Alles op zijn plek

Begrippen

Celorganel

Een deel van de cel met een eigen taak. De meeste organellen zijn kamers met een membraan eromheen; ribosomen en het cytoskelet hebben geen membraan, maar tellen ook als organel.

Celmembraan

Een dun vliesje van vetachtige moleculen (fosfolipiden) om de cel. Het is selectief permeabel: kleine stoffen als zuurstof gaan er zo door, water en veel andere stoffen vooral door eiwitpoortjes.

Cytoplasma

Alles binnen het celmembraan, buiten de kern: een drukke, dichte mengeling van eiwitten, suikers en zouten, met de organellen erin. In de film vooral het vloeibare deel tussen de organellen (strikt genomen: cytosol).

Celkern

Bewaart het DNA, de bouwtekening voor bijna alle eiwitten. Om de kern zit een dubbel kernmembraan met kernporiën; binnenin ligt het kernlichaampje, dat onderdelen van ribosomen maakt.

Ribosoom · eiwitsynthese

Een ribosoom leest een werkkopie van een gen en rijgt aminozuren aan elkaar tot een eiwit. Het hele proces van gen tot eiwit heet eiwitsynthese.

Endoplasmatisch reticulum (ER)

Een netwerk van platte zakken en buisjes dat aansluit op het kernmembraan. Ruw ER draagt ribosomen en maakt eiwitten die de cel uit gaan; glad ER maakt vetten en maakt in de lever gifstoffen onschadelijk.

Golgi-systeem · blaasjes

Een stapel platte zakjes die eiwitten afmaakt, sorteert en in blaasjes verpakt. Als een blaasje met het celmembraan versmelt en zijn inhoud naar buiten laat, heet dat exocytose; het omgekeerde, iets opnemen in een blaasje dat van het celmembraan afsnoert, heet endocytose.

Cytoskelet

Eiwitbuisjes (microtubuli) en dunnere draden die de cel vorm en stevigheid geven. Motoreiwitten lopen over de microtubuli met blaasjes als vracht.

Mitochondrium · ATP

Hier wordt de energie uit voedingsstoffen vrijgemaakt bij de verbranding (aerobe dissimilatie) en vastgelegd in ATP, de energiedrager van de cel. Een mitochondrium heeft twee membranen; het binnenste is sterk geplooid.

Lysosoom · peroxisoom

Een lysosoom is een zuur blaasje vol verteringsenzymen dat versleten onderdelen en opgeslokte bacteriën afbreekt. Een peroxisoom breekt onder andere vetzuren af en maakt het giftige waterstofperoxide onschadelijk.

Celwand · vacuole · turgor

Plantencellen hebben om het celmembraan een stevige celwand van cellulose, die niet selectief is, en vaak één grote vacuole met celvocht. Door osmose neemt de vacuole water op en drukt de cel tegen de celwand: die druk heet turgor.

Bladgroenkorrel · plastiden

In bladgroenkorrels (chloroplasten) vindt fotosynthese plaats. Ze horen bij de plastiden, net als kleurstofkorrels en zetmeelkorrels.

Prokaryoot · eukaryoot

Een prokaryote cel, zoals een bacterie, heeft geen kern en geen kamers. Een eukaryote cel, zoals die van dieren, planten en schimmels, heeft een kern en organellen.

Endosymbiose

Samenleven waarbij het ene organisme binnen in het andere leeft. Mitochondriën en bladgroenkorrels waren ooit vrij levende bacteriën, die werden opgenomen en bleven.

Voor de docent

Hoe de film de cel uitlegt

Niet als rijtje organellen met functies, maar als oplossing van een probleem: duizenden reacties die elkaar in één open ruimte zouden storen. Membranen maken aparte ruimtes (compartimentering). Omdat alle membranen uit hetzelfde materiaal bestaan, kunnen blaasjes afsnoeren en samensmelten. De reis van insuline verbindt kern, ribosomen, ER, golgi-systeem, blaasjes, cytoskelet en celmembraan tot één route. Drie vragen dragen de film; ze worden in hoofdstuk 7, 8 en 11 beantwoord.

Leerdoelen

Na de film kan een leerling: (1) uitleggen waarom een eukaryote cel in compartimenten is verdeeld; (2) de route beschrijven van een eiwit dat de cel uit gaat, en de rol van mitochondriën en cytoskelet daarbij; (3) per organel de functie noemen en of het geen, één of twee membranen heeft; (4) plantaardige, dierlijke en bacteriecellen vergelijken; (5) twee argumenten geven voor de endosymbiosetheorie.

Voor welke klas

Klas 3: hoofdstuk 1–3, 8 en 10 en vraag 2 zijn de kern; stop gerust na hoofdstuk 8 en kijk 9–12 in een volgende les. 4 havo/vwo: de hele film, als start van het thema cel.

Woorden in de film en in je boek

kamer → celorganel met membraan (compartiment) · vliesje → membraan · werkkopie → mRNA (transcriptie) · drie letters → codon; aflezen en aanrijgen → translatie · adreslabel → signaalpeptide · bouwers → ribosomen · doolhof → ER · rails → microtubuli (cytoskelet) · sjouwers → motoreiwitten (kinesine) · batterijtje → ATP (energiedrager) · verbranding → aerobe dissimilatie · kanaaltjes in de celwand → plasmodesmata · kleurstof- en zetmeelkorrels → chromoplasten en amyloplasten · cytoplasma (in de film: het vloeibare deel) → strikt genomen cytosol.

Misvattingen die de film aanpakt

• "De kern is het brein van de cel." Eerder een archief met een streng loket; welke genen worden gekopieerd, hangt af van signalen (hoofdstuk 3).
• "Het cytoplasma is een waterig soepje." Het is propvol; grote blaasjes komen alleen vooruit over rails (hoofdstuk 7).
• "Een cel is een platte tekening, en alle cellen zien er hetzelfde uit." Een cel is een bol, en elke celsoort heeft andere aantallen organellen (hoofdstuk 1, 8, 12).
• "Organellen zijn vaste, losse boontjes." Het ER is één doolhof van zakjes en buisjes, verbonden met het kernmembraan, en blaasjes reizen steeds tussen de kamers (hoofdstuk 5, 6).
• "Ribosomen zijn geen organel, want ze hebben geen membraan." Ze tellen wel als organel (hoofdstuk 4).
• "DNA zit alleen in de kern." Mitochondriën en bladgroenkorrels hebben hun eigen DNA (hoofdstuk 8, 11).
• "Mitochondriën maken energie." Ze zetten de energie uit voedingsstoffen om in een vorm die de cel kan gebruiken (hoofdstuk 8).
• "Planten hebben bladgroenkorrels in plaats van mitochondriën." Plantencellen hebben allebei en verbranden dag en nacht suiker (hoofdstuk 10).
• "Een plantencel heeft een celwand in plaats van een celmembraan." De celwand zit om het membraan en is niet selectief (hoofdstuk 10).
• "Dierlijke cellen hebben geen vacuolen." Het verschil is de grote centrale vacuole van planten (hoofdstuk 10).
• "Bacteriën hebben ook een kern en organellen." Prokaryoten hebben geen kern en geen kamers (hoofdstuk 11).
• "Alle plantencellen hebben bladgroenkorrels, en een plant haalt zijn voedsel uit de grond." Wortelcellen hebben geen bladgroenkorrels; de suiker komt uit de bladeren (vraag 2).
• "Alles uit de film zie je met de schoolmicroscoop." Kern, celwand, vacuole en bladgroenkorrels wel; ER, golgi-systeem, ribosomen, lysosomen en (op school) mitochondriën alleen met een elektronenmicroscoop (hoofdstuk 12).

Pauzemomenten

• Ch 2Wat doen fosfolipiden als je ze los in water strooit?
• Ch 3Hoe komt de bouwtekening buiten de kern, als het DNA binnen moet blijven?
• Ch 8Na hoofdstuk 8 zijn vraag 1 en 2 beantwoord: laat leerlingen de route van insuline navertellen of tekenen.
• Ch 9Wat gebeurt er als er een lysosoom lekt?
• Ch 10Heeft een plantencel, met al die bladgroenkorrels, ook mitochondriën?
• Ch 11Van wie heb jij je mitochondriën gekregen? Daarna: een tabel plant, dier, bacterie.
• Ch 12Twee denkvragen met bedenktijd: een speekselkliercel en een wortelcel.

Werkblad-idee

(a) Teken de route: eerst de werkkopie (kern → kernporie → ribosoom), dan het eiwit (ruw ER → blaasje → golgi-systeem → blaasje → langs microtubuli → celmembraan: exocytose). (b) Tabel per organel: functie in één woord · membraan: geen, één of twee · eigen DNA? · dier, plant, bacterie · zichtbaar met de lichtmicroscoop? (c) Koppel cel aan organel: speekselkliercel → ruw ER en golgi-systeem; levercel → glad ER; hartspiercel en zaadcel → mitochondriën; witte bloedcel → lysosomen; aardappelcel → zetmeelkorrels. (d) Benoem organellen op een echte elektronenmicroscoopfoto, zoals op het examen. (e) Vwo: het experiment van Jamieson en Palade (1967): alvleeskliercellen kregen een paar minuten radioactieve aminozuren; het label zat eerst in het ruw ER, dan in het golgi-systeem, dan in blaasjes. Leerlingen leiden de route af uit de grafiek.

Practica

Vliesje van een ui en mondslijmvliescellen (methyleenblauw) onder de microscoop; waarom zie je in een uivliesje geen bladgroenkorrels? (De rokken van een ui krijgen geen licht, net als in vraag 2.) Waterpest (Elodea): bladgroenkorrels stromen mee, doordat motoreiwitten over actinedraden lopen (hoofdstuk 7). Aardappel met jodium (lugol): zetmeelkorrels kleuren blauwzwart. Rode paprika, tomaat of winterpeen: kleurstofkorrels. Katalase: rauwe tegenover gekookte aardappel of lever in waterstofperoxide. Zeepbellen: een nat rietje prik je erdoor zonder dat de bel knapt, en twee bellen smelten samen (hoofdstuk 2 en 6). Vertel vooraf wat je met een schoolmicroscoop wel en niet ziet.

Vereenvoudigingen in de film

Fosfolipiden vormen vanzelf een dubbellaag, maar in de cel maken enzymen in het ER ze en bouwen ze in bestaande membranen in; membranen en organellen groeien altijd uit bestaande. Afsnoeren en samensmelten gebeurt met hulp van eiwitten (manteleiwitten, SNARE-eiwitten), die ook bepalen met welk membraan een blaasje versmelt. Een blaasje dat van het celmembraan afsnoert, versmelt eerst met een endosoom en pas later met een lysosoom. De vertaling is ingekort: de tRNA's die de aminozuren aanvoeren zijn wel getekend, maar worden niet genoemd. Het adreslabel is een signaalpeptide dat via een herkenningsdeeltje (SRP) het ribosoom naar het ER brengt; het wordt in het ER afgeknipt (preproinsuline → proinsuline). Ongeveer een derde van onze eiwitten gaat via het ER. Een verkeerd gevouwen eiwit wordt terug het cytoplasma in geduwd en daar door proteasomen afgebroken. Pro-insuline wordt in de blaasjes op maat geknipt; slechts een paar procent van de ± 10 000 blaasjes ligt direct klaar onder het membraan. In bètacellen groeien de microtubuli vooral vanaf het golgi-systeem; de ster rond het centrosoom is het plaatje van een gewone cel. Glucose gaat niet zelf het mitochondrium in: het wordt eerst in het cytoplasma afgebroken (glycolyse). ATP is geen batterij: energie komt vrij bij de omzetting van ATP in ADP en fosfaat (in het boek heet dit vaak een "energierijke binding"); het ribosoom gebruikt vooral GTP. Hartspiercellen verbranden vooral vetzuren. Een bètacel meet bloedsuiker via de ATP/ADP-verhouding, die kaliumkanalen sluit; daarna stroomt calcium in en volgt exocytose. Oudere boeken noemen lysosomen "zelfmoordzakjes": één lek lysosoom doet weinig, veel tegelijk wel. Bloemplanten hebben geen centriolen en geen typische lysosomen (de vacuole doet dat werk). Een aardappel is een stengelknol. Wortels die licht krijgen, kunnen groen worden. "De kern heeft toch ook een dubbel membraan?" Het kernmembraan is één platte ER-zak om de kern heen; bij mitochondriën lijkt het binnenste membraan op dat van bacteriën. De gastheer van het eerste mitochondrium was een archee; later verhuisden de meeste genen van de bacterie naar de kern (menselijk mitochondriaal DNA: 37 genen), en daarom kan een mitochondrium niet meer zonder de cel. Margulis' verdere idee dat trilharen van bacteriën afstammen, is níét aanvaard. Er is bij de mens één goed gedocumenteerd geval van vaderlijk mitochondriaal DNA (Schwartz & Vissing 2002). In beeld is de cel veel leger getekend dan hij is.

De getallen achter de film

• Bètacel ± 10 µm; membraan ± 5 nm (papier ± 0,1 mm, dus ± 20 000 keer dikker); ribosoom ± 25 nm, miljoenen per cel; ± 2000–5000 kernporiën per kern.
• ± 10 000 insulineblaasjes van ± 250 nm per bètacel, een paar procent direct klaar; motoreiwit (kinesine): stappen van 8 nm met één ATP per stap, tot ± 100 per seconde.
• Het lichaam zet per dag ongeveer zijn eigen gewicht aan ATP om, terwijl er maar zo'n 50 gram tegelijk is: elk molecuul wordt ± 1000 keer per dag opgeladen. Mitochondriën: ± 30–35 % van het volume van een hartspiercel.
• Lysosoom pH ± 4,5–5, cytoplasma ± 7,2 (± 150–500 keer zuurder); turgor ± 5–10 bar, zo hoog als een racefietsband.
• Eicel ± 100 000 mitochondriën, zaadcel ± 50–75; endosymbiose ± 1,5–2 miljard jaar geleden (schattingen van ± 1,2 tot 2,2).
• Bronnen: Alberts, Molecular Biology of the Cell; BioNumbers; Rorsman & Renström 2003; Mereschkowski 1905; Lynn Margulis (toen Lynn Sagan), "On the origin of mitosing cells", 1967.

In beeld genoemd

Lynn Margulis (1967), endosymbiose. Voor wie meer wil: lysosomen en peroxisomen werden ontdekt door de Belg Christian de Duve (Nobelprijs 1974, samen met Palade en Claude). Bij de ziekte van Pompe, genoemd naar de Nederlandse patholoog J.C. Pompe, mist één enzym in de lysosomen; de enzymtherapie is mede in het Erasmus MC in Rotterdam ontwikkeld.

Toetsen: Spatie afspelen of pauzeren · ←→ 5 s spoelen · C ondertitels · M stem · F volledig scherm