Solanum 5/6 - Module 1 by die Keure

4 | Transport in en uit cellen

Aan de kusten van Europa komt kortarige zeekraal of Salicornia europaea L. vrij vaak voor. Het plantje wordt tot 40 cm hoog en bloeit van augustus tot oktober. Typisch voor zeekraal is zijn voorkeur voor zoute tot zeer zoute bodems. Een beperkte groep planten, halofyten genaamd, kunnen groeien op dergelijke zilte plaatsen. Niethalofyten zullen op dit soort bodems niet groeien omdat ze geen water kunnen opnemen of omdat ze kapotgaan aan de hoge concentraties natrium- en chloride-ionen. Zeekraal kan wel overleven door grote hoeveelheden natrium- en chloride-ionen op te slaan in de vacuoles van de cellen. In het cytoplasma komt ook een grote hoeveelheid molecules voor, zoals bv. glycinebetaĂŻne. Grote aantallen opgeloste stoffen maken het de plant mogelijk om toch water uit de sterk zoute bodem te halen. Verzilting van landbouwgronden is een steeds groter wordend probleem. Vooral slecht geĂŻrrigeerde gronden worden snel te zout voor de courante gewassen. Zeekraal en andere halofyten worden bestudeerd om op dit type gronden te telen, want zeekraal is eetbaar. Het wordt op beperkte schaal aan de kust verzameld.

4 | Transport in en uit cellen

4.1 Cellen moeten over transportmechanismen beschikken Cellen voeren permanent een groot aantal chemische reacties uit. Een deel van deze reacties bestaat uit de afbraak van molecules. Deze reacties vormen samen het katabolisme. Andere reacties zorgen voor de opbouw van nieuwe molecules. Deze reacties vormen samen het anabolisme. Het geheel van alle chemische reacties die in een cel plaatsvinden noemen we het metabolisme. Of anders gezegd: het metabolisme is de som van alle reacties uit het katabolisme en het anabolisme. In deze reacties zijn heel wat molecules betrokken. Enkele voorbeelden illustreren dit: Voorbeeld 1: In menselijke cellen speelt glucose een belangrijke rol (in module 2 gaan we hierop verder in). Elke dag zijn grote aantallen glucosemolecules nodig om het metabolisme draaiende te houden. Deze glucosemolecules worden uit de voeding gehaald en belanden via het spijsverteringsstelsel in het bloed. Individuele cellen halen de nodige glucose uit het passerende bloed. Wanneer er teveel glucose is, dan zet het lichaam de overtollige glucose om in glycogeen (en bij zeer grote hoeveelheden glucose ook in glyceriden). Dit gebeurt o.a. in de levercellen. Wanneer er te weinig glucose in het bloed zit, dan kan de opgeslagen glycogeen terug afgebroken worden tot glucose. De levercellen geven dit af aan het bloed zodat andere cellen de glucose opnieuw kunnen opnemen. Dit systeem wordt geregeld door de hormonen insuline en glucagon. Bij diabetes of suikerziekte is er een probleem met de hoeveelheid insuline of met het opnamesysteem van cellen voor glucose. Voorbeeld 2: De top van plantenwortels scheidt aan de bodem een complex slijmachtig mengsel van polysachariden en eiwitten af. Deze slijmlaag beschermt in de eerste plaats de groeiende wortel maar heeft nog andere belangrijke functies. Zo plakken bodemdeeltjes vast in de slijmlaag en komen allerlei micro-organismen op de laag af. Het geheel noemt men mucigel. De micro-organismen helpen o.a. om nitraationen vrij te zetten uit de bodem. Deze nitraationen worden door de wortelcellen opgenomen. In de plant kunnen deze ionen gebruikt worden om aminozuren te maken. Met aminozuren maakt de plant eiwitten. Sommige eiwitten kunnen opnieuw afgegeven worden aan de mucigel. Voorbeeld 3: Het element ijzer is op aarde in grote hoeveelheden aanwezig. Toch hebben levende wezens grote problemen om dit element te bekomen. De ijzerionen zijn namelijk weinig oplosbaar. BacteriĂŤn lossen dit op door sideroforen te maken. Sideroforen zijn molecules die uitgescheiden worden in de omgeving van de cel. Een eigenschap van sideroforen is dat ze Fe3+-ionen kunnen binden, ook al zijn deze in heel kleine hoeveelheden aanwezig. De met Fe3+-ionen gebonden sideroforen worden opnieuw opgenomen door de cel. In de cel komen de ijzerionen vrij en worden ze meestal eerst omgezet in Fe2+-ionen waarna ze in allerlei reacties uit het metabolisme een belangrijke rol gaan spelen.

78 |

Solanum

Cellen zijn goed afgeschermd van de buitenwereld. Cytoplasmamembraan, glycocalyx en celwand vormen een stevige barriĂ¨re waar slechts weinig molecules doorraken. Zoals uit de voorbeelden blijkt moeten cellen echter heel wat molecules kunnen uitwisselen met de omgeving rond de cel. Bovendien zijn er heel wat verschillen tussen deze molecules (bv. grootte of de aan- of afwezigheid van elektrische lading, ...). En tot slot zullen sommige molecules bijna permanent moeten uitgewisseld worden (denk bv. aan zuurstof- en koolstofdioxidegas) terwijl andere molecules maar sporadisch moeten doorgelaten worden. Voor al deze verschillende molecules moet een cel over een aangepast transportsysteem beschikken. Figuur 4.1 stelt dit schematisch voor. Globaal kunnen de transportsystemen van cellen in twee verschillende groepen onderverdeeld worden. De eerste groep is deze van het passief transport. Bij passief transport moet de cel geen energie verbruiken om molecules te transporteren. De tweede groep is deze van het actief transport. Bij actief transport moet de cel wel eigen energie verbruiken om een molecule te transporteren. Figuur 4.1: Een schematisch voorgestelde cel wordt omgeven door allerlei molecules. Elke letter stelt een fictief atoom voor. De blauwe pijl stelt de opname van het molecule A-D voor in de cel. De rode pijl stelt de afgifte van een molecule D-E-A en D voor. Het molecule A-D wordt in het katabolisme afgebroken tot A en D. Een molecule D-E wordt in het anabolisme samen met A omgezet in D-E-A.

A-D

D-E-A

D-E

D-E-A

anabolisme

D A-D

katabolisme

cel

A-D A-D

D D D

D-E-A

D D-E-A

4.2 Passief transport We onderscheiden twee types van passief transport: diffusie en osmose.

4.2.1 | Diffusie Wanneer je een druppel inkt in een bekerglas met water druppelt, zal de kleurstof zich langzaam over de beker verspreiden. Watermolecules botsen met de inktmolecules, waardoor de inktmolecules zich zullen verspreiden. Bij evenwicht zal de concentratie van inktdeeltjes over de gehele beker gelijk zijn. Diffusie is een proces waarbij deeltjes bewegen van de plaats waar ze in de hoogste concentratie voorkomen naar de plaats waar hun

4 | Transport in en uit cellen | 79

concentratie het laagst is. Molecules diffunderen van een plaats met een hoge concentratie naar een plaats met een lage concentratie. Eenzelfde verklaring kan gegeven worden bij het openen van een flesje parfum: na verloop van tijd zal de geurstof de kamer volledig vullen. Wanneer twee oplossingen met een verschillende concentratie opgeloste stof met elkaar in contact staan, zal de opgeloste stof zich bewegen naar de plaats met de laagste concentratie. Dit zal doorgaan tot er een evenwicht is: beide oplossingen bevatten dan eenzelfde concentratie opgeloste stof. Wanneer beide oplossingen gescheiden worden door een membraan, kan hetzelfde proces opgaan, op voorwaarde dat de opgeloste stof door het membraan kan. Membranen bevatten vaak heel kleine openingen. Enkel stoffen die voldoende klein zijn, kunnen door de openingen van het membraan geraken. Figuur 4.2: Schematische voorstelling van diffusie doorheen een membraan. Tel de molecules aan beide kanten van het membraan en vergelijk de begin- met de eindsituatie (= evenwicht). Begin

Einde

: opgeloste stof

membraan opening

links: ______________ molecules

rechts: ______________ molecules

Opgepast: bij evenwicht (dit wil zeggen evenveel molecules aan beide zijden van het membraan) is er nog uitwisseling van molecules! Globaal gezien verandert er niets meer (evenveel molecules links als rechts), maar molecules zullen nog doorheen het membraan gaan. Voor elke molecule die van rechts naar links gaat, zal een molecule van links naar rechts gaan, zodat het evenwicht behouden blijft. De snelheid van diffusie (voor niet-geladen molecules) kan berekend worden met behulp van de wet van Fick. R=DxAx

Δp d

waarbij • R = diffusiesnelheid • D = diffusieconstante (afhankelijk van het oplosmiddel of het soort membraan (of ander materiaal) waardoor de diffusie gebeurt) • A = oppervlakte beschikbaar voor diffusie

80 |

Solanum

• Δp = het verschil in concentratie van opgeloste stof tussen de plaats met hoogste en met laagste concentratie opgeloste stof • d = de af te leggen afstand tussen de plaats met de hoogste en de laagste concentratie

Of anders geformuleerd: de wet van Fick zegt dat de diffusiesnelheid ________________________________________________

evenredig is met het oppervlak.

________________________________________________

evenredig is met de af te leggen afstand.

________________________________________________

evenredig is met het concentratieverschil.

De diffusiesnelheid is hoog als het oppervlak dat beschikbaar is voor diffusie groot is, de afstand tussen hoge en lage concentratie klein is en het concentratieverschil groot is. In de natuur zijn heel wat voorbeelden van cellen en organen te vinden waarvan de bouw aangepast is aan snelle diffusie. In cellen komen twee soorten diffusie voor: • Gewone diffusie: Een molecule kan gemakkelijk doorheen het celmembraan geraken en beweegt zich van een hoge naar een lage concentratie, doorheen het cytoplasmamembraan. Deze molecules lossen meestal op in het fosfolipidenmembraan, zodat ze er gemakkelijk doorheen geraken. Het aantal molecules dat dit soort van diffusie kan doen, is beperkt in levende cellen. Enkele voorbeelden zijn: H2O, CO2, O2, ureum, ethanol. • Gefaciliteerde diffusie: In het cytoplasmamembraan zitten eiwitten die een kanaaltje vormen doorheen het membraan. Doorheen deze kanaalproteïnen kan diffusie gebeuren van stoffen die niet in het cytoplasmamembraan oplossen. Sommige kanaalproteïnen laten slechts één soort molecule door, andere laten verschillende soorten door. Figuur 4.3: Gewone diffusie en gefaciliteerde diffusie van een molecule opgeloste stof doorheen een cytoplasmamembraan cytoplasmamembraan

kanaalproteïne

Gewone diffusie

: molecule

Gefaciliteerde diffusie

4 | Transport in en uit cellen | 81

Biologische feiten

In de 19de eeuw postuleerden enkele wetenschappers dat in cellen specifieke kanaaltjes voor watertransport moesten voorkomen. Hoewel in de 20ste eeuw steeds meer aanduidingen werden gevonden voor het bestaan van deze kanaaltjes, kon niemand ze vinden. Pas in 1988 werd het eerste voorbeeld gevonden. De ontdekker, Peter Agre, vond bij de studie van membranen van rode bloedcellen en nierbuisjes een kanaalproteïne die alle kenmerken van zo’n waterkanaaltje had. 10 jaar na de ontdekking werden verschillende andere kanaaltjes ontdekt, die nu aquaporines worden genoemd. Ze werden bij heel wat verscheidene organismen ontdekt. Bij de mens komen verschillende types voor, sommige komen in slechts één type cel voor. Voor de ontdekking van aquaporines kreeg Agre, van opleiding een arts, de Nobelprijs Chemie 2003.

celmembraan waterkanaal

watermoleculen aquaporines celmembraan

4.2.2 | Osmose a | Wat is osmose? Osmose is een speciaal soort van diffusie. Het is per definitie diffusie van water doorheen een semipermeabel membraan. Een semipermeabel membraan is een membraan dat enkel doorlaatbaar is voor watermolecules (een voorbeeld is het cytoplasmamembraan). Het water zal zich begeven van de plaats met de hoge waterconcentratie naar de plaats met de lage waterconcentratie. Figuur 4.4: Geïdealiseerde voorstelling van osmose. Een bakje is in twee helften (compartimenten) verdeeld. Tussen beide compartimenten zit een semipermeabel membraan. Beide compartimenten zijn gevuld met een verschillende hoeveelheid oplossing (a) is de beginsituatie, (b) is de eindsituatie. Door de watermolecules en opgeloste stof in beide compartimenten te tellen kan het verloop van osmose gevolgd worden. Figuur 4.4 (a) semipermeabel membraan

: molecule opgeloste stof : watermolecule

Beginsituatie: Links: ______________ molecules opgeloste stof en ______________ watermolecules Rechts: ______________ molecules opgeloste stof en ______________ watermolecules

82 |

Solanum

Figuur 4.4 (b)

: molecule opgeloste stof : watermolecule

Eindsituatie: Links: ______________ molecules opgeloste stof en ______________ watermolecules Rechts: ______________ molecules opgeloste stof en ______________ watermolecules

Een andere manier om dit te bekijken vind je in figuur 4.5. Zoals je kunt zien, zal het water bewegen van de plaats met de kleinste concentratie opgeloste stof (weinig opgeloste stof, veel water) naar de plaats met de hoogste concentratie opgeloste stof (veel opgeloste stof, weinig water). Figuur 4.5: GeĂŻdealiseerde voorstelling van osmose. Aan beide kanten van het semipermeabele membraan bevinden zich gelijke volumes. In het linkervolume bevinden zich weinig opgeloste molecules, zodat er veel plaats over is voor watermolecules. In het rechtervolume zijn er meer opgeloste molecules, zodat er minder plaats is voor watermolecules. Dit is een sterk vereenvoudigde voorstelling van de werkelijkheid.

semipermeabele membraan

: molecule opgeloste stof : watermolecule : beweging van water

b | Osmotische druk en waarde De beweging van water van de minst geconcentreerde naar de meest geconcentreerde oplossing gaat niet eindeloos door. Het volume van de meest geconcentreerde oplossing zal door wateropname toenemen. Dit leidt niet alleen tot een verdunning van deze oplossing, maar ook tot een stijging van de hydrostatische druk in deze oplossing. Op een 4 | Transport in en uit cellen | 83

bepaald moment zal deze druk zo groot zijn dat diffusie van water doorheen het semipermeabele membraan tegengewerkt wordt. Deze druk noemt men de osmotische druk. Deze druk kan gemeten worden met een toestel dat men de osmometer noemt. Omdat het niet altijd eenvoudig is om in zo’n toestel de osmotische druk te meten, kun je ook spreken van de osmotische waarde.

Figuur 4.6 (a)

Figuur 4.6: Schematische voorstelling van een osmometer. (a) Zonder uitwendige druk, (b) met uitwendige druk op de meest geconcentreerde oplossing.

: waterbeweging : molecule opgeloste stof begin

einde

Figuur 4.6 (b)

uitwendige druk uitgeoefend door zuiger

: molecule opgeloste stof De osmotische druk kan berekend worden met de volgende formule: P = RT(C1-C2)

waarbij • P = osmotische druk (in atm) (P = Griekse hoofdletter Pi) • R = gasconstante (0,0820578 l.atm.mol-1.K-1) • T = temperatuur (in kelvin) • C1-C2 = verschil van de molaire concentraties van de oplossingen aan beide zijden van het semipermeabel membraan (in mol/l), C = n/V (met n het aantal mol en V het volume in liter) Uit deze formule blijkt dat bij een gegeven temperatuur T en een vast volume V, de osmotische druk enkel afhankelijk is van het aantal opgeloste deeltjes. Het is belangrijk om in te zien dat enkel het aantal opgeloste deeltjes en niet het soort deeltjes een rol speelt. Een

84 |

Solanum

voorbeeld om dit te illustreren: de osmotische waarde van 0,5 mol NaCI is gelijk aan de osmotische waarde van 1 mol glucose, want

_______________________________________________________________________________________________________________________________

Om osmose te stoppen in een sterk geconcentreerde oplossing, zal een grotere osmotische druk nodig zijn. De oplossing heeft bijgevolg een hoge osmotische waarde. De osmotische waarde van twee oplossingen kan gelijk of verschillend zijn. Wanneer ze gelijk zijn, spreken we over twee isotonische oplossingen. Bij twee verschillende waarden is de ene oplossing hypotonisch, de andere hypertonisch. De oplossing met de kleinste osmotische waarde is de hypotonische, de hypertonische heeft de grootste osmotische waarde.

Water zal zich verplaatsen van de ___________________ -tonische naar de ___________________ -tonische oplossing. Tot slot merken we nog op dat diffusie en osmose ook kunnen worden gebruikt om stoffen uit de cel te transporteren.

Welke voorwaarden moeten vervuld zijn om stoffen uit een cel te verwijderen door diffusie en osmose? __________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________

4.3 Actief transport Met actief transport worden een aantal processen bedoeld waarbij de cel ergens in het transportproces energie moet investeren en verbruiken. Transport loopt van één kant van het cytoplasmamembraan naar de andere kant. Sommige systemen kunnen molecules slechts in één richting transporteren, andere systemen werken in twee richtingen. We bekijken een aantal voorbeelden van opname en afgifte van stoffen door cellen.

4.3.1 | Endocytose Endocytose is een proces waarbij een klein stukje van het celmembraan op een bepaalde plaats naar binnen stulpt. Er wordt een vesikeltje gevormd. Dit snoert zich af van het cytoplasmamembraan en komt zo in de cel terecht. Er zijn meerdere vormen van endocytose: pinocytose, receptor-gemedieerde endocytose en fagocytose.

4 | Transport in en uit cellen | 85

a | Pinocytose Bij pinocytose wordt de vloeistof opgenomen die zich bij de instulping van het membraan bevindt (zie figuur 4.7). De opgeloste molecules komen zo samen met de vloeistof in een vesikel terecht. Dit opnamesysteem werkt niet specifiek: alles wat op een bepaalde plaats aanwezig is, wordt opgenomen in de cel. Figuur 4.7: Opname van een vloeistof door pinocytose

vloeistofdruppel

cytoplasmamembraan

buiten binnen vesikel

energie

b | Receptor-gemedieerde endocytose Aan het oppervlak van het cytoplasmamembraan komen receptoren voor. Dit zijn eiwitten die welbepaalde molecules specifiek binden. Na instulping van het membraan komt de receptor met zijn gebonden molecule in een vesikeltje terecht (zie figuur 4.8). Endocytose met tussenkomst van receptoren noemen we receptor-gemedieerde endocytose. Figuur 4.8: Opname van een molecule door receptor-gemedieerde endocytose. Enkel na binding van het molecule op de receptor kan opname in de cel gebeuren.

op te nemen molecule

cytoplasmamembraan

buiten binnen receptor

energie vesikel

c | Fagocytose Fagocytose is een proces waarbij grote vaste deeltjes (bv. bacterie) opgenomen worden. Het cytoplasmamembraan vormt vingervormige uitstulpingen die het deeltje omringen (zie figuur 4.9). De uitstulpingen versmelten met elkaar, waarbij het deeltje ingesloten raakt in een vesikeltje.

86 |

Solanum

Figuur 4.9: Opname van een groter deeltje door fagocytose op te nemen deeltje

cytoplasmamembraan

buiten binnen energie

vesikel

4.3.2 | Transportproteïnen Transportproteïnen zijn eiwitten die dwars door het cytoplasmamembraan zitten. Ze functioneren als een sluis. Deze eiwitten beschikken over een bindingsplaats voor bepaalde molecules (zie figuur 4.10). Na het binden van zo’n molecule veranderen de transportproteïnen van vorm. Het gevolg is dat de sluis zich langs één kant sluit en zich opent aan de andere kant. De gebonden molecule komt daarbij vrij. De vormverandering kan maar gebeuren door energie te verbruiken. Door het proces om te keren kan een molecule in de omgekeerde richting getransporteerd worden (de vele variaties op dit thema worden verder niet besproken). Figuur 4.10: Transportproteïnen werken als sluizen die een passend molecule doorheen het membraan loodsen.

op te nemen molecule cytoplasmamembraan

buiten binnen

transportproteïne

energie

4.3.3 | Exocytose Exocytose is een vorm van actief transport die de cel gebruikt om molecules naar buiten te brengen. Een vesikeltje (gevuld met bv. enzymes) versmelt met het cytoplasmamembraan (zie figuur 4.11). Hierbij komt de inhoud buiten de cel terecht. Exocytose is het omgekeerde van pinocytose.

4 | Transport in en uit cellen | 87

Figuur 4.11: Met exocytose worden druppels vloeistof met allerlei opgeloste mocules uit de cel getransporteerd.

cytoplasmamembraan

buiten binnen

energie vesikel met af te geven druppel

Een belangrijke eigenschap van actief transport is dat je molecules tegen een concentratiegradiënt in kan transporteren. Molecules gaan altijd proberen om van de plaats met de hoogste concentratie naar de plaats met de laagste concentratie te gaan. Dit is transport met een concentratiegradiënt mee, met één van de vormen van passief transport. Als je molecules van een plaats met een lage concentratie naar een plaats met een hoge concentratie wilt brengen (dit is tegen de concentratiegradiënt in), dan kan dit enkel met een vorm van actief transport. Het verbruik van energie maakt het molecules mogelijk om van lage naar hoge concentratie te gaan.

4.4 Voorbeelden van actief en passief transport 4.4.1 | Plasmolyse en deplasmolyse bij plantencellen

In plantencellen zit een belangrijke hoeveelheid opgeloste deeltjes in de vacuole. Rond de vacuole zit een tonoplast, wat een semipermeabel membraan is. Wanneer plantencellen in een omgeving komen met een hogere concentratie opgeloste deeltjes (= __________________________ tone oplossing), dan verliest de vacuole water en krimpt ze. Ook het cytoplasma verliest wat water. Dit leidt tot het krimpen van de protoplast (zie figuur 4.12 en 4.13). De starre celwand volgt niet. Dit proces noemen we plasmolyse. Het omgekeerde (een plantencel in een __________________________ tone oplossing) leidt tot de opname van water (= deplasmolyse). De vacuole zwelt zo sterk op dat cytoplasma en de vacuole tegen de celwand duwen (zie figuur 4.12 en 4.13). Van welk transportsysteem is plasmolyse/deplasmolyse een voorbeeld? _______________________________________________________________________________________________________________________________

88 |

Solanum

Figuur 4.12: Plasmolyse en deplasmolyse in een plantaardige cel.

celwand

vacuole

protoplast

Plasmolyse

Deplasmolyse

Figuur 4.13: Plasmolyse en deplasmolyse bij plantencellen.

De opgezwollen protoplast duwt tegen de celwand. Deze druk noemen we de turgordruk. De celwand is stevig genoeg om deze druk te weerstaan. De celwand oefent zelf een even grote tegendruk (wanddruk) uit op de protoplast, waardoor nettowatertransport stopt. Het fenomeen turgordruk speelt een belangrijke rol in niet-houtige gewassen. Het geeft het plantenweefsel stevigheid. Wanneer je in een dergelijke plant plasmolyse veroorzaakt, dan verdwijnt de turgordruk en de plant zal snel verwelken.

4.4.2 | Na+-K+-gradiënt in dierlijke cellen Dierlijke cellen hebben een verschillende concentratie Na+ en K+ binnen en buiten de cel. In dierlijke cellen is de concentratie Na+ ± 10 mM en ± 100 mM K+. De vloeistof rond deze cellen heeft een concentratie van ± 140 mM Na+ en ± 5 mM K+.

Hoewel het cytoplasmamembraan voor deze ionen vrij ondoorlaatbaar is, zullen na verloop van tijd de hoeveelheden elkaar benaderen door het proces van _________________________ _____________________________________________

4 | Transport in en uit cellen | 89

Om het verschil te behouden zitten in dierlijke membranen Na+-K+-pompen. Deze eiwitten werken 3 Na+ naar buiten en 2 K+ naar binnen. Enkel levende cellen kunnen dit concentratieverschil in ionen behouden, wat wijst op een proces dat energie verbruikt.

Van welk transportsysteem is de Na+-K+-pomp een voorbeeld? _______________________________________________________________________________________________________________________________

4.4.3 | Amoebe en voeding Amoeben behoren tot de protisten. Amoeben hebben een zeer wisselende vorm. Regelmatig worden uitstulpingen gevormd (= pseudopodiën). Naast een rol in voortbeweging zijn deze pseudopodiën ook belangrijk voor voeding. Amoeben voeden zich met andere protisten. Wanneer een amoebe zo’n andere protist tegenkomt (bv. een pantoffeldiertje of Paramecium), worden pseudopodiën gevormd rond het voedsel (zie figuur 4.14). Er ontstaat zo een vesikeltje, voedselvacuole genaamd, dat in de amoebe terechtkomt. Figuur 4.14: Opname van een Paramecium door een amoebe amoebe

Paramecium

voedselvacuole

Figuur 4.15: Microscopische foto van een amoebe

Welk opnamesysteem gebruikt een amoebe? _______________________________________________________________________________________________________________________________

90 |

Solanum

4.4.4 | Gramicidine A, een antibioticum Gramicidine A is een molecule gemaakt door de bacterie Bacillus brevis. Dit molecule werkt als een antibioticum: het doodt andere bacteriën. Gramicidine A is een eiwit dat een kanaaltje vormt doorheen de celwand van bacteriën. Dit kanaaltje laat enkel K+-ionen door. In normale bacteriecellen zit binnen de cel meer K+ dan buiten. De aanwezigheid van gramicidine A verstoort dit evenwicht: K+ lekt snel naar buiten. Uiteindelijk leidt dit tot de dood van de bacterie. (Gramicidine A wordt gebruikt in crèmes voor de behandeling van bv. uitwendige wonden.)

Van welk transportsysteem is gramicidine A een voorbeeld? _______________________________________________________________________________________________________________________________

4.4.5 | Macrofagen, lysosomen en het Golgi-apparaat Macrofagen zijn een bepaald soort witte bloedcellen die gespecialiseerd zijn in het opruimen van binnendringende bacteriën. Na opname door fagocytose zitten de bacteriën in een vesikeltje in de cel. Het opruimen van de ingesloten indringer gebeurt binnen enkele minuten door de tussenkomst van lysosomen. Lysosomen ontstaan uit het Golgiapparaat, dat kleine vesikeltjes afsnoert. Deze vesikeltjes zijn gevuld met allerlei eiwitten die helpen met de vertering (verteringsenzymen). Een gezamenlijk kenmerk van deze enzymen is dat ze enkel werken bij een lage pH. Een eigenaardigheid van deze primaire lysosomen is hun neutrale pH. Dit heeft tot gevolg dat de verteringsenzymen niet werken. Primaire lysosomen versmelten met allerlei andere vesikeltjes, zoals het vesikeltje met de bacterie. Het vesikeltje dat nu ontstaat, noemen we een secundair lysosoom. Na het ontstaan van het secundair lysosoom worden snel grote aantallen H+-ionen van het cytoplasma in het lysosoom gebracht (tegen de concentratiegradiënt in, dit wil zeggen van lage naar hoge concentratie toe). Als gevolg hiervan zal de inhoud van het lysosoom sterk zuur worden, waardoor de verteringsenzymen snel beginnen te werken en de inhoud van het secundaire lysosoom afbreken.

Van welk transportsysteem is het opnemen van de H+-ionen een voorbeeld? _______________________________________________________________________________________________________________________________

De vrijkomende molecules gaan vanuit het secundair lysosoom naar het cytoplasma, terwijl de onverteerbare resten in het vesikeltje achterblijven. Dit secundaire lysosoom blijft als een restlichaampje in de cel zitten. Bij sommige cellen worden de onverteerbare resten ook via exocytose buiten de cel geloosd. Naast primaire lysosomen snoert het Golgi-apparaat nog vele andere vesikeltjes af. Sommige van deze vesikeltjes versmelten met het celmembraan en brengen hun inhoud naar buiten (vloeistof en inhoud, bv. eiwitten). Het membraan van de vesikel wordt onderdeel van het cytoplasmamembraan. Dit is belangrijk om de omvang van een cel te regelen. Immers, telkens wanneer een cel aan endocytose doet, verdwijnt een stukje cytoplasmamembraan en krimpt de oppervlakte van de cel. Door een evenwicht in exo- en endocytose blijft de celoppervlakte gelijk.

4 | Transport in en uit cellen | 91

Figuur 4.16: Schematische voorstelling van fagocytose en vertering door lysosomen in een macrofaag

cytoplasmamembraan exocytose

vesikeltje

primair lysosoom

Golgi-apparaat

H+ secundair lysosoom

aminozuren, monosachariden, vetzuren ....

restlichaampje

92 |

Solanum

Verwerkings tips

1 | Dit zijn de belangrijkste begrippen uit dit deel die je moet kunnen uitleggen katabolisme, anabolisme, metabolisme, actief transport, passief transport, diffusie, gewone diffusie, gefaciliteerde diffusie, kanaalproteïnen, osmose, semipermeabel membraan, osmotische druk, osmotische waarde, isotonische oplossing, hypotonische oplossing, hypertonische oplossing, endocytose, pinocytose, receptoren, receptor-gemedieerde endocytose, fagocytose, transportproteïnen, exocytose, plasmolyse, deplasmolyse 2 | Enkele richtvragen 1 • Verbind elke term uit kolom A met een begrip uit kolom B. Vul de antwoordtabel in. kolom A

kolom B

1 | kanaalproteïne

1 | osmose

2 | snelle diffusie

2 | gefaciliteerde diffusie

3 | waterverlies door cel

3 | hypertonische oplossing binnen de cel

4 | semipermeabel membraan

4 | groot oppervlak

5 | trage diffusie

5 | hypertonische oplossing buiten de cel

6 | wateropname door cel

6 | klein concentratieverschil

Antwoordtabel A1 |