Cel Definitie
Cellen zijn de basiseenheid van het leven. In de moderne wereld zijn zij de kleinst bekende wereld die alle functies van het leven vervult. Alle levende organismen zijn ofwel afzonderlijke cellen, ofwel meercellige organismen die uit vele samenwerkende cellen bestaan.
Cellen zijn de kleinst bekende eenheid die al deze functies kan vervullen. Definiërende kenmerken die een cel in staat stellen deze functies te vervullen, zijn onder meer:
- Een celmembraan dat de chemische reacties van het leven bij elkaar houdt.
- Ten minste één chromosoom, dat bestaat uit genetisch materiaal dat de “blauwdrukken” en “software” van de cel bevat.”
- Cytoplasma – de vloeistof binnenin de cel, waarin de chemische processen van het leven plaatsvinden.
Hierna bespreken we de functies die cellen moeten vervullen om het leven mogelijk te maken, en hoe ze deze functies vervullen.
Functie van cellen
Wetenschappers definiëren zeven functies die door een levend organisme moeten worden vervuld. Deze zijn:
- Een levend wezen moet reageren op veranderingen in zijn omgeving.
- Een levend wezen moet groeien en zich ontwikkelen gedurende zijn leven.
- Een levend wezen moet zich kunnen reproduceren, of kopieën van zichzelf maken.
- Een levend wezen moet een metabolisme hebben.
- Een levend ding moet homeostase handhaven, of zijn interne omgeving hetzelfde houden ongeacht veranderingen van buitenaf.
- Een levend ding moet uit cellen bestaan.
- Een levend ding moet eigenschappen doorgeven aan zijn nakomelingen.
Het is de biologie van cellen die levende wezens in staat stelt al deze functies uit te voeren. Hieronder bespreken we hoe ze de functies van het leven mogelijk maken.
Hoe cellen werken
Om ze te kunnen vervullen, moeten ze beschikken over:
- Een celmembraan dat het binnenste van de cel scheidt van het buitenste. Door de chemische reacties van het leven binnen een klein gebied binnen een membraan te concentreren, laten cellen de reacties van het leven veel sneller verlopen dan anders het geval zou zijn.
- Genetisch materiaal dat in staat is eigenschappen door te geven aan de nakomelingen van de cel. Om zich te kunnen voortplanten, moeten organismen ervoor zorgen dat hun nakomelingen alle informatie hebben die ze nodig hebben om alle functies van het leven uit te kunnen voeren.Alle moderne cellen doen dit met behulp van DNA, waarvan de eigenschappen van de basenparen cellen in staat stellen nauwkeurige kopieën te maken van de “blauwdrukken” en het “besturingssysteem” van een cel. Sommige wetenschappers denken dat de eerste cellen in plaats daarvan RNA gebruikten.
- Eiwitten die een grote verscheidenheid aan structurele, stofwisselings- en voortplantingsfuncties uitvoeren.
Er zijn talloze verschillende functies die cellen moeten uitvoeren om energie te verkrijgen en zich voort te planten.
Afhankelijk van de cel kunnen voorbeelden van deze functies zijn: fotosynthese, afbraak van suiker, voortbeweging, kopiëren van het eigen DNA, bepaalde stoffen door het celmembraan laten gaan en andere buiten houden, enz.
Eiwitten zijn gemaakt van aminozuren, die als de “Lego’s” van de biochemie zijn. Aminozuren zijn er in verschillende maten, verschillende vormen, en met verschillende eigenschappen zoals polariteit, ionische lading, en hydrofobiciteit.
Door aminozuren samen te voegen op basis van de instructies in hun genetisch materiaal, kunnen cellen biochemische machines maken om bijna elke functie uit te voeren.
Sommige wetenschappers denken dat de eerste cellen misschien RNA hebben gebruikt om een aantal vitale functies uit te voeren, en vervolgens overgestapt zijn op veel veel veelzijdigere aminozuren om het werk te doen als gevolg van een mutatie.
De verschillende celtypen die we hieronder zullen bespreken, hebben verschillende manieren om deze functies te vervullen.
Celtypen
Omdat er miljoenen verschillende soorten leven op aarde zijn, die in de loop van de tijd geleidelijk groeien en veranderen, zijn er talloze verschillen tussen de talloze nog bestaande celtypen.
Hier zullen we echter kijken naar de twee belangrijkste soorten cellen, en twee belangrijke subcategorieën van elk.
Prokaryoten
Prokaryoten zijn de eenvoudigere en oudere van de twee belangrijkste soorten cellen. Prokaryoten zijn eencellige organismen. Bacteriën en archaebacteriën zijn voorbeelden van prokaryote cellen.
Prokaryote cellen hebben een celmembraan, en een of meer lagen van extra bescherming tegen de omgeving van buitenaf. Veel prokaryoten hebben een celmembraan van fosfolipiden, omsloten door een celwand van een stugge suiker. De celwand kan worden omgeven door een andere dikke “capsule” van suikers.
Veel prokaryote cellen hebben ook trilharen, staarten, of andere manieren waarop de cel zijn beweging kan regelen.
Deze kenmerken, evenals de celwand en de capsule, weerspiegelen het feit dat prokaryote cellen het alleen doen in de omgeving. Zij maken geen deel uit van een meercellig organisme, dat hele cellagen kan hebben die andere cellen tegen de omgeving beschermen of beweging tot stand brengen.
Prokaryotische cellen hebben één enkel chromosoom dat al het essentiële erfelijke materiaal en de werkingsinstructies van de cel bevat. Dit enkele chromosoom is meestal rond. Er is geen kern, of andere interne membranen of organellen. Het chromosoom zweeft gewoon in het cytoplasma van de cel.
Extra genetische eigenschappen en informatie kunnen zijn opgenomen in andere genen eenheden binnen het cytoplasma, genaamd “plasmiden,” maar dit zijn meestal genen die door prokaryoten heen en weer worden doorgegeven via het proces van “horizontale genoverdracht,” dat is wanneer de ene cel genetisch materiaal geeft aan een andere. Plasmiden bevatten niet-essentieel DNA dat de cel kan missen, en dat niet noodzakelijk wordt doorgegeven aan het nageslacht.
Wanneer een prokaryotische cel klaar is om zich voort te planten, maakt hij een kopie van zijn ene chromosoom. Vervolgens splitst de cel zich in tweeën, waarbij aan elke dochtercel een kopie van het chromosoom en een willekeurig assortiment plasmiden wordt toegewezen.
Er zijn twee belangrijke soorten prokaryoten bekend bij wetenschappers tot op heden: archaebacteriën, die een zeer oude lijn van het leven met een aantal biochemische verschillen van bacteriën en eukaryoten, en bacteriën, soms genoemd “eubacteria,” of “echte bacteriën” om ze te onderscheiden van archaebacteria.
Bacteriën worden verondersteld om meer “moderne” afstammelingen van archaebacteria zijn.
Beide families hebben “bacteriën” in de naam omdat de verschillen tussen hen niet werden begrepen vóór de uitvinding van moderne biochemische en genetische analysetechnieken.
Toen wetenschappers de biochemie en genetica van prokaryoten in detail begonnen te onderzoeken, ontdekten zij deze twee zeer verschillende groepen, die waarschijnlijk verschillende verwantschappen hebben met eukaryoten en verschillende evolutionaire geschiedenissen hebben!
Sommige wetenschappers denken dat eukaryoten zoals de mens nauwer verwant zijn met bacteriën, omdat eukaryoten een soortgelijke celmembraanchemie hebben als bacteriën. Anderen denken dat archaebacteriën nauwer verwant zijn aan ons eukaryoten, omdat ze soortgelijke eiwitten gebruiken om hun chromosomen te reproduceren.
Weer anderen denken dat we van beide zouden kunnen afstammen – dat eukaryotische cellen zouden kunnen zijn ontstaan toen archaebacteriën begonnen te leven binnenin een bacteriële cel, of omgekeerd! Dit zou verklaren waarom we belangrijke genetische en chemische eigenschappen van beide hebben, en waarom we meerdere interne compartimenten hebben, zoals de kern, chloroplasten en mitochondriën!
Eukaryoten
Eukaryotische cellen worden beschouwd als het modernste grote celtype. Alle meercellige organismen, inclusief u, uw kat en uw kamerplanten, zijn eukaryoten. Eukaryote cellen lijken te hebben “geleerd” om samen te werken om meercellige organismen te creëren, terwijl prokaryoten dit niet lijken te kunnen.
Eukaryote cellen hebben meestal meer dan één chromosoom, dat grote hoeveelheden genetische informatie bevat. Binnen het lichaam van een meercellig organisme kunnen verschillende genen binnen deze chromosomen “aan” en “uit” worden geschakeld, waardoor cellen met verschillende eigenschappen verschillende functies binnen hetzelfde organisme kunnen vervullen.
Eukaryote cellen hebben ook een of meer interne membranen, wat wetenschappers tot de conclusie heeft gebracht dat eukaryote cellen waarschijnlijk zijn geëvolueerd toen een of meer soorten prokaryoten in symbiotische relaties binnenin andere cellen gingen leven.
Organellen met inwendige membranen die in eukaryote cellen worden aangetroffen, omvatten gewoonlijk:
- Voor dierlijke cellen – Mitochondriën, die de energie uit suiker vrijmaken en op een uiterst efficiënte manier in ATP omzetten.
Mitochondriën hebben zelfs hun eigen DNA, gescheiden van het kern-DNA van de cellen, wat verdere steun geeft aan de theorie dat zij vroeger onafhankelijke bacteriën waren. - Voor plantencellen – Chloroplasten, die de fotosynthese uitvoeren, waarbij ATP en suiker worden gemaakt uit zonlicht en lucht.
Chloroplasten hebben ook hun eigen DNA, wat suggereert dat ze mogelijk zijn ontstaan als fotosynthetische bacteriën. - Nucleus – In eukaryote cellen bevat de kern de essentiële DNA-blauwdrukken en werkingsinstructies voor de cel.
De nucleaire envelop wordt verondersteld om een extra laag van bescherming voor het DNA te bieden tegen toxines of indringers die het zouden kunnen beschadigen.
Het is onbekend of de kern ooit ook een endosymbiotische prokaryoot geweest zou kunnen zijn, of dat zijn membraan gewoon geëvolueerd is als een extra laag van bescherming voor het DNA van de cel. - Endoplasmatisch reticulum – Dit complexe interne membraan is een belangrijke plaats van eiwitcreatie voor cellen. De evolutionaire oorsprong van het endoplasmatisch reticulum is niet bekend.
- Golgi-apparaat – Dit interne membraancomplex kan worden gezien als het “postkantoor” van het endoplasmatisch reticulum. Het ontvangt eiwitten van het ER, verpakt en “labelt” ze door er de nodige suikers aan toe te voegen, en verscheept ze dan naar hun eindbestemming.
- Anderen – Veel eukaryote cellen kunnen tijdelijke interne membraan-“zakjes” creëren, “vacuolen” genoemd, om afval op te slaan, of om belangrijke materialen te verpakken.
Sommige cellen hebben bijvoorbeeld speciale vacuolen, “lysosomen” genoemd, die vol zitten met bijtende stoffen en spijsverteringsenzymen. Cellen dumpen hun “afval” gewoon in lysosomen, waar het ruwe milieu ze afbreekt tot eenvoudiger componenten die opnieuw kunnen worden gebruikt!
Voorbeelden van cellen
Archaebacteriën
Zoals hierboven vermeld, zijn archaebacteriën een zeer oude vorm van prokaryotische cellen. Biologen plaatsen ze in feite in hun eigen “domein” van het leven, gescheiden van andere bacteriën.
De belangrijkste manieren waarop archaebacteriën verschillen van andere bacteriën zijn:
- Hun celmembranen, die zijn gemaakt van een type lipide dat noch in bacteriën, noch in eukaryote celmembranen wordt aangetroffen.
- Hun DNA replicatie enzymen, die meer lijken op die van eukaryoten dan die van bacteriën, wat suggereert dat bacteriën en archae slechts ver verwant zijn, en archaebacteriën eigenlijk nauwer verwant kunnen zijn aan ons dan aan moderne bacteriën.
- Sommige archaebacteriën hebben het vermogen om methaan te produceren, wat een metabolisch proces is dat bij geen enkele bacterie of eukaryoot wordt gevonden.
De unieke chemische eigenschappen van de archaebacteriën stellen hen in staat in extreme milieus te leven, zoals oververhit water, extreem zout water, en sommige milieus die giftig zijn voor alle andere levensvormen.
Wetenschappers raakten de laatste jaren zeer opgewonden door de ontdekking van Lokiarchaeota – een type archaebacterie dat veel genen deelt met eukaryoten die nooit eerder in prokaryote cellen waren aangetroffen!
Men denkt nu dat Lokiarchaeota onze meest nabije levende verwant in de prokaryotische wereld kan zijn.
Bacteriën
U bent waarschijnlijk wel bekend met het soort bacteriën dat u ziek kan maken. Inderdaad, veel voorkomende ziekteverwekkers zoals Streptococcus en Staphylococcus zijn prokaryotische bacteriecellen.
Maar er zijn ook veel soorten nuttige bacteriën – waaronder die welke dood afval afbreken om nutteloos materiaal om te zetten in vruchtbare grond, en bacteriën die in ons eigen spijsverteringskanaal leven en ons helpen voedsel te verteren.
Bacteriële cellen komen vaak voor in symbiotische relaties met meercellige organismen zoals wij, in de bodem, en overal waar het niet te extreem voor ze is om te leven!
Plantencellen
Plantencellen zijn eukaryote cellen die deel uitmaken van meercellige, fotosynthetische organismen.
Plantencellen hebben chloroplastorganellen, die pigmenten bevatten die lichtfotonen absorberen en de energie van die fotonen oogsten.
Chloroplasten hebben het opmerkelijke vermogen om lichtenergie om te zetten in cellulaire brandstof, en deze energie te gebruiken om kooldioxide uit de lucht te halen en om te zetten in suikers die door levende wezens kunnen worden gebruikt als brandstof of bouwmateriaal.
Naast het hebben van chloroplasten, hebben plantencellen ook typisch een celwand gemaakt van een stijve suikers, om plantenweefsels in staat te stellen hun rechtopstaande structuren zoals bladeren, stengels, en boomstammen te behouden.
Plantencellen hebben ook de gebruikelijke eukaryotische organellen, waaronder een kern, endoplasmatisch reticulum, en Golgi-apparaat.
Dierlijke cellen
Voor deze oefening bekijken we een type dierlijke cel dat voor u van groot belang is: uw eigen levercel.
Zoals alle dierlijke cellen heeft ook deze cel mitochondriën die de celademhaling uitvoeren, waarbij zuurstof en suiker worden omgezet in grote hoeveelheden ATP om de cellulaire functies aan te drijven.
Hij heeft ook dezelfde organellen als de meeste dierlijke cellen: een celkern, endoplasmatisch reticulum, Golgi-apparaat, enz.
Maar als onderdeel van een meercellig organisme brengt uw levercel ook unieke genen tot expressie, die hem unieke eigenschappen en capaciteiten geven.
Levercellen in het bijzonder bevatten enzymen die veel giftige stoffen afbreken, waardoor de lever uw bloed kan zuiveren en gevaarlijk lichaamsafval kan afbreken.
De levercel is een uitstekend voorbeeld van hoe meercellige organismen efficiënter kunnen zijn door verschillende celtypen te laten samenwerken.
Jouw lichaam zou niet kunnen overleven zonder levercellen om bepaalde gifstoffen en afvalstoffen af te breken, maar de levercel zelf zou niet kunnen overleven zonder zenuw- en spiercellen die je helpen voedsel te vinden, en een spijsverteringskanaal om dat voedsel af te breken in licht verteerbare suikers.
En al deze celtypen bevatten de informatie om alle andere celtypen te maken! Het is gewoon een kwestie van welke genen “aan” of “uit” worden gezet tijdens de ontwikkeling.
- Epigenetica – Het proces waarbij genen “aan” of “uit” worden gezet door het toevoegen of verwijderen van chemische groepen van delen van het chromosoom.
- Eukaryoten – Complexe cellen met meerdere chromosomen en interne organellen zoals mitochondriën, chloroplasten, en kernen.
- Prokaryoot – Eencellige organismen met een eenvoudige structuur, meestal met één chromosoom en geen interne organellen.
Quiz
1. Welke van de volgende is GEEN essentiële functie die alle levende wezens moeten uitvoeren?
A. Een levend wezen moet zich voortplanten.
B. Een levend wezen moet zijn interne milieu in stand kunnen houden, ongeacht veranderingen van buitenaf.
C. Een levend wezen moet reageren op veranderingen in zijn omgeving.
D. Geen van bovenstaande.
2. Welke van de volgende is GEEN type prokaryote cel?
A. Archaebacteriën
B. Stafylokokkenbacteriën
C. Streptokokkenbacterie
D. Levercel
3. Welk van de volgende is GEEN eukaryote celorganel?
A. Plasmide
B. Nucleus
C. Mitochondriën
D. Chloroplast