56
THEMA
3
STOFWISSELING IN CELLEN: VOEDING
BASISSTOF
1.5 ˘
Biosociale problematiek OB
O P D R A C H T 3 . 8 T. E . M . 3 . 1 3
1.5.1 Essentiële aminozuren In het begin van de vorige eeuw werden talrijke experimenten uitgevoerd in verband met de nood aan aminozuren in de voeding. In 1914 zetten Osborne en Mendel jonge ratten op een dieet waarin zeïne (een eiwit uit graangewassen, o.a. maïs, ‘Zea mays’) de enige proteïne was. Op afbeelding 3.17 zien we de samenstellende aminozuren van zeïne. De ratten verloren gewicht en hielden op met groeien. Ze kwijnden volledig weg en toen de dood nabij leek, werden lysine en tryptofaan aan het zeïnedieet toegevoegd. De dieren herstelden en evolueerden verder normaal. Uit dat experiment besluiten we dat ratten niet in staat zijn om bepaalde aminozuren die ze nodig hebben zelf op te bouwen. Later toonde een andere onderzoeker, W.C. Rose, aan dat er nog acht andere aminozuren nodig zijn voor de groei en de ontwikkeling van ratten. In 1930 voerde R. Schoenheimer experimenten uit, waarbij hij ratten leucine gaf, waarin het stikstofatoom radioactief was (15N). Nadien vond hij die 15N niet alleen terug in leucine, maar ook in andere aminozuren. Hij vermoedde dat door een enzymatische werking een bepaald aminozuur in een ander kon worden omgezet, de zogenaamde transaminatie (afbeelding 3.18). Diverse wetenschappers onderzochten welke aminozuren bij de mens noodzakelijk in het voedsel aanwezig moeten zijn. Ze vonden er acht: lysine, tryptofaan, fenylalanine, threonine, valine, methionine, leucine en isoleucine. De acht werden essentiële aminozuren genoemd. Later werden ook histidine en arginine bij de essentiële aminozuren gerekend; histidine omdat het onontbeerlijk is in de groeiperiode en arginine omdat het niet in voldoende mate kan worden gesynthetiseerd. Van het twintigtal aminozuren die het menselijk organisme nodig heeft voor de opbouw van de proteïnen, zijn er dus tien essentieel. De andere plaatsen we onder de noemer niet-essentieel, wat niet betekent dat ze minder belangrijk zijn, maar wél dat het organisme ze zelf kan synthetiseren. Op afbeelding 3.18A zien we twee niet-essentiële aminozuren die in elkaar overgaan. Afbeelding 3.18B toont een essentieel aminozuur dat overgaat in een niet-essentieel aminozuur. Merk op dat in het laatste geval de omgekeerde reactie onmogelijk is. De voedingswaarde van een proteïne is groter naarmate zijn aminozurensamenstelling dichter staat bij die van menselijk proteïne. In dat opzicht is de proteïne van het wit van een kippenei het voedzaamst. Tarwe en rogge scoren lager omdat ze arm zijn aan lysine en rijk aan methionine. Peulvruchten zijn ook niet zo voedzaam, omdat ze arm zijn aan methionine en rijk aan lysine. Bij een normale voeding worden mengsels van proteïnen gegeten. Er bestaat veel kans dat aminozuurtekorten van een eiwit worden aangevuld met overschotten van andere eiwitten.
1.5.2 Essentiële vetzuren Er zijn ook vetzuren die door het lichaam niet kunnen worden gesynthetiseerd en die dus essentieel zijn voor de mens. Linolzuur en linoleenzuur zijn daarvan voorbeelden.
Afb. 3.17
De aminozurensamenstelling van de maïsproteïne zeïne
(maximaal mogelijke % samenstelling van de aminozuren) cysteïne 1 % histidine 1,7 % arginine 1,8 % methionine 2,3 % threonine 3 % valine 3 % tyrosine 5,3 % fenylalanine 6,5 %
ZEÏNE
asparaginezuur 5,7 % isoleucine 7,4 % serine 7,8 % proline 10,5 % alanine 11,5 % leucine 24 % glutaminezuur 27 %
Afb. 3.18
Transaminatie
serinetranshydroxymethylase A serine Ser B fenylalanine Phe
glycine Gly fenylalaninehydroxylase
tyrosine Tyr
1.5.3 Vitaminen • Begrip
De naam ‘vitamine’ komt van de woorden ‘vitae’ (leven) en ‘amine’ (stikstofhoudende stof ofwel eiwit). Niet alle vitaminen bevatten echter stikstof, zodat de naam de lading niet volledig dekt. In totaal zijn er dertien vitaminen bekend, alhoewel er wel meer genoemd worden, bijvoorbeeld in allerlei vitaminepreparaten. Die preparaten bevatten stoffen die we ofwel zelf aanmaken ofwel niet onmisbaar zijn, zodat ze op wetenschappelijk vlak niet onder de vitaminen vallen. De vitaminen worden aangegeven met een letter (eventueel aangevuld met een cijfer, zoals bij het vitamine B-complex) en met een wetenschappelijke naam (tabel 3.1). Op afbeelding 3.19 zien we voedingsmiddelen die veel vitaminen bevatten.
60
THEMA
3
STOFWISSELING IN CELLEN: VOEDING
BASISSTOF
1.5.5 Suikerziekte ˘
OB
OPDRACHT 3.14
• Inleiding
Ongeveer 5 % van de Belgische bevolking lijdt aan suikerziekte of diabetes. Heel wat mensen hebben op dit moment diabetes, maar beseffen het nog niet. Jaarlijks komen er duizenden nieuwe diabetespatiënten bij. Suikerziekte is een chronische aandoening waarbij het lichaam geen of onvoldoende insuline aanmaakt of de insuline verkeerd aanwendt. Insuline is een hormoon dat door de alvleesklier wordt geproduceerd. Het speelt een belangrijke rol bij de stofwisseling van sachariden, vetten en eiwitten. In de spieren regelt insuline het opslaan van vetten en het gebruik van glucose en glycogeen. In thema 2 hebben we gezien dat, niettegenstaande de grote hoeveelheden sachariden die we opnemen via het voedsel, het menselijk lichaam verhoudingsgewijs relatief weinig sachariden bevat. Daaruit hebben we afgeleid dat sachariden vooral gebruikt worden voor energieproductie. Via de voeding neemt de mens verschillende soorten sachariden op. Die worden eerst afgebroken tot glucose. Het verdere gebruik van glucose in het lichaam wordt door insuline geregeld. Bij diabetici wordt geen of onvoldoende insuline aangemaakt en kan glucose niet of onvoldoende door de cellen worden opgenomen. De cellen proberen het tekort aan glucose op te vangen door eiwitten en vetten om te zetten in glucose. Daarbij ontstaan stofwisselingsproducten die kunnen leiden tot vergiftiging, bewusteloosheid en zelfs de dood. Bij diabetici kan glucose de cellen niet binnendringen en stapelt het zich op in het bloed. Daardoor speelt het lichaam een grote energiebron kwijt. • Types en behandeling
Suikerziekte komt frequent voor. Steeds meer mensen worden ermee geconfronteerd. Er zijn twee types: type 1 of IDDM (Insuline Dependente Diabetes Mellitus) of juveniele diabetes die 15 % van de diabetesgevallen vertegenwoordigt en type 2 of NIDDM (Non Insuline Dependente Diabetes Mellitus) of ouderdomsdiabetes die 85 % van de gevallen omvat. Type 1 Personen die lijden aan type 1 produceren geen of weinig insuline. Dat komt doordat in de alvleesklier de ß-cellen van de eilandjes van Langerhans, verantwoordelijk voor de productie van insuline, als gevolg van een auto-immuunreactie worden vernietigd. Wetenschappers vermoeden dat een erfelijke factor bijdraagt tot de ontwikkeling van die ziekte. Onderzoek heeft aangetoond dat een virale infectie, zoals mazelen en rubella, mee aan de basis kan liggen van de effectieve ontwikkeling van type 1-diabetes. Symptomen bij type 1 kunnen zijn: het gepaard
optreden van een steeds grotere eetlust en gewichtsverlies, extreme dorst, vaak plassen, vermoeidheid, duizeligheid, wazig zicht en verzwakte spieren. De behandeling van type 1-patiënten kan bestaan uit - een aangepast dieet dat een afgemeten hoeveelheid energie kan leveren. - gespreide inname van suikers. Door de spreiding van de inname van suikers over de hele dag worden suikerpieken in het bloed vermeden. De spreiding moet altijd gebeuren in functie van de injecties met insuline. Wanneer patiënten op insuline ingesteld zijn, kunnen schommelingen in de suikerspiegel (aantal g glucose per l bloed) ontstaan. Als een insulineshock dreigt te ontstaan, moet men onmiddellijk suiker eten. Tekenen daarvan zijn innerlijke onrust, zweten en grote honger. - vaste tijdstippen voor de maaltijden en tussendoortjes. Ook hier geldt dat eetmomenten en injecties op elkaar ingesteld moeten worden. Voldoende lichaamsbeweging helpt het suikerniveau terug te dringen en vermindert ook de kans op hart- en vaatziekten. - levenslange therapie met insuline-injecties. Type 2 Personen met type 2 produceren wel insuline, maar hun lichaam gebruikt die insuline verkeerd. Daardoor wordt de glucose onvoldoende door de cellen opgenomen. Dat is vaak het gevolg van overgewicht. Ook hier dragen erfelijke factoren en een zittend leven bij tot de ontwikkeling van type 2-diabetes. Type 2 kent een sluipend begin. Het manifesteert zich bij personen ouder dan 40 jaar. De eerste symptomen treden echter vele jaren later op. De volgende symptomen komen voor: vaak moeten plassen, vermoeidheid, duizeligheid, wazig zicht en verzwakte spieren. Het is onomstotelijk bewezen dat vermageren bij type 2 de beste behandeling is. Daardoor genezen al veel patiënten. Vaak hoeven ze daarna zelfs geen medicijnen meer te gebruiken. De behandeling van type 2-patiënten kan bestaan uit - een aangepast dieet met een laag energiegehalte. - drie maaltijden gespreid over de dag. Tussendoortjes kunnen nuttig zijn om het snoepen te vermijden. - voldoende gewichtsverlies. In vele gevallen is het voldoende dat de patiënt gewicht verliest om het suikergehalte in het bloed naar een normaal peil terug te brengen. - een behandeling met antidiabetica (eetlustremmers via de mond of insuline-injecties). We kunnen besluiten dat, voor een optimale behandeling, inzicht in de ziekte, een aangepast dieet en lichaamsbeweging belangrijk zijn. De behandeling van diabetes is belangrijk omwille van de ernstige gevolgen. Zo hebben mensen met suikerziekte meer kans op aderverkalking. Aderverkalking of arteriosclerose kan uiteindelijk leiden tot een verstopping van de slagaders
THEMA
3
STOFWISSELING IN CELLEN: VOEDING
BASISSTOF
ter hoogte van het hart (hartfalen), de hersenen (herseninfarct) en de onderste ledematen. Suikerziekte kan ook nadelige gevolgen hebben voor de wanden van de kleine bloedvaten. Er kunnen kleine bloedklonters ontstaan die soms leiden tot oogziekten, nieraandoeningen en zenuwaandoeningen (gevoelsverlies in de voeten). Suikerziekte ligt ook soms aan de basis van acute klachten zoals duizeligheid, wazig zicht of zelfs flauwvallen.
produceren de α -cellen van de eilandjes van Langerhans in de pancreas het hormoon glucagon. Dat hormoon zet de levercellen aan tot de omzetting van het eerder opgestapelde glycogeen tot glucose zodat die terug vrijkomt in het bloed. Daardoor wordt opnieuw de normwaarde bereikt. Op die wijze werken de hormonen insuline en glucagon samen om het glucosegehalte in het bloed constant te houden. De bloedsuikerspiegel mag niet minder dan 0,5 g glucose per liter bloed bedragen.
• Homeostase
In het eerste thema hebben we gezien dat de cel de basiseenheid van het leven is. Zowel een- als meercellige organismen staan voor hun levensverrichtingen in contact met de omringende buitenwereld. Bij een eencellig organisme (pantoffeldiertje ...) baadt de cel rechtstreeks in het uitwendig milieu en is ze daardoor weinig beschermd tegen fysische of chemische veranderingen van het milieu. Er is een directe interactie tussen het cytoplasma in de cel en dat uitwendige milieu. Bij de mens en bij vele andere meercellige organismen is elke cel omgeven door weefselvloeistof. Die weefselvloeistof vormt samen met het bloed en de lymfe het ‘milieu intérieur’ of het ‘interne milieu’. De omgeving buiten het lichaam noemen we het ‘externe milieu’ (tabel 3.4). Het constant houden van het ‘milieu intérieur’ noemen we homeostase (homoios = gelijk, stasis = toestand). Er zijn tal van homeostatische regelmechanismen die ervoor zorgen dat de omstandigheden in het interne milieu niet te veel veranderen. Het regelen van de bloedsuikerspiegel is een duidelijk voorbeeld van een homeostatische functie van het bloed (afbeelding 3.21).
De homeostatische regelingsmechanismen die zorgen voor het constant houden van het interne milieu werken op basis van een negatief terugkoppeling- of feedbacksysteem. Een dergelijk systeem bestaat uit opeenvolgende cycli waar informatie over een verandering in het interne milieu wordt geregistreerd, zodat de verandering kan worden tegengegaan en teruggebracht tot de oorspronkelijke toestand. Terugkoppeling betekent dus dat het resultaat van een proces een invloed heeft op datzelfde proces. Ook in de techniek wordt veel gebruikgemaakt van regelingsmechanismen. Een voorbeeld is de regeling van de kamertemperatuur door middel van centrale verwarming (afbeeldingen 3.22 en 3.23).
Afb. 3.21
Regeling van de bloedsuikerspiegel bloedglucosegehalte lager dan 0,5 g/l hoger dan 1,5 g/l
De bloedsuikerspiegel mag slechts fluctueren binnen welbepaalde grenzen. Bij het ontwaken ‘s morgens bedraagt de bloedsuikerspiegel 1 g glucose per liter bloed (= normwaarde). Na het ontbijt worden de opgenomen suikers omgezet tot glucose die opgenomen wordt in het circulatiesysteem. Daardoor stijgt de bloedsuikerspiegel. Die stijging leidt tot een verhoogde productie van insuline door de alvleesklier. Het lichaam neemt de glucose op uit het bloed en stapelt die op onder de vorm van glycogeen in de lever en de spiercellen. Dat heeft tot gevolg dat de bloedsuikerspiegel terug daalt en de normale waarde van 1 g glucose per liter bloed bereikt wordt. Als na een aantal uren het glucosegehalte in het bloed daalt onder die normwaarde,
Tabel 3.4
adrenaline glucagon
insuline
glycogeen glucose
Homeostase
buiten het organisme het ‘milieu extérieur’ longblaasjes darmvlokken nefronen
binnen het organisme het ‘milieu intérieur’ het extracellulaire milieu bloed en lymfe
weefselvocht
de cel het intracellulaire milieu cytoplasma
61
THEMA
3
STOFWISSELING IN CELLEN: VOEDING
UITBREIDINGSSTOF
Afb. 3.25
2
Aanwezigheid van zetmeel in een niet afgedekt bladdeel
Fotosynthese
2.1 Omstandigheden van de zetmeelsynthese Tijdens de lessen over voeding bij planten hebben we al kennisgemaakt met twee belangrijke basisexperimenten over de fotosynthese of de bladgroenverrichting. We merkten toen op dat bij de fotosynthese zetmeel en zuurstofgas worden gevormd. De resultaten van die experimenten vinden we terug op de afbeeldingen 3.24, 3.25 en 3.26. Op de afbeeldingen 3.24 en 3.25 zien we dat een groen, belicht blad, gedeeltelijk afgedekt met aluminiumfolie, enkel zetmeel vormt in het onbedekte deel. Afbeelding 3.26 illustreert de vorming van zuurstofgas bij groene waterplanten tijdens de fotosynthese. Afb. 3.24
Pelargonium met afgedekte bladeren
Afb. 3.27
Geanimeerd overzicht van het fotosyntheseproces
Afb. 3.26
Trechterproef
63
64
THEMA
3
STOFWISSELING IN CELLEN: VOEDING
UITBREIDINGSSTOF
Uit bovenstaande experimenten leiden we af dat groene planten koolstofverbindingen, zoals zetmeel, kunnen opbouwen, op voorwaarde dat ze beschikken over water, koolstofdioxide, licht en bladgroen (chlorofyl). Tijdens dat fotosyntheseproces vormen ze ook zuurstofgas. Afbeelding 3.27 geeft een geanimeerd overzicht van het fotosyntheseproces. Daaruit kunnen we de globale reactievergelijking van de fotosynthese afleiden.
6CO2 + 12H2O
chlorofyl ÈÈÈȬ C6H12O6 + 6H2O + 6O2 lichtenergie
Wanneer veel (n) glucosemoleculen aan elkaar binden, ontstaat er zetmeel. nC6H12O6
ÈÈÈȬ
(C6H10O5)n + nH2O
enkele bladcel kan tot 80 chloroplasten bevatten. Zoals we in thema 1 al bestudeerden, bevat een chloroplast talrijke membraneuze instulpingen die, na afsnoering, groene blaasjes vormen: de thylakoïden (afbeelding 3.28). Die liggen ingebed in een kleurloze vloeistof, het stroma (afbeelding 3.28). De thylakoïden kunnen opnieuw kleinere blaasjes vormen die zich opstapelen tot de typische grana (enk.: granum). In de meeste cellen bevatten de chloroplasten tussen 10 en 100 grana van verschillende vormen. De grana zijn met elkaar verbonden door steunlamellen, membranen die opgebouwd zijn uit vetten en eiwitten. De steunlamellen liggen in de lengterichting van de chloroplast. Aan de buitenkant van de grana zitten bolvormige partikeltjes die fotosynthese-enzymen bevatten. Aan de membraaneiwitten van de thylakoïden zitten de chlorofylmoleculen vast die nodig zijn voor het fotosyntheseproces. Naast de grana zijn er ook nog vetdruppeltjes, zetmeelkorreltjes, ribosomen en DNA aanwezig in het stroma.
2.2 Functionele bouw van een chloroplast Enkelvoudige suikers, zoals glucose en het daaruit gevormde zetmeel, worden aangemaakt in de chloroplasten. Dat zijn organellen die voorkomen in het cytoplasma van cellen van groene planten. Er bestaat een grote variatie in aantal, vorm en afmetingen van de chloroplasten bij verschillende plantensoorten. Chloroplasten kunnen plaat-, band- of stervormig zijn, maar bij de zaadplanten zijn ze meestal lensvormig. Eén
Afb. 3.28
Schematische voorstelling van een chloroplast
thylakoïd
vetdruppeltje
zetmeelkorrel
chloroplastmembraan granum stroma met ribosomen
THEMA
5
M O L E C U L A I R E B O U W E N V E R M E N I G V U L D I G I N G VA N E R F E L I J K M AT E R I A A L
97
BASISSTOF
1.4 Chromosomen 1.4.1 Ontstaan In een chromatinevezel is het DNA sterk gecondenseerd. Bij celdeling condenseren de chromatinevezels na replicatie nog verder. Elke vezel (afbeelding 5.4A) vormt dan lussen rondom een centrale as (B). De lussen kunnen op verschillende manieren gelobd zijn (C) en de centrale as kan daarbij gevouwen zijn (D). Die gecondenseerde chromatinevezel spiraliseert dan (E) tot een korte, dikke, draadvormige structuur: een chromosoom (F).
Afb. 5.4
A Afb. 5.5
Ook bij dit condensatieproces vervullen de H1-histonen een rol. Chromosomen kunnen worden beschouwd als het resultaat van een graduele condensatie en een spiralisatie van een DNA-molecule met verschillende types histonen. De beide nieuwgevormde DNA-moleculen ontstaan na replicatie, vormen elk een chromatide die samen het chromosoom worden genoemd. De chromatiden zitten aan elkaar vast ter hoogte van het centromeer (afbeelding 5.5A en B). Hier is de DNA-molecule niet ontdubbeld.
Condensatie van een chromatinevezel tot een chromosoom
B
C
D
E
F
Bouw van een chromosoom
centromeer
DNA
chromatide
chromatinevezel
Bij bacteriën en blauwwieren (prokaryoten) is het DNA niet op histonen gewonden tot een chromosoom. Ze hebben een ringvormige DNA-molecule die opgevouwen is tot een kluwen dat niet omgeven is door een kernmembraan. 1.4.2 Eigenschappen van chromosomen Behalve de geslachtscellen hebben alle cellen van een organisme hetzelfde aantal chromosomen. Dat aantal is voor alle organismen van dezelfde soort constant (tabel 5.1). Tabel 5.1
A
Het aantal chromosomen in de lichaamscellen bij
replicatie
organismen
DNA
grove den rogge gerst tarwe maïs ajuin kool radijs zonnebloem koffie erwt boon aardappel tomaat tabak appel paardenspoelworm wijngaardslak
24 14 14 42 20 16 18 18 34 44 14 22 48 48 48 34 2 54
fruitvlieg huisvlieg honingbij ( ) groene kikker houtduif rund varken schaap paard ezel hond kat huismuis konijn resusaap gorilla chimpansee mens
8 12 32 26 80 60 38 54 64 62 78 38 40 44 42 48 48 46
één chromatinedraad met één DNA-molecule
chromatide B
centromeer
Bij de meeste organismen zijn de chromosomen in een gewone lichaamscel twee aan twee gelijk in vorm en grootte. Twee dergelijke chromosomen van hetzelfde type noemen we homologe chromosomen. Een cel met chromosomen die twee aan twee gelijk zijn, noemen we een diploïde cel en stellen we voor met het symbool 2n. In sommige cellen, bijvoorbeeld de voortplantingscellen, is het aantal chromosomen niet diploïd. Als er van elk type chromosoom maar één exemplaar voorkomt, is de cel haploïd. We stellen dat aantal voor met het symbool n. Een haploïd stel chromosomen noemen we het genoom.
98
THEMA
5
M O L E C U L A I R E B O U W E N V E R M E N I G V U L D I G I N G VA N E R F E L I J K M AT E R I A A L
BASISSTOF
Afb. 5.6
Karyogram
2
Celcyclus
Een cel doorloopt een celcyclus (afbeelding 5.7). Het is de periode die begint bij het ontstaan van de cel en eindigt met de deling van de cel. De celcyclus bestaat uit de interfase en de celdeling.
A
B C
Een organisme met diploïde lichaamscellen is een diploïd organisme. Een organisme met haploïde lichaamscellen is een haploïd organisme. Bij de sociale insecten (bijen, hommels, wespen, mieren ...) zijn de mannetjes haploïd. Ze zijn immers ontwikkeld uit een onbevruchte eicel. Dat is ook het geval bij watervlooien en bladluizen. Een cel die meer dan twee keer dat haploïde aantal chromosomen bezit, is polyploïd. Zo bestaan er triploïde (3n), tetraploïde (4n) ... planten. De landbouw maakt gebruik van polyploïde organismen voor hun hogere kwaliteit en economische rentabiliteit (tomaat, aardappel, maïs ...). Afbeelding 5.6A stelt de chromosomen van een man voor. De voorstelling van alle chromosomen van een individu noemen we een karyogram. Als we van dat karyogram de 46 chromosomen rangschikken volgens een internationale overeenkomst betreffende vorm en grootte, vinden we 22 paar homologe chromosomen. Dat zijn de autosomen. De twee overige chromosomen (een klein, het Y-chromosoom, en een groot, het X-chromosoom) noemen we de heterosomen of geslachtschromosomen (afbeelding 5.6B). Bij een vrouw vinden we ook de 22 paar autosomen terug, analoog met die van de man. Het resterende paar, de heterosomen of geslachtschromosomen, blijkt identiek te zijn met het X-chromosoom van de man (afbeelding 5.6C). Bij de meeste dieren wordt het geslacht bepaald zoals bij de mens: XX voor het vrouwelijke geslacht en XY voor het mannelijke geslacht. Bij de meeste vogels, alle reptielen, de meeste amfibieën, sommige vissen en alle vlinders en kevers is de situatie omgekeerd: de wijfjes hebben XY als geslachtschromosomen, de mannetjes XX.
2.1 Interfase De interfase wordt opgesplitst in drie fasen. 1 De G1-fase (groeifase 1): de cel groeit, er is synthese van eiwitten, nucleotiden ... 2 De S-fase (synthesefase): er gebeurt DNA-replicatie en er worden histonen bijgemaakt, zodat de nieuwgevormde DNA-strengen gecondenseerd kunnen worden tot chromatinevezels. 3 De G2-fase (groeifase 2): de celorganellen (microtubuli) worden voorbereid op de celdeling. De microtubuli vallen uiteen in tubulinedimeren, waardoor het cytoskelet wordt afgebroken en de cel een meer afgeronde vorm krijgt. De ontdubbeling van het centriolenpaar is het eerste teken dat de cel zich zal delen (afbeelding 5.8). Sommige cellen verlaten tijdelijk of definitief de celcyclus en komen in de G0-fase terecht. De cel functioneert als gedifferentieerde cel in een weefsel en er treedt geen celdeling op. Zenuwcellen bijvoorbeeld verliezen definitief hun delingsvermogen, ze zijn terminaal gedifferentieerd. Andere cellen zoals de levercellen behouden de delingcapaciteit naargelang van de noden; het zijn facultatief delende cellen. De duur van de celcyclus is afhankelijk van het celtype. Bij kankercellen is de celcyclus verstoord.
Afb. 5.7
De celcyclus
G2 S celdeling
G1
G0
THEMA
5
M O L E C U L A I R E B O U W E N V E R M E N I G V U L D I G I N G VA N E R F E L I J K M AT E R I A A L
BASISSTOF
Afb. 5.8
De interfase
chromatinevezels
ontdubbeld centriolenpaar
ontdubbelde chromatinevezels
centriolenpaar
2.2 Mitose 2.2.1 Wat is mitose? De mitose is een celdeling waarbij uit één moedercel twee dochtercellen ontstaan die exacte kopieën bevatten van het DNA van de moedercel. (afbeelding 5.9)
- Als weefsels beschadigd werden, stijgt de delingsactiviteit op die plaats tot het weefsel hersteld is. 2.2.3 Verloop van de mitose bij een dierlijke cel ˘
2.2.2 Belang van de mitose - De meeste cellen hebben een beperkte levensduur. Bij een volwassen mens sterven ongeveer vijf miljoen cellen per seconde. Ze worden dadelijk vervangen, doordat de omliggende cellen zich delen. Alleen al om het status-quo te handhaven, moeten er dus per seconde ongeveer vijf miljoen cellen een deling ondergaan. Voor de instandhouding van het organisme is de celdeling dus van primordiaal belang. - Alle meercellige organismen ontstaan, door opeenvolgende delingen of mitosen, uit één enkele cel, de bevruchte eicel of zygote. Voor de ontwikkeling van een organisme is de celdeling dus van vitaal belang. - De twee cellen die uit een celdeling ontstaan, zijn uiteraard kleiner dan de oorspronkelijke cel. Ze beginnen te groeien. Zodra ze een bepaalde grootte bereikt hebben, gaan ze zich op hun beurt delen. Als ze dat niet deden, zouden ze verder groeien, want de meeste cellen nemen wat meer grondstof op dan ze verbruiken. Bij onbegrensde celgroei zou een cel zo groot worden dat de nodige voedingsstoffen en het zuurstofgas niet snel genoeg zouden kunnen diffunderen tot in het centrum van de cel, omdat de verhouding volume/oppervlakte te groot wordt. Precies omdat die verhouding een vitale grenswaarde heeft, is de celdeling een onontbeerlijk proces.
Afb. 5.9
Microfoto’s van de mitose bij een wortel
OB
OPDRACHT 5.2
Hoewel de mitose een continu proces is, onderscheiden we vier fasen die geleidelijk in elkaar overgaan, met name de profase, de metafase, de anafase en de telofase. 2.2.3.1 Profase (afbeelding 5.10) Vanuit de tubulinedimeren worden stervormige microtubuli opgebouwd: de astrale microtubuli. De figuur die zo ontstaat, noemen we de asterfiguur. De twee centriolenparen stoten elkaar af en gaan aan weerszijden van de kern tegenover elkaar liggen: daardoor zijn de zogenaamde polen van de cel bepaald, evenals het evenaarsvlak halverwege tussen de twee polen. De condensatie van de chromatinevezels gaat verder: ze gaan geleidelijk over in chromosomen die al duidelijk in chromatiden gesplitst zijn. Elke chromatide bevat één van beide nieuwgevormde (identieke) DNA-moleculen. Per cel zijn er nu 2n chromosomen of 4n chromatiden zichtbaar. Intussen zijn de nucleolen en het kernmembraan uit elkaar gevallen. Enkele van de astrale microtubuli strekken zich uit van pool tot evenaar: de polaire microtubuli. Andere verbinden elke pool met één van beide chromatiden van elk chromosoom. Ze hechten zich vast aan het kinetochoor, een vezelige eiwitstructuur gelegen aan weerszijden
99
