1.5 Biosociale problematiek ˘ OB 1.5.1 Essentiële aminozuren In het

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