BIOgenie-T 5/6 Voortplanting - Thema 1 by VAN IN

Thema

De cel INHOUD 1 De cel als bouwsteen van leven 1.1 De kleinste levende bouwsteen 1.2 Het leven van een cel in een notendop 1.3 Inwendige bouw van een dierlijke cel 1.4 DNA bepaalt de vorm en de werking van de cel Test je kennis

2 De rol van DNA 2.1 Bouw van een DNA-molecule 2.2 Verband tussen DNA-code, genen en eiwitten 2.3 Bouw van een eiwit 2.4 Van DNA-code tot eiwit Test je kennis

3 Chromosomen 3.1 Verband tussen DNA, chromatine en chromosomen 3.2 Bijzonderheden over chromosomen 3.2.1 Aantallen chromosomen: diploïd of haploïd 3.2.2 Homologe chromosomen 3.2.3 Geslachtschromosomen Test je kennis

4 Celdeling door mitose 4.1 Doel van de mitose 4.2 Hét kenmerk van mitose 4.3 DNA-verdubbeling en chromosoomvorming 4.4 Verloop van de mitose Test je kennis

5 Celdeling door meiose 5.1 Doel van de meiose 5.2 Hét kenmerk van meiose 5.3 Verloop van de meiose 5.4 Belang van meiose voor het ontstaan van genetische variatie 5.4.1 Productie van genetisch unieke voortplantingscellen 5.4.2 Belang van genetische variatie Test je kennis

De cel als bouwsteen van leven

1.1 De kleinste levende bouwsteen

Hoewel levende wezens (= organismen) er erg verschillend kunnen uitzien, hebben ze toch volgend kenmerk gemeen: ze zijn opgebouwd uit cellen. Bacteriën behoren tot de kleinste levende wezens (0,001- 0,005 mm); het zijn eencellige organismen, omdat ze slechts uit één enkele cel bestaan (Fig. 1.1). Planten, dieren en mensen daarentegen zijn opgebouwd uit heel veel cellen en behoren daarom tot de meercellige organismen (Fig. 1.2).

Cellen zijn microscopisch klein; dat betekent dat we ze niet met het blote oog kunnen waarnemen. Met behulp van een microscoop lukt dat wél. Fig. 1.1 A In een schaaltje werden bacteriën (vlekken op de foto) gekweekt. B Detail van A: elke bacterie is één cel groot.

Fig. 1.2 Microscopisch onderzoek van cellen A1 Van een uirok uit een doorgesneden ui wordt een vliesje weggenomen. A2 Cellen van het vliesje rond een uirok B1 Waterpest, een waterplant die overdag veel zuurstofgas afgeeft B2 Cellen van een blaadje waterpest C1 Ham, afkomstig van een varken C2 Vetcellen D1 Met een staafje worden cellen van het wangslijmvlies weggenomen. D2 Cellen van de binnenkant van de wang

a In elke cel van Fig. 1.2-A2 zie je een bolletje. Hoe heet dit deeltje van de cel?

b In elke cel van Fig. 1.2-B2 zie je kleine, groene korreltjes. De cellen gebruiken ze om aan fotosynthese te doen. Wat is hun naam?

c Welke cellen zijn aangeduid met een vraagteken op de figuur hiernaast?

Een cel bestaat hoofdzakelijk uit vloeistof of cytoplasma, omgeven door een dun vliesje, het celmembraan. In het cytoplasma komen allerlei kleinere celonderdelen voor, zoals een celkern (zie verder). Uit de microscopische waarnemingen (Fig. 1.2) kun je afleiden dat plantencellen (A2, B2) duidelijker omrand zijn dan dierlijke cellen (C2, D2). Dat komt omdat plantencellen aan de buitenkant van hun celmembraan omgeven zijn door een dikke celwand, die de cel stevigheid en bescherming geeft.

Als we groenten en fruit eten â&#x20AC;&#x201C; planten dus â&#x20AC;&#x201C; kunnen we de celwanden niet verteren (afbreken). De celwanden (ook plantaardige vezels genoemd) blijven in onze darmen achter en vormen daardoor een belangrijk deel van onze uitwerpselen. Door veel plantaardig voedsel te eten, stimuleren we onze darmwerking en vermijden we krampen en darmverstopping (constipatie).

De stevigheid van een plantencel is ook te wijten aan de aanwezigheid van een grote, met water gevulde blaas (vacuole) binnen in de cel. Plantencellen (en dus ook de plant zelf) worden slap als er te weinig water in de vacuole zit. a Schrap onder de volgende figuren wat niet past. b Welke aanduidingsstreepjes duiden celmembraan (1) en celwand (2) aan? Noteer de cijfers op de juiste plaats. c Duid de vacuole aan.

plantencel / dierlijke cel

a Cellen die samenwerken aan een bepaalde taak in het lichaam, liggen meestal bij elkaar en hebben min of meer dezelfde vorm. Samen vormen ze een weefsel. Heb je een microscoop nodig om een weefsel te zien?

b Welke weefsels herken je duidelijk bij een sneetje ham (Fig. 1.2-C1)?

Thema 1: de cel

De cel is niet zomaar een bouwsteen: ze is de kleinste levende bouwsteen van een organisme, omdat ze typische kenmerken van leven vertoont. Kenmerken van leven die jij vertoont, kan je ook bij elke cel waarnemen, o.a.: – cellen nemen voedingsstoffen op en verwerken ze bv. tot bouwmaterialen voor de cel. – cellen verbruiken energie (dit geldt niet alleen voor spiercellen, maar ook voor hersencellen, enz.). – cellen reageren op veranderingen in hun omgeving (bv. huidcellen maken extra kleurstof als reactie op schadelijke uv-stralen van de zon). – cellen kunnen groeien en zich vermenigvuldigen. We staan even stil bij dat laatste kenmerk, als aanloop naar wat volgt in het thema voortplanting. Een cel kan zich vermenigvuldigen door zich te delen. Eencellige organismen, zoals bacteriën, zullen zich door celdeling voortplanten (Fig. 1.3). In meercellige organismen is celdeling vooral bedoeld om het lichaam te laten groeien of om schade aan het lichaam te herstellen en afgestorven cellen te vervangen (Fig. 1.4). Fig. 1.3 Belang van celdeling bij eencellige organismen: vermenigvuldiging. Uit één bacterie ontstaan door celdeling 2 nieuwe bacteriën; wanneer die zich delen, heb je er al vier, enzovoort …

Fig. 1.4 Belang van celdeling bij meercellige organismen: groei van het lichaam (A), herstel van beschadigde weefsels (B) en continu afgestorven cellen vervangen (C)

1.2 Het leven van een cel in een notendop Het leven van een cel bestaat uit celgroei, gevolgd door celdeling. Cellen groeien door in omvang toe te nemen (Fig. 1.5). Als een cel zich deelt, ontstaan er twee nieuwe, kleinere cellen, die enige tijd groeien, tot ze hun normale grootte opnieuw bereikt hebben. Dat proces, celgroei gevolgd door celdeling, heet de celcyclus.

Fig. 1.5 Schematische voorstelling van de celcyclus: celgroei (1) en celdeling (2)

Ruwweg kunnen we de celcyclus opdelen in twee fasen: een tussenfase (fase waarin de cel groeit) en een (kortere) delingsfase. Cellen delen zich niet continu, maar doen dat alleen als het nodig is. In een volgroeid lichaam van een mens zijn er veel cellen die zich nooit meer zullen delen. In wat volgt worden de bouw en de werking van dierlijke cellen verder toegelicht.

1.3 Inwendige bouw van een dierlijke cel In het cytoplasma komen kleine celonderdelen, organellen, voor die elk hun eigen functie in de cel hebben. Op Fig. 1.6 zijn enkele organellen in een dierlijke cel weergegeven; hun functie komt verder in dit thema uitvoeriger aan bod. celmembraan ribosomen (eiwitproductie)

blaasjes met inhoud centriool (aanmaakplaats voor buisjes)

cytoplasma

lysosoom (afval afbreken)

celkern met DNA mitochondrion (energiecentrale)

Golgi-apparaat (eiwitafwerking)

Fig. 1.6 Vereenvoudigde voorstelling van een dierlijke cel met enkele celorganellen en hun functie

E.R. (eiwitbewerking en -transport)

Het belang van organellen illustreren we bij een zaadcel. Je weet wellicht dat deze cel in staat moet zijn om naar de eicel te zwemmen en er binnen te dringen. We vermelden enkele organellen die voor deze twee functies belangrijk zijn (Fig. 1.7). • Een centriool maakt lange buisjes, zodat een uitstulping van de cel ontstaat: de zweepstaart. • Mitochondriën kunnen we de energiecentrales van de cel noemen, omdat ze energie produceren voor de cel. Die energie heeft de zaadcel bijvoorbeeld nodig om te zwemmen. Mitochondriën liggen gegroepeerd in het tussenstuk van de zaadcel. • Een blaasje vooraan in de kop van de zaadcel bevat bepaalde stoffen die buiten de cel worden afgegeven, om de zaadcel te helpen binnendringen in de eicel. • De celkern, het grootste en belangrijkste organel, is als het ware de computer van de cel. In de celkern zit namelijk DNA; dat zijn moleculen die alle informatie bevatten voor het werk dat in de cel moet gebeuren.

kop tussenstuk

blaasje

celkern celmembraan cytoplasma centriool

zweepstaart mitochondriën

lange buisjes Fig. 1.7 Vereenvoudigde voorstelling van een zaadcel en enkele belangrijke organellen

Thema 1: de cel

Mitochondriën en CO-vergiftiging Mitochondriën zijn organellen die maar kunnen werken als er zuurstofgas (O2) ter beschikking is. Met dat zuurstofgas kunnen ze suiker afbreken, zodat er energie vrijkomt. De cel gebruikt die energie voor allerlei activiteiten. Hardwerkende cellen, zoals getrainde spiercellen, kunnen over honderden mitochondriën beschikken. Cellen worden bevoorraad met zuurstofgas via de rode bloedcellen in het bloed. In rode bloedcellen komt een rode kleurstof (hemoglobine) voor die zuurstofgas tijdelijk aan zich kan binden vanaf het moment dat de rode bloedcel via de bloedstroom in de longen passeert. Als die rode bloedcel bijvoorbeeld een werkende spier bereikt, zal de rode kleurstof spontaan zuurstofgas loslaten, zodat de spiercel O2 kan opnemen. Zuurstofgas wordt dan door de mitochondriën verbruikt om energie te produceren (Fig. 1.9A).

Fig. 1.8 Als je met spiertraining begint, neemt het aantal mitochondriën in de spiercellen toe.

De werking van de mitochondriën valt echter stil, wanneer de cel onvoldoende zuurstofgas krijgt. Dat gebeurt bijvoorbeeld wanneer we CO (koolstofmonoxide) inademen. CO zal immers vlotter dan zuurstofgas binden aan de rode kleurstof. Die binding is deﬁnitief. Dat betekent dat er na zekere tijd onvoldoende rode bloedcellen met zuurstofgas overblijven om de cellen hiermee te bevoorraden. Daardoor valt ook de energieproductie in de mitochondriën stil. In het ergste geval kan de dood optreden (Fig. 1.9B). A

Fig. 1.9 Vergelijking tussen de gevolgen voor de spier bij opname van zuurstofgas (A) en opname van CO (B)

B longen

O2 tijdelijk

CO definitief

gevolg: zuurstoftekort voor mitochondriën in spiercellen

rode bloedcel naar mitochondriën in werkende spier

CO in huis wordt wel eens vergeleken met een sluipmoordenaar: het gas is reukloos en kleurloos en juist daarom zo gevaarlijk. Je bent je er dus aanvankelijk niet van bewust dat je in een levensbedreigende situatie verkeert. CO kan onder meer vrijkomen uit een slechtwerkende verbrandingsketel op gas, uit houtkachels of de uitlaat van auto’s. Ook sigarettenrook bevat CO (Fig. 1.10).

Fig. 1.10 Bronnen van CO

Volgende alarmerende signalen kunnen het gevolg zijn van een CO-vergiftiging: • iemand in huis wordt onwel in een badkamer waarin zich een warmwatertoestel op gas bevindt. • meerdere personen in huis klagen over hoofdpijn, duizeligheid, misselijkheid en/of braken; deze symptomen treden telkens op in dezelfde ruimte en verdwijnen opnieuw zodra men die ruimte verlaat. Als dit gebeurt, moet je zo snel mogelijk deuren en ramen openzetten. Als iemand bewusteloos valt, bel je uiteraard onmiddellijk naar het noodnummer 112.

1.4 DNA bepaalt de vorm en de werking van de cel De eerste dagen van ons leven – we werden toen nog een embryo genoemd – waren we een bolletje cellen van nog geen millimeter groot. Alle cellen zagen er ongeveer hetzelfde uit (Fig. 1.11). Bij de geboorte (Fig. 1.12) tellen we al tientallen verschillende soorten cellen, zoals spiercellen, zenuwcellen, kliercellen, huidcellen … Elke soort cel heeft haar eigen vorm.

Fig. 1.11 Embryo van 3 dagen oud (0,2 mm groot), dat bestaat uit een achttal ‘gelijke’ cellen

Fig. 1.12 Een pasgeboren baby bestaat al uit heel veel verschillende soorten cellen.

Formuleer in één zin wat de betekenis is van de pijlen op de figuur.

dekcel zaadcel

trilhaarcel kliercel

bloedcellen zintuigcel

zenuwcel gladde spiercel

Thema 1: de cel

Dat de vorm van de cel verband houdt met de functie die de cel moet uitvoeren, illustreren we met enkele voorbeelden: • Zenuwcellen beschikken over lange, draadvormige uitlopers om snel signalen in het lichaam rond te sturen (Fig. 1.13). • Een zaadcel beschikt niet alleen over een zweep staart om goed te kunnen zwemmen, hij heeft ook een smalle, torpedovormige kop om zo weinig mogelijk weerstand te ondervinden tijdens de voortbeweging (Fig. 1.14). • Een rode bloedcel heeft een platte, afgeronde vorm om gemakkelijk getransporteerd te kunnen worden in nauwe bloedvaatjes; zo verkleint de kans op opstoppingen (Fig. 1.15).

Fig. 1.13 Zenuwcellen met lange uitlopers

Fig. 1.14 Zaadcel met zweepstaart en torpedovormige kop

Hoe is het mogelijk dat al die jonge cellen in een embryo op een bepaald ogenblik hun eigen vorm en functie krijgen? Het antwoord moeten we zoeken bij de werking van het DNA in de celkern.

Fig. 1.15 Platte, ronde rode bloedcellen

SAMENGEVAT De cel als bouwsteen van leven De kleinste levende bouwsteen in je lichaam noemen we een cel. Ze vertoont de typische kenmerken van leven, zoals groeien en zich voortplanten/vermenigvuldigen. De celcyclus bestaat uit een fase waarin de cel vooral groeit (in volume toeneemt) en een fase waarin de cel zich deelt. De twee nieuwe cellen zullen op hun beurt groeien, waarna ze zich eventueel opnieuw kunnen delen. Een cel is omrand door een celmembraan dat het cytoplasma omgeeft. In deze vloeistof komen organellen voor die elk een specifieke functie in de cel uitvoeren. Het DNA in de celkern is van levensbelang voor de cel. DNA bevat immers alle informatie voor de bouw en de werking van de cel. De vorm van de cel houdt verband met de functie van de cel in het lichaam.

Je kan ook: een 4-tal kenmerken van leven noemen. op een figuur het onderscheid maken tussen een plantencel en een dierlijke cel. op een figuur de gegeven organellen aanduiden en kort hun functie beschrijven. het verband leggen tussen het aantal mitochondriën in de cel en hoe actief die cel is. 16

Test je kennis 1 Noteer twee belangrijke verschillen tussen een plantencel en een dierlijke cel.

2 a Een groep cellen met min of meer dezelfde vorm en met dezelfde functie noemen we een stelsel organisme weefsel orgaan b Een spier is een voorbeeld van een orgaan, omdat het bestaat uit meerdere cellen stelsels weefsels organismen c Rangschik volgende begrippen van groot naar klein. Noteer de cijfers in de juiste volgorde. weefsel (1) – organel (2) – stelsel (3) – cel (4) – organisme (5) – molecule (6) – orgaan (7) – atoom (8)

3 Niet alle cellen bezitten evenveel mitochondriën; een spiercel uit je biceps heeft er bijvoorbeeld meer dan een speekselkliercel. Waarmee heeft dat te maken?

4 Waarom is er minder kans op goede sportprestaties indoor, wanneer in de zaal veelvuldig gerookt zou worden? Vermeld in je antwoord het woord mitochondriën.

5 Welke organellen herken je duidelijk op de volgende microscopische foto’s?

Thema 1: de cel

De rol van DNA

2.1 Bouw van een DNA-molecule In de celkern zitten verschillende DNA-moleculen. Hoewel een DNA-molecule er op het eerste gezicht als een draadje uitziet, bestaat ze in werkelijkheid uit twee strengen die met elkaar verbonden zijn tot een dubbelstreng. Deze dubbelstreng, die eruitziet als een touwladder, is gespiraliseerd (Fig. 1.16). celmembraan

cytoplasma kernmembraan celkern

C G

T T C A G A

A T C

enkelstreng enkelstreng

dubbelstreng

Fig. 1.16 Schematische voorstelling van een draadvormige DNA-molecule in de celkern. De molecule lijkt op een gespiraliseerde touwladder.

Elke DNA-streng is opgebouwd uit een aaneenschakeling van vele kleine bouwstenen. In totaal komen er in DNA vier verschillende bouwstenen voor, die we eenvoudig voorstellen door 4 letters: A, T, C en G (Fig. 1.17). A

Fig. 1.17 Schematische voorstelling van de vier bouwstenen van een DNA-molecule

De volgorde van de achter elkaar geschakelde bouwstenen verschilt van persoon tot persoon (met uitzondering van identieke tweelingen). In DNA ligt de bouwsteen A altijd tegenover T en ligt C altijd tegenover G. Vul nu zelf de figuur aan, zodat je een willekeurig stukje DNA met overeenkomstige bouwstenen verkrijgt.

2.2 Verband tussen DNA-code, genen en eiwitten De volgorde van de DNA-bouwstenen A, T, C en G in een DNA-molecule is een soort code die door bepaalde organellen (ribosomen) kan worden ontcijferd om eiwitten te maken. Eiwitten zijn moleculen die van levensbelang zijn voor de bouw en werking van onze cellen (en dus ook van ons lichaam).

Een stukje DNA, dat de code (= de informatie) bevat voor de aanmaak van een welbepaald eiwit, noemen we een gen (meervoud genen) (Fig. 1.18). Het geheel van alle genen in een cel wordt ook wel aangeduid als het genetisch materiaal of de genetische informatie.

DNA T

C G

G C

A T

C G

A T

G C

A T

G C

C G

T A

G C

A T

C G

A T

G C

A T

G C

C G

T A

G C

gen eiwit Fig. 1.18 Schematische voorstelling van de DNA-code en een gen. Het gen bevat de code voor het maken van een eiwit.

In het DNA van een menselijke cel komen duizenden genen voor, bijvoorbeeld de genen die verantwoordelijk zijn voor je huidskleur, de vorm van je haar en je bloedgroep.

Belang van eiwitten Het zou ons veel te ver leiden, wanneer we in detail zouden ingaan op het belang van eiwitten voor onze cellen en ons lichaam. Hoe belangrijk ze zijn, willen we toch met enkele voorbeelden illustreren. •

Cellen worden wel eens vergeleken met fabriekjes, omdat ze voortdurend stoffen omzetten in andere. Ze bouwen stoffen op, maar breken er ook voortdurend af. Cellen maken ook constant nieuwe organellen aan en breken oude af. Voor al deze opbouw- en afbraakprocessen moet de cel over welbepaalde eiwitten beschikken, enzymen genoemd. Afbraakactiviteiten worden uitgevoerd door organellen die we lysosomen noemen. Het zijn blaasjes die enzymen bevatten waarmee aan afbraak kan worden gedaan (Fig. 1.19). Met volgend experiment tonen we aan dat enzymen noodzakelijk zijn bij chemische reacties, zoals het afbraakproces van zuurstofwater.

Fig. 1.19 Dit kikkervisje zal straks zijn staart verliezen. Dierlijke cellen kunnen zichzelf afbreken als ze overbodig worden. Ze doen daarbij een beroep op lysosomen.

gloeiende houtspaander

houtspaander met vlammetje

– In maatcilinder A doen we (giftig) zuurstofwater (30 ml). Als we er vervolgens een gloeiende houtspaander boven houden, gebeurt er met de houtspaander niks. (Er is geen reactie, want er zijn geen enzymen aanwezig.) – In maatcilinder B doen we evenveel zuurstofwater, maar we voegen er gistcellen (3 g bakkersgist) aan toe. Nu ontvlamt de gloeiende houtspaander wél (Fig. 1.20).

zuurstofwater gistcellen met enzymen maatcilinder A

maatcilinder B

Fig. 1.20 Invloed van enzymen op de afbraak van zuurstofwater

Thema 1: de cel

Je kunt pas echt goed begrijpen wat er gebeurt, als je weet dat gistcellen bepaalde enzymen (eiwitten) aanmaken, om giftig zuurstofwater zo snel mogelijk af te breken. Alleen dankzij die enzymen wordt zuurstofwater omgezet in water en zuurstofgas. Omdat er in heel korte tijd heel veel zuurstofwater wordt afgebroken, komt op korte tijd veel zuurstofgas vrij, waardoor de gloeiende houtspaander vuur vat. Met dit experiment hebben we dus aangetoond dat in aanwezigheid van enzymen chemische reacties versneld kunnen plaatsvinden.

• Vingernagels en haren zijn opgebouwd uit het eiwit keratine of hoornstof. • Er zijn eiwitten voor de bloedstolling. Op de plek van een wonde verschijnen draadvormige eiwitten in het bloed. Ze houden o.a. rode bloedcellen tegen, zodat bloedverlies wordt gestopt. • Een spier is hoofdzakelijk opgebouwd uit eiwitten. Als je je spieren traint, worden ze dikker doordat er meer spiereiwitten worden gevormd.

Fig. 1.21 Stollend bloed onder de microscoop. Draadvormige eiwitten houden rode bloedcellen tegen. Na opdrogen van de wonde ontstaat een korstje.

2.3 Bouw van een eiwit Net als DNA zijn eiwitten grote moleculen, die opgebouwd zijn uit een aaneenschakeling van vele kleinere bouwstenen; weliswaar zijn het andere bouwstenen dan deze van DNA. Voor de eenvoud noemen we ze eiwitbouwstenen. Een cel beschikt over een 20-tal verschillende eiwitbouwstenen om haar eiwitten te maken. Eiwitten verschillen van elkaar door hun specifieke bouw. De bouw van een eiwit wordt bepaald door het aantal en de volgorde waarin de bouwstenen achter elkaar geschakeld zijn (Fig. 1.22).

eiwit 1

eiwit 2

Fig. 1.22 Schematische voorstelling van twee verschillende ketens van eiwitbouwstenen, die elk een verschillend eiwit weergeven

Verschillende eiwitten zullen ook een verschillende functie in de cel of in het lichaam hebben.

Zoals eerder besproken (zie 2.2) bevat een gen de code voor de aanmaak van een eiwit. Een ander gen draagt een andere code en kan leiden tot een andere opeenvolging van eiwitbouwstenen, dus tot een ander eiwit (Fig. 1.23).

G C

A T

C G

A T

G C

A T

G C

C G

T A

G C

A T

C G

A T

G C

A T

C G

A T

G C

A T

G C

C G

gen 1

gen 2

eiwit 1

eiwit 2

functie 1

functie 2

T A

A T

C G

A T

G C

Fig. 1.23 Twee verschillende genen dragen de informatie voor het maken van twee verschillende eiwitten. Twee verschillende eiwitten hebben elk een andere functie.

Wijzigingen van de DNA-code: mutaties Heel wat aandoeningen bij de mens zijn te wijten aan een plotse verandering van de DNA-code. We spreken van een mutatie. Mutaties kunnen spontaan in het DNA optreden of kunnen veroorzaakt worden door o.a. schadelijke stoffen in de leefomgeving of in de voeding, straling … Door een verandering van de DNA-code is het mogelijk dat bepaalde eiwitten niet meer aangemaakt worden en er problemen ontstaan. Voorbeelden hiervan zijn mucoviscidose (taaislijmziekte) en albinisme. • Door mutatie ontbreekt bij een muco-patiënt (Fig. 1.24) een bepaald eiwit dat slijm vloeibaar maakt. Door gebrek aan dat eiwit is o.a. het slijm in de luchtwegen heel taai en kan het niet met de hulp van trilhaartjes in de keel terechtkomen. In het achtergebleven taai slijm vermenigvuldigen schadelijke bacteriën zich heel snel en veroorzaken infecties in de luchtwegen. • Bij een albino (Fig. 1.25) ontbreekt geheel of gedeeltelijk een kleurstof in het haar en/of de huid en de ogen. Het gevolg is vaak een geheel of gedeeltelijk witte huid en rode ogen (door de kleur van het bloed). Een albinohuid is daardoor erg gevoelig voor de zon en verbrandt snel. Zonlicht werkt verblindend voor de ogen.

De oorzaak is een mutatie in het gen dat mee verantwoordelijk is voor het aanmaken van de kleurstof (= een eiwit).

Fig. 1.24 Door een medicijn in te ademen kan bij een muco-patiënt het taai slijm wat vloeibaarder worden en kan hij het ophoesten.

Verder in de leerstof zal je leren dat sommige mutaties nuttig zijn: organismen kunnen dankzij een mutatie beter aangepast zijn om te overleven in de natuur. Op die manier kunnen nieuwe soorten ontstaan. We noemen dat evolutie. Fig. 1.25 Een Afrikaans albinojongetje knijpt de ogen half dicht, omdat hij het zonlicht nauwelijks verdraagt.

Thema 1: de cel

2.4 Van DNA-code tot eiwit Het maken van een eiwit (eiwitsynthese), is een bijzonder ingewikkeld proces, waarvoor meerdere organellen in actie moeten komen. In wat nu volgt, stellen we dit proces sterk vereenvoudigd en schematisch voor. • Stap 1: overschrijving van de DNA-code De DNA-code (= de genetische informatie) voor de eiwitsynthese blijft altijd ‘veilig’ bewaard in de celkern. De aanmaak van eiwitten vindt plaats in het cytoplasma, omdat alleen daar de noodzakelijke organellen (ribosomen, E.R., Golgi-apparaat) én eiwitbouwstenen aanwezig zijn. Hoe komen die organellen in het cytoplasma dan aan de nodige informatie voor de eiwitsynthese, aangezien deze informatie zich in de celkern bevindt?

Eerst wordt de informatie van het gen in de celkern overgeschreven. Er wordt namelijk een afdruk gemaakt van die informatie. We geven die afdruk een vereenvoudigde naam, de ‘boodschapper-code’ (Fig. 1.26).

Na de fase van de overschrijving verlaat de boodschapper-code de celkern om de informatie over te brengen naar het cytoplasma.

DNA-code:

C G

T A

G C

A T

C G

A T

G C

A T

G C

C G

G C

A T

C G

A T

G C

A T

G C

C G

T A

G C

gen na overschrijving boodschapper-code: Fig. 1.26 Schematische voorstelling van de eerste stap van de eiwitsynthese. Er wordt een afdruk (boodschapper-code) gemaakt van de DNA-code.

Samengevat kunnen we stap 1 van de eiwitsynthese als volgt voorstellen:

DNA-code (gen)

via overschrijving

boodschapper-code

• Stap 2: vertaling van de boodschapper-code

De informatie van de boodschapper-code wordt in het cytoplasma vertaald naar de juiste volgorde van eiwitbouwstenen. Deze taak wordt uitgevoerd door ribosomen.

Een ribosoom is een uiterst klein organel, dat op de boodschapper-code gaat zitten en eroverheen schuift. Tijdens deze verplaatsing vertaalt of ‘scant’ het ribosoom de boodschapper-code. Met die informatie zet het ribosoom de juiste eiwitbouwstenen aan elkaar (Fig. 1.27).

voorlopereiwit

boodschapper-code

ribosoom Fig. 1.27 Een ribosoom leest de boodschapper-code af; hierdoor wordt de keten van eiwitbouwstenen langer. Na het aflezen van de code komen het ribosoom en de aangemaakte keten los van elkaar.

keten van eiwitbouwstenen

Samengevat kunnen we stap 2 van de eiwitsynthese als volgt voorstellen: via vertaling

code van het boodschapper-RNA

juiste volgorde van eiwitbouwstenen

Ribosomen geven de keten van aaneengeschakelde eiwitbouwsteentjes af aan het E.R., dat de ketting tijdelijk bewaart, om hem vervolgens te transporteren via transportblaasjes naar het Golgi-apparaat. In dat organel wordt de ketting in zijn definitieve vorm geplooid en is de eiwitmolecule klaar. Daarna worden de eiwitten verpakt in Golgi-blaasjes en zo naar hun eindbestemming gebracht (Fig. 1.28).

Verloop van de eiwitsynthese iets meer in detail De eiwitsynthese stopt niet na het aflezen van de boodschapper-code door de ribosomen. Andere organellen (het E.R. en het Golgi-apparaat) voeren nog nabewerkingen uit op het â&#x20AC;&#x2DC;voorlopigâ&#x20AC;&#x2122; eiwit en voltooien daarmee de eiwitsynthese (Fig. 1.28). DNA gen

Golgiapparaat

CELKERN

transportblaasje

boodschappercode

4 3

E.R. Golgiblaasje

CYTOPLASMA 6

Fig. 1.28 1 Van een gen wordt een afdruk gemaakt: de boodschapper-code. 2 De boodschapper-code verlaat de celkern. 3 Een ribosoom leest de boodschapper-code af en maakt een keten van eiwitbouwstenen. De keten van eiwitbouwstenen wordt door het ribosoom aan het E.R. afgegeven. 4 Het E.R. verpakt het onafgewerkt eiwit in een transportblaasje. 5 Het transportblaasje vervoert het onafgewerkt eiwit naar het Golgi-apparaat en geeft het aan dat organel af. 6 Na de laatste nabewerkingen verpakt het Golgi-apparaat het afgewerkte eiwit in een Golgi-blaasje. 7 Het Golgi-blaasje helpt het eiwit naar zijn eindbestemming te brengen binnen of buiten de cel.

Thema 1: de cel

SAMENGEVAT De rol van DNA Een DNA-molecule ziet eruit als een gespiraliseerde dubbelstreng. Hoewel DNA opgebouwd is uit een aaneenschakeling van miljoenen bouwstenen, komen er toch slechts 4 verschillende DNA-bouwstenen (A, T, G en C) in voor. De volgorde waarin die bouwstenen aan elkaar zijn geschakeld, noemen we de DNA-code. Ze bevat de informatie voor het maken van eiwitten. Eiwitmoleculen hebben heel belangrijke functies in de cel en in ons lichaam. We bouwen er ons lichaam mee op (bv. spiereiwitten) of ze zijn noodzakelijk voor opbouw- en afbraakactiviteiten in onze cellen (bv. enzymen). Een stukje DNA, dat de code (= de genetische informatie) bevat voor een eiwit, noemen we een gen. DNA blijft altijd in de celkern. Eiwitten worden altijd in het cytoplasma gemaakt, omdat zich daar de noodzakelijke organellen bevinden. Als door mutatie de code van het DNA verandert, kan de cel ofwel het eiwit niet meer maken, ofwel maakt ze een ander soort eiwit. Dit kan nadelig zijn voor het organisme (bv. albinisme), of net voordelig (beter aangepast aan de levensomstandigheden). Verschillende eiwitten hebben een verschillende functie.

Je kan ook: uitleggen wat de genetische code is. het verband leggen tussen DNA, gen en eiwit. met voorbeelden het belang van eiwitten in ons lichaam illustreren. aan de hand van een figuur de stappen van de eiwitsynthese uitleggen en de organellen benoemen die daarin een rol spelen. een oorzaak en een gevolg van een mutatie geven.

Test je kennis 1 Veronderstel dat een DNA-molecule 100 bouwstenen heeft, waarvan 15 G-bouwstenen. Hoeveel bouwstenen zijn er dan van C, A en T? 15 A, 35 C en 35 T 35 A, 15 C en 35 T 35 A, 35 C en 15 T Het juiste antwoord is niet gegeven. 2 Welke eigenschappen van enzymen zijn waar? Kruis ze aan. Enzymen versnellen de werking van de cellen. Enzymen zijn eiwitten. De cellen gebruiken hun enzymen alleen om stoffen af te breken. Er zitten enzymen in lysosomen.

3 Bestudeer de figuur hieronder en beantwoord de volgende vragen:

a Met welk begrip duiden we aan dat de DNA-code verandert?

b Welk gevolg van die verandering kan je uit de figuur afleiden?

na mutatie 4 Vul het passende begrip in. organel waarin zich de genetische informatie bevindt specifieke opeenvolging van DNA-bouwstenen, voorgesteld door de letters A, T, G en C eiwitten die noodzakelijk zijn bij opbouw- en afbraakprocessen deel van het DNA dat de informatie draagt voor het maken van een eiwit plaats in de cel waar ribosomen een keten van eiwitbouwstenen maken organel dat de boodschapper-code afleest verandering van de DNA-code in een gezin kunnen alleen deze kinderen dezelfde genetische code hebben 5 Deze tekening stelt een cel voor die eiwitten maakt. Plaats naast elk cijfer de juiste term. Kies uit: gen – vertaling – celkern – boodschapper-code – overschrijving – eiwit. 1 1

2 3

3 4

6 6

Thema 1: de cel

Chromosomen

3.1 Verband tussen DNA, chromatine en chromosomen In de celkern van een cel die niet aan het delen is, vormen alle DNA-moleculen samen een kluwen van lange draadjes. Dit kluwen noemen we chromatine en doet denken aan het uitzicht van watten (Fig. 1.29). In een cel die zich aan het delen is, is DNA heel compact opgerold, waardoor dikke, korte staafjes (Fig. 1.30) te zien zijn, chromosomen genoemd.

Fig. 1.29 Het uitzicht van chromatine, dat DNA bevat, doet denken aan het kluwen van draadjes in watten.

Fig. 1.30 Chromosomen in een delende cel

a De volgende figuur is een microscopische foto van een aantal cellen. Hoeveel cellen kun je waarnemen? Waaruit leid je dat af?

b Noteer op de figuur cijfer 1 als je in de cel chromatine ziet, en cijfer 2 als je chromosomen herkent.

Over het oprollen van DNA De totale lengte van alle DNA-moleculen in de celkern (ø ongeveer 0,010 mm) bedraagt ongeveer 2 meter. (Vergelijk het met een dun draadje van 20 km dat je in een tennisbal zou steken.) Hoe kan zo’n grote hoeveelheid DNA in zo’n kleine celkern? Dat is alleen mogelijk doordat elke DNA-molecule compact opgedraaid is rond eiwitmoleculen, zoals een draad rond een klosje (Fig. 1.31). We noemen zo’n draad van DNA opgerold rond eiwitten een chromatinevezel. Alle chromatinevezels in de celkern van een niet-delende cel noemen we chromatine. Wanneer een cel zich gaat delen, worden de chromatinevezels nog veel meer opgerold, zodat uiteindelijk korte dikke staafjes ontstaan, de chromosomen.

eiwitmoleculen

DNA-molecule chromatinevezel Fig. 1.31 Een DNA-molecule opgerold rond eiwitten vormt een chromatinevezel.

3.2 Bijzonderheden over chromosomen 3.2.1 Aantallen chromosomen: diploïd of haploïd Onderzoek van het aantal chromosomen in lichaamscellen van verschillende soorten organismen heeft aan het licht gebracht dat voor elke soort het aantal chromosomen constant is (boon: 22, honingbij: 32, kat: 38, chimpansee 48, wilde eend: 80 …). Dat aantal is altijd een even getal en wordt aangeduid als het diploïd aantal, voorgesteld door 2n. Voor de mens geldt: 2n = 46. In eicellen en zaadcellen, ook geslachtscellen genoemd, is slechts de helft van het diploïd aantal chromosomen aanwezig. Dat halve aantal noemen we het haploïd aantal, voorgesteld door n. Voor de mens geldt: n = 23.

3.2.2 Homologe chromosomen In diploïde cellen, onze lichaamscellen dus, vinden we paren van chromosomen. Dat in lichaamscellen paren van chromosomen aanwezig zijn, is eigenlijk logisch: via de zaadcel van vader en de eicel van moeder hebben we immers van beide ouders informatie meegekregen over hetzelfde kenmerk, bijvoorbeeld oogkleur (Fig. 1.32).

gen voor oogkleur

Fig. 1.32 Vereenvoudigde voorstelling van een paar homologe chromosomen

Twee chromosomen zijn homoloog wanneer ze op dezelfde plaats overeenkomstige genen (bv. oogkleur) bevatten. Twee homologe chromosomen kunnen bijvoorbeeld op een bepaalde overeenkomstige plaats het gen voor oogkleur bevatten. Tussen die genen kan de DNA-code wel lichtjes verschillen. Op het chromosoom van vader kan het de informatie zijn voor bruine oogkleur en op het chromosoom van moeder die voor blauwe ogen (Fig. 1.32). Homologe chromosomen zijn dus geen identieke chromosomen, omdat ze nooit volledig dezelfde DNA-code hebben.

3.2.3 Geslachtschromosomen In een menselijke lichaamscel zijn er 22 paar chromosomen die informatie bevatten voor alle lichaamskenmerken, behalve de geslachtskenmerken. Voorbeelden van lichaamskenmerken zijn oogkleur, haarkleur, bloedgroep ... In diezelfde lichaamscellen zijn er ook nog twee chromosomen die de informatie voor de geslachtskenmerken dragen. Die twee chromosomen noemen we de geslachtschromosomen. Ze worden aangeduid met X en Y (Fig. 1.33).

X ofwel

ofwel

Fig. 1.33 Vereenvoudigde voorstelling van de geslachtschromosomen van een vrouw (XX) en van een man (XY)

Het valt op dat het Y-chromosoom veel korter is dan het X-chromosoom. De combinatie van twee X-chromosomen, XX, levert bij de mens het vrouwelijk geslacht op. Een XYcombinatie staat voor het mannelijk geslacht. Mag je de geslachtschromosomen bij een man homoloog noemen?

Thema 1: de cel

Chromosomenkaart

Om de oorzaak van bepaalde afwijkingen bij de mens op te sporen, onderzoeken wetenschappers dikwijls het aantal chromosomen en de vorm van chromosomen. Voor dat onderzoek maken ze een chromosomenkaart (karyogram) (Fig. 1.34). Om een chromosomenkaart te maken, heeft men een lichaamscel in delingsfase nodig, omdat alleen tijdens de celdeling de chromosomen duidelijk te herkennen zijn. De chromosomen van een chromosomenkaart zijn op een welbepaalde manier geordend. De paren homologe chromosomen worden gerangschikt van groot naar klein en genummerd van 1 tot 22. De twee geslachtschromosomen worden in de chromosomenkaart apart gezet, meestal rechts onderaan (aangeduid met rood pijltje op Fig. 1.34 A en B). Een voorbeeld van een afwijkende chromosomenkaart vinden we bij mensen met het syndroom van Down (Fig. 1.35). In hun lichaamscellen liggen 47 chromosomen, waarvan drie chromosomen nr. 21 in plaats van twee. Een chromosomenkaart maakt dit duidelijk (Fig. 1.36).

Fig. 1.35 Driejarig meisje met het syndroom van Down

Fig. 1.34 Chromosomenkaart van een vrouw (A) en van een man (B)

Fig. 1.36 Chromosomenkaart van een meisje (XX) met het syndroom van Down, dat veroorzaakt wordt door een afwijking in het normale aantal chromosomen. In haar lichaamscellen komt het chromosoom 21 in drievoud voor i.p.v. in tweevoud.

Bestudeer volgende chromosomenkaarten en beschrijf wat abnormaal is. 1 2 3

SAMENGEVAT Chromosomen In de celkern van een niet-delende lichaamscel bevindt zich chromatine, een kluwen van draadvormige DNA-moleculen die op bepaalde plaatsen opgerold zijn rond eiwitten. In een delende cel zijn de DNA-moleculen veel compacter opgerold. We herkennen chromosomen. Het oprollen van het DNA verandert niets aan de DNA-code (de informatie op het DNA). In lichaamscellen komen altijd paren homologe chromosomen voor. Ze hebben een diploïd aantal chromosomen, voorgesteld door 2n. Voor een menselijke lichaamscel geldt: 2n = 46. In voortplantingscellen zijn nooit paren homologe chromosomen aanwezig. Ze bevatten een haploïd aantal chromosomen, voorgesteld door n. Voor een menselijke voortplantingscel geldt: n = 23. In een vrouwelijke lichaamscel komt tweemaal het geslachtschromosoom X voor; in een mannelijke lichaamscel X en Y.

Je kan ook: het verband leggen tussen DNA, chromatine en chromosomen. op een chromosomenkaart een homoloog chromosomenpaar aanduiden. uitleggen waarom een lichaamscel paren homologe chromosomen heeft. uit een chromosomenkaart afleiden of het chromosomen zijn van een man of een vrouw. afleiden of een chromosomenkaart een afwijking vertoont.

Test je kennis 1 De diploïde lichaamscellen van een chimpansee bevatten 48 chromosomen (= 2n). Hoeveel chromosomen bevatten de zaadcellen en de eicellen van deze diersoort? 2 Waarvoor kan een chromosomenkaart niet gebruikt worden? Om het geslacht van iemand te bepalen. Om te kijken of een baby aan het syndroom van Down lijdt. Om misdadigers te identificeren. Om het aantal chromosomen (2n) te bepalen. 3 Bij een paard is 2n = 64. Bij een ezel is 2n = 62. Hoeveel is 2n dan bij een muilezel? (Een muilezel is een jong van een paard en een ezel. Een muilezel is onvruchtbaar.) 126 63 94 2 4 Gegeven: in de lichaamscellen van muizen zitten 40 chromosomen (2n = 40). – Hoeveel chromosomen erft een wijfjesmuis van haar vader? – Hoeveel chromosomen zitten er in elke cel van haar staart? – Hoeveel chromosomen zitten er in een muizenzaadcel? – Hoeveel geslachtschromosomen zitten er in een cel van de staart van een muis? 5 Febe en Matthias doen elk een uitspraak over homologe chromosomen. • Febe beweert dat bij een homoloog chromosomenpaar één chromosoom afkomstig is van vader en het andere chromosoom van moeder. • Matthias zegt dat homologe chromosomen altijd volledig verschillende genetische informatie hebben. Wie heeft gelijk? alleen Febe alleen Matthias Febe en Matthias geen van beiden Thema 1: de cel

Celdeling door mitose

4.1 Doel van de mitose Het doel van mitose is het vormen van nieuwe lichaamscellen door celdeling. Het vormen van nieuwe cellen is noodzakelijk als je bedenkt dat ons lichaam is gegroeid uit één enkele cel, de bevruchte eicel. Ook in een volgroeid lichaam vinden voortdurend celdelingen plaats om bijvoorbeeld beschadigde weefsels te herstellen of om afgestorven cellen te vervangen (Fig. 1.37).

Fig. 1.37 Door mitose kan een baby groeien. In elk lichaam, zowel bij een kind als bij senioren, gaan er elke minuut miljoenen cellen dood. Door mitose worden continu afgestorven cellen vervangen door nieuwe.

4.2 Hét kenmerk van mitose

moedercel

Hét kenmerk van celdeling door mitose is dat de twee nieuwgevormde cellen (= dochtercellen) evenveel chromosomen bezitten, met dezelfde genetische informatie (= dezelfde DNA-code) als de cel waaruit ze zijn ontstaan (= moedercel).

na mitose

Dat betekent dus dat als een menselijke lichaamscel met 46 chromosomen zich deelt, de twee dochtercellen ook elk 46 chromosomen moeten hebben. Bijgevolg zijn de twee dochtercellen perfecte kopieën van elkaar en van de moedercel (Fig. 1.38).

twee dochtercellen

Om dat te realiseren moet de moedercel, vooraleer ze begint te delen, eerst de 46 DNA-moleculen kopiëren. We spreken van DNA-verdubbeling (Fig. 1.39).

Fig. 1.38 Door DNA-verdubbeling en mitose hebben de twee dochtercellen hetzelfde aantal chromosomen (46) en dezelfde genetische informatie als de moedercel.

4.3 DNA-verdubbeling en chromosoomvorming De volgende figuur geeft je een idee hoe de DNA-verdubbeling gebeurt. A

G C

T A

C G T A G C

C A

G C

G C A

G C

T A

C G

T A

G C

T A

A T

C G T A

A T C G T A

Fig. 1.39 Schematisch overzicht van DNAverdubbeling A Oorspronkelijke DNA-molecule B De twee DNA-strengen wijken uiteen. C Op de twee strengen worden nieuwe, overeenkomstige DNA-bouwstenen aangehecht (bv. A aan T en G aan C). D De twee nieuwgevormde DNA-moleculen zijn onderling identiek en bevatten dezelfde DNA-code als de oorspronkelijke DNA-molecule.

Na de DNA-verdubbeling worden de twee identieke DNA-moleculen (= DNA-kopieën) sterk opgerold, zodat er twee korte, dikke staafjes of chromatiden ontstaan (Fig. 1.40).

centromeer 2 chromatiden = 2 opgerolde identieke DNA-moleculen

Voorlopig blijven deze DNA-kopieën aan elkaar vastzitten (die plaats wordt aangeduid als de centromeer). Het geheel noemen we een chromosoom.

4.4 Verloop van de mitose

Fig. 1.40 Schematische voorstelling van een chromosoom dat bestaat uit twee chromatiden of DNA-kopieën

één chromosoom

Tijdens de mitose worden de twee DNA-kopieën (zwarte en grijze chromatiden van Fig. 1.40) door trekdraden uit elkaar getrokken en perfect verdeeld over de twee dochtercellen (Fig. 1.41). Daardoor hebben de dochtercellen evenveel en hetzelfde DNA. (Als je het aantal staafjes in elke dochtercel zou tellen, dan hebben beide dochtercellen er evenveel.)

Verloop van mitose iets meer in detail Om het proces eenvoudig voor te stellen, tekenen we een moedercel met slechts 4 chromosomen in plaats van 46. 1 Net voor de start van de mitose rollen de DNA-moleculen zich verder op tot chromosomen. 2 Het kernmembraan verdwijnt. Vanuit specifieke celorganellen (de centriolen) worden trekdraden gevormd, die zich vastankeren aan de chromosomen (ter hoogte van de centromeer). 3 De chromosomen worden naar het midden van de cel gebracht. 4 A Van elk chromosoom worden de twee chromatiden uit elkaar getrokken. B Aan elke kant van de cel liggen nu evenveel chromatiden en ligt dezelfde DNA-code. 5 A De draden verdwijnen en aan elke kant wordt opnieuw een kernmembraan rond de chromatiden gevormd. B Terwijl de moedercel zich insnoert en het cytoplasma in twee wordt verdeeld, ontkrullen de chromatiden opnieuw tot chromatine. Het eindresultaat van de mitose is twee identieke cellen, met hetzelfde DNA. Dat DNA is bovendien identiek aan het DNA in de moedercel. 1

3 chromosoom

DNAkopieën

trekdraad

2 paar centriolen kernmembraan verdwijnt

kernmembraan 5A 4A

chromatiden

centriolenpaar

insnoering van de cel

chromatiden

kernmembraan

Fig. 1.41 Vereenvoudigde voorstelling van het verloop van de mitose. De blauwe chromosomen zijn afkomstig van vader en de rode van moeder. De moedercel is een diploïde cel met twee paar homologe chromosomen (2n = 4).

Thema 1: de cel

Achteraan in het boek vind je een sterk vereenvoudigde voorstelling van opgerolde DNA-moleculen, chromatiden dus. Boots met de uitgeknipte staafjes het verloop van de mitose na.

Kanker, chaotische celdeling door foute genen Zoals je al weet, beschikt een cel over DNA (genen) met informatie over wanneer en hoe de celactiviteiten moeten gebeuren. Zo ook beschikt de cel over speciale genen – we noemen ze regelgenen – die regelen wanneer een cel zich moet delen en die controleren of de celdeling correct is verlopen. Wanneer in die regelgenen mutaties (wijzigingen van de DNAcode) optreden, is het mogelijk dat de celdeling ongecontroleerd en ongewenst plaatsvindt. Daardoor kan een gezwel, een tumor ontstaan. Tumoren kunnen we indelen in twee grote groepen: goedaardige en kwaadaardige. Kankers zijn kwaadaardige tumoren.

Fig. 1.42 Een wrat is een voorbeeld van een goedaardige tumor.

Soms zijn tumorcellen in het begin goedaardig, maar worden ze na verloop van tijd kwaadaardig, omdat ze omliggende goede weefsels binnendringen. Het wordt nog erger wanneer de kwaadaardige tumorcellen de tumor verlaten en uitzaaien naar andere plaatsen in het lichaam. Jaarlijks krijgt ongeveer 3 % van onze bevolking de diagnose van kanker: meestal zijn dat oudere mensen. Bij vrouwen zijn borsten dikkedarmkanker de meest voorkomende kankers, bij mannen zijn dat prostaat- en longkanker.

Fig. 1.43 Röntgenfoto van een borst met een kwaadaardige tumor (grote witte vlek rechts)

Er zijn families waar een bepaalde kanker bij meerdere familieleden voorkomt. We spreken in dat geval van een erfelijke kanker. De Hollywoodactrice Angelina Jolie, die een dubbele borstamputatie onderging en haar eierstokken als voorzorgsmaatregel liet verwijderen, verloor acht familieleden aan kanker. Raadpleeg het onlinemateriaal dat hierover ter beschikking is. Toch is maar 5 tot 10 % van alle kankers erfelijk. Meer dan 90 % van de kankers wordt veroorzaakt door omgevingsfactoren, zoals sigarettenrook, asbest, veel rood en bewerkt vlees eten, zonnen (uv-stralen).

Test je kennis 1 Na verwonding treedt mitose op. Hoeveel cellen zijn er na drie opeenvolgende mitosen ontstaan uit één huidcel?

2 Schrap wat niet past. Doordat onze gewone lichaamscellen ontstaan zijn door mitose, hebben ze alle een GELIJK / VERSCHILLEND aantal chromosomen en die chromosomen bevatten in elke cel HETZELFDE / VERSCHILLEND DNA.

3 Antwoord kort. – Wat is het doel van de mitose? – Waarom worden de chromosomen naar het midden van de cel gebracht?

– Zijn de twee helften van een chromosoom gelijk aan elkaar of verschillend? – Welk celmateriaal zorgt ervoor dat het DNA mooi gelijk verdeeld wordt? 4 De tekeningen geven delingsstadia van een mitose weer.

a Vul in: voor de moedercel op de figuur is 2n =

b In welke volgorde geven deze stadia de mitose weer? 1–2–3–5–4 1–4–3–2–5 4–1–2–3–5 4–1–3–2–5 5 Wat is de juiste weergave van het aantal chromosomen tijdens de mitose? 2n 2n 2n n n n n 2n

Celdeling door meiose

5.1 Doel van de meiose Het doel van de meiose is geslachtelijke voortplantingscellen (eicellen en zaadcellen) maken. Meiose vindt alleen plaats in de geslachtsorganen (teelballen bij de man en eierstokken bij de vrouw).

5.2 Hét kenmerk van meiose Hét kenmerk van de meiose is dat de dochtercellen maar de helft van het aantal chromosomen van de moedercel zullen hebben. Dit betekent dat uit een moedercel met 46 chromosomen voortplantingscellen met 23 chromosomen zullen worden gevormd.

Thema 1: de cel

Dat de voortplantingscellen maar de helft van het normale aantal chromosomen in lichaamscellen mogen bevatten, is logisch om volgende reden: Een mens ontstaat uit een bevruchte eicel met 46 chromosomen. De helft van dit aantal is afkomstig van vader via de zaadcel. De andere helft van dit aantal is afkomstig van moeder via de eicel. De bevruchte eicel wordt dus gevormd uit de samenvoeging van de 23 chromosomen in de zaadcel en de eicel. Omdat de bevruchte eicel wordt gevormd uit de samenvoeging van de chromosomen in een zaadcel en een eicel, mogen deze voortplantingscellen dus maar 23 chromosomen bezitten. Je weet al dat het aantal chromosomen voor elke soort organismen constant blijft (p. 27), generatie na generatie. Dat nakomelingen evenveel chromosomen hebben als hun ouders is maar mogelijk dankzij de meiose, die het aantal chromosomen in de voortplantingscellen halveert. Duid op Fig. 1.44 aan welke cellen haploïd of diploïd zijn. Welke zijn 2n of n?

lichaamscellen

voortplantingsorganen

lichaamscellen

MITOSE

MEIOSE MEIOSE

lichaamscellen

zaadcel

BEVRUCHTING MITOSE bevruchte eicel

eicel

Fig. 1.44 Mitose zorgt voor vermeerdering van het aantal lichaamscellen vanaf de bevruchte eicel. Geslachtsrijpe organismen produceren via meiose voortplantingscellen die slechts de helft van het normale aantal chromosomen van de lichaamscellen bevatten.

Een leerling doet volgende uitspraak: ‘In een diploïde cel is het aantal chromosomen altijd even, in een haploïde cel is het aantal chromosomen oneven’. Is deze uitspraak juist of fout?

5.3 Verloop van de meiose Een belangrijk moment tijdens de meiose om het aantal chromosomen te halveren, is het ogenblik waarop alle homologe chromosomenparen worden gesplitst (Fig. 1.45). Daardoor komt in de ene dochtercel een chromosoom van vader en in de andere dochtercel een chromosoom van moeder terecht. De voortplantingscellen die door meiose ontstaan, hebben daardoor maar de helft van het oorspronkelijke aantal chromosomen en zijn ook niet identiek aan elkaar.

Verloop van de meiose iets meer in detail Bij de meiose volgen twee delingsprocessen elkaar op, zodat niet twee maar vier haploïde cellen ontstaan: • Tijdens de eerste meiotische deling (meiose 1) wordt het aantal chromosomen gehalveerd door het scheiden van de homologe chromosomen. • Tijdens de tweede meiotische deling (meiose 2) worden de chromatiden gescheiden. Voor de eenvoud nemen we een diploïde moedercel met 4 chromosomen (2n = 4). We tonen hierna enkel de belangrijkste fasen van de meiose. Meiose 1 1+2 De homologe chromosomen gaan in paren bij elkaar liggen en worden naar het midden van de cel gebracht. 3 De homologe chromosomen worden van elkaar gescheiden. 4

Na de insnoering van de moedercel zijn uit de diploïde moedercel twee haploïde dochtercellen (n = 2) ontstaan. In elke dochtercel is ofwel een chromosoom van vader ofwel van moeder aanwezig. In de plaats van 4 chromosomen telt elke dochtercel maar twee chromosomen.

2 centriolenpaar

2 homologe chromosomen 2 DNAkopieën

dochtercel A 3

dochtercel B Fig. 1.45 Vereenvoudigde voorstelling van het verloop van de meiose 1. De blauwe chromosomen zijn afkomstig van vader en de rode van moeder. De moedercel is een diploïde cel met twee paar homologe chromosomen (2n = 4).

Thema 1: de cel

Meiose 2 Hier gebeurt ongeveer hetzelfde als tijdens de mitose. 1

Alle chromosomen in de dochtercellen gaan onder elkaar liggen in het midden van de cel.

2 De chromatiden worden uit elkaar getrokken. 3+4 Na de celinsnoering ontstaan aan het einde van de meiose 2 vier haploĂŻde cellen met elk n chromosomen (n = 2). 1

dochtercel A

dochtercel B celinsnoering

4 haploĂŻde cellen

Fig. 1.46 Vereenvoudigde voorstelling van het verloop van de meiose 2

MEIOSE

Het eindresultaat van de meiose is het ontstaan van voortplantingscellen die maar de helft van het normale aantal chromosomen van de lichaamscellen hebben.

2n moedercel (2n)

MEIOSE 1

Fig. 1.47 Vereenvoudigde schematische voorstelling van de meiose

MEIOSE 2

vier voortplantingscellen (n)

Boots met de uitgeknipte staafjes (zie achteraan het boek) het verloop van de meiose na. Hieronder staan drie schematische tekeningen van cellen tijdens een bepaalde deling (mitose, meiose 1 of meiose 2). Welke van deze tekeningen kan (kunnen) van toepassing zijn op een organisme waarvoor geldt 2n = 4 chromosomen? alleen 2 alleen 3 1 en 2 2 en 3

5.4 Belang van meiose voor het ontstaan van genetische variatie 5.4.1 Productie van genetisch unieke voortplantingscellen Door de manier waarop meiose verloopt, ontstaat genetische variatie in voortplantingscellen. Elke zaadcel of eicel is namelijk genetisch uniek. Daar zijn twee belangrijke verklaringen voor: mixing en overkruising.

moedercel 2n = 4 V

Om te begrijpen wat mixing betekent, leggen we uit wat schematisch te zien is op Fig. 1.48. Tijdens meiose 1 vindt er in het midden van de moedercel een toevallige schikking van chromosomen van vaderszijde en chromosomen van moederszijde plaats. Als vervolgens de homologe chromosomen elk naar één kant van de cel migreren, zal het nu eens het vaderlijk en dan weer het moederlijk chromosoom zijn dat naar de ene of de andere kant getrokken wordt.

Zo kan na de meiose een zaadcel zijn gevormd waarin toevallig de genetische informatie ligt omtrent de oogkleur van vader en de neusvorm van moeder. Bij een volgende meiose kan in een zaadcel echter de genetische informatie voor zowel oogkleur als neusvorm van vaderszijde aanwezig zijn.

Die wisselende samenstelling van vaderlijke en moederlijke chromosomen noemen we mixing. Leg de betekenis van mixing uit met de uitgeknipte staafjes (zie achteraan het boek).

• Overkruising

ofwel V

ofwel

• Mixing

moedercel 2n = 4

M M

Fig. 1.48 Vier genetisch unieke voortplantingscellen als gevolg van mixing na meiose van een moedercel met slechts 2 paar homologe chromosomen. V staat voor afkomstig van vader, en M voor afkomstig van moeder.

Fig. 1.49 Hoewel alle kinderen van dit kroostrijk gezin dezelfde ouders hebben, zijn ze toch genetisch uniek. Ze zijn immers ontstaan uit genetisch unieke zaadcellen en eicellen.

Bij de start van meiose liggen de homologe chromosomen in paren heel dicht bij elkaar (Fig. 1.45). Soms gebeurt het dat DNA-stukken loskomen en uitgewisseld worden tussen verschillende chromatiden van het homologe chromosomenpaar. We noemen dat overkruising. Dat heeft tot gevolg dat de chromatiden van een chromosoom geen exacte kopieën meer zijn. 4 genetisch unieke zaadcellen

Fig. 1.50 Door overkruising wisselen homologe chromosomen DNA-stukken uit. Na de overkruising zijn de twee chromatiden van een chromosoom niet meer 100 % identiek. Daardoor ontstaan na meiose unieke voortplantingscellen.

Samen met mixing is overkruising de oorzaak van de productie van genetisch unieke voortplantingscellen. Een willekeurige en unieke eicel vormt samen met een willekeurige en unieke zaadcel een uniek individu.

Thema 1: de cel

5.4.2 Belang van genetische variatie Met genetische variatie bedoelen we dat er verschillen (= variatie) zijn in het genetisch materiaal van organismen van dezelfde soort. Genetische variatie is erg belangrijk voor het in stand houden van de soort wanneer de leefomstandigheden drastisch wijzigen. Organismen die zich via mitose vermeerderen, hebben in principe hetzelfde DNA. Het zijn genetische kopieën of klonen. Ze hebben dan ook dezelfde erfelijke eigenschappen, bijvoorbeeld weinig weerstand tegen koude. Als de temperatuur in hun leefomgeving echter fors zou dalen, kan dat tot gevolg hebben dat niemand van die populatie (= een groep soortgenoten die samenleven in hetzelfde gebied) zal overleven. Bij een populatie die ontstaan is door geslachtelijke voortplanting en die dus genetische variatie kent, zijn de overlevingskansen groter. Door de genetische variatie kan bijvoorbeeld in een populatie een organisme voorkomen dat beter bestand is tegen extreme koude. In de lessen over evolutie zullen we dieper ingaan op het belang van genetische variatie voor het ontstaan van nieuwe soorten. Raadpleeg het onlinemateriaal en ontdek waarom de ene ebola overleeft en de andere niet.

SAMENGEVAT Celdelingen mitose en meiose verschillende soorten celdelingen mitose meiose • Doet nieuwe lichaamscellen ontstaan. • Doet voortplantingscellen ontstaan. • Uit een diploïde moedercel (2n) ontstaan • Uit een diploïde moedercel (2n) ontstaan twee diploïde dochtercellen (2n) met evendoor halvering van het aantal chromosoveel en hetzelfde erfelijk materiaal. men haploïde dochtercellen (n). Ook de 2 dochtercellen zijn genetisch iden- De dochtercellen zijn genetisch niet-identiek aan elkaar. tiek aan elkaar en aan de moedercel. verschillen tussen verloop van mitose en meiose mitose meiose • Er is geen paarvorming tussen homologe • Er is paarvorming tussen de homologe chromosomen. chromosomen. • De homologe chromosomen worden van elkaar gescheiden. Dankzij meiose, die haploïde voortplantingscellen vormt, blijft het aantal chromosomen per soort organismen generatie na generatie constant. Belang van meiose voor het ontstaan van genetische variatie Door meiose ontstaan genetisch unieke voortplantingscellen. Dit kan door • mixing = een wisselende samenstelling van vaderlijke en moederlijke chromosomen in de voortplantingscellen volgens toeval • overkruising = uitwisseling van stukken DNA tussen vaderlijke en moederlijke chromosomen van een homoloog chromosomenpaar. Omdat voortplantingscellen genetisch uniek zijn, zal bij elke versmelting van zaadcel en eicel een genetisch uniek individu ontstaan. Belang van genetische variatie Wanneer de leefomstandigheden drastisch wijzigen is genetische variatie tussen individuen erg belangrijk voor het overleven van de soort. 38

Je kan ook: de DNA-verdubbeling schematisch voorstellen en situeren in de celcyclus. mitose en meiose situeren in de celcyclus. redenen voor mitose geven.

Test je kennis 1 Antwoord kort. – Wat is het doel van de meiose? – Hoe gaan de chromosomen in het midden van de cel liggen tijdens de eerste deling?

– Hoeveel chromosomen heeft elke dochtercel na de eerste deling? – Waardoor komt het dat de cellen na de meiose genetisch verschillend zijn?

2 Wat is de juiste weergave van het aantal chromosomen tijdens de meiose? 2n 2n 2n n n n n 2n 3 Wanneer uit de bevruchte eicel een meercellig organisme groeit, geldt de volgende uitspraak betreffende het aantal chromosomen aanwezig in de cellen van dit organisme: Alle cellen van dit organisme zijn diploïd. Alle lichaamscellen zijn diploïd, de voortplantingscellen zijn haploïd. Alle lichaamscellen zijn diploïd, alleen de zaadcellen zijn haploïd. Alle cellen van dit organisme zijn haploïd. 4 Volgende schematische tekeningen stellen de stadia van mitose en/of meiose (meiose 1 en/of meiose 2) voor. Noteer onder elke tekening of het stadium bij de mitose of de meiose voorkomt.

5 Hier staan twee paar homologe chromosomen getekend. De chromosomen zijn genummerd. Welk chromosoom komt van de moeder en welk van de vader? Er worden 4 combinaties gegeven. Welke van deze 4 is zeker niet mogelijk?

1 1 1 1 1

en 2 van de moeder, 3 en 4 van de vader en 3 van de moeder, 2 en 4 van de vader en 4 van de moeder, 2 en 3 van de vader van de vader, 2 van de moeder, 3 van de vader, 4 van de moeder Thema 1: de cel