Cel

Een cel is de kleinste levende eenheid van een levend wezen op aarde. Alle levende wezens op aarde, 'organismen' genoemd, zijn opgebouwd uit een of meer cellen. Levende wezens die slechts uit één cel bestaan heten ‘eencelligen’.

Een cel heeft een celwand en bevat een celkern en cytoplasma. In een cel zitten biljoenen moleculen die samenwerken.

Celkern

Delen van een menselijke of dierlijke cel: 1. Nucleolus; 2. Celkern; 3. Ribosoom (blauwe puntjes); 4. Vesikel; 5 Ruw endoplasmatisch reticulum; 6. Golgicomplex; 7. Cytoskelet; 8. Glad endoplasmatisch reticulum; 9. Mitochondrion; 10. Vacuole; 11. Cytosol; 12. Lysosoom; 13. Centrosoo; 14. Celmembraan

Behalve de rode bloedcellen en de geslachtscellen (zaadcellen, eicellen) bevatten alle cellen in hun kern: DNA.

Een celkern bevat zo'n 2 meter DNA-streng. De streng bestaat eigenlijk uit twee strengen die om elkaar gedraaid zijn, met verbindingsstukjes, gelijk een wenteltrap. Deze structuur wordt 'helix' genoemd.

De streng is opgerold en bij de deling van een cel nog meer opgerold. Het opgerold-zijn is mogelijk dankzij verpakkingseiwitten, de histonen. De DNA-streng zit hierom heen gedraaid. Wanneer de cel niet in deling is, noemen we het DNA samen met de histonen: chromatine.

Het DNA kun je beeldsprakig noemen 'het kookboek voor de vorming van een mens'. In het 'kookboek' staan de recepten voor eiwitten. Deze recepten worden 'genen' genoemd; een enkel 'recept' heet een 'gen'. Elk gen 'codeert' voor een of meer eiwitten. Al de genen van iemand samen heten zijn of haar genoom. Elke cel heeft een genoom. In het genoom zitten ongeveer 20.000 eiwitgenen en ongeveer 40.000 RNA-genen. Een eiwitgen bepaalt een erfelijke eigenschap, bijvoorbeeld iemands oogkleur. De RNA-genen zijn niet-eiwitgenen, ze reguleren de andere genen. De 'expressie' van een gen is de uiting van het gen in een eigenschap.

De genen die een cel niet nodig heeft, blijven uitgeschakeld. Een spiercel bijvoorbeeld hoeft geen gal aan te maken. Daarom blijven de genen voor de aanmaak van gal uitgeschakeld. Een spiercel moet samentrekken, een hersencel niet. Daarom blijven de genen voor samentrekking in een hersencel uitgeschakeld.

DNA is samengesteld uit nucleotiden. Een nucleotide is de bouwsteen van DNA. Een nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, een suiker en een base. De nucleotiden zijn verbonden tot een lange ketting. De ketting bestaat uit twee gedraaide strengen. De basen van de nucleotiden van de ene streng zijn verbonden met de basen van nucleotiden van de andere streng. Elke verbinding tussen de basen is een 'waterstofbrug'. Er zijn vier basen:

1. Adenine (afgekort: A)
2. Thymine (T)
3. Cytosine (C)
4. Guanine (G)

A en T kunnen met elkaar binden door een waterstofbrug, en C en G ook.

Er is een vijfde base, Uracil (U), die alleen in RNA voorkomt. Uracil in RNA is een vervanging van Thymine.

Alleen de basen vormen de 'letters' van de 'recepten' voor eiwitten. De opeenvolgende letters vormen de woorden van een bepaald recept. Het lezen van een recept (gen) heet 'transcriptie'. Het maken van het eiwit heet 'translatie'.

Het DNA van een mens vertoont zich als 23 paar chromosomen, totaal 2 x 23 = 46 chromosomen. Een chromosoom bestaat uit een reeks genen. Van elk paar chromosomen is één afkomstig van de vader en één van de moeder. De chromosomen 1 t/m 22 heten autosomen. De chromosomen van het 23e paar zijn de geslachtschromosomen. De geslachtschromosomen van iemand bepalen zijn of haar geslacht (man of vrouw). De geslachtschromosomen van een man worden aangeduid door de letters XY, die van een vrouw door XX.

Chromosomen zijn alleen goed te zien als de cel gaat delen. Daarvóór zijn de chromosomen veel losser, zodat de eiwitrecepten makkelijker te lezen zijn. Wanneer een cel gaat delen, gaan de chromosomen verder oprollen.

Cytoplasma

Het cytoplasme bevat tal van eiwitfabriekjes, die ribosomen worden genoemd.

Van eiwitrecept naar eiwit

Lezen en overbrengen van een recept (transcriptie)

Hoe weet een eiwitfabriek (ribosoom), dat buiten de celkern is, welk eiwit gemaakt moet worden? Het DNA ('kookboek') komt niet uit de celkern. Welke boodschapper brengt het eiwitrecept over naar de fabriek? Dat doet een stofje genaamd 'messenger RNA' (mRNA), boodschapper-RNA. mRNA is een kopietje van ons DNA. Het is een enkele streng, niet een dubbele streng als het DNA. mRNA kan de celkern verlaten en het recept overbrengen. Er wordt een kopietje gemaakt van de enkele streng van het DNA. Hiervoor splijt het DNA een stukje open: de strengen gaan op een zeker stuk uit elkaar, waarna een kopietje wordt gemaakt. Dit kopïeren heet transcriptie. Het kopiëren gaat door tot een stopteken, de zogenaamde stop-codon. Bijvoorbeeld het stukje ACATCAGC wordt gekopieerd naar UGUAGUCG; dus niet naar TGTAGTCG, want U vervangt T. Het kopietje (mRNA) verlaat de celkern, terwijl het DNA zich weer sluit. Het kopietje gaat naar een eiwitfabriek (ribosoom) in het cytoplasma. Het kopietje is als een post-it briefje met een instructie. Het wordt even gebruikt en dan vernietigd.

Lezen van het recept en produceren van het eiwit (translatie)

Het ribosoom in het cytoplasma leest het RNA. Van het RNA worden codes voor aminozuren afgelezen. Er zijn 20 aminozuren, doch slechts 4 basen. De basen kunnen afzonderlijk alle aminozuren aanduiden. Combinaties van drie basen kunnen dat wel. Drie basen die samen een aminozuur aanduiden heten een codon. Er bestaan 64 verschillende codons. Sommige codons staan voor hetzelfde aminozuur. Er zijn codons die aan het ribosoom een startsignaal geven (startcodon) of een stopsignaal (stopcodon). Het ribosoom begint te lezen bij het startcodon en gaat door met het lezen van de drieletterwoorden tot het stopcodon. Het ribosoom leest 'woorden' (codons) van drie letters, UGU, AGU, enz. De combinatie UGU codeert voor het aminozuur Cysteïne; AGU voor Serine. De aminozuren worden als kralen in een ketting geregen tot een eiwit. Het maken van het eiwit heet translatie. De aanmaak van het eiwit stopt als het stopcodon is tegengekomen. Het eiwit is klaar. Na afloop wordt het mRNA vernietigd.

Deling van een cel

Een cel kan zich delen. Daarvoor moet eerst het DNA worden verdubbeld (replicatie). Uit één DNA-molecuul ontstaan er twee. Om te verdubbelen splijt de dubbele DNA-streng en worden de enkele strengen weer aangevuld tot een dubbele. Elk van de twee nieuwe DNA-moleculen bevat daardoor een streng van het oude DNA-molecuul. Na de verdubbeling van het DNA bevat een cel 2 x 46 = 92 chromosomen.

Mutatie. Bij het verdubbelen kunnen mutaties optreden: als het ware de verandering van een of meer letters A, T, C of G. Een verandering van de lettercode leidt tot een verandering van het eiwit. Mogelijk ontstaat er door de mutatie een onwerkzaam eiwit. Mutaties kunnen ontstaan bij het kopiëren als typfoutjes; daarnaast kunnen ze veroorzaakt worden door bijvoorbeeld zonlicht, straling en roken. De cel heeft verschillende mechanismen om foutjes te repareren. Bij grote schade kan de cel zichzelf vernietigen (apoptose). Vind er geen reparatie plaats, dan wordt de cel door het afweersysteem herkend als afwijkend en daarom vernietigd. Wordt een afwijkende cel niet vernietigd, dan kan bijvoorbeeld kanker of een erfelijke aandoening ontstaan. Mutaties kunnen ook leiden tot veranderingen in een soort levend wezen.

Na de verdubbeling van het DNA kan de cel gaan delen. Er zijn twee soorten van deling. De meest voorkomende deling is voor de groei of reparatie van kapotte cellen. Deze soort deling wordt mitose genoemd. De identieke dochtercellen krijgen elk 46 chromosomen mee.

De tweede soort deling dient de voortplanting en heet meiose. De dochtercellen zijn echter niet identiek. Want bij dit soort deling worden stukken DNA uitgewisseld (crossing-over, lett. overkruising) met als gevolg niet-identieke cellen. De dochtercellen delen nogmaals, nu in geslachtscellen. Een spermacel en een eicel bevatten maar 23 chromosomen. Bij het samensmelten ontstaat er een cel met een volledige code in de vorm van 46 chromosomen. Een cel met 23 chromosomen heet een haploïde cel; die met 46 chromosomen een diploïde cel. De eerste soort deling levert alleen diploïde cellen op. De tweede soort deling resulteert in haploïde cellen. De spermacellen zijn onderling allemaal anders; dat geldt ook voor de eicellen. De cel die ontstaat uit de samensmelting van een zaadcel met een eicel heet een zygote. Deze zygote gaat zich heel vaak delen en zo ontstaat een mens. Menselijk leven begint dus met een zygote.

Een mens krijgt eigenschappen (bijvoorbeeld haarkleur en wimperlengte) mee van zijn vader en van zijn moeder. De eigenschappen berusten op genen. De genen bepalen hoe je eruit komt te zien en hoe je bent. Wanneer iemand bijvoorbeeld de lange wimperlengte van vader en moeder erft, dan is hij homozygoot voor deze eigenschap. Hij krijgt lange wimper. Zijn de desbetreffende genen verschillend, dan is hij heterozygoot voor de desbetreffende eigenschap en overtreft het dominante gen, in dit geval het gen voor lange wimpers, het recessieve gen, het gen voor korte wimpers.

Bronnen

Genetica 1: DNA, transcriptie en translatie. Youtube.com: JufDanielle, 19 aug. 2016. Duidelijke uiteenzetting over DNA, mRNA, transcriptie en translatie.

Genetica 2: celdeling en erfelijkheid. Youtube.com: JufDanielle, 19 aug. 2016. Duidelijke uiteenzetting over replicatie, mutatie, celdeling en erfelijkheid.

Van DNA naar eiwit: transcriptie en translatie. Youtube.com: JufDanielle, 14 sept. 2018. Duidelijke uiteenzetting over de productie van eiwitten op grond van de informatie in het DNA.