Gevorderde biologie: bouw, energie, afweer, erfelijkheid en biotechnologie

Bouw en energie van de cel

Een cel is de kleinste eenheid van het leven. De celkern bevat het DNA. Het celmembraan bepaalt wat er in en uit gaat. Ribosomen maken eiwitten. Mitochondriën halen energie uit voedsel.

Celademhaling en ATP

Cellen kunnen glucose niet direct gebruiken. Bij celademhaling wordt glucose stap voor stap afgebroken (glycolyse in het cytoplasma, daarna de citroenzuurcyclus en de elektronentransportketen in de mitochondriën). De energie wordt opgeslagen in een molecuul dat ATP heet. Met zuurstof levert één glucose ongeveer 30 tot 32 ATP. Zonder zuurstof worden maar 2 ATP gemaakt (gisting).

Fotosynthese

Planten vangen licht op in bladgroenkorrels (chloroplasten) en maken uit koolstofdioxide en water glucose, en ze geven zuurstof af. Dit is de bron van voedsel en energie voor bijna al het leven.

Regeling en afweer

Het lichaam houdt zijn binnenkant stabiel (homeostase) met negatieve terugkoppeling. Als de bloedsuiker stijgt, maakt de alvleesklier insuline vrij, nemen cellen suiker op en daalt het niveau weer. Zenuwen werken razendsnel; hormonen werken langzamer maar langer.

Afweer

Huid en slijm vormen de eerste muur. Komt een ziekteverwekker toch binnen, dan vallen witte bloedcellen hem aan. B-cellen maken antistoffen, Y-vormige eiwitten die passen op één vorm (een antigeen) van een ziekteverwekker. Sommige B- en T-cellen blijven achter als geheugencellen, zodat een volgende infectie sneller wordt bestreden. Een vaccin traint dit geheugen zonder dat je de ziekte krijgt.

Doorgaan van het leven: DNA en erfelijkheid

DNA is een dubbele helix: twee strengen die aan elkaar vastzitten door baseparen, A met T en C met G. Een gen is een stuk DNA met de instructies voor één eiwit.

DNA-replicatie

Voordat een cel deelt, ritst de helix open. Elke oude streng is een mal en nieuwe basen koppelen eraan. Zo ontstaan twee gelijke DNA-moleculen, elk met één oude en één nieuwe streng (semiconservatief).

Eigenschappen doorgeven

Lichaamscellen delen door mitose en maken identieke cellen. Geslachtscellen ontstaan door meiose en hebben de helft van de chromosomen, zodat een kind van elke ouder één set krijgt. Fouten bij het kopiëren heten mutaties en zijn een bron van variatie.

Biotechnologie

Biotechnologie gebruikt levende cellen of delen ervan om nuttige dingen te maken. Oude vormen zijn yoghurt, brood en wijn maken. Moderne genetische modificatie verplaatst een gen van het ene organisme naar het andere.

Stappen van gen-klonering

1. Knip het gewenste gen uit met restrictie-enzymen (moleculaire scharen).
2. Knip een plasmide met hetzelfde enzym, zodat de uiteinden passen.
3. Plak het gen in het plasmide met ligase (moleculaire lijm).
4. Breng het plasmide in bacteriën. Die groeien en maken veel kopieën van het gen en het eiwit.

Toepassingen: insuline, vaccins, ziektebestendige gewassen, DNA-profielen bij misdaad- en verwantschapsonderzoek. Veiligheid, eerlijkheid en natuur vragen om zorgvuldige regels.

Probeer het: zie het effect van ATP-gebruik

Tel een minuut lang je ademhalingen in rust. Doe 30 jumping jacks en tel dan opnieuw. Je spieren gebruikten meer ATP, dus je had meer zuurstof nodig en je ademde sneller. Schuif in de 3D de glucose en zie het aantal ATP meestijgen.

Belangrijke formules en begrippen

• Celademhaling: glucose + zuurstof -> koolstofdioxide + water + energie (ongeveer 30-32 ATP)
• Fotosynthese: koolstofdioxide + water + licht -> glucose + zuurstof
• Baseparen: A-T en C-G
• Replicatie is semiconservatief: elk nieuw DNA heeft één oude en één nieuwe streng

Uitgewerkte voorbeelden

Veelgemaakte fouten

• Zeggen dat ATP zelf energie is. ATP is een molecuul dat energie draagt.
• Denken dat planten niet ademen. Dat doen ze dag en nacht; ze doen alleen fotosynthese bij licht.
• A-T en C-G door elkaar halen, of A met C laten paren.
• Denken dat een antistof op elke ziekteverwekker past. Elke antistof past op één specifiek antigeen.