Isaac-biologie 5 D wetenschappen - Module 1

De magie van omega 3

Omega 3 lijkt wel het wondermiddel van deze tijd te zijn. Het is zowat overal goed voor.

Bekijk volgende filmpjes over omega 3 om een idee te krijgen wat ze zijn, welke voordelen ze kunnen leveren, welke dosissen ingenomen zouden moeten worden, enzovoort.

1Biomoleculen: de bouwstenen van de cel

1.1Water

De meeste organismen bestaan hoofdzakelijk uit water. Het menselijk lichaam bestaat gemiddeld voor 65 % uit water, in tegenstelling tot planten die voor 70 % uit water opgebouwd zijn.

Het water kan zich zowel in de cel als tussen de cellen bevinden.

• intracellulair water

Dit water bevindt zich in de cel.

• intercellulair water

Dit water bevindt zich tussen de cellen in de weefsels en wordt ook wel het interstitieel vocht of weefselvocht genoemd.

Het

watersamenstelling

Water vervult verschillende functies in het lichaam. De belangrijkste zijn:

1oplosmiddel

• polaire stoffen lossen goed op en worden meegevoerd met het water doorheen het lichaam

• apolaire stoffen lossen niet goed op in water en zullen gebonden moeten worden aan andere moleculen om getransporteerd te worden

2transportmiddel van nutriënten en zuurstof

• grootste hoeveelheid water in de bloed- en lymfevaten

• transport van bv. aminozuren, vetzuren, vitamines ...

transport van nutriënten en zuurstof

regulatie van lichaamstemperatuur transport van nutriënten en zuurstof

3medium voor chemische reacties

• sommige reagentia kunnen zich goed verplaatsen in water

• water maakt soms zelf deel uit van, of ontstaat bij chemische reacties

• bufferfunctie

• voorbeeld: hydrolyse bij de spijsvertering

chemische reacties

smeermiddel voor gewrichten

regulatie van lichaamstemperatuur transport van nutriënten en zuurstof

chemische reacties

4smeermiddel voor gewrichten

• hoofdbestanddeel van slijm

• in het spijsverterings- en voortplantingsstelsel en tussen gewrichten om wrijving tussen botten te verminderen

smeermiddel voor gewrichten

chemische reacties

5regulatie van lichaamstemperatuur

• transpireren om af te koelen

• warmte verliezen via urine

• doordat de mens voor 65 % uit water bestaat, gaat afkoelen en opwarmen traag (hoge specifieke warmtecapaciteit)

regulatie van lichaamstemperatuur transport van nutriënten en zuurstof

1.2Mineralen en sporenelementen

Van alle elementen in het periodiek systeem der elementen spelen 25 een belangrijke rol in organismen. 21 van deze elementen behoren tot de categorie van de mineralen. Daarnaast hebben ook sporenelementen een belangrijke functie in het lichaam. We noemen ze sporenelementen omdat we slechts geringe hoeveelheden nodig hebben van deze elementen.

MEEST VOORKOMENDE MINERALEN MINDER VOORKOMENDE MINERALEN

BELANGRIJKE ELEMENTEN DIE GEEN MINERALEN ZIJN SPORENELEMENTEN

elementsymboolelementsymboolelementsymboolelementsymbool

fluorFsiliciumSi

waterstof Hijzer Fe

natriumNavanadiumVkoolstof Czink Zn

magnesiumMgchroomCr stikstof NseleniumSe

fosfor PkobaltCozuurstof OkoperCu

zwavelSnikkelNi joodI

chloorCltinSn

mangaanMn

kaliumK molybdeen Mo

calciumCa

normale hersenfunctie

gezonde schildklier

bloedvorming

mooie huid, haar en nagels

gezonde tanden

gezonde beenderen

Meer weten?

voorkomt kanker

gezond hart

normale vertering

selenium

normale spierfunctie

zwangerschap

immuunsysteem

bron van energie

anti-veroudering

1.3Koolstofverbindingen

De belangrijkste biomoleculen die tot de koolstofverbindingen behoren, zijn de sachariden, de lipiden, de proteïnen en de nucleotiden.

1.3.1Sachariden of suikers

Sachariden of suikers (beter gekend onder het oude synoniem koolhydraten) zijn een belangrijke klasse van organische moleculen die bestaan uit koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen. Ze vormen een cruciale bron van energie voor levende organismen en spelen een belangrijke rol bij de opbouw van structurele componenten in cellen en weefsels. Er zijn drie soorten sachariden: monosachariden, disachariden en polysachariden.

1.3.1.1Monosachariden

Monosachariden of enkelvoudige suikers zijn de eenvoudigste vorm van sachariden. Ze kunnen niet worden afgebroken tot kleinere suikermoleculen en vormen zo de bouwstenen van alle sachariden. Ze hebben als brutoformule Cn(H2O)n

Monosachariden zijn ringstructuren van vijf (pentose) of zes (hexose) koolstofatomen. Ze worden gevormd door een condensatiereactie van de lineaire monosacharide.

Monosachariden en disachariden worden snel afgebroken en geabsorbeerd in het lichaam, waardoor ze snel beschikbare energiebronnen zijn.

MONOSACHARIDE STRUCTUURFORMULE EIGENSCHAPPEN

glucose

C6H12O6

fructose C6H12O6

Anomeer van glucose

• synoniem: dextrose of druivensuiker

• hexose

• essentiële energiebron

• planten: aanmaak tijdens fotosynthese

galactose

C6H12O6

• synoniem: levulose of vruchtensuiker

• hexose

• in zoete groente- en fruitsoorten

• meestal afkomstig van sacharose

• zoetmiddel dat zo’n tweeënhalf keer zoeter is dan glucose

• hexose

• in zuivelproducten als onderdeel van lactose

• in het lichaam snel omgezet naar glucose en dus energie

ribose C5H10O5

desoxyribose C5H10O4

• aangemaakt door het lichaam uit glucose

• essentieel onderdeel van RNA

• onderdeel van transportmoleculen ATP, FAD, NAD, NADP en co-enzym A

• essentieel onderdeel van een nucleotide (bouwsteen van DNA)

In module 2 van het vijfde jaar 'De werkende cel' zul je meer leren over transportmoleculen en co-enzymen, en in module 3 van het vijfde jaar 'Erfelijk materiaal en celdelingen' zul je meer leren over DNA en RNA.

1.3.1.2Disachariden

Disachariden of dubbele suikers bestaan uit twee monosacharide-eenheden die aan elkaar zijn gebonden door een glycosidebinding. Een disacharide ontstaat als gevolg van volgende condensatiereactie:

DISACHARIDE STRUCTUURFORMULE

sacharose

maltose

lactose

EIGENSCHAPPEN

• synoniem: sucrose of rietsuiker

• glucose-fructose

• in suikerriet en suikerbiet

• synoniem: moutsuiker

• glucose-glucose

• ontstaat uit zetmeel bij brouwen van bier

• wordt door fermentatie omgezet in alcohol

• synoniem: melksuiker

• glucose-galactose

• in melkproducten

1.3.1.3 Oligo- en polysachariden

Oligosachariden en polysachariden zijn meervoudige suikers die bestaan uit lange ketens van monosacharide-eenheden die aan elkaar zijn gebonden. Oligosachariden bestaan uit drie tot vijftien monosachariden. Bij een langere keten van monosachariden spreken we van polysachariden

Beide hebben een breed scala aan functies, waaronder energieopslag en structuurondersteuning. Door verschillende condensatiereacties worden meerdere monosachariden aan elkaar gebonden, waarbij telkens een watermolecule wordt afgesplitst. Dit proces, waarbij een polymeer wordt gevormd, wordt ook wel polymerisatie genoemd.

Polysachariden worden, in tegenstelling tot mono- en disachariden, langzamer afgebroken en bieden een meer geleidelijke energieafgifte.

POLYSACHARIDE STRUCTUURFORMULE EIGENSCHAPPEN zetmeel

• 20 % amylose en 80 % amylopectine

• teveel aan glucose wordt in plantencellen opgeslagen onder de vorm van zetmeel

amylose

amylopectine

amylose

amylopectine

glycogeen

cellulose

• teveel aan glucose wordt in dierlijke cellen opgeslagen onder de vorm van zetmeel

• in spiercellen (nood aan energie)

• in levercellen (opslag)

plantencel

• lineair polymeer β-glucose

• in plantencellen

ketens van cellulosemoleculen macrofibrillen

cellulose vezels microfibrillen

1.3.2Lipiden of vetten

Lipiden of vetten zijn moleculen die opgebouwd zijn uit de elementen koolstof, waterstof en zuurstof. Lipiden staan, net zoals de sachariden, in voor de energielevering. In het menselijk lichaam dekt de afbraak van lipiden zo’n 20 – 30 % van onze energiebehoefte. Verder zorgen vetten ook voor de bescherming van onze cellen en weefsels, omdat ze dienst doen als stootkussen. Tot slot vormt een vetlaagje een ideale isolatielaag om de warmte vast te houden en cellen en weefsels te beschermen tegen koude.

De belangrijkste moleculen binnen de groep van de lipiden zijn de triglyceriden, fosfolipiden, steroïden en wassen.

structuur

1.3.2.1 Triglyceriden

Triglyceriden zijn opgebouwd uit een glycerolmolecule en drie vetzuren. De vorming van triglyceriden gebeurt via een condensatiereactie waarbij een OH-groep van elk vetzuur wordt afgesplitst en water vormt met een H-atoom van glycerol.

triglyceriden

3 vetzuren glycerol

triglyceriden

carboxylgroep koolwaterstofketen

H2O komt vrij

Er bestaan twee types vetzuren: verzadigde en onverzadigde vetzuren. Het type vetzuur bepaalt het karakter van het triglyceride.

VERZADIGD VETZUUR

• enkelvoudige bindingen

• lineaire ketens

• hoog smelt- en kookpunt

• vast bij kamertemperatuur

• dierlijke oorsprong

(uitzondering: kokosolie)

ONVERZADIGD VETZUUR

• een of meerdere dubbele bindingen

• knik in de keten ter hoogte van een dubbele binding

• lager smelt- en kookpunt

• vloeibaar bij kamertemperatuur

vetzuur

• ‘slechte’ vetten (aderverkalking)

structuur

structuur

carboxylgroep koolwaterstofketen

• plantaardige oorsprong (uitzondering: visolie)

• ‘goede’ vetten (gezonder) vetzuur

structuur

verzadigd vetzuur geen dubbele binding in de structuur

laurinezuur aantal dubbele bindingen

verzadigd vetzuur geen dubbele binding in de structuur

carboxylgroep koolwaterstofketen

1 of meerdere dubbele bindingen onverzadigde vetzuren

carboxylgroep koolwaterstofketen

verzadigd vetzuur geen dubbele binding in de structuur

laurinezuur aantal dubbele bindingen

1 of meerdere dubbele bindingen onverzadigde vetzuren

palmitoleïnezuur

laurinezuur aantal dubbele bindingen

positie van de dubbele binding

onverzadigde vetzuren

1 of meerdere dubbele bindingen

palmitoleïnezuur

positie van de dubbele binding

verzadigd vetzuur geen dubbele binding in de structuur

laurinezuur

1 of meerdere dubbele bindingen onverzadigde vetzuren

palmitoleïnezuur

palmitoleïnezuur

positie van de dubbele binding

In het ISAAC-moment leerde je al wat meer over omega 3. Omega 3-vetzuren zijn dus meervoudige, onverzadigde vetzuren. Ze kunnen o.a. gehaald worden uit vette vis en walnoten.

1.3.2.2 Fosfolipiden

Fosfolipiden zijn structurele lipiden, aanwezig in celmembranen. Dit wil zeggen dat ze essentieel zijn bij de bouw en functie van de celmembranen, die opgebouwd zijn uit een fosfolipide dubbellaag.

Een fosfolipide bestaat uit een hydrofiele (wateraantrekkende) polaire kop en een hydrofobe (waterafstotende) apolaire staart. De kop wordt gevormd door een fosfaatgroep, gebonden aan een glycerolmolecule. Aan de andere zijde van de glycerolmolecule zijn twee vetzuren verbonden.

fosfaatgroep

glycerol (driewaardig)

hydrofiele kop

hydrofobe staart

vetzuren

verzadigd

onverzadigd fosfolipide

Door dit amfipathische karakter (een hydrofiel en een hydrofoob deel) van fosfolipiden zullen ze in een waterig milieu steeds een fosfolipide dubbellaag vormen. De hydrofobe staarten keren zich immers naar elkaar toe, weg van het water.

fosfolipide dubbellaag

hydrofiele kop

hydrofobe staart

celmembraan

extracellulaire vloeistof

cytoplasma

1.3.2.3 Steroïden

Steroïden bestaan uit vier geconjugeerde koolstofringen (drie cyclohexaanringen en een cyclopentaanring) en verschillende functionele groepen.

De specifieke structuur van steroïden bepaalt hun biologische functies. Ze beïnvloeden de soepelheid van celmembranen (cholesterol) en doen dienst als signaalmoleculen (geslachtshormonen).

Anabole steroïden zijn synthetische steroïden die gebruikt worden als prestatieverhogende middelen (doping). Het zijn afgeleiden van het mannelijk geslachtshormoon testosteron.

WIST-JE-DAT

Wassen zijn organische verbindingen die bestaan uit lange koolstofketens met een hydrofobe kop en een hydrofiele staart. Hierdoor hebben wassen de eigenschap dat ze zich aan elkaar kunnen hechten en aan oppervlakten kunnen blijven plakken.

Wassen worden geproduceerd door verschillende organismen, waaronder planten, insecten en zelfs mensen. Ze hebben diverse functies, zoals bescherming tegen uitdroging, insecten en schimmels, en het reguleren van de transpiratie bij planten. Een veelvoorkomende was is ceramide, dat we terugvinden in celmembranen.

Voorbeeld: ceramide in de huid

jonge/gezonde huid

hoog ceramidegehalte

allergenen

verouderde/droge huid

laag ceramidegehalte

allergenen

verontreinigende stoffen

bacteriën

virussen

keratinocyt

lipidelaag

waterlaag

lipidelaag

waterlaag

lipidelaag

lamellaire structuur

vocht

verontreinigende stoffen

bacteriën

virussen

ceramide

vetzuur cholesterol

1.3.2.4 Wassen

1.3.3Proteïnen of eiwitten

1.3.3.1 Bouw van eiwitten

Proteïnen of eiwitten zijn macromoleculen die gevormd worden door een aaneenschakeling van aminozuren. Van de honderden aminozuren die we kennen, maken er slechts twintig deel uit van de eiwitten in het menselijk lichaam.

Alle aminozuren hebben een gelijkaardige basisstructuur:

• een centraal C-atoom

• een aminogroep (blauw)

• een carboxylgroep (rood)

• een H-atoom (geel)

• een restgroep (groen)

Deze is variabel en zorgt voor het bestaan van verschillende aminozuren.

waterstofatoom

aminogroep carboxylgroep restgroep

voorbeeld: serine

doel van aminozuren

aminozuren bouwen proteïnen (levensondersteunende macronutriënten)

serinemolecule

Sommige aminozuren kunnen aangemaakt worden door het menselijk lichaam, deze noemen we de niet-essentiële aminozuren. Andere moeten we via onze voeding opnemen: de essentiële aminozuren.

Er zijn negen essentiële. Ze zijn aangeduid op onderstaande afbeelding in het oranje.

aminozuren

glycinealanine valineleucine

valine leucine isoleucine

serinethreoninecysteinemethionineproline

threonine methionine

fenylalaninetyrosinetryptofaanasparaginezuurglutaminezuur

fenylalanine tryptofaan

asparagine glutamine lysineargininehistidine

lysine histidine

secundaire structuur

aminozuur peptidebinding

primaire structuur

waterstofbrug

α-helix β-vouwblad

tertiaire structuur

quaternaire structuur

3D-structuur

zwavelbrug of vanderwaalskrachten

1primaire structuur

De primaire structuur wordt gevormd door de aminozuursequentie. Dit is de volgorde van de aaneenschakeling van de aminozuren. De aminozuren worden aan elkaar geschakeld door middel van een condensatiereactie. Hierbij zullen de carboxylgroep van aminozuur 1 en de aminogroep van aminozuur 2 met elkaar reageren, waarbij water wordt afgesplitst. Er wordt een peptidebinding gevormd tussen de opeenvolgende aminozuren. Het resultaat is de vorming van een lineaire polypeptideketen.

aminozuur 1

aminozuur 2

peptidebinding

2Secundaire structuur

Deze structuur ontstaat als gevolg van waterstofbruggen, die gevormd worden tussen aminoen carboxylgroepen op verschillende plaatsen in de polypeptideketen.

Als gevolg van deze nieuwe verbindingen kunnen twee structuren ontstaan:

• α-helix

Er ontstaat een spiraalvormige structuur van de lineaire keten.

• β-vouwblad

Deze structuur komt tot stand wanneer waterstofbruggen gevormd worden tussen de NHgroep van het aminozuur van de ene streng en een CO-groep van een andere streng.

3Tertiaire structuur

Deze structuur komt tot stand door het verder opvouwen van de secundaire structuur. Dit gebeurt door middel van interacties tussen de zijketens van de aminozuren. Deze interacties ontstaan door de vorming van zwavelbruggen of S-bruggen.

β-vouwblad α-helix

β-vouwblad β-vouwblad α-helix

4Quaternaire structuur

De uiteindelijke quaternaire structuur wordt gevormd door associatie van meerdere polypeptideketens die samen een geheel vormen. De verschillende polypeptiden worden samengehouden door niet-covalente bindingen. Er ontstaat een driedimensionale structuur die ook de functie van het eiwit zal bepalen (bijvoorbeeld ATP-synthase, hemoglobine …).

ATP-synthase

hemoglobine

1.3.3.2 Functies van eiwitten

Eiwitten hebben heel wat essentiële functies in het lichaam.

• Ze vormen het skelet van de cel, ook wel het cytoskelet genoemd.

• Ze zijn aanwezig in heel wat lichamelijke structuren zoals in haar, botten, nagels … en geven zo vorm aan het lichaam.

• Ze komen voor als antilichamen die een rol spelen in het afweersysteem.

• Ze kunnen belangrijke hormonen vormen in het lichaam, zoals insuline.

• Sommige spelen een belangrijke rol bij het bewegen en delen van cellen.

• Sommige zijn enzymen die invloed hebben op de snelheid van reacties die in het lichaam plaatsvinden.

Op dit laatste gaan we wat dieper in.

Enzymen zijn opgebouwd uit één of meerdere polypeptideketens. Ze kunnen een invloed hebben op de snelheid van biochemische reacties in het lichaam en worden daarom biokatalysatoren genoemd.

De aminozuren worden op een specifieke manier aan elkaar gebonden, waardoor in het midden van het eiwit een holte gevormd wordt. Deze holte heeft een specifieke vorm waardoor er een bepaalde stof aan kan binden. Deze stof noemen we het substraat. Na binding wordt er een enzym-substraatcomplex gevormd.

Aangezien er een specifiek substraat in de holte van het enzym past, net zoals een specifieke sleutel in een bepaald slot past, wordt dit ook wel het sleutel-slotprincipe genoemd. Het enzym kan de stof ontbinden of kan meerdere stoffen aan elkaar binden. Het enzym blijft na de reactie onveranderd achter en kan met een nieuw substraat binden.

enzym

substraat

enzym verandert enigszins van vorm als het substraat bindt

producten

substraten

bindingsplaats

afzonderlijke substraten worden gecombineerd

product

bindingsplaats

Voorbeeld: het enzym lactase staat in voor de afbraak van het eiwit lactose. +

Soms is een enzym pas werkzaam nadat er een cofactor aan gebonden wordt. Een cofactor is zelf geen proteïne en kan organisch of anorganisch zijn (bijvoorbeeld een sporenelement). Het bindt aan het enzym waardoor het centrum, en dus de bindingsplaats voor het substraat, van vorm kan veranderen.

Een specifiek type cofactor is een co-enzym. Dat zijn organische moleculen, bv. vitamines.

enzym

bindingsplaats

de meeste enzymen hebben een mineraal als cofactor nodig om ze te activeren

substraat

enzym is niet werkzaam

voorbeeld: ijzer bij de heemproductie magnesium en zink bij de DNA-synthese

cofactor bv. mineraal

enzym is werkzaam

Er zijn heel wat factoren die de enzymatische werking kunnen beïnvloeden. Onderstaande afbeelding geeft weer hoe de temperatuur, zuurtegraad en de concentraties aan substraat en enzym hun effect hebben op de enzymatische werking.

temperatuur

grote invloed

meer warmte = meer kinetische energie enzymen hebben optimale pH

opgelet: als temperatuur te hoog is, wordt enzym gedenatureerd

indien pH hoger/lager kan dit de enzymstructuur verstoren

geleidelijke toename als substraat beschikbaar is vergroten van enzymconcentratie = vergroten van reactiesnelheid

1.3.4Nucleotiden

vergroten van substraatconcentratie = vergroten van reactiesnelheid

**tot alle bindingsplaatsen van enzymen in gebruik zijn**

Nucleotiden zijn verbindingen die de bouwstenen vormen van het DNA en RNA in organismen. DNA en RNA zijn dragers van de erfelijke informatie en bevinden zich steeds in de kern van een cel.

In module 3 van het vijfde jaar 'Erfelijk materiaal en celdelingen' zul je meer leren over nucleotiden en de bouw van DNA en RNA.

2Onderdelen van de cel

2.1Dierlijke cel

2.1.1Bouw en celorganellen

Het cytoskelet is een complex netwerk van eiwitvezels in een cel dat zorgt voor structuur, beweging en vormgeving van de cel. Het bestaat uit drie soorten vezels:

cytoskelet

1. microtubuli

Hol en buisvormig: bestaan uit tubuline en staan in voor transport van stoffen binnen de cel, de celdeling en de vorming van de celstructuur.

2. intermediaire filamenten

Sterker en dikker: bestaan uit keratine of vimentine en bieden structurele ondersteuning, celspanning en bescherming.

3. microfilamenten of actinefilamenten

Dun en flexibel: spelen belangrijke rol bij de celmobiliteit, celcontractie en celvorming.

ruw endoplasmatisch reticulum

ribosomen in cytoplasma

peroxisoom

golgicomplex

cytoskelet

secretie uit de cel

vesikel

lysosoom

centrosoom (twee centriolen)

Een lysosoom is verantwoordelijk voor de afbraak van afvalstoffen en het recyclen van cellulaire componenten. Het bevat lysosomale enzymen die helpen bij de afbraak van macromoleculen zoals eiwitten, koolhydraten en vetten.

Lysosomen worden gevonden in de meeste dierlijke cellen en komen niet voor in plantencellen. Daar vervullen vacuoles deze functie.

microtubuli

De celkern of nucleus bevat het erfelijk materiaal of DNA.

• bescherming via een dubbele membraanstructuur, het kernmembraan

• kernporiën maken uitwisseling van moleculen tussen kernplasma en cytoplasma mogelijk

• nucleolus bevat sterk compact opgerold DNA

• chromatine bestaat uit DNA, opgerold rond histonen

celkern

kernmembraan

nucleolus

chromatine

kernporie

ribosomen

Eukaryoten vs. prokaryoten: de endosymbiontentheorie

• Prokaryoten zijn kleiner en hebben geen celkern. Het ringvormig DNA bevindt zich vrij in de cel en er zijn geen mitochondriën.

• Eukaryoten zijn groter, complexer en hebben een celkern met DNA. Ze bevatten meer celorganellen.

glad endoplasmatisch reticulum

plasmamembraan

mitochondrion

Ribosomen zijn opgebouwd uit twee subeenheden: een grotere en een kleinere, niet begrensd door een membraan. Ze hebben als functie genetische informatie van het DNA omzetten of coderen naar eiwitten (=eiwitsynthese).

cytoplasma

In module 3 van het vijfde jaar 'Erfelijk materiaal en celdelingen' zul je meer leren over histonen, centriolen en DNA. En in module 2 van het zesde jaar 'Moleculaire genetica' zul je meer leren over de eiwitsynthese.

2.1.2Opdracht

Opzoekoefening: bespreek de bouw en functie van volgende onderdelen van de dierlijke cel.

1Celmembraan

cel

vloeistofmozaïekmodel

functies

bescherming transport communicatie

afgestoten molecule in vet oplosbare molecule in water oplosbare molecule ionkanaal

hydrofiele kop (wateraantrekkend) hydrofobe staart (waterafstotend)

bouw van het celmembraan

functie van het celmembraan

koolhydraatgroepen cholesterol

cytoplasma extracellulaire ruimte

helpt het membraan om flexibel te blijven

fosfolipiden proteïnenkoolhydraten (suikers) cholesterol

fosfolipidedubbellaag

2Endoplasmatisch reticulum (ER)

ruw endoplasmatisch reticulum

celkern nucleolus

kernporie

ruw endoplasmatisch reticulum

glad endoplasmatisch reticulum

ribosomen

ruw endoplasmatisch reticulum (RER) eiwitsynthese

ribosomen

bouw van het endoplasmatisch reticulum

celkern en endoplasmatisch reticulum

celkern

proteïnen van het RER migreren naar het golgicomplex

kernmembraan nucleolus chromatine kernporie

glad endoplasmatisch reticulum (SER) synthetiseert vetten en vervult andere functies

transportblaasje

functie van het endoplasmatisch reticulum

3Golgicomplex

eiwitten worden gewijzigd in het golgicomplex

1. eiwitten worden verpakt in secretieblaasjes of vesikels voor exocytose

bouw van het golgicomplex

transportblaasje

golgicomplex

fagolysosoom

restlichaam fagosoom

afgescheiden eiwitten

3. vesikel wordt in het plasmamembraan opgenomen

uitscheiden van afvalstoffen

bacterie

2. vesikel wordt lysosoom

functie van het golgicomplex

matrix

4Mitochondrion

ribosoom

ATP-synthase

DNA

intermembraanruimte

celademhaling

granule

binnenste membraan

buitenste membraan

mitochondrion (dierlijke cel)

cristae

bouw van een mitochondrion

functie van een mitochondrion

2.2Plantencel

2.2.1Bouw en celorganellen

drie soorten plasten in plantencellen en algen

1. chloroplasten

• groen

• fotosynthese (chlorofyl)

2. leukoplasten

• kleurloos

• opslagplaats zetmeel en vetten

3. chromoplasten

• geel/rood/oranje

• ontstaan uit chloroplasten bij rijpen van fruit en groenten (caroteen)

vacuole

chloroplast

cytoplasma

mitochondrion

celmembraan

De celwand komt enkel voor bij plantencellen. Dierlijke cellen hebben alleen een celmembraan.

kernmembraan

nucleolus

celkern

endoplasmatisch

reticulum

golgicomplex

celwand

hemicellulose

pectine

cellulose microfibril

2.2.2Opdracht

Opzoekoefening: bespreek de bouw en functie van volgende onderdelen van de plantencel.

1Celwand

middenlamel

primaire celwand

plasma(cel)membraan

cellulose

cellen

celwanden

cellulose vezels

macrofibrillen

cellulose ketens microfibrillen cellulose moleculen

vezels plant

bouw van de celwand

functie van de celwand

2Vacuole vacuole tonoplast

turgordruk

vacuole

bouw van de vacuole

turgescent (normaal)grensplasmolyseplasmolyse

functie van de vacuole

3Chloroplast

buitenste membraan binnenste membraan DNA stroma

plastoglobulus

ribosoom

thylakoïde

zetmeelkorrel

bouw van een chloroplast

licht granum

O2

suiker

chloroplast

Calvincyclus

CO2 H2O

functie van een chloroplast

2.3Grootteorde

Plantencellen en dierlijke cellen zijn zichtbaar met een lichtmicroscoop. Om de gedetailleerde celorganellen waar te nemen, maak je gebruik van een elektronenmicroscoop.

3De ene cel is de andere niet!

3.1Van cel tot organisme

De hiërarchische organisatie van levende materie verwijst naar de manier waarop biologische structuren en processen op verschillende niveaus georganiseerd zijn, van cellen tot complexe organismen. ORGANISME

3.1.1Cel

Cellen zijn de kleinste levende eenheden van organismen. De bouw en onderdelen van de dierlijke cel en plantencel hebben we in deze module reeds behandeld.

3.1.2Weefsel

Weefsels bestaan uit een groep cellen die samenwerken om een specifieke functie te vervullen. Elk type weefsel heeft een specifieke structuur en functie die bijdraagt aan de functie van een orgaan.

Dierlijke weefsel:

• spierweefsel

Dit weefsel is gespecialiseerd in contractie en beweging.

• epitheelweefsel

Dit weefsel bedekt de oppervlakken en doet zo dienst als een beschermende barrière.

• zenuwweefsel

Dit weefsel is verantwoordelijk voor de communicatie en coördinatie van signalen in het lichaam.

• bindweefsel

Bindweefsel speelt een rol bij het verbinden, beschermen en ondersteunen van andere weefsels en organen. Het geeft zo structuur en ondersteuning aan het lichaam.

spierweefsel

hartspiercellen

skeletspiercellen

gladde spiercellen

zenuwweefsel

epitheelweefsel bindweefsel

binnenkant van het maag-darmkanaal en andere holle organen

trilhaarepitheel cilindrisch epitheel kubisch epitheel plaveiselepitheel

huidoppervlak

spiercellen zenuwcellen vetcellen

basale membraan

Plantaardig weefsel:

• epidermis

Dit is het buitenste weefsel van de plant. Het bestaat uit een enkele laag cellen die de oppervlakte van de plant bedekken en beschermen.

• steunweefsel

Steunweefsel zorgt voor mechanische ondersteuning en structuur. Er zijn twee belangrijke soorten steunweefsel:

• Collenchymweefsel bestaat uit levende cellen met dikkere celwanden. Het bevindt zich onder de epidermis van jonge stengels en bladeren en zorgt er voor flexibiliteit en steun.

• Sclerenchymweefsel bestaat uit dode cellen met dikke, verharde celwanden. Het biedt stevigheid en ondersteuning aan volwassen delen van de plant.

• vulweefsel of grondweefsel

Zoals de naam reeds zegt, vult het vulweefsel de ruimtes tussen andere weefsels op. Het parenchymweefsel is het meest voorkomende vulweefsel in planten. Het bestaat uit levende cellen met dunne celwanden. Parenchymcellen zijn betrokken bij fotosynthese (grootste fotosynthetische activiteit in het palissadeparenchym), opslag van voedingsstoffen en gasuitwisseling (sponsparenchym).

• vaatbundels of transportweefsel

Vaatbundels zijn complexe weefsels, verantwoordelijk voor het transport van water, mineralen en organische stoffen door de plant. Er zijn twee belangrijke soorten vaatbundels: xyleem en floëem.

• Xyleemcellen zijn langwerpig en hebben een stevige celwand. Ze zijn verantwoordelijk voor het transport van water en mineralen uit de bodem, via de wortels, naar de stengels en bladeren. Ze zorgen ook voor stevigheid van de plant.

• Floëemcellen zijn compacte cellen, verantwoordelijk voor het transport van suiker en andere voedingsstoffen. Ze vervoeren niet enkel stoffen van de wortel naar de bovengrondse delen van de plant, maar ook stoffen die in de bladeren aangemaakt worden naar alle andere plantdelen.

epidermis bovenste epidermis

vaatbundels

vulweefsel mesofyl

epidermis onderste epidermis

vulweefsel merg

vaatbundels xyleem floëem sclerenchymweefsel

epidermis epidermis

vulweefsel cortex (primaire schors) xyleem floëem

3.1.3Orgaan

Organen zijn structuren die bestaan uit verschillende soorten weefsels die samenwerken om een specifieke functie in het lichaam uit te oefenen. Organen hebben vaak complexe taken en beschikken over een specifieke anatomie die hiervoor geschikt is. Voorbeelden van organen zijn het hart, de longen, de lever, de hersenen en de huid.

Voorbeeld: de huid (mens)

• opperhuid of epidermis

Buitenste laag van de huid die verschillende structuren bevat zoals bloedvaten, haarzakjes, epitheelweefsel enz. Het is verantwoordelijk voor het beschermen van het lichaam tegen invloeden van buitenaf.

• lederhuid of dermis

Middelste laag van de huid die onder de opperhuid ligt. Het bestaat uit verschillende soorten weefsels zoals bindweefsel, bloedvaten, haarzakjes, zweetklieren, zenuwen en zenuwuiteinden. Deze laag zorgt ervoor dat de huid stevig, elastisch en flexibel is.

• onderhuids vetweefsel of subcutis

Diepste laag van de huid die bestaat uit door bindweefsel omgeven vetcellen. Het doet dienst als isolatie, energiereserve en vangt schokken op. talgklier

porie

opperhuid (epidermis)

lederhuid (dermis)

onderhuids vetweefsel (subcutis) spier

3.1.4Orgaanstelsel

haarschacht

stratum corneum of hoornlaag plaveiselcellen

basale cellen

haaroprichter

zweetklier

haarzakje

slagader ader

vetweefsel

Orgaanstelsels bestaan uit meerdere organen die samenwerken om een gemeenschappelijke functie te vervullen. Elk orgaanstelsel heeft een specifieke rol in het lichaam.

Voorbeeld: spijsverteringsstelsel

De maag, darmen, lever en alvleesklier werken samen om voedsel te verwerken en voedingsstoffen op te nemen. mond (mondholte)

3.1.5Organisme

Op dit niveau worden alle verschillende organen en systemen samengebracht om een volledig functionerend organisme te vormen.

3.2Histologie

Histologie is een tak van de wetenschap die de microscopische structuur van weefsels bestudeert. Het richt zich op de organisatie, de functie en relaties van cellen binnen verschillende weefsels van levende organismen.

Door middel van histologische technieken kunnen weefsels verwerkt worden om ze te gaan bestuderen. De weefsels worden in dunne plakjes gesneden en gekleurd zodat verschillende cellen en structuren zichtbaar worden onder een microscoop.

Histologie onder de loep

Histologie biedt inzicht in de structuur en functie van verschillende weefsels, zoals epitheelweefsel, bindweefsel, spierweefsel en zenuwweefsel. Het stelt onderzoekers in staat om cellen te identificeren en te karakteriseren, de ruimtelijke ordening van verschillende weefselcomponenten te begrijpen en de fysiologische processen die plaatsvinden binnen weefsels te bestuderen.

3.3Link tussen bouw en functie van een cel

De bouw en functie van een cel zijn sterk afhankelijk van het specifieke celtype of meer bepaald de specifieke functies die de cel vervult. Elke cel in het lichaam heeft een unieke structuur en functie die nauw samenhangt met de rol die het speelt in het organisme.

Verschillende cellen hebben verschillende taken in het lichaam. Zo hebben bloedcellen de functie om zuurstof en voedingsstoffen te transporteren, terwijl epitheelcellen de bescherming en barrièrefunctie van weefsels bieden. Levercellen zijn betrokken bij de stofwisseling en ontgifting van het lichaam, terwijl zenuwcellen zorgen voor de overdracht van elektrische signalen. Elke cel is gespecialiseerd om zijn specifieke functie efficiënt uit te voeren, en deze functies zijn nauw verbonden met de structuur en samenstelling van de cel.

Elk celtype heeft een specifieke samenstelling en organisatie van de celonderdelen, die de structuur van de cel bepalen. Deze specifieke structuren zijn essentieel voor de functie van de cellen.

weefseltypes van het menselijk lichaam

epitheelweefsel

zenuwweefsel

bindweefsel

bloed

vetweefsel kraakbeen losmazig bindweefsel bot

dicht bindweefsel

spierweefsel

trilhaarepitheel éénlagig plaveiselepitheel kubisch epitheel cilindrisch epitheel

meerlagig plaveiselepitheel

hartspiercellen

gladde spiercellen

skeletspiercellen

Voorbeeld 1: zenuwcellen

Zenuwcellen hebben lange uitlopers, axonen genaamd, die hen in staat stellen elektrische signalen over lange afstanden te geleiden.

structuur van een neuron

Voorbeeld 2: spiercellen

Elk type spiercel heeft unieke kenmerken en functies die zijn aangepast aan zijn specifieke rol in het lichaam. Er zijn drie types spiercellen:

• hartspiercellen

Hartspiercellen hebben gestreepte kenmerken die vergelijkbaar zijn met skeletspiercellen, maar ze zijn kleiner en hebben doorgaans een enkele kern. Ze zijn verantwoordelijk voor het ritmisch samentrekken van het hart om bloed te pompen.

• skeletspiercellen

Langwerpige cellen die meestal verbonden zijn met botten via pezen en die krachtig kunnen samentrekken om beweging mogelijk te maken.

• gladde spiercellen

Langwerpige, niet-gestreepte cellen die voorkomen in de wanden van inwendige organen zoals de darmen, bloedvaten en luchtwegen.

hartspiercellenskeletspiercellengladde spiercellen

dendriet nucleus soma

knoop van Ranvier

cel van Schwann

axon myeline axon-uiteinde

3.4Celdifferentiatie

Celdifferentiatie is het proces waarbij ongedifferentieerde stamcellen zich ontwikkelen tot gespecialiseerde celtypen met specifieke structurele en functionele kenmerken.

Een ongedifferentieerde stamcel is een cel die het vermogen heeft om zich te vermenigvuldigen en zich te differentiëren tot gespecialiseerde celtypen in het lichaam. Dit proces speelt een cruciale rol in de ontwikkeling van weefsels en organen tijdens de embryonale ontwikkeling, evenals in het handhaven van de homeostase en het herstellen van beschadigd weefsel in het volwassen lichaam.

stamcel

hersenen

neuron

osteocyten

hartcellen

darmen

enterocyten

hepatocyten

botten

lever

hart

4Verder oefenen?

Tot welke stofklasse behoren volgende biomoleculen of stoffen? Wees zo specifiek mogelijk.

BIOMOLECULE OF STOF STOFKLASSE

glycogeen

visolie

lysine

cellulose

zink

hemoglobine

dextrose

cholesterol

calcium

moutsuiker

Beantwoord volgende vragen over chloroplasten.

In welke cellen komen chloroplasten voor?

Voor welk proces staan de chloroplasten in?

Geef de chemische reactie voor dit proces.

Vul aan.

Met behulp van lactase kan (melksuiker) verteerd worden in

Lactase behoort tot de groep van de Lactose behoort tot de groep van de

Zijn volgende structuren aanwezig in een dierlijke cel en/of plantencel? Zet een kruisje in de juiste kolom of kolommen.

celmembraan

celwand

plastiden

één grote vacuole

meerdere kleine vacuoles

lysosomen

centriolen

Bespreek de structuur van eiwitten aan de hand van de afbeelding.

DIERLIJKE CEL PLANTENCEL

Wat is het verschil in bouw en functie tussen het SER en het RER?

Water heeft een specifieke warmtecapaciteit van 4186 J kg °C . Lucht heeft een specifieke warmtecapaciteit van 1008 J kg °C

Water heeft een hogere specifieke warmtecapaciteit dan lucht. Wat betekent dit?

De mens bestaat voor 65 % uit water. Wat betekent dit voor de temperatuurregulatie van het menselijk lichaam?

Toon aan hoe de celwand en vacuole samen een belangrijke rol spelen bij de stevigheid van planten.

Waarom is een celmembraan doorlaatbaar voor kleine apolaire moleculen? Verduidelijk met behulp van een schets.

Schets:

Algemene meerkeuzevragen. Duid het correcte antwoord aan en verklaar. Let op: soms is er meer dan één correct antwoord.

Welke cellen bevatten het meest mitochondriën?

⚪ rode bloedcellen

⚪ haarcellen

⚪ hartspiercellen

⚪ slokdarmcellen

Verklaring:

Welke uitspraak of uitspraken zijn waar voor di- en polysachariden?

⚪ Ze worden gevormd door een condensatiereactie waarbij water vrijkomt.

⚪ Ze kunnen ontleed worden in hun monosachariden.

⚪ Zowel di- als polysachariden zijn snelle suikers.

Verklaring:

Welke bewering of beweringen zijn correct voor een enzym-substraatcomplex?

⚪ Het enzym verandert en het substraat blijft ongewijzigd achter.

⚪ Het enzym blijft ongewijzigd en het substraat zal veranderen.

⚪ Het enzym en het substraat veranderen beide.

⚪ Noch het enzym noch het substraat zal veranderen.

Verklaring:

Juist of fout. Duid het correcte antwoord aan. Indien fout verbeter je de bewering. Indien juist ondersteun je de bewering met een verklaring.

Nucleus en nucleolus zijn synoniemen.

⚪ juist

⚪ fout

Verklaring:

Bij prokaryoten is er een celkern aanwezig, die omgeven is door een kernmembraan. Dit kernmembraan scheidt het kernplasma en cytoplasma van elkaar.

⚪ juist

⚪ fout

Verklaring:

Het golgicomplex zorgt voor opslag van eiwitten, om ze daarna door te geven aan het endoplasmatisch reticulum.

⚪ juist

⚪ fout

Verklaring:

Kruiswoordraadsel

Tijd om alles nog eens op een rijtje (of kolom?) te zetten!

Vul het kruiswoordraadsel met begrippen uit dit hoofdstuk in. Met de kleine lettertjes kun je een belangrijk begrip vormen!

HORIZONTAAL

3Aanwezig in plantencellen maar niet in dierlijke cellen

5Als het enzym het slot is, dan is het … de sleutel

6Plaats waar eiwitten verwerkt en getransporteerd worden voor gebruik binnen of buiten de cel

8Holle vezel die instaat voor transport van stoffen binnen de cel

9Factor die de enzymactiviteit beïnvloed

13Lange keten van achttien monosachariden

15De vorming van zwavelbruggen behoort tot de … structuur van eiwitten

16C5H10O4

18Geslachtshormoon dat tot de steroïden behoort

19Levulose of vruchtensuiker of …

20Hoe hoger de … hoe groter de reactiesnelheid van enzymen

21Sporenelement

22Bouwsteen van DNA en RNA

23De kop van een was heeft een … karakter

25Staat o.a. in voor de opslag van water en voedingsstoffen, alsook de afbraak van afvalstoffen in plantencellen

27Cel die in staat is om een ander celtype te veranderen

VERTICAAL

1Het menselijk lichaam bestaat voor 65 % uit …

2Beschermt de celkern

4Het plasmamembraan bestaat uit een fosfolipide dubbellaag en is hierdoor … : bepaalde stoffen kunnen doorgelaten worden, andere worden vastgehouden

7Energie uit zonlicht wordt gebruikt om koolstofdioxide om te zetten in glucose

10Eiwitten zijn een aaneenschakeling van …

11Bevat compact DNA

12De kop van een fosfolipide heeft een … karakter

14De lever is een ...

17Zetmeel bestaat uit amylose en …

24Disacharide bestaande uit glucose-galactose

26Speelt een belangrijke rol bij de turgor van de cel als scheidingswand tussen het vocht binnen en buiten de vacuole

28Weefsel dat de beschermende barrière vormt van het lichaam

Ik kan biomoleculen indelen in hun specifieke stofklasse. p. 4-23

Ik ken de belangrijkste functies van water in het menselijk lichaam. p. 5

Ik ken de belangrijkste elementen, mineralen en sporenelementen in het menselijk lichaam. p. 6

Ik weet wat sachariden zijn, hoe ze opgebouwd zijn en kan bij elk type verschillende voorbeelden opsommen. p. 7-12

Ik kan koolstofverbindingen voorstellen met behulp van de brutoformule en de structuurformule. p. 7-12

Ik ken de verschillende di- en polysachariden, kan ze herkennen en weet uit welke monosachariden ze opgebouwd zijn. p. 10-12

Ik weet wat lipiden zijn, hoe ze opgebouwd zijn en kan bij elk type verschillende voorbeelden opsommen. p. 12-16

Ik weet wat proteïnen zijn, hoe ze opgebouwd zijn en kan bij elk type verschillende voorbeelden opsommen. p. 17-23

Ik kan de ruimtelijke structuur van eiwitten beschrijven aan de hand van de primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire structuur. p. 19-21

Ik ken de algemene functies van eiwitten. p. 21

Ik kan de werking van enzymen uitleggen aan de hand van het sleutel-slotprincipe.p. 21-23

Ik kan de bouw en functie van verschillende celorganellen in een dierlijke cel toelichten.p. 24-29

Ik kan het functioneren van een dierlijke cel uitleggen aan de hand van de samenwerking tussen de verschillende celorganellen. p. 24-29

Ik kan de belangrijkste celorganellen van de dierlijke cel aanduiden en benoemen op gekregen tekeningen. p. 24-29

Ik kan het onderscheid maken tussen een dierlijke cel en een plantencel aan de hand van een opsomming van de celorganellen. p. 24-33

Ik kan het onderscheid tussen prokaryoten en eukaryoten toelichten. p. 25

Ik kan de bouw en functie van verschillende celorganellen in een plantencel toelichten.p. 30-33

Ik kan het functioneren van een plantencel uitleggen aan de hand van de samenwerking tussen de verschillende celorganellen. p. 30-33

Ik kan de belangrijkste celorganellen van de plantencel aanduiden en benoemen op gekregen tekeningen. p. 30-33

Ik ken de grootteorde van een cel en celorganellen en weet wanneer ik een lichtmicroscoop of een elektronenmicroscoop nodig heb. p. 34

Ik kan bepaalde cellen, weefsels, organen en orgaanstelsels duiden binnen de hiërarchische organisatie van cel tot organisme. p. 34-38

Ik kan het principe van histologie toelichten. p. 38

Ik kan het verband leggen tussen weefsels en bijhorende celtypen, en de functie die ze vervullen in een organisme. p. 38-41

ik ken het! paginanummer

Colofon

Auteur Diederik Maebe, Jonie Van de Gucht

Eerste druk 2023

SO 0244/2023

Bestelnummer 65 900 0819 (module 1 van 5)

ISBN 978 90 4864 708 8

KB D/2023/0147/163

NUR 126

Thema YPMP1

Verantwoordelijke uitgever die Keure, Kleine Pathoekeweg 3, 8000 Brugge

RPR 0405 108 325 - © die Keure, Brugge

Die Keure wil het milieu beschermen. Daarom kiezen wij bewust voor papier dat het keurmerk van de Forest Stewardship Council® (FSC®) draagt. Dit product is gemaakt van materiaal afkomstig uit goed beheerde, FSC®-gecertificeerde bossen en andere gecontroleerde bronnen.