Celcyclus
Groei en ontwikkeling zijn kenmerken van het leven. Omdat alle levende organismen uit cellen bestaan, is groei een proces dat zich ook afspeelt op het niveau van de cel. Elke cel bevat een aantal paren chromosomen, waarbij de twee chromosomen van een paar (behoudens soms de geslachtschromosomen) min of meer aan elkaar gelijk zijn. Een organisme kan soms wat groeien doordat de cellen waaruit het bestaat in grootte toenemen, maar op een gegeven moment is voor verdere groei vermeerdering van cellen nodig. Het principe van vermeerdering van cellen is eenvoudig: een cel doorloopt een fase waarin zij in omvang toeneemt, plasmagroei, daarna deelt de cel zich en twee nieuwe 'dochter'cellen worden gevormd. Dit proces: groei gevolgd door deling, heet de celcyclus.
Inhoud |
[bewerk] Vormen van celdeling
Er zijn twee vormen van celdeling:
- de mitose, waarbij de chromosomenparen zich verdubbelen en paarsgewijs uit elkaar gaan en
- de meiose die alleen bij de vorming van geslachtscellen voorkomt, waarbij de chromosomenparen uit elkaar gaan maar zich niet verdubbelen.
De celdeling waarbij twee cellen ontstaan die dezelfde kenmerken bezitten als de oorspronkelijke cel waaruit zij ontstaan zijn, heet mitose of ongeslachtelijke deling.
Het proces van celvermeerdering door mitose bestaat zelf weer uit drie fasen:
- een fase waarin het erfelijke materiaal van een cel verdubbeld wordt;
- een fase waarin dit verdubbelde erfelijke materiaal over beide toekomstige cellen verdeeld wordt (mitose);
- de deling van het cytoplasma, cytokinese, met als resultaat twee dochtercellen die, wat betreft de erfelijke informatie, identiek zijn aan de moedercel.
Een groeiende cel heeft meer voedingsstoffen nodig en produceert meer afvalstoffen. Deze toenemende vraag beperkt de grootte van de cel. hoe groter de cel, des te langzamer de voedingsstoffen en afvalstoffen door het cytoplasma getransporteerd worden (grotendeels door diffusie). Dus een kleinere cel heeft een sneller transport en hoe sneller het transport des te sneller de stofwisseling en groei. Dit betekent dat kleine cellen sneller groeien en delen. Een cel kan dus niet te groot worden, omdat het stoffentransport dan te traag verloopt. De eenvoudige oplossing voor dit probleem is het proces van celdeling om zo meer cellen te produceren.
[bewerk] Fasen in de celdeling
eukaryote cellen hebben eenzelfde celcyclus, deze is ruwweg in te delen in twee fases, namelijk:
- Interfase, voorbereiden op het delen van de cel.
- Mitose of meiose, de uiteindelijke deling van de cel.
De Interfase wordt ingedeeld in drie fases:
- De G1-fase, belangrijke toename van cytoplasma in de cel. En het aanmaken van eiwitten, ter voorbereiding op de celdeling.
- De S- of synthesefase, de cel gaat alle chromosomen of anders gezegd alle informatie die de kern bevat voor het functioneren van de cel kopiëren door replicatie. Het materiaal kan dan bij de mitose worden gedeeld. Elk van de twee nieuwe chromosomen heet nu chromatide
- De G2-fase, de periode tussen het verdubbelen van het DNA en de deling van de cel. In deze fase worden bepaalde stoffen gemaakt die belangrijk zijn voor de celdeling.
[bewerk] Duur van de verschillende fasen
De Duur van de verschillende fasen is afhankelijk van het celtype en het organisme. Gemiddeld duurt in een celcultuur een celdeling bij cellen van zoogdieren 12 tot 24 uur . Voorbeelden (duur in uren):
| Celtype | G1 | S-fase | G2 | Mitose | Totale duur van de celdeling in uren |
|---|---|---|---|---|---|
| Slijmzwam (Physarum polycephalum) | zeer kort | 2 | 4 | 0,7 | ca. 7,7 |
| Tuinboon (Vicia faba) Meristeem van het wortelpuntje | 4 | 9 | 3,5 | 2 | 18,5 |
| Muis (Mus musculus) Tumorcellen in een cultuur | 10 | 9 | 4 | 1 | 24 |
| Mens (Homo sapiens) Tumorcellen in een cultuur | 8 | 6 | 4,5 | 1 | 19,5 |
[bewerk] Regulatie van de celcyclus
Of een cel gaat delen hangt af van verschillende factoren.
[bewerk] Omstandigheden buiten de cel
Celgrootte, hoeveelheid aanwezige voedingsstoffen, aantal buurcellen en de groeiomstandigheden van het organisme bepalen naast de omstandigheden in de cel de delingsactiviteit.
[bewerk] Omstandigheden in de cel
Gedurende de opeenvolgende fasen wordt door een stuurmechanisme op verschillende momenten (checkpoints) gecontroleerd of de celdeling goed verloopt en de vorige fase goed is afgesloten voordat overgegaan wordt naar de volgende fase. Op zo'n controlemoment is het mogelijk dat de celdeling afgebroken wordt of dat de cel overgaat in geprogrammeerde celdood (apoptose).
- Controle op DNA-beschadigingen
- Verkeerde nucleotiden op de DNA-streng
- Verstoorde DNA-stofwisseling
- DNA beschadigen door straling of chemische stoffen (mutaties)
Bij afwijkingen in de G- of S-fase stopt de celdeling en treedt een reparatiemechanisme inwerking.
- Controle op de vorming van de spoelfiguur
De chromatiden in de anafase van de mitose splitsen zich pas als alle centromeren met transportdraden aan het spoellichaampje (centrosoom) zijn verbonden en de chromosomen in het equatoriale vlak naast elkaar zijn komen te liggen (bij de meiose splitsen de chromatiden niet).
De celcyclus bij kankercellen wordt niet meer door het organisme gecontroleerd. Deze cellen delen zich autonoom (zelfstandig) en de duur van de celdeling is veranderd.
Er bestaan speciale eiwiten zoals de CdK's (de cycline-afhankelijke proteïne-kinasen ), die op bepaalde tijdstippen in de celcyclus sterk in hoeveelheid toenemen. Deze enzymen ontlenen hun naam aan het feit dat ze enkel werken wanneer ze gebonden zijn aan cycline, een eiwit waarvan de concentratie cyclisch varieert. De cycline concentraties stijgen tijdens de G1-, de S- en de G2-fase en vallen drastisch terug tijdens de mitose. Men neemt aan dat een controlepunt bereikt wordt op het moment dat de maximum hoeveelheid van deze CdK's aanwezig is. Daarna vindt weer een snelle afbraak van de CdK's tot cycline plaats.
CdKs vormen met het cycline een complex, waarvan de (de)activering o.a. afhangt van groeiomstandigheden en kanker bevorderende genen. De CdK's fosforyliseren een groep andere eiwitten en sturen zo de celcyclus.
