Biologie Cel: Structurele en functionele basiseenheid van alle organismen

Stofwisseling, de verzamelnaam voor alle fysiologische levensprocessen die het organisme doen groeien en in stand houden, vindt binnen iedere individuele cel van een organisme plaats. Belangrijk daarin zijn de celademhaling, die de cel van energie voorziet, en de eiwitsynthese.

Cellen van eukaryoten bestaan uit een celmembraan dat het cytoplasma omgeeft met daarin de celkern. Het cytoplasma bestaat uit waterig cytosol waarin zich de celorganellen bevinden. In de cellen van bacteriën, schimmels en planten wordt de celmembraan nog omgeven door een extra, relatief dikke, celwand. De fysiologische eenheid die gevormd wordt door de celkern met het eromheen liggende cytoplasma wordt ook wel energide genoemd.

Bacteriën en protisten (zoals veel soorten algen) zijn eencellige organismen. In meercellige organismen komen verschillende soorten (gespecialiseerde) cellen 'groepsgewijs' voor als weefsels. Meercellige organismen zijn dieren, planten, veel schimmels en veel groen-, rood- en bruinwieren. Een tussenvorm tussen eencellige en meercellige organismen wordt gevormd door coenobia (kolonies met een min of meer vaste vorm van niet-gespecialiseerde, gelijksoortige cellen).

  Zie Celtheorie voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De eerste waarnemingen van cellen dateren uit de begindagen van de lichtmicroscoop. Robert Hooke publiceerde in 1665 zijn verhandeling Micrographia waarin hij onder meer de microstructuur van kurk beschreef. Hij ontleende het woord cel aan de leefruimten van monniken.

Antoni van Leeuwenhoek wordt beschouwd als de eerste persoon die levende cellen zag. Hij bekeek onder andere druppels water met een microscoop: een bolvormige lens die op een koperen plaatje was gemonteerd. Hiermee ontdekte hij in het water 'kleine diertjes', die met het blote oog niet te zien waren. Deze 'diertjes' bleken protozoa, waaronder klokdiertjes, te zijn. Ook bekeek hij bacteriën uit zijn eigen mond.

Theodor Schwann en Matthias Jacob Schleiden merkten in 1838 op dat dierlijke en plantaardige cellen onder een microscoop opvallende gelijkenissen vertoonden. Daaruit concludeerden ze de beginselen van wat later celtheorie is gaan heten:

• de cel is de basiseenheid van structuur, fysiologie en organisatie in levende organismen
• alle levensvormen bestaan uit een of meer cellen
• cellen komen voort uit deling van oudere cellen middels een sterk gereguleerd proces

Daaraan zijn later nog de volgende elementen toegevoegd:

• cellen bevatten erfelijke informatie die ze bij de deling doorgeven aan de dochtercellen
• alle cellen lijken biochemisch op elkaar in de zin dat ze bestaan uit proteïnen, nucleïnezuren, lipiden en koolhydraten
• binnen de cel vindt energie-uitwisseling plaats door biochemische metabolische reacties

  Zie Celkern en Organel voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Cellen worden onderverdeeld in twee verschillende types: prokaryotisch en eukaryotisch. In een prokaryotische cel (cellen van Bacteria en van Archaea) is er geen compartimentering (door membranen gescheiden delen van de cel) en komt het genetische materiaal "los" in de cel voor. In eukaryotische cellen (cellen van Eukaryota) zit een groot deel van het genetische materiaal (DNA) in een organel, de celkern of nucleus genoemd, die wordt omgeven door het kernmembraan. Typische eukaryotische cellen hebben, behalve de kern, nog een aantal andere organellen die eveneens door membranen worden gescheiden van de rest van de cel: het endomembraansysteem.

Eukaryotische cellen hebben dus een inwendige structuur, in tegenstelling tot prokaryotische cellen. Een organel is in ruime zin een functioneel gespecialiseerd compartiment van een eukaryotische cel. Het belangrijkste organel is de celkern. De fysiologische eenheid die gevormd wordt door de celkern met het eromheen liggende cytoplasma wordt energide genoemd.

Voorbeelden van organellen die bij alle eukaryoten voorkomen, zijn:

• celkern: per definitie bevat een eukaryotische cel een of meer celkernen; de kernmembraan zondert het genetisch materiaal af van de rest van de cel
• endoplasmatisch reticulum, verder onderverdeeld in ruw en glad endoplasmatisch reticulum
• golgicomplex: wordt gebruikt bij de aanmaak van proteïnen
• mitochondrion: genereert energie door oxidatie van glucose

Voorbeelden van organellen die alleen bij sommige soorten eukaryoten voorkomen, zijn:

• plastiden (zoals chloroplasten en leukoplasten): onder meer bij planten, bijvoorbeeld om glucose aan te maken met behulp van de energie van zonlicht of om zetmeel, olie en proteïne op te slaan
• flagellen en cilia: voor de voortbeweging van een eencellig organismes of een voortplantingscellen.

Ontstaan van organellen

  Zie Endosymbiontentheorie voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Er zijn aanwijzingen dat eukaryote cellen geëvolueerd zijn uit prokaryoten, door symbiotische opname van andere soorten, prokaryote eencellige organismen, die gedurende de evolutie geleidelijk zijn omgevormd tot organellen van de gastcel.

Een aanvankelijke endosymbiose (gunstige samenlevingsvorm) tussen twee verschillende, prokaryote organismen, zou uiteindelijk geleid hebben tot versmelting in één nieuw, complexer eencellig organisme, met een groter celvolume en een compartimentering van de cel. Endosymbiose is verantwoordelijk voor het ontstaan van zowel mitochondria als chloroplasten, de chlorofylbevattende plastiden, die verantwoordelijk zijn voor fotosynthese bij planten. Mitochondria zijn geëvolueerd uit aerobe bacteriën, en chloroplasten komen voort uit blauwalgen (bacteriën die in staat zijn tot fotosynthese, onder vorming van zuurstof). Over de evolutionaire herkomst van de celkern is nog geen wetenschappelijke overeenstemming.

  Zie Celdeling voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Als voldoende bouw- en voedingsstoffen aanwezig zijn, kan een cel zichzelf opsplitsen in twee of meer nieuwe cellen.

Bij prokaryotische cellen komt door de eenvoudige structuur alleen binaire deling voor. Bij eukaryotische, meercellige organismen is celdeling essentieel voor de groei en voor het vervangen van afgestorven of beschadigde cellen. Bij sommige soorten is het ook een mechanisme van ongeslachtelijke voortplanting, bijvoorbeeld bij knopvorming door poliepen of bij het stekken van planten (vegetatieve vermeerdering).

Bij eukaryotische cellen is het celdelingsproces gefaseerd zijn er verschillende mogelijkheden naargelang van de rol die de kern speelt:

• bij mitose gaan de chromosomenparen paarsgewijs uit elkaar en worden vervolgens gedupliceerd, zodat de dochtercellen in principe genetisch identiek zijn aan de moedercel;
• bij meiose hebben de dochtercellen slechts één chromosoom van elk paar van de moedercel; dit is het geval bij geslachtscellen en bij (meio-)sporen.

Sommige organellen van eukaryotische cellen hebben hun eigen genetisch materiaal, met name de mitochondriën en de chloroplasten. Die delen zich gelijktijdig met de celdeling, maar het gaat daarbij op om een eenvoudige binaire deling en verdeling over de dochtercellen. Bij veel organismen met geslachtelijke voortplanting, ook bij de mens, wordt het mitochondriaal DNA uitsluitend van de moeder geërfd.

 

Prokaryoot: (pro = voor, voorafgaand aan; karyon = celkern, karyoot = met karyon)

• eencellig
• circulaire chromosomen los in het cytoplasma of vastgehecht aan de celmembraan
• grootte: 0,5–3 μm
• celdeling door binaire deling, zelden door knopvorming
• deze informele groep bevat de meeste soorten organismen op aarde; hiervan zijn de bacteriën het meest bekend
• ontbreken van celcompartimenten (organellen) als celkern, mitochondria, plastiden, vacuolen of vesikels

Er zijn twee domeinen met prokaryote cellen: de Archaea en de Bacteria. De Bacteria vormen de zustergroep van de Archaea en de Eukaryota samen. De Archaea vormen de zustergroep van de Eukaryota.

Bacteriën

Bacteriën

• hebben een celwand
• celwand bevat mureïnen

Archaea

Archaea

• hebben een enkelvoudig celmembraan
• celwand bevat glycoproteïnen (evenals bij eukaryoten)

Eukaryoten (eu = goed, echt; karyoot = met karyon (kern))

• een- of meercellig
• endomembraansysteem, celcompartimenten, dat wil zeggen organellen, zoals:
  • celkern
  • mitochondria (met eigen DNA)
  • plastiden, zoals chloroplasten (met eigen DNA)
  • vacuolen en vesikels
• lineaire chromosomen in de celkern
• celwand bevat glycoproteïnen
• cellen groter dan 3 micrometer

De microscoop en later de donkerveldmicroscoop en de fasecontrastmicroscoop maakten het mogelijk de structuur van cellen waar te nemen en de samenstelling en opbouw ervan te bestuderen; de elektronenmicroscoop en de rasterelektronenmicroscoop hebben het aanvankelijk eenvoudige model van de bouw van de cel steeds verder verfijnd.

Dieren

Celbiologie
De dierlijke cel
Componenten van een dierlijke cel: Nucleolus Celkern Ribosoom (blauwe puntjes) Vesikel Ruw endoplasmatisch reticulum Golgicomplex Cytoskelet Glad endoplasmatisch reticulum Mitochondrion Vacuole Cytosol Lysosoom Centrosoom Celmembraan
Portaal     Biologie

  Zie Dierlijke cel voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Kenmerkend voor cellen van dieren zijn:

• lysosomen
• centrosomen met centrioles
• geen celwand
• zelden een vacuole, maar wanneer vacuolen aanwezig zijn, zijn het er meerdere en zijn ze kleiner dan bij plantaardige cellen.
• geen plastiden
• diploïde, met uitzondering van de voortplantingscellen

Organellen in de dierencel:

Voorbeelden van verschillende dierlijke celtypen zijn de zenuwcellen, die jarenlang meegaan; de drie verschillende hoofdsoorten bloedcellen, die per dag in grote hoeveelheden vanuit het beenmerg vervangen worden en waarvan de rode bloedcellen geen celkern hebben; en de spiercellen met een hoger aantal mitochondriën, waarbinnen de celademhaling de energie levert die de spiercontractie mogelijk maakt.

Schimmels

Schimmels zijn meer verwant met dieren dan met planten. Schimmelcellen hebben, net als plantencellen, wel vaak een celwand, maar van een andere chemische samenstelling: chitine voor schimmels versus cellulose voor planten.

• celwand (chitine)
• geen plastiden
• grotendeels haploïde
• Dikaryomycota met twee kernen per cel in bepaalde fase van levenscyclus

Planten

Celbiologie
De plantaardige cel
Componenten van een plantencel:
a. Plasmodesma b. Plasmamembraan c. Celwand 1. Chloroplast d. Thylakoïde e. Zetmeelkorrel 2. Vacuole f. Vacuole g. Tonoplast h. Mitochondrion i. Peroxisoom j. Cytoplasma	k. Kleine vesikels l. ruw ER 3. Celkern m. Kernporie n. Kernmembraan o. Nucleolus p. Ribosoom q. glad ER r. Golgivesikels s. Golgiapparaat t. Cytoskelet
Portaal   Biologie

  Zie Plantaardige cel voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Kenmerkend voor plantencellen :

• aanwezigheid van celwand (cellulose)
• plastiden, zoals chloroplasten (maar niet in elke plantencel; bijvoorbeeld niet in wortelcellen)
• aanwezigheid van één grote centrale vacuole
• voorkomen van plasmodesmata: plasmaverbindingen tussen de cellen
• levenscyclus: diploïde met een korte haploïde fase bij vaatplanten; een dominante haploïde fase en een korte diploïde fase bij mossen.

Polyploïdie komt vaker voor dan bij dieren.

Bij algen is er grotere variatie in levenscyclus.

Organellen en andere belangrijke structuren in de plantencel:

• Cell Biology - Graphics
• Geschiedenis, hoofdtypen, bouw, de plantencel
• Cel met uitleg van de onderdelen

 

Zie de categorie Cells van Wiki Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.