Cel (biologie)

Deel van een serie artikelen over Celbiologie
Belangrijkste onderdelen van een dierlijke cel
Celtypen
Prokaryote cel · Eukaryote cel · Plantaardige cel · Dierlijke cel
Celstructuur
Celmembraan · Cytoplasma · Celkern · Organel · Cytoskelet · Celwand
Celprocessen
Stofwisseling · Eiwitsynthese · Celademhaling · Celdeling · Celdifferentiatie · Signaaltransductie
Verwante onderwerpen
Eencelligheid · Meercelligheid · Stamcel · Celtheorie · Celbiologie
Portaal    Biologie

Een cel is de kleinste levende eenheid waaruit organismen zijn opgebouwd. Alle levende wezens, van bacteriën tot mensen, bestaan uit een of meer cellen. Cellen bevatten erfelijk materiaal in de vorm van DNA, waarin de informatie voor hun opbouw en functioneren is vastgelegd.

Elke cel is omgeven door een celmembraan, dat het inwendige cytoplasma van de buitenwereld scheidt en de uitwisseling van stoffen reguleert. Binnen de cel vinden uiteenlopende processen plaats, waaronder de omzetting van voedingsstoffen in energie, de synthese van eiwitten en de mechanismen die groei en celdeling reguleren.

Op grond van hun organisatie worden twee hoofdtypen onderscheiden: prokaryote cellen en eukaryote cellen. Prokaryote cellen, die van bacteriën en archaea, zijn relatief eenvoudig van structuur. Eukaryote cellen, waaruit onder andere dieren, planten en schimmels bestaan, zijn groter en complexer gebouwd: zij bezitten een celkern en tal van gespecialiseerde celorganellen.

De cel vormt een centraal begrip binnen de biologie. De meeste cellen zijn slechts enkele tot tientallen micrometers groot en daardoor niet met het blote oog zichtbaar. De ontwikkeling van de microscoop in de 17e eeuw maakte de eerste waarnemingen van cellen mogelijk. In de 19e eeuw leidde dit tot de formulering van de celtheorie, die stelt dat alle organismen uit cellen zijn opgebouwd, en dat nieuwe cellen altijd uit bestaande cellen voortkomen.

Geschiedenis

Beginselen

De eerste waarnemingen van cellen dateren uit de 17e eeuw, toen de ontwikkeling van de microscoop een tot dan toe onzichtbare wereld onthulde. In 1665 onderzocht de Engelse natuuronderzoeker Robert Hooke een dunne doorsnede van kurk met een zelfgebouwde microscoop. Hij zag een honingraatachtige structuur van kleine, door wanden gescheiden holten, die hij 'cellen' noemde, naar het Latijnse cellula (kleine kamer). Wat Hooke waarnam, waren voornamelijk de celwanden van afgestorven plantencellen.

Enkele jaren later wist de Nederlandse onderzoeker Antoni van Leeuwenhoek met zijn zelfgemaakte microscopen voor het eerst levende micro-organismen waar te nemen. Hij bestudeerde onder meer eencellige organismen in water en bacteriën uit zijn eigen mond. Ook beschreef hij rode bloedcellen en zaadcellen. Zijn ontdekkingen veranderden het toenmalige beeld van de levende natuur en legden een belangrijke basis voor de microbiologie.

In de 19e eeuw groeide het inzicht dat cellen de bouwstenen van levende organismen vormen. De Duitse botanicus Matthias Schleiden concludeerde in 1838 dat alle planten uit cellen zijn opgebouwd. Een jaar later stelde de fysioloog Theodor Schwann vast dat dit principe ook voor dieren gold. Hiermee legden zij de grondslag voor de celtheorie, die de cel beschouwt als de fundamentele structurele eenheid van het leven. In 1855 formuleerde Rudolf Virchow het beginsel omnis cellula e cellula: iedere cel ontstaat uit een al bestaande cel.

Celkern en andere organellen

Zie Celkern en Organel voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Cellen worden onderverdeeld in twee verschillende hoofdtypes: prokaryotisch en eukaryotisch. In een prokaryotische cel (cellen van bacteriën 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 eukaryoten) 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 actieve voortbeweging van een eencellig organismes of een voortplantingscellen.

Ontstaan van organellen

Zie Endosymbiosetheorie 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 geleidelijk zijn geëvolueerd tot organellen van de gastcel.

Een aanvankelijke endosymbiose (gunstige samenlevingsvorm) van 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 en algen. Mitochondria zijn geëvolueerd uit aerobe bacteriën, en chloroplasten komen voort uit blauwwieren (bacteriën die in staat zijn tot fotosynthese, onder vorming van zuurstof). Er is nog geen wetenschappelijke overeenstemming over een hypothese over de evolutionaire herkomst van de celkern.

Celdeling

Zie Celdeling voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

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

Prokaryote cellen hebben een eenvoudige structuur, en kennen binaire deling en knopvorming.

Bij eukaryote, meercellige organismen is celdeling essentieel voor de groei en ontwikkeling, en voor het vervangen van afgestorven of beschadigde cellen. Sommige soorten gebruiken celdeling bovendien voor de ongeslachtelijke voortplanting, bijvoorbeeld knopvorming door poliepen of stekken van planten, ook bekend als vegetatieve vermeerdering.

Bij eukaryote cellen is het celdelingsproces gefaseerd, en zijn er verschillende mogelijkheden, naargelang de rol die de celkern speelt:

• bij mitose worden de chromosomen van de moedercel verdubbeld (gekopieerd) en daarna over beide dochtercellen verdeeld, waardoor de dochtercellen genetisch gelijk zijn aan de moedercel.
• bij meiose geeft een diploïde moedercel slechts één chromosoom van elk chromosomenpaar aan de dochtercellen; dit is het geval bij de vorming van geslachtscellen en van (meio-)sporen.

Sommige organellen in de eukaryote cel, met name de mitochondriën en de plastiden, hebben hun eigen genetische materiaal. Deze organellen delen zich gelijktijdig met de celdeling, via een eenvoudige binaire deling, en worden verdeeld over de dochtercellen.

Bij veel organismen met geslachtelijke voortplanting, ook bij de mens, wordt het mitochondriaal DNA uitsluitend van de moeder geërfd.

Prokaryoten

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 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.

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
• meercelligen met levenscyclus: generatiewisseling en/of kernfasewisseling

De lichtmicroscoop, de donkerveldmicroscoop en de fasecontrastmicroscoop maakten het mogelijk de structuur van (vaak levende) 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:

1. nucleolus of kernlichaampje
2. celkern of nucleus
3. ribosomen
4. vesikel
5. ruw endoplasmatisch reticulum (RER, R van rough)
6. golgiapparaat
7. cytoskelet
8. glad endoplasmatisch reticulum (SER, S van smooth)
9. mitochondriën
10. peroxisoom
11. cytoplasma
12. lysosoom
13. centriolen

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.

Planten

Plantaardige cel
Onderdeel van celbiologie
Componenten van een plantencel
a. Plasmodesma b. Celmembraan c. Celwand 1. Chloroplast d. Thylakoïde e. Leukoplast 2. Vacuole f. Vacuole g. Vacuolemembraan 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 en vaak ook lignine)
• plastiden, zoals chloroplasten (maar niet in elke plantencel; bijvoorbeeld niet in wortelcellen)
• aanwezigheid van één grote centrale vacuole, die een rol speelt bij de celstrekking
• voorkomen van plasmodesmata: plasmaverbindingen tussen de cellen
• verscheidenheid in levenscyclus (generatiewisseling):
  • bij vaatplanten is er een afwisseling van een diploïde fase met een korte haploïde fase
  • een afwisseling van een dominante haploïde fase en een korte afhankelijke diploïde fase komt voor bij levermossen, mossen en hauwmossen;
  • bij varens komt een meer gelijkwaardige afwisseling voor, maar ook wel een afhankelijke diploïde fase.

Polyploïdie komt vaker voor dan bij dieren.

Bij algen (vaak in water levende, niet tot de landplanten behorende fotosynthetiserende organismen) is er zeer grote variatie in levenscyclus, afhankelijk van de groep.

Organellen en andere belangrijke structuren in de plantencel:

• plasmodesmata
• celmembraan
• celwand
• mitochondriën
• plastiden:
  • chloroplasten
  • leukoplasten
• vacuole
• peroxisoom
• cytoplasma
• vesikels
• endoplasmatisch reticulum (ER) (bevat ribosomen)
• celkern of nucleus met
  • een nucleolus of kernlichaampje
• ribosomen (in RER)
• golgicomplex
• cytoskelet

Zie ook

Externe links

• Cell Biology - Graphics

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