Celdeling Definitie

Celdeling is het proces dat cellen doorlopen om zich te delen. Er zijn verschillende soorten celdeling, afhankelijk van het soort organisme dat zich deelt. Organismen zijn in de loop van de tijd geëvolueerd om verschillende en meer complexe vormen van celdeling te hebben. De meeste prokaryoten, of bacteriën, gebruiken binaire deling om de cel te delen. Eukaryoten van elke grootte gebruiken mitose om zich te delen. Seksueel-reproducerende eukaryoten gebruiken een speciale vorm van celdeling, meiose genaamd, om de genetische inhoud in de cel te verminderen. Dit is nodig bij geslachtelijke voortplanting omdat elke ouder slechts de helft van het vereiste genetische materiaal moet afstaan, anders zou het nageslacht te veel DNA hebben, wat een probleem kan zijn. Deze verschillende soorten celdeling worden hieronder besproken.

Typen celdeling

Prokaryotische celdeling

Prokaryoten vermenigvuldigen zich door een type celdeling dat bekend staat als binaire splitsing. Prokaryoten zijn eenvoudige organismen, met slechts één membraan en geen interne deling. Wanneer een prokaryoot zich deelt, repliceert hij dus gewoon het DNA en splitst zich in tweeën. Het proces is iets ingewikkelder dan dit, omdat het DNA eerst moet worden afgewikkeld door speciale eiwitten. Hoewel het DNA in prokaryoten gewoonlijk in een ring bestaat, kan het behoorlijk in de knoop raken wanneer het door de cel wordt gebruikt. Om het DNA efficiënt te kopiëren, moet het worden uitgerekt. Hierdoor kunnen ook de twee nieuwe ringen DNA die ontstaan, van elkaar gescheiden worden nadat ze geproduceerd zijn. De twee strengen DNA scheiden zich in twee verschillende kanten van de prokaryote cel. De cel wordt dan langer, en splitst zich in het midden. Het proces is te zien in de afbeelding hieronder.

Het DNA is de verwarde streng. De andere componenten zijn gelabeld. Plasmiden zijn kleine ringen van DNA die ook tijdens de binaire splitsing worden gekopieerd en in het milieu kunnen worden opgepikt, uit dode cellen die uiteenvallen. Deze plasmiden kunnen dan verder worden gerepliceerd. Als een plasmide gunstig is, zal het in een populatie toenemen. Dit is gedeeltelijk hoe antibioticaresistentie bij bacteriën ontstaat. De ribosomen zijn kleine eiwitstructuren die helpen bij de productie van eiwitten. Ze worden ook gerepliceerd, zodat elke cel er genoeg heeft om te functioneren.

Eukaryotische celdeling: Mitose

Eukaryote organismen hebben membraangebonden organellen en DNA dat bestaat op chromosomen, wat celdeling moeilijker maakt. Eukaryoten moeten hun DNA, organellen en celmechanismen repliceren alvorens zich te delen. Veel van de organellen delen zich met behulp van een proces dat in wezen binaire splijting is, waardoor wetenschappers geloven dat eukaryoten werden gevormd door prokaryoten die in andere prokaryoten leefden.

Nadat het DNA en de organellen tijdens de interfase van de celcyclus zijn gerepliceerd, kan de eukaryoot het proces van mitose beginnen. Het proces begint tijdens de pro-fase, wanneer de chromosomen condenseren. Als mitose zou plaatsvinden zonder dat de chromosomen condenseren, zou het DNA in de knoop raken en breken. Eukaryotisch DNA is geassocieerd met vele eiwitten die het kunnen vouwen tot complexe structuren. Als de mitose overgaat naar de metafase liggen de chromosomen in het midden van de cel op een rij. Elke chromosoomhelft, die zusterchromatiden wordt genoemd omdat het replicaten van elkaar zijn, wordt tijdens de mitose in elke helft van de cel gescheiden. Aan het einde van de mitose verdeelt een ander proces, cytokinesis genaamd, de cel in twee nieuwe dochtercellen.

Alle eukaryote organismen gebruiken mitose om hun cellen te verdelen. Maar alleen eencellige organismen gebruiken mitose als vorm van voortplanting. De meeste meercellige organismen zijn geslachtelijk voortplantend en combineren hun DNA met dat van een ander organisme om zich voort te planten. In deze gevallen hebben organismen een andere methode van celdeling nodig. Mitose levert identieke cellen op, maar meiose produceert cellen met de helft van de genetische informatie van een gewone cel, waardoor twee cellen van verschillende organismen van dezelfde soort zich kunnen combineren.

Eukaryotische celdeling: Meiose

In zich geslachtelijk voortplantende dieren is het meestal nodig om de genetische informatie vóór de bevruchting te verkleinen. Sommige planten kunnen bestaan met te veel kopieën van de genetische code, maar in de meeste organismen is het zeer schadelijk om te veel kopieën te hebben. Mensen met zelfs maar één extra kopie van één chromosoom kunnen nadelige veranderingen aan hun lichaam ondervinden. Om dit tegen te gaan, ondergaan seksueel voortplantende organismen een vorm van celdeling die meiose wordt genoemd. Net als bij de mitose worden het DNA en de organellen gerepliceerd. Het meioseproces omvat twee verschillende celdelingen, die rug-aan-rug plaatsvinden. De eerste meiose, meiose I, scheidt homologe chromosomen. De homologe chromosomen die in een cel aanwezig zijn, vertegenwoordigen de twee allelen van elk gen dat een organisme heeft. Deze allelen worden gerecombineerd en gescheiden, zodat de resulterende dochtercellen slechts één allel voor elk gen hebben, en geen homologe chromosomenparen. De tweede deling, meiose II, scheidt de twee kopieën van DNA, net als in mitose. Het eindresultaat van meiose in één cel is 4 cellen, elk met slechts één kopie van het genoom, dat is de helft van het normale aantal.

Organismen verpakken deze cellen meestal in gameten, die in de omgeving kunnen reizen om andere gameten te vinden. Wanneer twee gameten van het juiste type elkaar ontmoeten, zal de ene de andere bevruchten en een zygote produceren. De zygote is een enkele cel die mitose ondergaat om de miljoenen cellen te produceren die nodig zijn voor een groot organisme. De meeste eukaryoten gebruiken dus zowel mitose als meiose, maar in verschillende stadia van hun levenscyclus.

Celdelingsstadia

Afhankelijk van welk type celdeling een organisme gebruikt, kunnen de stadia enigszins verschillen.

Mitosestadia

Mitose begint met de profase, waarin het chromosoom wordt gecondenseerd. De cel gaat over tot de metafase waarin de chromosomen op de metafaseplaat worden uitgelijnd. Dan worden de chromosomen gescheiden in de anafase en wordt het cytoplasma van de cel uit elkaar geknepen tijdens de telofase. Cytokinesis is het laatste proces dat het celmembraan breekt en de cel in tweeën deelt.

Fasen van meiose

De fasen van meiose zijn vergelijkbaar met mitose, maar de chromosomen handelen anders. Meiose kent twee fasen, die twee afzonderlijke celdelingen omvatten zonder dat het DNA zich daartussen repliceert. Meiose I en meiose II hebben dezelfde 4 stadia als mitose: profase, metafase, anafase, en telofase. Cytokinese sluit beide meiose-rondes af.

In profase I zijn de chromosomen gecondenseerd. In metafase I liggen de chromosomen tegenover hun homologe paren. Wanneer zij in anafase I en telofase I worden gescheiden, is er slechts één vorm van elk gen in elke cel, een zogenaamde reductiedeling. Meiose II verloopt op dezelfde manier als mitose, waarbij de zusterchromatiden zich op de metafaseplaat delen. Tegen telofase II zijn er 4 cellen, elk met de helft van de allelen als de oudercel en slechts een enkele kopie van het genoom. De cellen kunnen nu gameten worden en samensmelten tot nieuwe organismen.

Quiz

1. Somatische cellen zijn cellen die het lichaam vullen, en zich moeten voortplanten om schade te herstellen. Gametische cellen zijn cellen die geslachtscellen produceren. Welk type celdeling ondergaat elk celtype?
A. Somatisch= mitose; Gametisch= meiose
B. Somatisch= mitose; gametisch= meiose en mitose
C. Somatisch= mitose en meiose; Gametisch= meiose en mitose

2. Mitochondriën zijn organellen in cellen die ATP maken, een molecuul dat wordt gebruikt voor energie. Mitochondriën moeten zich binnen de cel vermenigvuldigen, los van mitose of meiose, om de hoeveelheid energie die wordt geleverd te regelen. In de mitochondriën bevindt zich een ring van DNA die het mitochondriaal metabolisme regelt. Dit mtDNA wordt gerepliceerd, de mitochondriën strekken zich uit en delen zich in tweeën. Welk type celdeling is dit?
A. Binaire splijting
B. Mitose
C. Meiose

3. Evolutie hangt af van de succesvolle replicatie van DNA. In feite is al het DNA op aarde afkomstig van slechts één of twee oorspronkelijke cellen, en de meeste organismen zijn aan elkaar verwant. Wat is verantwoordelijk voor de verschillende levensvormen?
A. Mutatie
B. Genetische recombinatie
C. Beide