortplanting hoeven geen aparte gameten te worden gevormd

opdracht 7

voordelen van seks

variatie variatie variatie

geen variatie

geen variatie

ongeslachtelijke voortplanting

geen variatie

In afbeelding 8 heb je gezien dat resistentie ontstaat door toevallige mutaties. Op deze manier kan ook resistentie ontstaan tegen antibiotica. Antibiotica zijn stoffen die bacteriën doden. In afbeelding 12.1 is schematisch weergegeven dat in een bepaald soort organismen twee mutaties zijn ontstaan. Er zijn maar een paar generaties getekend. In werkelijkheid duurt het veel meer generaties. Stel nu dat dit gebeurt in een populatie van organismen die zich geslachtelijk voortplanten. De mutatie ontstaat in één chromosoom van een chromosomenpaar. Dit is in afbeelding 12.2 weergegeven door de helft van het rondje rood of groen te kleuren. 144

Bij geslachtelijke voortplanting verschillen de nakomelingen. De omstandigheden waarbij ze optimaal groeien, kunnen daardoor ook verschillend zijn, waardoor ze in verschillende milieus kunnen overleven. Bij ongeslachtelijke voortplanting zijn de nakomelingen precies aan elkaar gelijk. Ze zullen dus allemaal optimaal groeien bij dezelfde omstandigheden. Planten die door ongeslachtelijke voortplanting zijn ontstaan, verdringen elkaar waardoor ze minder goed groeien.

MRSA-uitbraak in ziekenhuis Assen, 5 december 2011 – De afdeling neurologie van het Wilhelmina Ziekenhuis Assen is geïsoleerd na een uitbraak van de MRSA-bacterie. Dat meldde het ziekenhuis maandag. MRSA staat voor meticilline-resistente Staphylococcus aureus. Staphylococcus aureus is een bacterie die ontstekingen

recombinatie recombinatie recombinatie

De kleine verschillen in het DNA die door mutaties ontstaan, worden bij ongeslachtelijke voortplanting direct doorgegeven aan de nakomeling. Bijvariatie geslachtelijke voortplanting gebeurt dit niet altijd. geen geen variatie geen variatie Bij geslachtelijke voortplanting fuseert een cel van één individu met de cel van een ander individu. Hierbij worden van beide individuen de chromosomen, die de erfelijke informatie dragen, gemengd. Dit wordt recombinatie genoemd. Door de recombinatie van de chromosomen zijn de nakomelingen niet exact gelijk aan de ouders, en ook onderling verschillen ze. Door recombinatie van chromosomen ontstaat variatie (zie afbeelding 11).

x

x x x x Resistentie tegen meerdere soorten antibiotica kan ook ontstaan bij ongeslachx x x x x telijke voortplanting. Hetx duurtx alleen langer doordat in een stam die resistent is metantibiotica antibioticadan A eneen B tweede mutatie moet ontstaan (zie afbeelding tegenmedium één type 213). geslachtelijke voortplanting

ouders

▼ Afb. 11 Door recombinatie ontstaan bij de

Wanneer nu een individu met een resistentie tegen antibioticum A paart met een individu met een resistentie tegen antibioticum B, kunnen organismen ontstaan die resistent zijn tegen antibioticum A en antibioticum B. x

▶ Afb. 14

veroorzaakt. In de Tweede Wereldoorlog is op grote schaal begonnen om bij infecties penicilline te gebruiken. Vier jaar later bleken veel bacterieën van Staphylococcus aureus resistent te zijn. Toen men overging op het middel meticilline, bleken korte tijd later bacteriestammen te zijn ontstaan die zowel tegen penicilline als meticilline resistent zijn. Deze bacteriestammen staan bekend als ziekenhuisbacterie of MRSA-bacterie.

MRSA-bacteriën zijn resistent tegen de antibiotica penicilline en meticilline (zie afbeelding 13). In afbeelding 14 is een schema getekend. Tussen het ontstaan van de eerste resistentie en de tweede zit een groot aantal generaties. Neem het schema over. Geef in het schema penicilline-resistentie met rood weer en meticilline-resistentie met groen. Kleur de rondjes half rood en half groen bij bacteriën die resistent zijn tegen zowel penicilline als meticilline.

eerste resistentie ontstaat tweede resistentie ontstaat

opdracht 8

Neem het schema over en vul het in. Gebruik de voor- en nadelen die in de tekst zijn genoemd.

Ongeslachtelijke voortplanting

Geslachtelijke voortplanting

Voordelen Nadelen

145


De meeste zwangere vrouwen laten een echo maken. Met behulp van geluid wordt dan een foto gemaakt van de baby in de baarmoeder. Aan de hand van een echo kan de lengte van de foetus in de baarmoeder worden gemeten. In afbeelding 45 zie je een grafiek van de groei van een embryo. De groene lijn geeft het gemiddelde aan, de rode lijnen de marges. De 95% bij de bovenste rode lijn wil zeggen dat 95% van de embryo’s kleiner is. De 5% bij de onderste rode lijn wil zeggen dat 5% kleiner is. De lengte van 90% van de embryo’s op een bepaalde leeftijd ligt tussen de rode lijnen. 4 Een zwangere vrouw laat een echo maken. De CRL blijkt 55 mm te zijn. Met behulp van de grafiek wordt bepaald wanneer de geboorte zal plaatsvinden. Op hoeveel dagen nauwkeurig is deze meting? In afbeelding 46 is een onderzoek naar zee-egeleieren weergegeven. De vragen 5 en 6 gaan over dit schema. 5 Tijdens welk stadium vindt in de cellen de eerste differentiatie plaats: tijdens het twee-, het vier- of het achtcellige stadium? 6 Leg uit dat experiment 4 bevestigt dat de verdeling van het cytoplasma tijdens de klievingen van invloed is op de verdere ontwikkeling.

van week 6 tot week 15.

Resultaat 1 in het tweecellige stadium worden de cellen gescheiden

normale larven

2 in het viercellige stadium worden de cellen gescheiden normale larven

3 in het achtcellige stadium worden de cellen gescheiden

95%

110

lengte (mm) →

▶ Afb. 45 Grafiek van de CRL


100 90

geen normale larven

5%

80 70

geen normale larven

60 50

geen normale larven

40

4 de zygote wordt loodrecht op de eerste klievingsrichting in tweeën gedeeld

30 20 10 0

▼ Afb. 46

6 7

de geboorte

8 9 10 11 12 13 14 15 zwangerschapsduur (weken) →

ONDERZOEK

Celdifferentiatie bij zee-egels

Observatie

Tijdens de ontwikkeling van een embryo ontstaan verschillende typen cellen uit dezelfde bevruchte eicel. De cellen hebben allemaal dezelfde genetische informatie.

Probleemstelling

Is er in de bevruchte eicel differentiatie in de verdeling van het cytoplasma, waardoor tijdens de klievingsdelingen cellen ontstaan met verschillen?

Hypothese

De verdeling van het cytoplasma tijdens de klievingsdelingen is van invloed op het ontstaan van verschillende celtypen van een embryo.

Experiment

Bevruchte eicellen van een zee-egel worden na de eerste, tweede en derde klievingsdeling van elkaar gescheiden en een bevruchte eicel wordt loodrecht op de eerste klievingsdeling in tweeën gedeeld. Daarna worden alle cellen apart opgekweekt.

Een paar weken voor de bevalling begint, zakt het hoofdje van de foetus tot in het bekken. Dit wordt de indaling genoemd (zie afbeelding 47). Tijdens de indaling trekt het bovenste deel van de baarmoederwand zich samen, waardoor het hoofdje van de foetus in de bekkenholte komt te liggen. De samentrekkingen van de baarmoeder voelt de moeder als weeën en die zijn soms pijnlijk.

▶ Afb. 47 De indaling.

hoofdje embryo

baarmoeder bekken

1 ligging van de baby voor de indaling

164

165

2 ligging van de baby na de indaling


3

▼ Afb. 65 Informatie over een anticonceptiepil.

elk verband bestaat er tussen roken en het gebruik van de pil, volgens de W informatie van afbeelding 65? 4 Vrouwen die vermoeden dat ze zwanger zijn mogen de pil niet gebruiken. Vooral vanwege welke werking van de pil mag een zwangere vrouw de pil niet gebruiken volgens de informatie van afbeelding 65?

Zo werkt de pil

Waarschuwingen en voorzorgsmaatregelen

‘De pil’ is de populaire naam voor zogenoemde orale (= via de mond in te nemen) hormonale voorbehoedmiddelen. Combinatiepillen bevatten twee verschillende hormonen: een progestageen hormoon (een hormoon met dezelfde werking als progesteron) en een oestrogeen hormoon.

basisstof

8

Ongewenst kinderloos Sommige mensen willen dolgraag kinderen, maar kunnen er op een natuurlijke manier geen krijgen. In Nederland krijgt ongeveer één op de zes paren te maken met problemen met vruchtbaarheid en een kinderwens. Wanneer van een stel de vrouw na een jaar onbeschermd vrijen niet zwanger is, kan het stel naar hun huisarts gaan. De huisarts zal dan aan het stel vragen stellen over hun seksleven. Wanneer een huisarts vindt dat er verder onderzoek nodig is, verwijst hij het stel door naar een gynaecoloog. Deze probeert de oorzaak te bepalen. Ter ondersteuning kan hij sperma van de man en bloed van de vrouw voor onderzoek naar een laboratorium sturen. De kwaliteit van het sperma wordt bekeken en het bloed wordt onderzocht op de aanwezigheid van antistoffen tegen chlamydia. Bij ongeveer 30% van de doorverwezen stellen ligt de oorzaak bij de vrouw, bij 30% bij de man en bij 30% bij beiden. Bij 10% van de gevallen wordt geen oorzaak gevonden.

Roken Het is van belang dat u uw arts informeert over uw eventuele rookgewoonten. Gebleken is dat het roken van sigaretten de kans op het ontstaan van hart- en vaatziekten bij gelijktijdig gebruik van de pil kan vergroten. Het risico stijgt met de leeftijd en het aantal sigaretten per dag; vijftien of meer sigaretten per dag wordt in dit verband als ‘te veel’ beschouwd. Aan vrouwen die de pil gebruiken moet het roken worden ontraden, zeker wanneer zij ouder zijn dan 35 jaar.

In het lichaam regelen deze hormonen onder meer de maandelijkse cyclus van eisprong en menstruatie. Door het gebruik van een combinatiepil wordt de natuurlijke cyclus zodanig beïnvloed dat er in het algemeen geen eicel meer kan vrijkomen en dat het slijmvlies van de baarmoeder ongeschikt wordt voor de innesteling van een eventueel bevruchte eicel.

Zwangerschap en de pil Voordat u met het innemen van de pil begint, moet zwangerschap zijn uitgesloten. Wanneer u zich niet aan de gebruiksvoorschriften hebt gehouden, moet bij het uitblijven van de maandelijkse bloeding aan zwangerschap worden gedacht. Het verdere gebruik van de pil moet worden uitgesteld totdat zeker is dat u niet zwanger bent.

Bovendien ontstaat door het gebruik van ‘de pil’ een slijmprop in het baarmoederhalskanaal die het de zaadcellen zeer moeilijk maakt om in de baarmoeder te komen. Mits men zich nauwkeurig houdt aan de gebruiksaanwijzing en de pil niet vergeet in te nemen, is de betrouwbaarheid van de combinatiepil bijzonder groot.

Geneesmiddelengebruik Bepaalde middelen kunnen de doeltreffendheid van de pil verminderen. Hiertoe behoren onder andere sommige kalmeringsmiddelen, enkele middelen ter behandeling van vallende ziekte, rifampicine ter behandeling van tuberculose en sommige antibiotica.


▼ Afb. 66 Ivf.

De kans om ongewenst kinderloos te blijven neemt toe naarmate een stel ouder wordt. De kwaliteit van de eicellen neemt af en, hoewel in mindere mate, ook de kwaliteit van het sperma. Doordat de leeftijd waarop vrouwen kinderen krijgen is toegenomen, is het aantal stellen dat problemen heeft met de vruchtbaarheid gegroeid. Ook de leefstijl is van invloed op de vruchtbaarheid. Roken en alcohol- en drugsgebruik verminderen niet alleen de gezonde ontwikkeling van een foetus, maar verminderen ook de vruchtbaarheid. Van overgewicht, giftige stoffen zoals bestrijdingsmiddelen en sommige geneesmiddelen is ook aangetoond dat ze de vruchtbaarheid verminderen. Verminderde vruchtbaarheid kan ook worden veroorzaakt door infecties zoals soa’s, en erfelijke aandoeningen zoals hormoonstoornissen.

in-vitrofertilisatie (IVF) Wat is ivf ?

Wanneer komt een vrouw niet in aanmerking voor ivf ?

Ivf is een behandeling bij bepaalde vormen van onvruchtbaarheid, waarbij eicellen buiten het lichaam van de vrouw worden bevrucht.

178

In Nederland komen in het algemeen vrouwen boven de 41 jaar niet in aanmerking voor ivf.

Wie komt in aanmerking voor ivf ?

De behandeling

De meest voorkomende redenen dat een vrouw in aanmerking voor ivf komt, zijn: – Eicellen kunnen niet via de eileiders naar de baarmoeder. – Gedurende langere tijd is geen oorzaak gevonden voor het uitblijven van een zwangerschap. – Andere vruchtbaarheidsbevorderende maatregelen hadden geen succes.

De stimulatie Door middel van een hormonenkuur worden in de eierstokken meerdere eicellen tot rijping gebracht De punctie Met behulp van echo worden met een holle naald door de vaginawand heen rijpe follikels in de eierstokken aangeprikt. Deze worden vervolgens leeggezogen en de eicellen worden opgevangen. De vrouw krijgt hierbij via een infuus pijnstilling of er wordt plaatselijk verdoofd.

179



Het succes van ivf in 2010

De bevruchting Nadat de eicellen zijn verzameld, wordt de man gevraagd om sperma te produceren. De eicellen en het sperma gaan naar een laboratorium waar meteen de kwaliteit van het sperma wordt onderzocht. Als de kwaliteit van het sperma goed is, mag het paar naar huis.

er wordt een meerling geboren

Vervolgens brengt men in het laboratorium de eicellen en zaadcellen samen. Dan wordt enkele dagen gewacht op een mogelijke bevruchting; gemiddeld vindt deze plaats op de tweede dag na de punctie.

er wordt één kind geboren de zwangerschap eindigt in een miskraam na implantatie treedt geen zwangerschap op

Wat is ICSI?

eierstok

Bron: Landelijke IVF-cijfers, december 2011.

Bij ICSI (intracytoplasmatische sperma-injectie) brengt men met een naald één zaadcel in een eicel. De behandeling voor het stel is verder precies hetzelfde als een ivf-behandeling. ICSI vindt meestal plaats als er te weinig bewegende zaadcellen zijn, of wanneer er geen bevruchting is geweest bij een eerdere ivf-behandeling.

het opheffen van ongewenste kinderloosheid Er zijn verschillende oorzaken waardoor een paar kinderloos kan zijn. Daardoor zijn er ook verschillende methoden om toch te proberen zwanger te worden. Soms wordt kinderloosheid veroorzaakt doordat de man of de vrouw niet of te weinig van een bepaald hormoon aanmaakt. In dat geval kunnen hormonen worden ingenomen of ingespoten. Het opwekken van de eisprong met hormonen noemt men ovulatie-inductie (OI). Wanneer er weinig zaadcellen in het sperma aanwezig zijn, kan worden gekozen voor kunstmatige inseminatie met zaadcellen van de eigen partner (KIE). Tegenwoordig wordt het zaad met een dun slangetje meteen in de baarmoeder gespoten. Dit heet intra-uteriene inseminatie (IUI). ‘Uteriene’ komt van het Latijnse woord voor de baarmoeder: uterus. IUI wordt ook toegepast als gezonde zaadcellen de baarmoedermond niet kunnen passeren. Bij vrouwen die kinderloos zijn doordat de eileiders niet goed werken of ondoorlaatbaar zijn, kan in-vitrofertilisatie (ivf) een uitkomst bieden. Ivf is een vruchtbaarheidsbehandeling waarbij de bevruchting buiten het lichaam plaatsvindt. ‘In vitro’ betekent ‘in glas’ en ‘fertilisatie’ betekent ‘bevruchting’. Dit wordt ook wel reageerbuisbevruchting genoemd, (zie afbeelding 67). Bij te weinig goed bewegende zaadcellen lukt kunstmatige inseminatie niet altijd. Ook in deze gevallen kan worden gekozen voor ivf.

holle naald

Wat is cr yopreser vatie? Cryopreservatie betekent ‘ijskoud bewaren’. Tijdens een vruchtbaarheidsbehandeling (ivf of ICSI) ontstaan meestal meerdere embryo’s. Embryo’s die niet worden gebruikt, kunnen worden ingevroren in vloeibare stikstof. Later kunnen deze embryo’s eventueel in de baarmoeder worden geplaatst in een natuurlijke cyclus, zonder de hormonenkuur en punctie. Het gebruik van gecryopreserveerde embryo’s kent strenge regels. Het ziekenhuis en de ouders stellen een contract op waarin onder andere de bewaartermijn staat en wat er met de embryo’s gebeurt bij een echtscheiding of het overlijden van een van de partners.

echoapparaat opvangbuisje

Aantal reageerbuisbevruchtingen

percentage van het → totaal aantal geboorten

percentage van het → totaal aantal geboorten

De plaatsing Enkele dagen na de punctie plaatst de arts meestal een en soms twee embryo’s in de baarmoeder. Hierna is het afwachten of de vrouw zwanger is. Na ongeveer twee weken kan een zwangerschapstest worden gedaan. De zwangerschap verloopt verder normaal.

3,0

meerlingen

2,5

cryopreservatie ICSI IVF

2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

3,0 2,5

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 → jaar meerlingen cryopreservatie ICSI IVF

2,0 1,5

opdracht 30

Beantwoord de volgende vragen. De vruchtbaarheid neemt af naarmate je ouder wordt. Dit speelt bij vrouwen een grotere rol dan bij mannen. De gemiddelde leeftijd waarop vrouwen kinderen krijgen, is gestegen van 24 jaar in 1970 naar 29 jaar in 2010 (zie afbeelding 67). 1 Het diagram in afbeelding 67 geeft de leeftijd weer waarop vrouwen hun eerste kind kregen in de periode 1970 tot 2010. Verklaar met behulp van het diagram de toename van het aantal paren dat ongewenst kinderloos is. 2 Noem, naast leeftijd, drie andere oorzaken van onvruchtbaarheid. 3 Bij het onderzoek naar borstkanker worden röntgenfoto’s van de borst gemaakt. Tijdens het maken van de foto gaat de röntgenlaborante achter een scherm staan. Waarom gaat de röntgenlaborante achter een scherm staan?

1,0 2011. Bron: Landelijke IVF-cijfers, december 0,5 0,0

180

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 → jaar

181

▶ Afb. 67 Leeftijd waarop vrouwen hun

eerste kind krijgen in de periode 1970 tot 2010. Bron: CBS, 2012

leeftijd →



30,0

5

anneer innesteling of groei van een embryo in de baarmoeder niet mogelijk is, W biedt draagmoederschap een mogelijkheid (zie afbeelding 69). Vind jij draagmoederschap toelaatbaar?

29,0

▶ Afb. 68

28,0 27,0

21 maart 2011 - Een 63-jarige vrouw is in het Medisch Centrum Leeuwarden bevallen van een gezonde dochter. De vrouw kwam een maand geleden al in de publiciteit als oudste zwangere vrouw van Nederland. De baby is via een keizersnede geboren. De vrouw werd zwanger na een ivf-behandeling in een Italiaanse kliniek. Voor de baby is gebruikgemaakt van een donoreicel en donorzaadcel. De arts die de vrouw heeft behandeld, vindt dat de leeftijdsgrens voor het moederschap rond de 63 jaar zou moeten liggen. Veel Nederlandse artsen vinden dat dat rond de 45 jaar zou moeten zijn.

26,0 25,0 24,0 1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010 jaar →

De vragen 4 tot en met 6 gaan over de volgende tekst. Bij ivf/ICSI, en soms ook bij KI/IUI, krijgt een vrouw medicijnen toegediend. Dit kunnen middelen zijn om de groei van een follikel te bevorderen, middelen om de ovulatie te stimuleren of middelen om het baarmoederslijmvlies voor te bereiden op de innesteling van het embryo. De medicijnen die worden toegediend, lijken op hormonen die ook bij een natuurlijke bevruchting een rol spelen. 4 Welk hormoon bevordert de groei van een follikel? 5 Welk hormoon stimuleert de ovulatie? 6 Welke hormonen bereiden het baarmoederslijmvlies voor op de innesteling? 7 Bij ivf blijven na terugplaatsing vaak embryo’s over die worden ingevroren. Welke onderzoeksmogelijkheid biedt het invriezen van deze embryo’s?

opdracht 31

Beantwoord de volgende vragen door jouw mening te geven. Beargumenteer steeds je mening. Wanneer de zaadcellen van de eigen partner niet geschikt zijn, kan kunstmatige inseminatie met zaadcellen van een donor (KID) worden overwogen. Sinds 2004 kunnen mannen niet meer anoniem donor worden. Vanaf 12 jaar hebben kinderen het recht op inzage in het donorpaspoort, maar nog zonder de persoonsgegevens. Vanaf 16 jaar mogen de kinderen een verzoek indienen om te worden geïnformeerd over de identiteit van de donor. 1 Door de donorregistratie is het aantal zaadceldonoren afgenomen. Ben jij ervoor of ertegen dat kinderen van zaadceldonoren het recht moeten hebben om, als ze dat willen, contact te hebben met hun biologische vader? 2 Met de zaadcellen van een donor mogen 25 kinderen worden verwekt. Een donor kan dit aantal wel verminderen. Als jij donor zou zijn, hoeveel kinderen zou jij dan maximaal willen laten verwekken met je zaadcellen? 3 Een paar dat geen aanspraak meer wil maken op de embryo’s die zijn overgebleven na ivf, kan deze embryo’s ter beschikking stellen voor de wetenschap. Zou jij dat doen? 4 Door allerhande medische technologieën kunnen vrouwen op steeds hogere leeftijd kinderen krijgen (zie afbeelding 68). Wat vind jij: zou er een uiterste grens moeten zijn waarop vrouwen kinderen mogen krijgen? Zo ja, op welke leeftijd dan? 182

Oudste moeder van Nederland

Je hebt nu de basisstof van dit thema doorgewerkt. – Controleer met het antwoordenboek of je de basisstofopdrachten goed hebt uitgevoerd. – Je kunt nu verdergaan met de diagnostische toets. Je kunt de samenvatting gebruiken om je hierop voor te bereiden.

▶ Afb. 69

Draagmoeder Een vrouw bij wie de baarmoeder niet functioneert, is onvruchtbaar. Zo’n vrouw kan toch een eigen kind krijgen, als ze de hulp inroept van een draagmoeder. De onvruchtbare vrouw ondergaat eerst een ivf-behandeling. De embryo’s die dan ontstaan, worden bij een andere vrouw geïmplanteerd. De draagmoeder doorloopt de zwangerschap en brengt het kind ter wereld. Direct na de geboorte staat ze het kind af aan de biologische ouders. De

183

draagmoeder krijgt betaald voor haar zwangerschap; het bedrag is vooraf contractueel vastgelegd. Problemen zijn denkbaar wanneer de draagmoeder te veel gehecht raakt aan haar baby en van het contract af wil. Ook ontstaan er problemen als een kind ziekten of afwijkingen heeft. De Nederlandse wet stelt dat degene die het kind baart de moeder is. De draagmoeder moet dus eerst afstand doen van het kind en vervolgens het kind ter adoptie aanbieden aan de biologische moeder.

samenvatting thema 3 Voortplanting

diagnostische toets


Diagnostische toets

• P eriodieke onthouding: geen geslachtsgemeenschap tijdens de vruchtbare periode. – De vruchtbare periode loopt van ongeveer drie dagen voor de ovulatie tot een dag na de ovulatie. – De lichaamstemperatuur stijgt tijdens de ovulatie enkele tienden van graden. – Bij juist gebruik is periodieke onthouding via de temperatuurmethode betrouwbaar. In de praktijk gaat het vaak fout.

op grond van de vachtkleur plaatsvindt? Leg je antwoord uit.

▼ Afb. 74

Witvoetmuizen

doelstelling 1 Beantwoord de volgende vragen over de tekst van afbeelding 73. 1 Welke primaire geslachtskenmerken worden in de tekst genoemd? 2 In de tekst staan nummers. Welke nummers geven gebeurtenissen aan die kenmerkend zijn voor de puberteit? 3 Hoe worden de lichamelijke veranderingen genoemd die tijdens de puberteit ontstaan? 4 Welk of welke van de genummerde gebeurtenissen is of zijn kenmerkend voor de adolescentieperiode?

doelstelling 12 Je moet oorzaken kunnen noemen van verminderde vruchtbaarheid en manieren kunnen beschrijven om ongewenste kinderloosheid op te heffen. • Oorzaken van verminderde vruchtbaarheid. – Leeftijd: vooral bij vrouwen neemt de vruchtbaarheid na het dertigste jaar af. – Leefstijl: voeding, alcoholgebruik, roken, bepaalde geneesmiddelen, straling en gevaarlijke stoffen. – Hormoonstoornissen – Aandoeningen aan de geslachtsorganen. • Kunstmatige inseminatie (KI): kan zwangerschap veroorzaken als de man onvruchtbaar is. – Bij een vrouw wordt sperma ingebracht van een man. – Bij IUI wordt sperma direct in de baarmoeder gespoten. – Bij ICSI wordt een zaadcel in de eicel geïnjecteerd. • In-vitrofertilisatie (ivf): bevruchting vindt buiten het lichaam plaats. – Ivf kan worden toegepast indien inwendige bevruchting niet tot zwangerschap leidt, bijvoorbeeld doordat de eileiders ondoorlaatbaar zijn. – Cryopreservatie: resterende embryo’s van een ivf-behandeling worden ingevroren.

De Sand Hills vormen een gebied met duinen op de noordelijke hoogvlakte in Noord-Amerika. De duinen zijn lichter van kleur dan het omliggende gebied. In het hele gebied van de hoogvlakte leven witvoetmuizen. Opmerkelijk is dat de populatie witvoetmuizen in de Sand Hills vooral bestaat uit muizen met een lichte vacht, terwijl de muizen in andere gebieden meestal een donkere vacht hebben. Uit onderzoek is gebleken dat één gen verantwoordelijk is voor het verschil in kleur. Doordat de donkere vacht dominant is, denkt men dat de lichte vorm veroorzaakt is door een mutatie. Op de hoogvlakte leven verschillende soorten roofvogels die witvoetmuizen op hun menu hebben staan.

▼ Afb. 73

Borsten Bij de geboorte hebben zowel jongens als meisjes twee tepels en een zeer kleine hoeveelheid borstweefsel (1). Tijdens de puberteit beginnen de borsten van een meisje te groeien, waarbij ze verschillende stadia doorlopen. De borsten groeien doordat er meer vetweefsel ontstaat en doordat het melkklierweefsel zich gaat ontwikkelen (2). Wanneer een vrouw voor het eerst zwanger is, vindt er nog een verdere ontwikkeling plaats in de borsten om deze voor te bereiden op hun functie bij het voeden van de baby (3). De borsten van een vrouw hebben niet alleen een functie bij het zogen van een baby, maar ook bij de seksualiteit. Veel tieners maken zich zorgen om de grootte van hun borsten (4). Sommige meisjes overwegen zelfs een borstvergroting. In Nederland is er geen minimumleeftijd voor een borstvergrotende operatie. Het is wel zo dat de plastisch chirurg bij meisjes die nog minderjarig zijn een aantal strikte voorschriften en regels moet hanteren. Je lichaam moet volledig uitgegroeid zijn en je moet een goed idee hebben van jezelf en hoe je in het leven staat (5).

competenties/vaardigheden Je hebt in een of meer contexten: • geleerd informatie te selecteren en te interpreteren; • geoefend in het herkennen van onjuiste uitspraken met betrekking tot seksualiteit; • geoefend in het geven van een beargumenteerde mening.

1 lichte vorm van de witvoetmuis

2 donkere vorm van de witvoetmuis

3 In afbeelding 75 zie je drie dieren. Bij welk van deze dieren vindt seksuele selectie plaats door de voorkeur van een vrouwtje voor bepaalde eigenschappen bij het mannetje?

▼ Afb. 75

1 bizons Over de volgende competenties/vaardigheden zijn geen vragen opgenomen in de diagnostische toets. Je hebt in een of meer contexten: • inzicht gekregen in het belang van voortplanting; • inzicht gekregen in het voorkomen van seksueel misbruik; • geoefend in het geven van je mening over seksualiteit van de mens.

doelstelling 2 Beantwoord de volgende vragen. De vragen 1 en 2 gaan over afbeelding 74. 1 Leg uit dat de lichte populatie witvoetmuizen in stand wordt gehouden door natuurlijke selectie. 2 Verwacht je dat er bij witvoetmuizen seksuele selectie 2 duiven 188

189

3 eenden

diagnostische toets thema 3 Voortplanting

doelstelling 3 Beantwoord de volgende meerkeuzevragen. 1 Welke van de volgende beweringen is juist? 1 Verschillen tussen nakomelingen die zijn ontstaan door ongeslachtelijke voortplanting worden altijd veroorzaakt door mutaties. 2 Bij geslachtelijke voortplanting is de kans op mutaties kleiner dan bij ongeslachtelijke voortplanting. A Geen van beide. B Alleen bewering 1. C Alleen bewering 2. D Beide beweringen zijn juist.

A

B

▼ Afb. 78

5 Wanneer het erg droog is, erg warm is of als er weinig voedsel beschikbaar is, raken planten in de stress. Stress van planten kan een reden zijn om van ongeslachtelijke voortplanting over te gaan tot geslachtelijke voortplanting. Welk voordeel heeft geslachtelijke voortplanting in stressvolle situaties? A Door geslachtelijke voortplanting is er minder energie nodig om voor nakomelingen te zorgen. B Door geslachtelijke voortplanting kunnen er meer nakomelingen ontstaan. C Door geslachtelijke voortplanting neemt de concurrentie tussen de planten toe, waardoor alleen de sterkste planten overblijven. D Door geslachtelijke voortplanting ontstaat meer variatie waardoor de overlevingskans van de populatie toeneemt.

→ gemiddelde hoeveelheid DNA/cel

▼ Afb. 77

4 Welk verschil tussen mannetjes en vrouwtjes van een soort zie je vaak als bij deze soort seksuele selectie plaatsvindt door concurrentie? 5 Voor veel mensen is het lastig aan hun partner duidelijk te maken dat ze zin hebben in seks. Veel diersoorten planten zich alleen tijdens een bepaalde periode voort. Na de keuze van een partner vertonen ze een aantal handelingen die altijd aan de paring voorafgaan. Hoe wordt dit gedrag genoemd?

diagnostische toets thema 3 Voortplanting

▼ Afb. 76

D

3 Kan door ongeslachtelijke voortplanting variatie in nakomelingen ontstaan? En door geslachtelijke voortplanting? A Door geen van beide ontstaat variatie in de nakomelingen. B Alleen door ongeslachtelijke voortplanting. C Alleen door geslachtelijke voortplanting. D Zowel door ongeslachtelijke als door geslachtelijke voortplanting. 4 Vindt bij ongeslachtelijke voortplanting recombinatie van chromosomen plaats? En bij geslachtelijke voortplanting? A Bij geen van beide vindt recombinatie van chromosomen plaats. B Alleen bij ongeslachtelijke voortplanting. C Alleen bij geslachtelijke voortplanting. D Zowel bij ongeslachtelijke als bij geslachtelijke voortplanting.

geen resistentie tegen antibiotica lage resistentie tegen antibiotica gemiddelde resistentie tegen antibiotica hoge resistentie tegen antibiotica 2 Afbeelding 76 geeft een petrischaal weer met bacteriekolonies. De kolonies verschillen in de mate waarin ze resistent zijn tegen penicilline. Aan de petrischaal wordt penicilline toegevoegd. Van het resultaat van de behandeling met penicilline wordt een tekening gemaakt. In afbeelding 77 staan vier mogelijke tekeningen. Welke van deze tekeningen geeft het resultaat weer van de behandeling met penicilline?

3

4 5 6

7

In afbeelding 79 is de spermatogenese weergegeven. Met stippellijnen zijn vier processen weergegeven met de letters P, Q, R en S. De vragen 5 en 6 gaan over deze afbeelding. 4 Delen van het voortplantingsstelsel van de man zijn: bijballen, prostaat, testes en zaadblaasjes. In welk van deze organen vinden de processen P, Q, R en S plaats? A Alleen in de testes. B Alleen in de bijballen en de testes. C Alleen in de prostaat en de zaadblaasjes. D In alle genoemde delen.

Beantwoord de volgende meerkeuzevragen. 1 Bij welk proces treedt bij de meeste dieren meiose op? A Bij de delingen in de huid en andere organen. B Bij de versmelting van voortplantingscellen. C Bij de vorming van gameten. D Bij ongeslachtelijke voortplanting. In afbeelding 78 staat een diagram dat de hoeveelheid DNA per cel aangeeft voor, tijdens en na delingen. Met nummers zijn verschillende tijdvakken aangegeven. De vragen 3 en 4 gaan over deze afbeelding. 2 In welk tijdvak of in welke tijdvakken kan een metafase optreden? Gebruik Binas of Biodata voor de beantwoording van deze vraag. A Alleen in 2. B Alleen in 3 en 5. C Alleen in 4 en 6. D Alleen in 1, 3, 5 en 7. 3

2

→ tijd

doelstelling 4

C

1

▼ Afb. 79 spermatogonium P primaire spermatocyt Q secundaire spermatocyten

Welk proces vindt plaats in periode 2? A Meiose I. B Meiose II. C Mitose. D Replicatie.

R spermatiden S spermacellen

5 Vanaf welk proces kun je het aantal chromosomen in de cel weergeven met ‘n’? A Vanaf proces P. B Vanaf proces Q. C Vanaf proces R. D Vanaf proces S. 190

191

1 Nanotechnologie. Nanoreageerbuisje

Recommend Documents