Basisconcepten- en processen van de
biologie
Professor M. D’Haeseleer
2020 – 2021
Inhoud:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Taak:
•
•
•
•
•
•
•
Oorsprong van het leven
Prokaryoten en de oorsprong van metabolische diversiteit
De cel
De celcyclus
Bacteriën en virussen
De moleculaire basis van erfelijkheid
Biotechnologie – Reproductie van zaadplanten
Ecologie
Aquatische biomen
Antropologie
Evenwichtige voedings- en voedselveiligheid
Individueel
Relatie: Bedrijf – Biologische processen/concepten
Sectoren: Biotechnologie, landbouw, voeding, metaal, textiel, raffinage,
waterzuivering, farmacie, medische sector
Inhoud:
o Introductie
o Economische benadering (economisch concept)
o Marktpositie
o Processen (bio-gerelateerd): Productie, verwerking, logistiek, …
o Toepassingen (bio-gerelateerd)
o Grondstoffen – Eindproducten – Bio-productie
o Nevenproducten, Afvalproducten-verwerking
o Veiligheid – Bescherming personeel
o Controle goederen, controle eindproducten
o Eigen visie, verbetering, creatieve voorstellen, …
o Bronvermelding
5 punten
Dinsdag 18 mei 2021 – 12u
4 bladzijden (A4) + bronnen
afvalverwerking,
Hoofdstuk 1a: De oorsprong van het leven
A. Inleiding tot het ontstaan van leven
3,8 miljard jaar geleden zou het leven ontstaan zijn. Dit is een
zuivere hypothese/veronderstellingen. We vinden fossielen
en door analyse en bepaalde technieken (koolstoftechnieken)
kunnen we vinden hoe oud en bepaalde gesteente/fossiel zou
kunnen zijn. De eerste gele band start en loopt door tot de
tijd waar we nu zijn (= Ontstaan van de prokaryoten < Pro +
Karyon: Voor + Kern, de voorloper van de kern). De
prokaryoten zijn organismen die een voorkern hebben en
geen echte kernen hebben, het DNA is bijgevolg helemaal lost
liggend in dit eencellige organisme. Op een moment er
zuurstof
in
de
atmosfeer
door
allerlei
chemische
ontbindingen, wat zorgt voor fotosynthese.
De evolutie van fotosynthetische organismen die zuurstof
afgeven in de lucht heeft een enorme impact gehad op de atmosfeer van de Aarde. Dit heeft gezorgd voor het
ontstaan van andere organismen. Vanuit prokaryoten en captatie van zuurstof krijg je het ontstaan van eencellige
eukaryoten (< Eu + Karyon: Echt + Karyon: Organismen met een echte kern, DNA is ingesloten in een afgesloten
deel, de kern). Single cellen gaan zich associëren met andere single cellen en zo komt je tot multi-cellulaire
eukaryoten. Multi-cellulaire eukaryoten gaan zich groeperen tot een weefsel. Zo krijg je het ontstaan van dieren
en planten. Binnen de bepaalde tijdsafbakeningen krijg je het ontstaan van de mens. Recenter heeft de opkomst
van Homo sapiens het land, het water en de lucht veranderd op een niveau en aan een snelheid nooit eerder
gezien voor een soort.
1.
Leven op aarde ontstond 3,5-4 miljard door een toevallige samenloop van energie en daarbij chemische
bestanddelen.
Hoe is land ontstaan? Vulkanische uitbarstingen. Gesteente van het centrale deel van
de aarde worden naar boven gestoten en deze gesteente nemen een bergvorm aan
onder het water. De verschillende metalen en niet-metalen komen met elkaar in
verbinding, er ontstaan elektrische ontladingen en zo krijg je een eerste vorm van
vulkanische activiteit, waardoor je bijvoorbeeld het ontstaan van het eiland Surtsey
krijgt.
Wat zijn nu enkele belangrijke episoden in de evolutie van de levende organismen?
Dit klokdiagram kunnen we ook op een tijdslijn voorstellen. We zien dat vanaf een bepaald moment zuurstof
aanwezig is en je dus een snelle evolutie krijgt naar de eerste organismen en bijgevolg naar meer gediversifieerde
organismen zoals
•
Prokaryoten
o
Bacteriën
o
Archeae (oercellen en zijn niet meer te vinden)
•
2.
Eukaryoten
o
Protisten (eencelligen met een echte kern)
o
Planten
o
Fungi
o
Dieren
Prokaryoten domineerden de evolutionaire geschiedenis van 3,5 – 2,0 miljard jaar geleden.
De prokaryoten worden gevonden in de vorm waar ze ooit zijn uit
ontstaan, bijvoorbeeld bacteriën in water, op het land of in voedsel. De
fossiele overblijfselen ondersteunen de hypothese dat de vroegste
organismen prokaryoten waren. Het is een verzameling van primaire
deeltjes die zich gecombineerd hebben tot een groter geheel.
3.
Zuurstof begon te accumuleren in de atmosfeer ca. 2.7 miljard jaar geleden.
Dit is gezien door bacteriële matten. Bacteriën zijn beginnen groeien onder de
vorm van koloniën, één bacterie wordt een volwassen bacterie en zal delen en op
die manier krijg je veel bacteriën naast elkaar die leiden tot grote koloniën/groep
slirten, die wordt samengeperst naarmate de aardlagen samengeperst en zo krijg
je slirten en structuren van bacteriën en bacteriële matten. Dit zijn fossiele
vondsten van bacteriën.
Er is dan het ontstaan van zuurstof in de atmosfeer en zo krijg je de eerste vormen van fotosynthese. We hadden
alleen maar prokaryoten. Er zijn dus prokaryoten die aan fotosynthese gedaan hebben, namelijk de
cyanobacterïen.
4.
Eukaryotische leven begon ca. 2,1 miljard jaar geleden.
Eukaryoten zijn cellen met een echte kern. We vinden deze als eencellige, zoals het
pantoffeldiertje en de ameube, die een kern hebben en die op dezelfde manier
aangetroffen zijn zoals ze ooit zijn ontstaan. We kunnen een prokaryoot cel met een
eukaryoot cel vergelijken. Een prokaryoot cel heeft haar DNA centraal en ligt los in een
vloeibare massa, waarrond kleine organellen (= ribosomen) met verder een bacteriële
wand en ook een flagel (dat dient ervoor dat bacteriën kunnen bewegen in een vloeibare
omgeving). De wand van een eukaryote cel is daarentegen groter. De eukaryote cel heeft
een kern/nucleus (met kernporiën) met daarrond het cytoplasma en een aantal
organellen.
5.
Meercellige eukaryoten evolueerden ca. 1,2 miljard jaar geleden.
Eens je een volwassen eukaryotische cel hebt, dan zal deze zich opnieuw delen. De cellen kleven aan
elkaar en vormen een weefsel en zo krijg je meer complexe groepjes eukaryote cellen. Je komt dus tot multicellulaire eukaryotische cellen. Dit zijn algencellen, algencellen die zich hebben gegroepeerd. Je merkt op dat dit
de evolutionaire overgang is tussen een eencellige en meercellige. De cellen blijven aan elkaar en gaan
uiteindelijk later in de evolutie diversifiëren. De cellen gaan hun eigen functie krijgen. Verder heb je
overgangsorganismen tussen land en water. Ze zijn voortdurend in het water aanwezig, maar gaan zich al
vasthechten op het land. Er is een overgang van water naar land.
6.
Tijdens het vroege Cambrium tijdperk was er een explosieve evolutie van dieren (vanaf eenvoudige tot
meer complexe dieren).
Men heeft gevonden in gefossiliseerde embryo’s dat meerdere cellen of twee cellen ingekapseld werden
door een wand of schaal, wat de evolutionaire of verder stappen in de evolutie zijn. Bij de dieren heb je
sponsen (die je langs de zee vindt, in Mediterrane gebieden) en kwallen die meer primaire dieren zijn dan
bijvoorbeeld insecten. Zo heeft men volgens bepaalde kenmerken/functies, opname voedsel etc. een
indeling gemaakt. Men heeft een radiatie gemaakt van dieren tijdens het Cambrium
periode:
•
Sponges (= sponsen)
•
Cnidarians (= kwallen)
•
Echinoderns (= stekelhuidigen)
•
Chordates
(=
Gewervelden,
hebben
een
versteviging in de rug en krijgen al een wervel;
t.o.v. sponsen meer geëvolueerd in de tijd)
•
Brachiopods (= Tweekleppige, organismen die
leven in twee schelphelften die opengaan en
waartussen
het
organisme
woont
en
dat
organisme zal het water zuiveren via fijne
monddelen en tentakels)
7.
•
Annelids (= Ringwormen)
•
Mollusks (= Slakken)
•
Arthropods (= Geleedpotigen)
Planten, fungi en dieren koloniseerden het land ca. 500 miljoen jaar geleden.
Planten kunnen helemaal niet bewegen en doen aan fotosynthese. Dieren zijn een andere groep van organismen.
Fungi hangen tussen planten en dieren. We hebben landplanten, wat alle planten zijn die we tot vandaag nog
terugzien.
B. De oorsprong van het leven
1.
De eerste cellen konden ontstaan door chemische evolutie op de jonge planeet.
Dit is te weerleggen in een experiment. We dachten dat als het leven zo
maar zou ontstaan zijn van wat er op dat moment was, nl. aarde en
water, dan zou dat in een laboratorium wel kunnen nagebootst worden.
Zo is Pasteur leven proberen te maken door te kijken hoe het zou kunnen
zijn dat er leven is ontstaan gaande uit deze twee zaken. Hij neemt een
kookkolf, brengt daarin modder en aarde en daarbij zeewater. Hij
steriliseert dit. Hij laat dit koken en zorgt ervoor dat alle organismen die
in het water en in de bodem aanwezig zijn gedood worden. Hij zet de
steriele oplossing vrij in zijn werkruimte en hij ziet dat na een tijd dat die
oplossing gecontamineerd is. Hij ziet dat er micro-organismen in groeien
en ontwikkelen en zijn vloeistof en moddersubstantie is dus gecontamineerd. Daar zit dus iets van leven in.
Wanneer hij deze steriele oplossing is een kolf zou afsluiten dan ziet hij dat er geen organismen ontstaan. Met
andere woorden, eens een steriele oplossing, dan blijft die steriel zolang die afgesloten blijft en kunnen daar
geen organismen in groeien. Hij doet het experiment met de zwanenhals en concludeert daaruit dat alleen maar
organismen ontwikkeld worden wanneer de zwanenhals op een bepaalde hoogte is afgesneden. Organismen
kunnen daar nog in vallen en verder ontwikkelen, maar de organismen kunnen niet via de zwanenhals naar boven
en kunnen niet migreren noch bewegen.
2.
De abiotische synthese van organische monomeren is een hypothese die kan getest worden.
We gaan kijken of er in de Aarde leven is. Om dit te bekijken, is
men gestart met zeewater. Men heeft zeewater laten komen
en men zag dat de stoom boven het water zich kan een weg
banen via de chemische installatie, waardoor je verschillende
elementen krijgt. Vanuit de atmosfeer krijg je de waterdamp,
waar ook NH3 (ammoniak), CH4 zit en bij elektrische ontlading
krijg je een groepering van die stoffen waaruit blijkt dat dit het
allereerst teken kan zijn van leven als men uit de stoffen van de
atmosfeer zichzelf hergroeperen. Op die manier krijg je
condensatie in de maatkolf en zo krijg je de eerste opnieuw
ontstane verbinding startende van monomeren.
3.
Laboratorium simulaties van de condities op de jonge Aarde produceerden organische polymeren.
4.
RNA ipv DNA was hoogstwaarschijnlijk het eerste genetisch materiaal.
Wanneer je deze monomeren laat hergroeperen, dan kom je tot
bepaald ketens en deze ketens gaan zich assembleren en zo krijg je
verbindingen die een betekenis hebben (zoals genen). RNAmonomeren die los zijn kunnen bepaalde assemblages maken
waardoor je de eerste genen bekomt.
5.
Protobionten vormen zich door zelf-assemblage.
Er zijn veel mogelijkheden voor zelf-assemblage. De zelfassemblage zal een bepaalde waarde krijgen en zou dit het
onstaan van leven zijn. Naast de laboratoriumversies zijn er
ook reproducties. Dit zijn eencelligen die zich opsplitsen
wanneer ze voldoende volwassen is in twee cellen. Door de
glucose (in de atmosfeer bekom je C, H en O) met fosfaat krijg
je het eerste metabolisme.
We hebben vervolgens het begin van moleculaire interacties vanaf de RNA. RNA
wordt vermeerderd, een polypeptide komt in de buurt van het RNA en zo wordt
dus de streng opnieuw afgelezen en je krijgt een toevallige combinatie van de
verschillende delen RNA.
6.
Natuurlijke selectie ‘verfijnde’ de functies van protobionten die
overerfbare informatie bevatten.
Je krijgt een verfijning van de structuren en functies. Je krijgt dus de sterkste die
zal overwinnen. Het zijn bepaalde functies die telkens maar verbeterd worden
en dus sterkere organismen krijgt die zo overblijven.
7.
Ontstonden organische monomeren op Aarde of werden ze gedropt (kometen, meteorieten)? Waar
ontstond het leven op Aarde? Nabij ‘hyperthermale schouwen’ in de diepzee?
Een andere theorie is de theorie die zou wijzen op de hyperthermale schalen in de
Noordzee. Vanuit het middelpunt van de aarde, diep onder de zee, komen door activiteit
van bepaalde stoffen krijg je agglomeraten en zou op die manier de combinatie van
chemische stoffen mogelijk zijn waardoor dit de eerste vorm van leven zou geven.
C. De grootste evolutionaire groepen
1.
Er zijn 3 domeinen en meer dan 5 rijken.
De grootste evolutionaire groepvorming gebeurt door de rijken. We hebben 5 rijken opgesplitst
uitgaande van de prokaryoten en de eukaryoten (bacteriën, protisten, planten, fungi en de
dieren). Als je het vanuit de drie domeinen bekijkt dan heb je bacteriën,
archeae en eukaryoten kom je dus tot de nieuwe rijken zoals fungi, planten en
dieren. Een belangrijke factoren bij de 3 domeinen zijn het wel of niet
aanwezig zijn van een kern en de opname van voedsel.
Verder is er een evolutie van de indeling gebeurt. In
plaats van naar het rijkensysteem te kijken, kijken we
meer naar de moleculaire achtergrond en zal men deze
visie herzien.
Hoofdstuk 1b: Prokaryoten en de oorsprong van metabolische diversiteit
De eerste organismen bij het onstaan van het leven waren prokaryoten. Zij evolueerden als enigen tijdens 1,5
miljard jaren. Vandaag zijn ze nog altijd een grote dominante groep in de biosfeer. Ze hebben een biomassa die
alle eukaryoten samen overstijgt en hebben ook hun plaats gevonden op verschillende terrein (lucht, bodem, op
organismen zoals de mens (op de huid of in de dikke darm)) of op plaatsen waar te kampen met grote tegenstand
zoals extreme koude, extreme warmte, droogte, te zure, te zoute of te alkanische media, … Je vindt prokaryoten
overal.
Bij de drie domeinen van het leven zie je een gemeenschappelijke voorouder
zowel voor bacteriën, archeae als eukaryoten. Er is een kleine aftakking van de
bacteriële stam, waar je de opsplitsing krijgt in archeae en eukaryoten. De archeae
en de eukaryoten hebben een gemeenschappelijke voorouder. De archeae staan
dichter bij de eukaryoten op vlak van biochemie. Ze hebben ook eiwitten onder
vorm
van
histonen.
De
archeae
en
de
eukaryoten
hebben
een
gemeenschappelijke voorouder en zijn samen een afsplitsing van bacteriën. In se
staan archeae dichter bij eukaryoten in vergelijking met bacteriën.
A. De wereld van de Prokaryota
•
De eerste organismen op Aarde
•
Evolueerden alleen gedurende 1,5 miljard jaar
•
Domineren nog steeds de biosfeer
o
Water, organismen, bodems, ondergrond, …
o
Globaal ca. 10X hogere buimassa dan eukaryota
o
Aantal prokaryote cellen >>> Aantal eukaryote cellen
•
Prokaryoten zijn overal aanwezig waar leven is
•
Prokaryoten zijn aanwezig in extreme habitats:
o
Koud
o
Warm
o
Zout
o
Zuur
o
Alkalisch
Hier is een voorbeeld van thermofiele prokaryoten. Er zijn gebieden zoals Pamukkale (Turkije), dat een
gelaagdheid heeft met veel kalkafzetting, het water is continu warm en daar heb je ook de groei van bacteriën.
•
Een minderheid van de Prokaryota: Gekend als ziekteverwekkers bij de mens
•
Een meerderheid van de Prokaryota is nuttig bij:
o
Aanmaak van vitamines
o
Cycleren van C, N, S tussen biotische en abiotische compartimenten van de biosfeer
▪
o
Invloed van bacteriën bij afbraak van organisch materiaal
Symbiosen/samenwerking van bacteriën met eukaryoten
▪
Samenwerking van bacteriën in onze darmen
B. Structuur, functie en reproductie
•
Eencellig
•
Heel fijne pili (= eiwitvormige draadjes die op de buitenwand zijn bevestigd)
•
Eén flagel waarmee de bacterie kan bewegen in vochtig milieu
•
Sommige soorten als aggregaten of kolonies (= veel bacteriën die bij elkaar zitten)
•
5000 soorten bacteriën
•
Sommige korte/lange structuren:
o
Sommige cyanobacteriën leven als filamenten en hangen aan elkaar
▪
•
•
1.
Cyanobacteriën doen aan bladgroenverlichting & fotosynthese
Vormen van bacteriën:
o
Kokken of ronde vormen
o
Passilen of balkvormen
o
Spirillin of helecoïdale vormen (spiraalvormig)
Bacteriën zijn heel klein: Diameter 1-5 μ (vgl. 10-100 μ Eukaryota)
Bijna alle prokaryoten hebben een celwand extern de plasmamembraan
•
Celwand is afhankelijk van de rest van het organisme en ligt als een externe laag op het
plasmamembraan.
•
Functies van de celwand:
o
Vormvastheid van de cel
o
Fysische bescherming (bescherming tegen warmte/koude)
o
Bescherming tegen hypotonische omgeving (omgeving met lagere druk zodat cel niet uit elkaar
spat)
o
Celwand voor opsplitsing van bacteriën a.d.h.v.
Gramkleuring (< Gram heeft met bepaalde kleur kunnen
aantonen dat de celwand met bepaalde bacteriën een
bepaalde kleur heeft):
▪
Celwandkleuring: blauw-zwart: Gram+
▪
Celwandkleuring: rood: Gram-
▪
Hoe komt het dat je een andere kleur krijgt? De wand is opgebouwd uit de
plasmamebraan (waarin je proteïnen liggen hebt) en daarboven heb je de celwand
(met daarin de peptidoglycaan).
o
Samenstelling: Peptidoglycaan bij Bacteria (niet Archeae)
▪
Suikers/Polymeren (= verschillende reeksen van suikers, waartussen peptideketens
zitten en houden de polymeren bij elkaar)
▪
De Gram+ bacteriën hebben de laag bestaande uit peptidoglycaan als celwand
waaronder
de
plasmamembraan.
De
Gram-
bacteriën
hebben
de
fijne
peptidoglycaanlaag tussen twee plasmamembranen, namelijk de interne en de
externe plasmamembraan. Als je kleurstof loslaat op deze bacterïen, dan zal je de rode
laag tussenin hebben. We hebben de kleuring van de buitenste laag wat resulteert in
een rood/bruinachtige kleur.
•
1ste bescherming: Celwand
o
Bij de indeling hieronder is het belangrijk de reactie van antibiotica te gaan bekijken, om te zien
hoe gevoelig ze zijn.
o
Pathogene Gram-positieve bacteriën
▪
Veel antibiotica inhiberen de synthese van cross-links in peptidoglycaan, waardoor je
geen functionele celwandvorming meer hebt
o
Pathogene Gram-negatieve bacteriën
▪
Toxische lipopolusacchariden
▪
Geen goede inwerking van antibiotica
▪
Meer antibiotica resistent (membraan vormt een barrière, zodat antibiotica niet zo
goed inwerkt)
•
2de bescherming: Capsule: Kleverige beschermlaag buiten de celwand
•
3de bescherming: Pili: Aanhangsels van eiwitten voor vasthechting aan substraten of wanden van
gastheercellen (bijvoorbeeld vastzittende bacteriën bij een keelontsteking, bacteriën zetten zich vast)
2.
Ongeveer de helft van de prokaryoten kan in een bepaalde
richting bewegen
•
Roterende (eenzijdige of meerdere pomen) flagellen kan
bacteriën zich bewegen in vloeibaar of vochtig medium op
ganse cel of polair (gram-negatieve bacteriën die beschikken
over flagellen).
o
Flagel zit vast in het plasmamembraan een heeft motor
(die een roterende beweging maakt), waarbij flagel
golvende beweging maakt en bacteriën dus bewegen.
•
Spiraalsgewijze beweging (twee of meer helicoïdale filamenten onder celwand bij Spirocheten) ofwel
specifiek naar een bepaalde richting
•
Secretie van kleverige draden op substraat
•
Richting van beweging (specifiek)
o
Random beweging, kan aangetrokken worden door chemotaxis (chemisch product) bewegen
naar (+) of van (-) stimulus
o
3.
Phototaxis (als ze bewegen naar het licht)
Cel en genoomorganisatie
•
Aërobe prokaryoot (= prokaryoten die zuurstof nodig hebben om te groeien/ontwikkelen)
o
Er zijn ook anaërobe prokaryoten die geen zuurstof nodig hebben en leven op een andere
manier.
•
Geen kern of kernmembraan
•
Geen interne compatimenten met membranen
•
Weinig of geen eiwitten (plasmiden) aan het DNA (Bacteria: 1/1000 Eucaryoten)
o
•
DNA losliggen in het cytoplasma
Wel gevouwen plasmamembraan (met lamellen) voor respiratie en eventueel
fotosynthese
•
Ringvormig DNA als draden in nucleoïdde
o
•
Een circulair DNA is een plasmide
Ribosomen (kleiner dan in eukaryoten zoals antibiotica de proteïnesynthese in de bacterie kunnen
blokkeren en kan werken op interne huishouding om aanmaak van eiwitten te stoppen en de bacterie
te doden)
Plasmiden:
•
Kleine ringen van DNA
•
Slechts enkele genen op plasmiden
•
Prokaryoten overleven ook zonder plasmiden omdat essentiële functies op het genoom zijn
•
Plasmiden leveren o.a. antibiotica resistentie aan de bacteriecel
omdat antibioticaresistentie kan ingebouwd zijn als genetisch
kenmerk
•
Plasmiden worden apart overgeërfd bij binaire deling en kunnen
horizontaal overgedragen worden door conjugatie
DNA-replicatie en translatie van mRNA naar eiwitten: Detailverschillen prokaryoten en eukaryoten
•
Ribosomen van prokaryoten zijn kleiner (70S) en hebben andere eiwitsamenstelling dan ribosomen bij
eukaryoten (80S).
•
Deze verschillen maken dat selectieve antibiotica (vb. tetracycline, chloramphenicol) de eiwitsynthese
kan blokkeren bij prokaryoten maar niet bij eukaryoten
4.
Populaties van prokaryoten groeien en wijzigen snel (adaptaties)
•
Hoe gaan bacteriën groeien? We spreken niet van groeien, ze gaan zich tot
een bepaald niveau ontwikkelen en wanneer ze voldoende volwassen zijn,
dan gaan ze zich delen door een binaire deling
o
Asexuele reproductie door binaire deling
▪
Eén bacterie gaat door insnoering in het midden verdubbeling van het DNA
(insnoering van de celmembraan) delen en zo krijg je vanuit één cel twee cellen die
opnieuw delen in vier cellen, vier cellen delen opnieuw in 8 cellen etc.
▪
Hoe gaan we zo’n bacteriecultuur bekijken? We werken met een petrischaal, waar
een specifiek voedingsbodem wordt gebracht (specfiek voor een bepaalde bacterie).
Als je bacteri ën wilt onderzoeken die zich ontwikkelen in bloed, dan moet je een
voedingsbodem aanmaken met daarin ingrediënten waar de bacterie verder op kan
leven. Je gaat van de bacteriën die je wil onderzoeken een suspensie maken (je gaat
deze oplossen/verdelen in een vloeistof/proefbuis en dan enten met een entnaald. Je
gaat dan staal nemen en verdelen door horizontale strepen te trekken op de
voedingsbodem. Om vanuit de grote massa intens groeiende bacteriën, aparte
kolonies willen bekomen en vanuit deze kolonies ga je de voedingsbodem nog eens
enten. Zo krijg je een uitplaten van de bacteriële kolonies en ook verschillende
bacteriële stammen zullen aanwezig zijn bij deze infectie.
Groei:
•
Groei = Vermeerdering van cellen en toename van populatiegrootte (niet
celvergroting, maar populatiegrootte of kolonievorming)
•
Zeer variabele condities tussen soorten (sommige wit en glanzend, wit en mat , …)
•
Verdubbeling elke generatie
•
Generatieduur van 1-3 uur
o
Verschillende generatieduur (delingstijd van 20 min en andere van 1 tot 3 uur) en typisch voor
elke bacteriesoort
•
Beperkingen
o
Cellen kunnen nutriënten opgebruiken
o
Vergiftiging van eigen cellen door opstapeling van metabolische afvalstoffen
▪
Bacteriën produceren endotoxines en exotoxines, die zorgen ervoor dat op een
bepaald moment zoveel toxines aanwezig zijn dat bacteriële vermeerdering niet meer
mogelijk is.
Door de snelle groei kunnen er ook wel snel wijzigingen zich voordoen, die we adaptaties noemen:
•
Mutaties (in het genetisch materiaal) als belangrijkste bron van evolutie.
•
Mechanismen voor uitwisseling van genen
o
Transformatie (= Absorptie van DNA-fragmenten uit de omgeving)
o
Transductie (= Gentransfer tussen prokaryoten via virussen)
o
Conjugatie (= DNA-transfer van cel naar cel)
▪
Een foto met twee bacteriële cellen en
hebben hun eerste vorm van seksueel
contact, vanuit ene bacterie een lang
pirus ontstaan, waardoor het genetisch
materiaal wordt doorgegeven van de ene
cel naar de andere.
Endosporen:
•
Sommige bacteriën vormen endosporen
•
1 chromosoom omgeven door resistente wand
o
Zo zijn er bacteriën die jaren/eeuwen voort blijven bestaan. Ze zijn metabolisch inactief maar
zijn wel ingekapseld en als de omstandigheden ideaal zijn dan gaan ze opnieuw ontwikkelen en
gaat de endosporen openspringen en gaat de bacterie haar activiteit hernemen.
•
Gedehydrateerde endosporen (vb. Anthrax) zijn metabolisch niet actief
o
Anthrax is mildvuur dat ontstaat door bacteriën die endosporen
vormen. Anthrax wordt veroorzaakt door de bacterie Bacillus
anthracis.
•
Endosporen overleven extreme condities (tekort aan nutriënten, droogte,
extreme hitte of koude, polluenten, gifstoffen, …)
C. Diversiteit aan metabolismen en voedingswijzen
Bacteriën zitten aan het begin van de evolutie en op dat moment was er niet zo veel mogelijk. Ze moesten het
doen met CO2 en met de energie die ze op die manier zelf konden realiseren.
Energie- en koolstofwinning:
•
Fotoautotroof: Gebruik van lichtenergie – winnen van organische componenten door ze zelf te maken
•
Chemoautotroof: Alleen CO2 nodig als C-bron (chemische gedeelde C) en zelf realiseren door energie
bekomen uit oxidatie
•
Fotoheterotroof: lichtenergie gebruiken voor energie aanmaak
•
Chemoheterotroof: moeten organische moleculen consumeren voor energie en C-bon = OVERGANG
(eerste overgangsprokaryoten naar hoger leven)
Metabolismen:
•
N-metabolisme
•
Nitrificatie: NH4+ omzetten in NO−
2
•
Denitrificatie: NO−
3 omzetten naar N2
•
N2 - fixatie: N2 naar NH4+
Binnen het metabolisme, kunnen ze ook twee vormen van ademhaling of zuurstof of niet-zuurstof omzetten.
Ademhaling of gisting:
•
Obligaat aeroob (ademhaling met verbruik van zuurstof, want kunnen alleen leven met zuurstof)
•
Obligaat of facultatief anaeroob (fermentatie): Kunnen gedeeltelijk zuurstof gebruiken of aan
fermentatie doen (manier waarop ze geen zuurstof nodig hebben).
Vroege evolutie van fotosynthese:
•
•
Eerste prokaryoten waren heterotrofen
o
Deed aan glycolyse (ATP-vorming in O2 -loze milieu) zou de eerste biochemische omzetting zijn
o
ATP = Adenosine Trifosfaat (= energie)
o
Heterotrofen zouden organische moleculen voor opname verminderen
Alle belangrijke metabolische processen (ook fotosynthese, met vorming van O2) zijn vroeg tijdens
evolutie ontstaan (in het 1ste miljard jaar van leven)
•
Natuurlijke selectie bevoordeelde de prokaryoten die energie uit zonlicht (voor ATP-vorming)
gebruikten en die reducerende bestanddelen aanmaakten (voor CO2-reductie)
D. Overzicht van Prokaryote diversiteit
•
Weinig of geen fossielen
•
Gram-kleuring en metabolisme zijn geschikt voor (eerste) identificatie, minder voor fylogenie (vb. gramnegatieven zijn niet allen verwant)
o
Minder voor fylogenie: Men kan geen echte diversificatie opmaken aangezien de Gramnegatieve niet allemaal aan elkaar verwant zijn
•
Cyanobacteria (door hun fotosynthese) en Spirochetes (spiraalvormige) zijn twee duidelijke groepen
•
Moleculaire systematiek (-rRNA)
o
De laatste 200 jaar heeft men via RNA-onderzoek al een veel betere classificatie van bacteriën
kunnen maken.
•
Duidelijke domeinen: Bacteria en Archaea!
o
Archeae staan dichter bij de eukaryoten dan de bacteriën
1° We kunnen zeggen dat de peptidoglycaan aanwezig is bij bacteriën
in een specifieke wand, bij de andere niet. 2° De histonen gebonden aan
de DNA-vorming zijn niet aanwezig bij de bacteriën. 3° De respons op
antibiotica is alleen waarneembaar bij bacteriën. 4° Extremofielen zijn
minder waarneembaar bij bacteriëren en eukaryoten en heel erg
waarneembaar bij Archeae. 5° De kernmembraan is er niet bij de
bacteriën en archeae. Bij de eukaryoten spreekt men van een echte
kernmembraan. 6° Het circulair genoom (plasmiden) kunnen aanwezig zijn bij bacteriën en archeae maar niet bij
eukaryoten, daar liggen de chromosomen in de nulceus. 7° Als men het heeft over organellen, zoals mitochrondiën
en chloroplasten dan vindt men dit enkel bij eukaryoten.
Dit zijn 5 belangrijke groepen van bacteriën. Een cyanobacterie kan aan
fotosynthese doen, heeft een groene kleur, beschikt over de primaire
bladgroenkorrels. De spirocheten zijn de spiraalvormige bacteriën.
Archeae in extreme milieu’s en oceanen:
•
Extremofielen (< vrienden van het extreme)
o
Methanogenen (archeae die leven in een anaerobe milieu, oxideren H2 door
middel van CO2 en vormen CH4 – methaan is broeikasgas)
o
Extreme halofielen (< Vriend van zoutminnen: vb. in salinas en Dode zee – cellen
met bacteriorhodopsin (rode kleur als fotosynthese pigment))
•
Extreme homofielen (60-80°C optimum groei)
o
Bv. warmwatergeisers in Ijsland
o
Oxidatie van S in hete zwavelbronnen
o
Zwavel ontginnen bij 105°C in diepzee (dit kan een mogelijke verklaring zijn
voor de oorsprong van de archeae en of dit eventueel in de diepzee
schouwen de oorsprong van het leven zou zijn)
E. De ecologische impact van de Prokaryote is enorm!
1.
Het ontbindingsproces
•
Onmisbare omzettingen in cycli van elementen (N, S, H, Fe) in alle ecosystemen
o
Het roesten van ijzer, het omzetten van zwavel in H2S, het vormen van stikstofverbindingen
(denitrificatie) en de vorming van waterstofverbindingen
•
Decompositie/ontbinden van dood organisch materiaal (bv. composthoop, men voegt bacteriële
gedroogde bacteriën aan toe om de activiteit te laten gebeuren)
•
Van anorganische tot organische componenten
2.
Symbiosen met eukaryoten
•
Vb. Rhizobium en peulgewassen
o
Mensen die vegetarisch leven eten veel peulgewassen, deze vinden hun ontwikkeling door
rhizobium (bacteriën die werken op de wortelknolletjes van peulgewassen)
•
Vb. Fermenterende bacteriën in vagina (pH = 4.0)
o
•
Symbiose met eukaryoten, nl. de mens
Vb. Bioluminiscente bacteria groeien onder vissenoog
o
Bioluminiscente activiteit wat een samenwerking van de
bacteriën met de eukaryoten is.
3.
Pathogenen (Vb. Haemophilus influenzae – pneumonia)
•
Exotoxines (naar buiten afgescheiden eiwitten, worden afgescheiden door clostridium of vibrio
cholerae)
o
Clostridium botulinum (anaeroob in voedsel – botulisme)
▪
Een niet zo afgesloten voeding in een blik, clostridium kan zich daarin ontwikkelen en
geeft het ontstaan aan een anaeroob ontwikkeling in voedsel.
o
Vibrio cholerae (cholera) en sommige E. coli
▪
Cholera is een ziekte bewerkstelligd door vibrio cholerae en zorgt ervoor dat er
exotoxines worden afgescheiden.
•
Endotoxines (componenten van buitenste membraan)
o
Afgescheiden door Salmonella typhi (buiktyfus - koorts)
o
Afgescheiden door Salmonella (voedselvergiftiging)
Koch’s postulaten in medische microbiologie:
1.
Elk aangetast individu bezit dezelfde pathogeen
2.
Isoleer pathogeen en kweek in zuivere cultuur
3.
Transfereer pathogeen in experimenteel dier
4.
Isoleer pathogeen uit experimenteel dier om zo op die manier de ziekte-ontwikkeling te reconstrueren
De ziekte van Lym is een ziekte dat veroorzaakt wordt door een teek. Op de pootjes en
het lichaam van de teek kan een bacterie meegevoerd worden (de bacterie =
spirocheet, een spiraalvormig bacterie met de naam Borrelia burgdorfil). Deze bacterie
veroorzaakt de ziekte van Lym en dus niet te teek op zich maar wat hij overbrengt op
de mens. Als je zo’n tekenbeet hebt, moet je de teek zo vlug mogelijk vanuit de huid
losmaken met een haakje en dan onmiddelijk desinfecteren en een antibioticakuur volgen zodat de spirochoten
die dan in het bloed circuleren zo vlug mogelijk worden verwijderd. Indien deze infectie niet wordt behandeld, kan
het leiden tot de ziekte van Lym met verschillende gevolgen, nl. regelmatige koortsopstoten en momenten van
grote vermoeidheid en zwakte.
4.
Onderzoek in biologie en genetica
(E. Coli = Escherichia coli: 𝛾-Proteobacteria)
•
Metabolismen van deze bacterie volledig gekend
•
Moleculaire biologie – volledig gekend
•
Genetica van prokaryoten – wordt onderzocht
•
Genetische wijziging van prokaryoten – E.Coli wordt als modelbacterie gebruikt om bepaalde genetische
wijzigingen op te sporen.
5.
Technologie (waterzuivering, bioremediatie)
•
Acitiviteiten van anaerobe bacteria in slib
•
Acitiviteiten van aerobe bacteria in water
•
Waterzuiveringsstations gebruiken pseudomonas bodembacteriën als afbrekers van o.a. petroleum,
pesticiden ,…
6.
Industrie
•
Chemische industrie
o
•
Farmaceutische industrie
o
•
Bacteriële culturen om aceton, butanol, … te maken
Bacteriële culturen om vitamines, antibiotica, … te maken
Voedingsindustrie
o
Fermentaties (voor voorbereiding van yoghurt, kaas, …)
Hoofdstuk 2: De cel
In dit hoofdstuk gaan we het hebben over de cel. De cel is kleinste georganiseerde eenheid van
levende organismen. Cellen zijn ingesloten in een structuur en die structuur heet de celwand,
die alle celorganellen, de celkern en het cytoplasma op zijn plaats houdt. Robert Hooke heeft
het woord cel geïntroduceerd, dit deed hem denken aan de kleine ruimten waarin de monniken sliepen. Cellen
zijn te zien als elementaire partikels van organismen. Vandaag kennen we verschillende biologische processen en
verschillende moleculaire niveaus (bv. DNA) van cellen. Cellen bevatten verschillende organellen die we in detail
zullen bekijken. We gaan ook een vergelijking bekijken tussen een plantelijke cel en dierlijke cel en we gaan
eencellige organismen ook bestuderen.
Hoe bestuderen we cellen?
•
Lichtmicroscoop (LM): Op levende cellen, minimum resolutie: 2 𝜇m (cel)
o
Resolutie is de maat voor de beeldklaarte, wat de minimumafstand waarmee twee punten
gescheiden kunnen worden en dat je die twee punten nog blijft zien als afzonderlijke punten.
De resolutie is beperkt door de kortste golflengte van de lichtbron, en kan zowel invallend
daglicht zijn als een externe lichtbron die op de lichtmicroscoop is aangebracht.
•
Electronenmicroscoop (EM): Alleen op dode cellen, minimum resolutie: 2 nm (celorganellen)
•
Transmissie electronen microscoop (TEM): Interne infrastructuren
•
Scanning electronen microscoop (SEM): Alleen op dode cellen, oppervlaktestructuren (celoppervlakte
en kernoppervlakte; om de wand te bekijken)
Als we cellen willen gaan bestuderen,
vertrekkende van een weefsel, dan
doen we dat op volgende manier. De
manier waarop we dat doen is
celfractionering.
Je
gaat
de
verschillende celfracties bekijken. Er
wordt weefsel (orgaanweefsel) in een
centrifugebuis gebracht en wordt in
stukken
gesneden
gehomogeniseerd.
oplossing
met
Vanuit
en
die
verschillende
substanties (het homogenaat), ga je
verschillende bewerkingen uitvoeren. Deze bewerkingen gebeuren door een centrifugeertoestel. De
centrifugatie gebeurt op verschillende sterkstes (de eerste is 1000 keer de gravitatiekracht 10 minuten lang en
je krijgt onderin een pallet wat rijk is aan nuclei en cel debris. Nuclei zijn de zwaarste organellen in de cel.
Hierboven heb je een supernatant, waar nog andere organellen in aanwezig zijn. Deze gaan in een nieuwe tube
en je laat ze opnieuw centrifugeren 20.000 toeren per minuut gedurende 20 minuten. Je krijgt opnieuw een
pallet dat gelijk is aan mitochrondiën. Voor de plantencel zitten daar ook chloroplasten bij. Je gaat het
supernatant opnieuw afnemen en opnieuw centrifugeren voor 80.000 toeren per minuut gedurende 60 min en
je krijgt de microsomen. Bij een volgende centrifugatie van 150.000 toeren per minuut gedurende 3 uur krijg je
de ribosomen. Op deze manier kan je de afzonderlijke celorganellen uit een cel afzonderen en kan je op die
specifieke organellen studies uitvoeren.
Overzicht van de cel
•
Prokaryoot (voorloper van de kern, DNA ligt los in het cytoplasma) vs. Eukaryoot (met een echte celkern)
•
Plantencel (doet avs. Dierlijke cel
•
Intern membranair systeem zorgt voor talrijke indelingen van de celinhoud bij eukaryoten
Bij de prokaryoten heb je een bacteriële cel met
pili (heel fijne eiwitachtige haren), één of
meerdere flagella, in het midden heb je het
nucleoïd (genetische materiaal dat losligt in het
cytoplasma). De bruine puntjes zijn de ribosom.
De binnenste laag is de plasmamembraan met
daarboven de celwand. Een bacteriële cel kan
zich inkapselen, waardoor je daarbuiten nog een
sterke capsule hebt die de bacterie beschermt
tegen externe factoren.
Op deze slide zie je een bepaald feit waarbij je geometrische
relaties kan verklaren waarom cellen microscopisch klein
zijn. Indien je één grote cel zou hebben (zoals 1 blokje), dan
heb je veel minder contactoppervlak dan in de andere
situaties. Wanneer een orgaan uit fijne en aparte
structurele eenheden bestaan, dan merk je direct op dat
een bepaald deel van dat orgaan uitvalt of beschadigd is.
Het groot deel van het orgaan kan de functies nog
aannemen. Een typisch orgaan is de lever, als daar bepaalde
delen van uitvallen of moeten weggehaald worden via
operatie dan kan een lever helemaal op zijn beurt de functie
overnemen en kan zelfs nieuwe cellen aanmaken. Het contactoppervlak van alle cellen apart met elkaar is veel
groter dan dat je heel de structuur in één cel zou hebben. Als je dan de contactoppervlakte bekijkt, dan heb je
150 en 750. Indien je dat deelt door het totale volume heb je 6/1 (=6); 150/125 (=1,2) en 750/125 (=6). Je ziet de
totale oppervlakte van het blokje gedeeld door het totale volume van het blokje is het grootst wanneer je de
grote blok opsplitst in kleine blokjes.
Indien we kijken naar de celmembraan en de
onderliggende laag, nl. de plasmamembraan. De
plasmamembraan sluit op één zijde aan (op de
binnenkant van de cel) en langs de andere kant heb
je de buitenwand van de cel of het milieu
(vloeibaar/gasvormig zoals lucht). Als we kijken naar
de membraan dan bestaat die uit een hydrofiellaag
en een hydrofooblaag. Hydro betekent water. Food
betekent afstotend. Fiel betekent minend, vocht
minend. Hydrofiel laag is de laag die kan contact
hebben met vocht en water en waar bepaalde moleculen zijn vast kunnen zetten. Door eiwitstructuren wordt
een transport geregeld van buiten de cel naar binnen de cel. Binnen de cel heb je een hydrofiel regio, zoals het
protoplast (soloplossing) die binnenin de cel en de verschillende organellen liggen.
Dit is de overzicht van de dierlijke cel.
Op het examen moet je organen
kunnen identificeren, de functies
kunnen
opnoemen
en
activiteit
binnen de cel verbonden met andere
organen weer te geven.
Welke structuren maken deel uit van het cytoskelet?
•
Microtubulus, de intermediaire filament en de microfilamenten.
o
De microtubulus zijn de zwaarste en zijn buizen die zorgen voor een goede vorm van de cel en
liggen overal verspreid. De intermediaire filamenten zitten daarutssen. De microfilamenten
komen tot in de microvili en zijn heel fijn. De microvili zijn vingervormige uitstulpingen die de
ene cel met de andere kunnen verbinden, zo haakt de ene cel op de andere vast.
•
Het peroxisoom is een organel dat dient voor de detoxificatie van bijvoorbeeld alcohol. Daarin zit de
molecule H2O2, er gebeurt dus een peroxidatie.
•
De centrosomen bestaan uit twee structuren, die bestaan uit langwerpige buisjes en gaan zich
oriënteren naar de polen van de cel, één naar de onderpool en één naar de bovenpool om later
chromosomen uit elkaar te rukken voor de celdeling.
•
Een flagel dient voor de beweging.
•
Je hebt het endoplasmatisch reticulum. Er zijn hiervan twee soorten: het rough en smooth.
•
o
Rough ER is ruw en is het ER waarop de ribosom zijn bevestigd.
o
Smooth ER is het glad ER waar geen ribosomen zijn en er zijn enkel de lamellen van het ER.
De kern is omgeven door een heel dunne wand, de nucleaire envelop. De Nucleolus is het
kernlichaampje en licht helemaal centraal in de kern. Je hebt ook het chromatine of het DNA waarop de
genetische informatie is gelegen. Samen vormen deze de nulceus.
•
De bruine puntjes zijn de ribosomen en zorgen voor de transport van de eiwitten en voor de eiwitaanmaak in de cel. Eiwitten zijn belangrijk voor de cel omdat ten eerste de organellen daaruit worden
vervaardigd en ten tweede de eiwit-toevoer moet er zijn om de eiwitten binnen te laten dringen in de
kern om zo het DNA te laten vermeerderen. Om het DNA te laten vermeerderen heb je dus eiwitten
nodig.
•
Het Golgi-apparaat is ook een lamelvormige structuur. Speciaal is dat aan het uiteinde van die lamellen
cupjes/blaadjes (zoals een koffiekopje) wordt gevormd en op die manier worden bepaalde stoffen
buiten de cel gebracht. Het Golgi-apparaat is het excretiesysteem van de cel.
•
Je hebt ook het plasmamembraan die het geheel bij elkaar houdt en vorm geeft aan de cel.
•
Je hebt de mitochondriën, deze structuren zijn opnieuw opgebouwd uit lamellen met veel
contactoppervlak en zorgen voor de respiratie of ademhaling van de cel.
•
Je hebt de lisosomen, wat afsplitsingen zijn van de lamellen en brengen de afvalstoffen buiten de cellen
met lysosymen (enzymen die de structuren van de cel die te oud zijn of inactief zijn afbreken en de
restjes naar buiten de cel brengen.
Wat heb je NIET bij deze dierlijke cellen?
•
Chloroplasten die eigen aan plantencellen zijn voor fotosynthese.
•
Een centrale vacuole en tonoplast
•
Een stevige celwand
•
Plasmodesmata
We
kijken
nu
naar
de
plantencel. Wat direct opvalt is
dat er in de plantencel een grote
vacuole
aanwezig
is.
Deze
vacuole is bv. aanwezig in fruit
(zoals een appel, van zodra je in
een appel bijt dan bijt je die
vacuole stuk en dan loopt er
water met daarbij zoetstoffen
en mineralen. Die smaak is
typisch voor dat soort fruit en
die soort plant.
Alle delen van de plantencel:
•
De celwand heeft plasmodesmata (= kleine gootjes die zorgen voor het transport van water en
mineralen door de plant). De plasmodesmata moeten heel goed op elkaar worden afgestemd. Ze zijn in
alle delen van de wand van de cel. De cel zal het water vervoeren. De plant zuigt met zijn wortelsysteem
waar ook cellen zitten met celwand & plasmodesmata. Vanuit het wortelsystem wordt het water door
de wortels, door de stam, door de takken, door de bladeren tot in de kleinste uitlopers (kleinste
bladeren van de boom) vervoerd. De plantencel heeft een heel stevige wand en zorgt er voor dat op die
manier alle cellen recht op elkaar kunnen gestapeld worden om zo de hele meterlange stam realiseren
van bomen en planten.
•
De celwand en plasmamembraan (dat er onder ligt).
•
De peroxisomen zijn er voor de detoxificatie.
•
Mitrochrondiën voor het respiratoir systeem, voor de ademhaling binnenin de cel.
•
Het Golgi-apparaat voor het lammellensystem met de vorming van de cups.
•
Het centrosoom voor de celdeling.
•
De nucleus met het kernlichaam (nucleolus), het chromatine en daarrond de nucleaire envelop.
•
Je hebt het rough ER, wat het ER met ribosomen.
•
De ribosomen die maken de eiwitten voor de cel.
•
De centrale vacuole met een stevige membraan errond (= de tonoplast).
•
Je hebt de microfilamenten, intermediaire filamenten en microtubulus, die de cel vorm geven en maken
deel uit van het cytoskelet.
•
Heel specifiek voor de plantencel: Chloroplast (zit vol met bladgroenkorrels en zitten op elkaar
gestapeld. De hele celorganel zit vol en is verantwoordelijk voor de vorming van bladgroen. Met deze
organellen doet de plant aan fotosynthese en dus O 2 vormen.
Wat heb je NIET bij deze plantencellen?
•
Lysosomen
•
Centriolen
•
Flagella (een plantencel kan namelijk niet bewegen behalve in bepaalde plantsperma)
A. De nucleus en de ribosomen
De nucleus bestaat uit een
nucleaire
envelop.
De
nucleolus/kernlichaampje ligt
centraal
met
heel
veel
chromatine daarin. Er zijn ook
specifieke
nucleaire
poriën
in
de
enveloppen,
die
nodig zijn voor de aanvoer van
stoffen naar de kern. Rond de
kern zijn je een lamelvormige
structuur
bezet
met
ribosomen, wat het rough ER is.
Als we in detail bekijken, dan is
zo’n
porie
eigenlijk
een
kanaaltje bevat in het midden waarbij bepaalde stoffen kunnen worden binnengebracht. Met de TEM bekijken
we de wand en je ziet dat er een netwerk is van intermediair filamenten, die zorgen voor een vast structuur van
de kern. De kernporiën zorgen voor het transport van eiwitten, messenger RNA en ribosomaal RNA (vanuit de
ribosom die op het ruw ER liggen). Je hebt een overzicht van de buitenste wand van de nucleus en je ziet dat die
lichtjes gegolfd is door de ribosomen die daarop liggen en ook door de kernporiën die er zijn.
We
kijken
verder
naar
de
ribosomen. Deze zijn heel specifiek
aanwezig (bv. insectretiecellen in
de pancreas waar er vorming van
insuline is in grote hoeveelheden)
en gebeurt specifiek door de
ribosomen of eiwitleveranciers. Ze
zijn ook verantwoordelijk voor de
vorming van enzymen en gebonden
ribosomen die op het ER aanwezig
zijn,
zijn
een
vorm
van
membraaneiwitten en zorgen voor het export buiten de cel. Indien we kijken naar een ribosoom in detail, dan
bestaat die uit twee delen (een grote subunit en een kleine subunit). Bacteriën hebben 70 subunits en eukaryoten
hebben 80 subunits.
B. Het endomembranaire systeem
•
Endoplasmatisch reticulum
•
Golgi-apparaat
•
Lysosomen – Vacuolen
Rond
de
kern
ligt
het
ER
in
verschillende lammelen achter elkaar
daarop de ribosomen, dat zorgt dat
het ruw is. Het ER kleeft aan de
kernmembraan
(lamellen
die
vasthangen aan kernmembraan). De
functie van het ruw ER is de secretie
van eiwitten, waar de ribosomen hun
werk
doen.
Glycoproteïnen,
fosfolipiden voor de membranen
zorgen voor de opbouw van de
membraan.
Het glad ER heeft meer de functie voor
lipiden. Bij het metabolisme van de cel, bijvoorbeeld glucose wordt uit het glycogeen vervaardigd en ook de
calciumpompen.
We kijken nu naar het Golgi-apparaat en
is het excretiesysteem. Het is een
laminair structuur, aan de uiteinden
worden cups gemaakt. In die cups
worden
bepaalde
stoffen
getransporteerd. Het Golgi-apparaat is
verantwoordelijk voor het metabolisme
(zoals maag/darmsysteem). Er gebeurt
een afscheiding van celwandmateriaal,
nl. cellulose, hemicellulose en pectine.
Hoe gaat het precies in zijn werk? De
lamellen vormen aan hun uiteinden
kleine ronde structuren die worden afgescheiden als een cupje, waar het transport van stoffen van en naar de
cel gebeurt. Een voorbeeld zijn de lysosomen in bv. de witte bloedcel:
De lysosomen zorgen voor het verteren van virussen
en bacteriën. Deze bevatten bepaalde enzymen
waardoor de vertering mogelijk is. Wanneer vast
materiaal
wordt
verteerd,
spreekt
men
van
‘fagocytose’. Fagocytose kan gebeuren van oud
celmateriaal of van organische restjes.
Dit is een overzicht van de vorming en functie van
lysosomen. De lysosomen bestaan als afsplitsingen van
het
ER met
daarin afvalmateriaal. Ze worden
getransporteerd naar het Golgi-apparaat en in het Golgiapparaat kunnen de lysosomen verder hun werk doen.
Ze kunnen in contact komen met voedsel, dat van buiten
de cel wordt binnengebracht, ook in een cupje. In dit
cupje ligt het voedsel en komt samen met een lysosoom.
De verteringsenzymen gaan werken op het voedsel en zo krijg je een primitieve vorm van digestie of vertering.
De lysosomen zorgen ook voor het opruimen van oud of afgebroken celmateriaal (zoals bv. een klein stuk van
een mitochondriën) dat helemaal wordt verteerd zodat je restjes krijgt die buiten de cel worden afgegeven.
C. Vacuolen
•
Voedselvacuolen (endomembranair systeem)
•
Contractiele vacuolen (Protisten)
•
Centrale vacuolen (Planten)
De vacuolen vind je specifiek in de plantencel. We
spreken over de centrale vacuole omdat die centraal
ligt en het grootste deel van de cel behelst. Deze
centrale vacuole is opgevuld met mogelijks eiwitten of
ionen. Er kunnen ook afvalproducten, gifstoffen of
verdigingstoffen in zitten zoals planten met doornen
bijvoorbeeld wanneer die doorn afbreekt krijg je een
substance uit de centrale vacuole dat gifstof bevat en
kunnen ook pigmenten, mineralen en smaakstoffen in
zitten.
Hier zijn we relaties tussen celorganellen en het
endomembranair systeem. Een cel kan je bekijken als
een klein bedrijf, met centraal de nucleus (de directie)
waar de kern van het bedrijf wordt bewaard en alles
geregeld wordt. De informatie is het genetisch
materiaal en zit afgesloten in een kamer (een nucleaire
enveloppe) met daarrond verschillende structuren die
allemaal belangrijk zijn voor de goede werking van het
bedrijf. Vanuit de kern wordt er een lamelaire structuur
gerealiseerd en krijg je dus vorming van lamellen die
hun functie doen in het metabolisme van de cel (met metabolisme bedoelen we de werking van de ribosomen
en de aanvoer van eiwitten). Je krijgt dan ook het verwijderen van bepaalde stoffen (het excretiemodel dat meer
in het Golgi-apparaat zit; afscheiding van cupjes en het naar buiten brengen van restafval) zoals lysosymen.
D. Organellen met membranen
•
Mitochrondia (2)
•
Chloroplasten (2 + thylakoiden)
•
Peroxisomen (1)
Door een
gebogen
wand
heb
je dus een
groot
contactoppervlak en kan er heel veel uitwisseling gebeuren,
wat nodig is bij de mitochondriën. Binnenin de mitochrondri
krijg je een uitwisseling van zuurstof en CO2. Hier liggen dus
de ademhalingsenzymen en zorgen ook voor de energetische
activiteit onder de vorm van ATP (adenosine trifosfaat). De
buitenkant van de mitochondriën hebben ook ribosomen en
hebben ook bepaalde enzymen, wat eigenlijk een primaire
centrale zenuwstelsel van de cel is.
Binnen in de plantencel zijn er drie soorten
plastiden. De chloroplasten zijn verantwoordelijk
voor de fotosynthese in de bladeren en doen aan
bladgroenverrichting. De amyloplasten stapelen
zetmeel
op
chromoplasten
in
wortels
zijn
de
en
knollen.
kleurpigmenten
De
in
bloemen en vruchten. Chromo komt van kleur.
Amylo komt van zetmeel.
Een chloroplast in detail bestaat uit:
•
Granum (= Stappeltjes bladgroenkorrels, een bladgroenkorrel is een thylakoid en is dus verbonen met
tubulus (connectiesysteem), waarbinnen stroma ligt. Het is belangrijk dat er lichtopvang gebeurt en dat
die lichtopvang valt op de pigmenten om zo de fotosynthese te laten plaatsvinden.
Binnenin de cel, zien we een samenwerking tussen drie organellen.
Binnen in het peroxisome heb je een opstapeling van enzymen met
als functie om waterstof te transferen naar O waardoor je H 2O2
krijgt, wat de afval is die naar buiten wordt afgegeven. Zo wordt
alcohol ontgift en krijg je afbraak van vetzuren tot suikers.
E. Het cytoskelet
•
Centrosoom – Centriolen
•
Cilia – Flagella
•
Microfilamenten
De microtubuli zijn de zware, de microfilamenten zijn de dunnere en de
intermediaire filamenten verbinden beide.
Op deze slide (links) zie je hoe binnen in een cel beweging kan
gemaakt worden en dat gebeurt door microtubuli die glijden t.o.v.
elkaar. De microtubuli behoren tot het cytoskelet en bezitten kleine
haakjes en kunnen met die haakjes zich vastgrijpen en zo schuift de
ene microtubuli boven de andere. Voor deze beweging is ATP
nodig, dat geleverd wordt door de mitochondriën van de cel. Een
handig systeem is dat een bepaald organel wordt gebonden op een
receptor en dat die receptor op de motormolecule wordt voortbewegen en zo wordt er dus ook een glijding
gerealiseerd van de organellen op de microtubuli, men spreekt dan van een monorail. Voor dit proces is ook
energie nodig.
Centrosomen zijn belangrijk voor de voortplanting van de cel.
Een centrosoom heeft verschillende functies. Het maakt de hele
fijne microtubuli aan, wat belangrijk is om de chromosomen op
een bepaalde manier te oriënteren. Het is belangrijk voor de
opbouw van de nieuwe cel en uiteindelijk voor de beweging van
de chromosomen naar de kern van de nieuwe cel toe.
Centriolen liggen loodrecht t.o.v. elkaar en liggen volgens een
bepaald systeem. Er is een systeem van tripletten (buisjes) en
dat heb je 9 keer, wat altijd op dezelfde manier is. Die microtubulus vind je ook terug in andere celorganellen,
bv. de flagel is ook zo opgebouwd (zorgen voor beweging). Ze gaan dus elk naar een pool van de cel bewegen en
zo de chromosomen vasthechten en naar zich toetrekken.
De beweging gebeurt op dezelfde manier. Een
flagel van een spermatozoïde is op dezelfde manier
opgebouwd, nl. 9 keer een triplet binnen een
cilinder. Een andere vorm van bewegen in de cel
zijn de cili en staan buiten op de celoppervlakte en
wuiven van links naar rechts en zo kunnen die cili
een bepaalde golf teweegbrengen om zo te
bewegen in een vochtig milieu of in het water.
De ultrastructuur van een flagel, als je die dwars
doorsnijdt, dan zie je de 9 structuren onder de vorm van
doubletten/tripletten. Ze zijn geordend in een cilinder en
bestaan uit proteïnen, hebben 2 centrale microtubules en
daarrond zit er een heel smalle plasmamembraan.
Naargelang het organellen krijg je een doublet/triplet
structuur.
De beweging zijn basisbewegingen in de cel, maar de
spierbeweging in ons lichaam berust ook op een
bepaalde manier van verschuiven. Het zijn de actin
filamenten die over de myosine filamenten gaan
schuiven en deze twee komen naar elkaar toe en zo
krijg je een verkorting en een verdikking van een
bepaald deel van een spier. Als ze terug uit elkaar
schuiven, dan krijg je terug in zijn longitudinale vorm een verlenging en een vernauwing van de spier. Eencelligen
kunnen ook nog op een andere manier bewegen, zoals de ameuboïde bewegingen. De eencellige gaat naar een
bepaald object toe bewegen bv. naar voedsel en de somoplossing in het cytoplasma, de liquide oplossing, zal
zich verschuiven en zal volgens een bepaalde beweging naar voor geduwd worden, waardoor je een overgang
krijgt van de brede structuur naar de smalle structuur, die op haar beurt weer breder wordt. Zo krijg je een
basisbeweging van de ameube. Binnenin de cel is ook een cytoplasmatische stroom. In plantencellen zal rond de
vacuole een stroming zijn van cytoplasma. De vacuole wordt altijd onderhouden en voorzien van vocht en zo kan
een cel voorzien van beweging en kan dus de inhoud van de cel wordt aangevuld.
Dit is een overzicht van de drie
vormen:
* Microtubulis
* Microfilamenten
* Intermediaire filamenten
F. Celoppervlakken
•
Celwand bij plantencel
•
Extracellulaire matrix bij dierencel
•
Intercellulaire verbindingen
Er zijn plasmodesmata bij de celwand, dat verbindingen zijn
van de ene cel tot de andere. Het is belangrijk om het vocht
en de cellen te voorzien van water. Op die manier zal de
plant het water vanuit de wortels via alle plantencellen naar
boven kunnen trekken.
Dit is een voorbeeld van een extracellulaire matrix van
een dierlijke cel, je hebt de plasmamembraan en via
bepaalde systemen kunnen moleculen gebonden
worden op de cytoplasmamembraan.
Er zijn heel wat intercellulaire verbindingen in de
dierlijke
cellen,
nl.
de
desmosen
of
de
plasmadesmata. Je hebt dat de gap junctions en
de tight junctions. De desmosen zijn fijne
vingervormige uitstulpingen waarbij de ene cel
geconnecteerd wordt met de andere cel. De gap
junctions
zijn
de
gaten/buizen
waardoor
vloeistoffen worden gebracht en er chemische
communicatie mogelijk is. De tight junctions of de
hechte junctions is waarbij de cellen heel nauw op
elkaar worden aangesloten. Bij de desmosen krijg
je meer een ankerverbinding met keratine en krijg je fijne structuren die de twee wanden met elkaar gaan
houden en bij de gap junctions heb je nog verbindingen tussenin.
Dit is een overzichtslide waarbij aangetoond
wordt dat er wel interactie is tussen de
verschillende
moleculen.
cellulaire
De
onderdelen
macrofaag
heeft
en
lange
eiwitachtige uitstulpingen en kan daarmee
bepaalde moleculen/structuren gaan hechten.
In
dit
geval
zijn
het
pseudopodia
(schijnvoeten) die aan fagocytose doen. Ze
brengen de bacteriën of het restmateriaal
naar de cel en de cel zal ze dus verteren. Het is
belangrijk om te tonen dat er een degelijk
celcoördinatie is tussen het cytoskelet, de
lysosomen en de plasmambreen.
Hoofdstuk 3: De celcyclus
Een belangrijke eigenschap van levende organismen gaat over het delen van cellen (= reproductie).
-
De eigenschap van organismen om zich te reproduceren is een belangrijk kenmerk van het leven.
Reproductie gebeurt door deling.
A.
-
Het leven en de continuïteit van het leven is gebaseerd op de celdeling.
-
De verschillende stappen in het delingsproces zijn allemaal deel van een celcyclus.
De sleutelrol van celdelingen.
1. De celdeling heeft als functie het reproduceren (= het zorgen voor een nieuw individu die gelijkend
is op het ouderpaar). Celdeling is belangrijk bij de groei (zoals de huid, organen, etc.) en het herstel van bepaalde
cellen en bepaalde organen (zoals beschadigde cellen bij een verbrande/beschadigde huid). De cellen gaan de
wonden herstellen en gaan zorgen dat het weefsel opnieuw gesloten wordt.
2. Door de celdeling worden identieke sets van chromosomen overgedragen naar dochtercellen en zo
kan er een nieuw individu ontstaan.
Dit is een 3D foto van een cel die aan het delen is (halfweg verloop). Eerst heb je een
kerndeling (zwarte massa) die onderaan eindigt in 2 blekere, beige bollen; dit zijn de kern
die eerst gedeeld zijn. Ten slotte deelt het cytoplasma, er ontstaat een scheidingslijn
midden door de cel en de 2 delen cytoplasma gaan naar de 2 dochtercellen en van daaruit
kan via rijping kunnen daaruit 2 volwassen cellen weer ontstaan.
Experiment: Weefselgroei (Vb. wortelcellen van ui)
Men gaat een uirokvlies (vliesje tussen de rokken van een ui) weghalen, dit kleuren met
specifieke kernkleuringen en dan ga je bekijken wat er met de verschillende cellen gebeurt.
1. Chromosomen liggen los in de cel en dat ze al aan een zekere verdikking toe zijn
(ze zijn korter en dikker geworden).
2. Chromosomen beginnen zich naar het midden va n de cel te verplaatsen (= metafaseplaat of het
equatoriale vlak/evenaarsvlak van de cel)
3. De chromosomen beginnen zich elk naar de polen van de cel (linker en rechter) te richten en de cel is
ook in volume toegenomen. De kerndeling zal voltrokken worden en zal het cytoplasma in 2 worden gedeeld,
waardoor je dan een insnoering krijgt. Je krijgt vanuit 1 cel 2 cellen. Een insnoering tussen de 2 cellen en de
chromosomen gaan zich opnieuw richten in de kern, in het midden van de cel. Ze gaan opnieuw langwerpig,
draadvormige structuren worden en in elkaar verstrengelen.
(1 → 2 → 3a → 3b)
Links zie je een chromosoom en deze bestaat uit 2 kleine armen bovenaan
en 2 langere benen onderaan. Elk rechtop deel heet een zusterchromatide.
Twee zusterchromatiden vormen een chromosoom. Het bevat ook een
centraal punt, het centromeer. Bij het splitsen van een chromosoom krijg je
2 afzonderlijke zusterchromatiden, elk met een vernauwing op de plaats van
het centromeer.
B.
De mitotische celcyclus.
1. De mitotische celdeling gebeurt in alle weefsels die geen geslachtsorganen zijn (in lever, huid,
zenuwcellen, hart). Deze fase alterneert met een interfase in de celcyclus. Binnen de mitotische fase heb je:
-
De deling van de kern (de mitose)
-
De deling van het plasma (het cytokinese)
-
De mitotische fase is de periode waar binnen de cel deelt en de interfase is de rustfase.
Na de mitotische fase heb je de interfase.
-
De interfase bestrijkt ongeveer 90% van de celcyclus, dat betekent dat het lang duurt. Dit is nodig om
de cel te laten groeien, aannemen in volume en om zich voor te bereiden op de volgende celdeling.
In een diagram is het wat duidelijker. Kleine gelig gedeelte is mitotische fase daarin zit de cytokinese en de
mitose. De hele groene cirkelvormige pijl is interfase, waarbinnen heb je 3 belangrijke tijdspannes:
-
De G1-fase (< growth: groeifase = first gap)
-
De S-fase: DNA synthese/DNA verdubbeling en het kopiëren van de
chromosomen
-
De G2-fase (< growth 2: Tweede groei fase = second gap): Een voorbereiding
van de cel op de aankomende celdeling
Als we die stadia van de mitotische celdeling (kleine gele strook) nauwer gaan bekijken dan kunnen we het
opsplitsen in verschillende onderfasen. De onderfasen zijn genoemd naar de gebeurtenissen die tevoorschijn
komen in zo’n cel, zoals de profase, prometafase, metafase, anafase en telofase:
1. G2 van de interfase: Binnenin de nucleus (= kern) is er de nucleolus (= kernlichaam), de nucleaire
enveloppe (die omsluit de chromosomen) en daarbinnen liggen de chromatiden die door mekaar liggen
als langgerekte, enkelvoudige draden. Het plasmamembraan dat het geheel samenhoudt en de
centrosomen zijn ook te zien. De centrosomen bevatten elk paren centriolen, die belangrijk zijn om
spoeldraden te vormen (vb. tubulines = eiwitten die fijne draadjes vormen) en gaan zich plaatsen zoals
een bloem en dus samenliggen. Ze hebben de mogelijkheid om die kleine draadjes aan de buitenkant
langwerpig te laten worden.
2. Profase: Hier begint de echte celdeling. Daar gaan de chromatiden zich verdubbelen, die gaan een
dubbele vorm aannemen. Dan krijg je de centriolen die zich elk naar een zijde van de cel gaan begeven,
elk naar een pol van de cel. Er ontwikkelen zich fijne lange draden. Die chromosomen hebben zich dus
georiënteerd en bestaan nu uit 2 zusterchromatiden.
3. Prometafase: De chromosomen hebben al een duidelijk centromeer. Het dient als aanhechtingsplaats
voor de tubuline-draden die ontstaan zijn uit de centriolen. De centriolen zitten elk aan de buitenkant
van de cel (aan de polen). Zij gaan bepaalde delen van het chromosoom in chromatiden gaan binden en
die gaan naar het middelpunt van de cel oriënteren (metafase).
4. Metafase: De chromosomen liggen mooi op een lijn in het evenaarsvlak/equatoriaal vlak en die
draden zijn mooi gebonden op die aanhechtingsplaatsen.
5. Anafase: De draden gaan korter worden en trekken op die manier de chromosoomdelen (=
dochterchromosomen) elk naar een pool van de cel.
6. Telofase: De chromatiden zijn gesplitst en dat die allebei in een deel van de cel zijn. Er gebeurt ook
een insnoering, een splitsing van het cytoplasma. Op die manier krijg je dus 2 dochtercellen.
2. De mitotische spoelfiguur verdeelt de chromosomen over de dochtercellen. Tubulines zijn de
bouwstenen (1) of eiwitstructuren van de cel en microtubuli vorming ontstaan vanuit het centrosoom (2). De
centriolen gaan uit elkaar als de spoelfiguur groeit (3). Het centrosoom is aan beide kanten van de cel aanwezig
in de prometafase (4) en er zijn dus kinetochoren (eiwitten) op elk zusterchromatiden (5).
Er zijn nog een aantal beelden waar je de interfase ziet (een cluel van
chromosomen/chromatiden), vervolgens de profase (een kleine schikking),
dan de metafase (schikking in de metafaseplaat/evenaarsvlak), dan de
anafase (een kleine oriëntering), dan de vroege telofase (een oriëntering
naar polen) en als laatste bij de late telofase zie je een splitsing van de twee
cellen.
De metafase op de foto is heel interessant omdat je op die manier de
kwaliteit van de celdeling kan bekijken en je ziet dat de zusterchromatiden
allemaal in het evenaarsvlak liggen. Ze zijn het best zichtbaar op die manier
(linkerfoto). De draden trekken de chromatiden naar de polen van de cel.
3. Cytokinese verdeelt cytoplasma na mitose.
Cytokinese in dierencel: Na de kerndeling gebeurt een cytoplasmadeling. Er ontstaat een
plooi in het midden van de cel en door het ontstaan komen er breuken waaruit we 2
dochtercellen hebben.
-
Kleving van het celoppervlak
-
Kleving nabij de metafase plaat
-
Contractie door
o
-
Microfilamenten (actine)
Motorproteïne (myosine)
Cytokinese in plantencel: In een plantencel ziet het er anders uit. Je krijgt een vorming van
een kleine plantencel. Het bevat een krachtige celwand en moet zich hier ook volstrekken.
Men moet aan een 2 cellen komen met een nieuwe celwand. Na de kerndeling gebeurt dan
de vorming van de nieuwe celwand zodanig dat je eindigt met twee dochtercellen.
-
Golgi vesikels vormen een celplaat
Mitose in plantencel: Mitose gebeurt in de verschillende
plantencellen (in stam, bladeren, bloemen).
4. Bacteria hebben binaire deling (geen mitose!)
In de cellen is er ook een mitotische celcyclus aanwezig. Ze hebben een binaire deling. Er is daar geen mitose,
maar hebben wel de kenmerken van mitose. Het is een lichte variant omdat ze maar 1 circulaire DNA hebben, 1
genoom of chromosoom. Bij de binaire deling start de deling op een bepaalde plaats/een site (= origin of
replication/oorsprong van replicatie). Je krijgt dan 2 kopieën die naar beide helft van de cel bewegen.
Je ziet een bacteriële cel met een celwand, plasmamembraan en een
bacterieel chromosoom. Links zie je de plaats waar de replicatie start,
daar gebeurt door een signaal een duplicatie van dat kleine stukje. Je
krijgt 2 kopieën van dat stukje en die kopiëring gaat zich verderzetten.
Elke kopie gaat naar een ander uiteinde. Dat circulair chromosoom
gaat zich oriënteren. Je krijgt dus geen echte spoelfiguur, maar wel
de oriëntering naar de twee uiteinden van de bacteriële cel. Die
replicatie gaat daar verder en verder zodanig dat je uiteindelijk twee keer het oorspronkelijke volume krijgt,
zowel op niveau van het DNA-materiaal als op niveau van het cytoplasma. Dan krijg je een binnenwaartse groei
van de celmembraan en krijg je op die manier een cel splitsing. Het is dus geen echte mitotische deling maar de
oriëntatie in de cel is wel op dezelfde manier.
Men heeft kunnen zien dat die eerstste deling wel het ontstaan zou kunnen gegeven hebben aan een mitotische
deling. Als je kijkt naar de overgang/evolutie van bacteriën naar dieren met een flagel. Daar is die deling ook met
microtubulus. Bij diatomenen (=kiezelwiertjes) en bij gist krijg je al de vorming van
een intern deel waar de kinetochoren alleen in de celkern aanwezig zijn. Onderaan,
bij de meeste eukaryoten daar zie je dat er dus deeltjes van de kern mee moeten
delen want zij zullen straks 2 kernwanden moeten vormen. En zie je dus de
duidelike vorming van de kinetochoren, de microtubulis die zich vastzetten op de
delen van het chromosoom namelijk de chromatide.
C.
Meiose en seksuele voorplanting.
1. Inleiding tot genetica
Bij seksuele voortplanting is er een overdracht van kenmerken op de volgende generatie (= erfelijkheidsleer of
herediteit). Nakomelingen kunnen gelijken op 1 of op beide ouders. Je krijgt daar dus gelijkenissen die wel
gerelateerd zijn met de ouders maar die ook meer gerelateerd zijn met de ouders dan met andere soortgenoten.
De nakomelingen vertonen toch variatie.
De seksuele voorplanting in:
-
Gameten (= dragers van haploïde cellen) worden gevormd door meiose (= reductiedeling).
-
Spermatozoïde (n) bevrucht een eicel (n) en dan krijg je een unieke combinatie van genen. Wanneer
een haploïde spermatozoïde een haploïde eicel bevrucht, dan krijg je de vorming van een zygote (2n).
Levenscyclus van de mens op niveau van de geslachtsorganen:
Bij de vrouw hebben we de ovaria en bij de man de testis. De meiotische deling
zorgt ervoor dat je na verschillende delingen een haploïde cel bekomt. Bij de vrouw
is de eicel en de man de zaadcel zijn allebei haploïd. De zaadcel kan de eicel
bevruchten en dan kom je tot een diploïde zygote (2n) (= 46 chromosomen).
Dankzij mitotische delingen zal de diploïde zygote zich tijdens de embryofase
ontwikkelen tot een volwassen individu. Bij de mens zijn er 46 chromosomen
aanwezig verdeeld over 23 paar chromosomen (waarvan 22 paar somatische
chromosomen en 1 paar geslachtschromosomen).
2. Drie basisvormen van levenscycli
-
Diplont (2n)
-
Haplont (n)
-
Generatiewisselingen met haploïde (gametofyt) en diploide (sporofyt) stadia
We kijken naar eukaryoten/dieren. Een muis is diploïd (2n). De meiotische
deling gebeurt bij de man in testis, de vrouw in ovaria. Na meiotische
delingen gaan er zich haploïde cellen ontwikkelen (= gameten) die zullen na
bevruchting van de eicel een (2n) zygote opleveren. Die zygote zal via
mitotische delingen een volwassen individu opleveren.
Bij de meeste fungi en sommige protisten heb je een andere cyclus. Startende vanaf een (2n) zygote, via meiose
bekom je ook een haploïde cel, maar die kan zich ook nog vestigen als organisme. Dan heb je een haploïde uniof haploïde multicellulaire organisme en via mitotische delingen krijg je daar gameten van het vrouwelijke en
mannelijke plantje, die kunnen op die manier versmelten en samen de (2n) zygote vormen.
Bij bepaalde protisten (= eencelligen) in dit geval bij mossen en algen. Dan zie je dat vanuit
een 2n individu door meiotische delingen een n haploïde sporen kan ontstaan. Deze sporen
kan uitgroeien tot een multicellulair organisme (= gametofyt). Deze gametofyt zal door mitose
en opnieuw door samenkomen van 2 haploïde cellen een bevruchting doen ontstaan waarbij
je een zygote krijgt.
3. Meiose halveert het aantal chromosomen van diploid (2n) tot haploid (n).
Bij meiose wordt het aantal chromosomen van diploïd (2n) gehalveerd wordt tot haploïd (n). Eén replicatie van
chromosomen via mitotisch proces inclusief het centrosoom (synapsis, synaptionemaal complex en tetraden),
krijg je 2 delingen namelijk meiose I (die verdeelt de homologe chromosomen) en meiose II (die verdeelt de
zusterchromatiden). Uitendelijk krijg je 4 verschillende genetische dochtercellen. Binnen de verschillende fasen
(minder gedetailleerd):
1. Interfase: Hier start je met homologe paren
van chromosomen. Het zijn de chromosomen
die dezelfde eigenschappen hebben in een
diploïde oudercel. (Als je het hebt over 23
paar chromosomen dan heb je 23 paar
homologe chromosomen). Deze doen aan
chromosomenreplicatie, waardoor je een
verdubbeling van de 2 zusterchromatiden
krijgt.
2.
Meiose
I:
Vanuit
deze
homologe
chromosomen krijg je een verdeling. Ze gaan
haploïde cellen maken.
3. Meiose II: hier krijg je de verdeling naar
zusterchromatiden. Die gaan zich opnieuw
opsplitsen en zo vorm je 4 haploïde cellen.
Hieronder hebben we een gedetailleerder schema.
Spermatogene
= De meiotische delingen die gebeuren bij de man in
Oogenese
= Wat er gebeurt bij de vrouw in de overia
de testis
Een eerste spermatogonia aan de buitenwand en die
In het ovarium zien we verschillende kiemcellen (=
gaan door een mitotische deling (celgroei) een
follikels). Het ovarium is een 2n weefsel. Van daaruit
primaire spermatoocyt doen ontstaan. Dan krijg je
krijg je een eerste mitotische deling. Bij die mitotische
een eerste meiotische deling. Die 2 ontstane haploïde
deling krijg je een 2n stadium. Vanuit dat 2n stadium
cellen, secundaire spermatocyten blijven allebei
krijg je een eerste meiotische deling. Daar ontstaat
bestaan. Daaruit volgt een 2de meiotische deling,
een n, secundaire oocyt en een eerste poollichaam,
waardoor je een opsplitsing krijgt in opniew 4
dit is een vergaderbakje voor de rest van het
haploïde cellen en gaan zich ontwikkelen tot
genetisch materiaal. Vanuit de secundair oocyt krijg
zaadcellen.
je opnieuw een meiotische deling. Uiteindelijk krijg je
Dus
spermatogonia
met
geeft
andere
de
woorden
ontwikkeling
elke
aan
4
gelijkaardige zaadcellen.
daar dan de vorming van een eicel (is haploïd) en krijg
je ook de vorming van een tweede poollichaam. De
poollichaampjes zijn op niveau evenwaardig als de
oocyt, maar worden aan de kant geschoven. Dit zijn
eigenlijk rest dragertjes of waste backs/vuilbakjes en
daarin wordt er een gelijkwaardige oocyt opgeslaan
en die wordt vernietigd en gaat niet meer verder in
meiotische deling. Bij de vrouw geeft elke oogonia het
onstaan van 1 eicel.
“An oogonium (plural oogonia) is a small diploid cell
“Spermatogonia undergo spermatogenesis to form
which, upon maturation, forms a primordial follicle.”
mature spermatozoa in the seminiferous tubules of
the testis.”
Bij de spermatogenese krijg je vanuit een 2n cel via
Bij oogenese in de mens zijn er dus 46 chromosomen
mitotische
46
(als 46 strengen DNA 2n). In interfase wordt DNA
chromosomen die uiteindelijk 92 strengen DNA zijn.
verdubbeld en krijg je de vorming tot echte
Die 46 chromosomen gaan zich splitsen via meiose I
chromosomen. De cel is 2n en de 46 chromosomen
in 2 secundaire spermatocyten elk met 23
zijn eigenlijk 92 strengen DNA. Bij de meiose I
chromosomen. Door meiose II gaan die 23
(meiotische deling) krijg je vanuit deze secundaire
chromosomen zich splitsen in 23 strengen DNA. Je
oocyt 23 chromosomen in 1 cel en 23 in de andere
krijgt haploïde cellen en ook 4 volwaardige zaadcellen
cel. Je krijgt 2 gelijkwaardige cellen maar de rechtse
groei
en
DNA-verdubbeling,
cel zal afsterven (met de rode chromosomen) en die
chromosomen op zich gaan zich splitsen in
chromatiden en gaan zich vormen in 2 haploïde
poollichaampjes. De meiose II zorgt opnieuw voor
een splitsing van het chromosoom in 2 chromatiden.
Je eindigt met 1 volwaardige eicel ook met 1
volwaardige poollichaampje en uiteindelijk krijg je in
dit geval 23 chromosomen (23 strengen DNA waar de
cel haploïd is) en dan 3 haploïde poollichaampjes.
We willen nu zien waar de genetische
variatie van komt.
Bij meiose I:
-
Interfase:
Volwaardige
chromosomen, er zijn er 8 getekend.
-
Profase 1: Die 8 chromosomen gaan
zich oriënteren naar het equatoriale
vlak/evenaarsvlak
van
de
cel.
Sommige chromosomen gaan met
hun armpjes en beentjes over elkaar
liggen en gaan op die manier stukjes
DNA uitwisselen. De stukjes DNA zijn verantwoordelijk voor bepaalde genen, bepaalde expressies en
bepaalde kenmerken. Op die manier krijg je dus een mix en telkens is de mix bij elke profase I een
verschillend mix. Op die manier krijg je een mix van het genetisch materiaal en als je dan de meiotische
deling I doorloopt zal je op het einde 2 verschillende cellen bekomen. Het genetisch materiaal is
verdeeld en herplaatst op de chromosomen.
Bij meiose II: In de deze stap eindig je met 2 haploïde cellen. Die mix van het genetisch materiaal is doorgevoerd.
Als je dat concreet plaatst (bij de celdeling) bij de meiotische deling als oocyt en bij de meiotische deling als
spermacel dan krijg je een mix van genetisch materialen. De nakomelingen lijken dus op de ouders, maar zijn
niet aan elkaar gelijkend.
Verschil mitose en meiose: Bij de mitose heb je een
eenvoudige deling van de chromosomen tot de chromatiden,
je krijgt daar geen mix van het genetisch materiaal. Bij de
meiose I, bij profase I zie je een overlapping van bepaalde delen
van de chromosomen wat zich dan volstrekt in anafase I en
telofase I als gekleurde stukjes op de chromosomen. Er is dus
uitwisseling van genetisch materiaal en dan eindig je in meiose
II met elke keer opnieuw een nieuwe mix in 4 verschillende
haploïde cellen.
Genetische variatie is te wijten aan andere mechanismen. Er zijn 3 mechanismen voor eerst in de cel.
1. Bij de homologe chromosomen heb je de onafhankelijke verdeling (independent assortment). Die
chromosomen oriënteren zich naar eigen believen naar de metafaseplaat en uiteindelijk naar de polen
van de cel.
-
Oriëntatie van tetraden in metaseplaat (50% kans per homoloog paar = 2 n)
2. Het tweede mechanisme is de crossing-over en is de recombinatie tussen niet-zusterchromatiden in
1 of meer chiasmata.
3. Uiteindelijk heb je de ad random bevruchting. Eén van die 4 zaadcellen van de man met zijn genetisch
materiaal zal de eicel van de vrouw bevruchten. Je hebt een nieuwe zygote combinatie.Wiskundig is dit
de combinatie van 2n van de onafhankelijke verdeling maal 2n en daarbij nog de crossing over, die kan
je niet echt bepalen want die kan gebeuren op verschillende plaatsen zijn of helemaal niet.
Het verschillend resultaat in gameten ten gevolge
van alternatieve oriëntatie op de metafaseplaat van
meiose I. Hier zij je de mogelijkheden van de splitsing
van de chromosomen en de richting van de polen.
Ofwel gaan ze als combinatie 1 en 2 zich richten naar
de polen en worden ze via de trekdraden
georiënteerd (positie 1), ofwel zoals positie 2 heb je
bij de 4 chromosomen een onderlinge mix en krijg je
combinatie 3 en 4, waar je dus een heroriëntatie
krijgt en waar je dus een differentiatie en variatie in
de gameten krijgt.
We hadden het tot nu toe over gecontroleerde celgroei zoals mitotische en
meiotische celdeling (de cellen doorlopen een cyclus en hebben een deling en dus
ook een rustperiode). Er bestaat ook ongecontroleerde celgroei dat zich uit in
kanker. Als we opnieuw het diagram bekijken waarbij we de mitotische deling
uitzetten in een volledig celcyclus controlesysteem, dan zie je dat je voor en na de
mitose een muurtje staan hebt. Dit muurtje zijn 2 controlepunten aan het einde van
de G2 (groeifase/voorbereidingsfase voor de deling) en net voorbij de mitotische deling. Dan heb in het verloop
van G1 is er nog een controlepunt. Die controlepunten zijn ingebouwde controlemechanismen in de cel, van
zodra er een fout optreedt wordt de cel vernietigd (= Apoptotisch proces; zelfdoding van cel op die cruciale
momenten van voorbereiding en volwassen gegroeide cel). In sommige cellen is dit controlesysteem niet goed
aan het werk en zou het kunnen dat bepaalde checkpoints voorbij worden gelopen. Die processen worden niet
goed voltrokken en die cel toch verder gaat naar het volgende punt. Er ontstaat op het moment dan een
misvorming van de cel of overwoekelingen van bepaalde cellen.
De groeifactor van een cel is van belang. Er zijn in sommige
cellen bepaalde groeimechanismen aanwezig die ervoor
zorgen dat jonge cellen volwassen cellen worden en zich kan
voorbereiden op de celdeling. In dit experiment kunnen we
het effect van een groeifactor bekijken. Een klein stukje
weefsel wordt in stukjes gesneden in een petrischaal door
middel van scalpels. Er wordt een oplossing gemaakt, een
suspensie. Men gaat bepaalde cellen (in dit geval fibroblasten) in een oplossing brengen, men gaat daar enzymen
toevoegen om de cellen los te maken. Men gaat die oplossing uitgieten in groeiflessen (= flessen in laboratoria
om cellen te laten groeien). Men voegt daaraan een medium toe en in de linkse groeifles heeft men een
groeifactor toegevoegd en in de rechtse heeft men dat niet gedaan. Men ziet bij een incubatie van 37°C dat die
groeifactor noodzakelijk is en zorgt voor een effectieve en efficiënte celdeling. ➔ Besluit: Groeifactoren zijn
aanwezig in cellen en als ze hun werk goed doen krijg je van 1 cel 2 evenwaardige dochtercellen.
In dit proefje kan je zien wat het normale groeiproces is. De cellen worden op
de bodem van een groeibakje gelegd. Met de aangepaste condities zullen deze
cellen, volwassen cellen worden en zullen ze zich delen. In normale
omstandigheden zullen de cellen delen totdat de hele grondoppervlakte bezet
is. Je krijgt in normale omstandigheden een single layer groei. Wanneer het
grondvlak volledig bezet is, stopt de groei. Schrapt men daar een paar cellen
uit, dan zullen de cellen rond die gaping zich opnieuw gaan oriënteren en
opnieuw gaan delen om die opening dicht te maken. Dit is een normale
procedure.
Bij kankercellen daarentegen gaan die cellen blijven delen, dus er is
geen controle van de celgroei en de cellen gaan woekeren en gaan op
die manier een verzameling van cellen vormen en men noemt die
verzameling cellen een tumor. Wanneer je dus een opeenstapeling van
cellen treft spreekt men van een tumor of kankergezwel. Wanneer zo’n
groei plaats heeft in het menselijk lichaam, meer bepaald in een borst,
dan krijg je op die manier een invasieve tumor. Die cellen gaan zich vermeerderen en gaan andere delen van die
borst connecteren. Dus die gaan groeien en gaan invaseren in aanliggende weefsels. In dit geval is dat in de
melkklier en als die woekering toeneemt kan dat uiteindelijk doorgaan tot in het lymfweefsel (onder de oksels).
Die woekerende cellen kunnen verder doorgroeien tot in de bloedvaten. Als die woekerende cellen
getransporteerd worden via het bloed kunnen ze aankomen in andere weefsels/organen. Op die manier krijg je
dus een uitzaaiing of metastase. In het nieuwe weefsel kunnen die cellen zich opnieuw gaan vestigen en kunnen
daar opnieuw een tumor vormen. Een tumor/kanker zal altijd de naam dragen van de plaats waar deze het eerst
is ontstaan. Wanneer cellen bijvoorbeeld ontstaan zijn in de borst en daar zijn beginnen woekeren via de
bloedbaan of via het lymfevocht en verspreid worden door andere weefsels bv. de darm, dan spreekt men nog
altijd van een borstkanker.
Die cellen gaan zich groeperen en zich altijd ontwikkelen in een bol. Een bol is biologisch heel
interessant omdat de groei volstrekt op een manier dat de oppervlakte zo klein mogelijk is en waarbij
het volume zo groot mogelijk is. Een bol is een biologisch fenomeen waarbij je dus voor de kleinste
oppervlakte de grootste volumes kan innemen.
Een mammografie van de borst laat duidelijk zien dat er een cel woekering is en ook
dat die woekering zich aan het uitbreiden is naar dieper gelegen delen.
Hoofdstuk 4: Bacteriën en virussen
We gaan het hebben over microbiële modellen en we gaan nader kijken naar
de genetica van virussen bacteriën. Virussen zijn nog kleiner dan bacteriën.
Virussen zitten in de grootte van 20nm. Virussen kunnen evengoed een cel
infecteren, maar doen dat op een andere mani er dan bacteriën. De groei van
de bacterie ziet er anders uit als de groei van het virus. De bacteriële groei is
een curve die hyperbolisch naar boven gaat. Een virus heeft een gastheer
nodig, namelijk een gastcel waarbij het virus zich zal reproduceren binnen de
geïnfecteerde gastcel, waardoor je een stijging ziet in de curve. Maar deze
hebben ook een nieuwe gast nodig om terug te kunnen infecteren en weer een reproductie/vermenigvuldiging
(multiplicatie) te kunnen hebben en dan krijg je op die manier weer een stijging van de curve.
A.
Inleiding tot de virussen.
Bacteriën en virussen zijn unieke onderzoeksprojecten voor DNA-replicatie, transcriptie en translatie aangezien
we weten dat het DNA bij virussen en bacteriën volledig worden omsluit in een kapsel, een zogenaamde
enveloppe. Dat zijn interessante microbiële modellen. Bacteriën zijn prokaryote cellen en hebben dus geen echte
kern. Het dna zit los in het cytoplasma. Virussen hebben geen celstructuur, geen celorganellen en/of geen
celmetabolisme. Het zijn eigenlijk aggregaten, een aaneenschakeling van nucleïnezuren en eiwitten. Het zijn
genen opgeslagen in een zogenaamd eiwitomhulsel, de mantel.
B.
De genetica van virussen.
1. Plantenziekten door virussen
De eerste virussen die zijn ontdekt, zijn de plantenvirussen, en zijn virussen die planten kunnen infecteren. Zo
heeft Adolf Mayer in 1883 een bepaalde bladziekte ontdekt op zijn planten, namelijk de Tobacco Mosaic
bladziekte. Dat kwam erop neer dat er bepaalde vervoerskanalen op de bladeren geïnfecteerd waren. Hij heeft
die bladeren gemixt en dat sap van die bladeren heeft hij gebruikt om andere bladeren te besproeien en zien of
dat plantenextract infectueus was. Zo zag hij dat de nieuw besproeide bladeren ook geïnfecteerd waren.
Nadien heeft Dimitri Ivanovsky de controle toegepast om te kijken of deze infectiehaard kon veroorzaakt zijn
door een bacterie. Hij zag dus dat wanneer het sap werd gefiltreerd over een bacteriefilter, de infectiegraad en
de infectueuze haard nog altijd bleef verder bestaan. Hij zag dus dat het uiteindelijk een stof moest zijn, die nog
altijd de infectie doorgaf en hij dacht aan een toxine. Hij dacht aan een bacterie die dus een toxine zou
produceren en dat zou dus ook nieuwe planten kunnen besmetten.
Het was dan Martinus Beijerinck die gevonden heeft dat dat geen toxine was maar dat het eigenlijk ging over in
de reproductie van een pathogeen. Deze reproductie kon enkel maar gebeuren als er een gastheer is en dat die
reproductie niet op een medium kon gebeuren dus er moest eigenlijk een nieuw klein individu verantwoordelijk
zijn voor deze infectie. Bovendien was inactivatie niet mogelijk door alcohol dus je kan bacteriën inactiveren
door alcohol maar dit organisme kon je niet inactiveren door alcohol, dus het moest wel iets heel nieuws zijn en
iets heel specifiek zijn. Wat nu nog een eigenschap is aan dit specifiek organisme is dat het kan uitgekristalliseerd
worden. Men vond kristallisatie van het Tobacco Mosaic virus en zo is de naam virus gegeven aan die hele kleine
partikels.
2. Virus= genoom + eiwitomhulsel
Een virus is dus een genoom, een stuk DNA of RNA dat ingepakt is in een eiwit omhulsel.
Dat genoom kan van 4 tot honderden genen bevatten. Het kan DNA of RNA dragen. Het
kan enkelstrengig of dubbelstrengig zijn. Dit DNA of RNA is ingekapseld in een capside en rond dit capside zitten
capsomeren. Capsomeren zijn in grote aantallen identieke eiwit subeenheden. Dat zijn op de foto die
donkerblauwe en gele bolletjes, die een vlakke figuur vormen. Dan zijn er nog virale omhulsels en deze zijn de
uitstekeltjes, de glycoproteïnen/virale proteïnen, en kunnen stukjes membranen van de gastheercel bevatten.
Er zijn ook verschillende groepen van virussen. We zien dat die
verschillend kunnen gebouwd zijn; simpel of complex kunnen
gebouwd zijn. Bij de eerste soort het Tabacco Mosaic virus zie je
dat er een spiraalvormige gebouw is van RNA en daarop zitten
capsomeren, dus daarop zit een eiwitmantel die bestaat uit
allemaal kleine eenheden. Kijken we dan naar het virussen
ernaast, dan zie je dat het DNA ingepakt is door een vlakken reeks
volgens een bepaalde geometrische figuur en dat DNA is
ingekapseld in capsomeren, daar zie je ook uitstekeltjes, spikes, wat de glycoproteïnen zijn. Daarnaast is er een
ander soort virus dat nog een extra enveloppe heeft en dus nog een een extra laag rond het DNA of in dit geval
RNA en daarrond pas zitten de glycoproteïne. Het is het DNA dat in gevat zit in capside en daarrond ook die
enveloppen zitten ook glycoproteïnen of spikes. Een voorbeeld van het laatste is de influenzavirus en het
coronavirus. Het laatste is een fage en dat is een soort virus die een bacterie infecteert. Hier zit het DNA
opgesloten in het hoofd van het virus. Je hebt een klein halsstuk en een langwerpig lichaam met daarrond die
hoekige vezels, de poten. Die poten zorgen ervoor dat de bacteriofaag zich kan vastzetten op een bacterie en op
die manier via zijn lichaam het DNA van zijn kop door zijn lichaam in de bacteriële cel brengen.
3. Virussen kunnen enkel binnen een gastheercel reproduceren (specifiek aan virussen).
Dus een virus kan je tijdelijk in cultuur zetten maar die kan niet reproduceren. Het zijn obligate, intracellulaire
parasieten dat wil zeggen dat ze alleen maar in de cel kunnen reproduceren. Ze zijn parasitisch is wat wil dat
zeggen zij gebruiken dus de gastheercel als hun voedingsbron en als hun individu. Ze gebruiken daar alles van, ze
gaan ook de activiteiten in de kern gebruiken om hun eigen genetisch materiaal te vermeerderen. Ze hebben
zelfs geen eigen enzymen, ze hebben ook geen ribosomen (die brengen de eiwitten aan zodanig dat het DNA
kan vermeerderen), dat gebeurt hier ook niet in een virus.
Een virus is eigenlijk een structuur die genen verpakt en die die die genen dan door cellen laat
aanmaken/vermeerderen. Ze hebben specifieke receptormoleculen en daardoor kunnen ze op bepaalde
plaatsen op de membraan van de gastheer gaan vastgrijpen. Er zijn virussen met een brede host range
bijvoorbeeld Rabies virus, een virus dat van knaagdieren naar de mens kan. Je hebt ook een beperkte host range,
bijvoorbeeld aids, dat is een virus die alleen maar van mens tot mens kan reproduceren. Dus die reproductie
gebeurt eigenlijk door de gastheercel en die zal ook via zelfassemblage dus opnieuw de deeltjes zelf
reassembleren/samenstellen tot virale partikels.
Hier zie je al een vereenvoudigde voorstelling van de
voortplantingswijze van virussen. Je ziet bovenaan een virus, het
paarse partikel en dan zie je een gast cel dat kan een eukaryote cel
zijn. Het virus gaat samen met zijn DNA en met zijn capside
binnenin de gastheercel komen. Binnenin die gastheercel valt het
virus uit mekaar in zijn virale DNA en in zijn mantel eiwitten of
capsiden. De gastheercel gaat het virale DNA vermeerderen, hier
links, wat gebeurt door replicatie. Rechts zie je die paarse bolletjes
liggen, dat zijn dus capside eiwitten en worden via het messenger
RNA overgeschreven opnieuw tot capside proteïne. De gastheer
maakt dezelfde capcideproteïne aan dus het virus met andere woorden commandeert de gastheercel om
kopietjes te maken van elk van zijn afzonderlijke delen, namelijk van zijn DNA en zijn capsideeiwitten. De
gastheercel heeft het allemaal gedaan en dan uiteindelijk beneden in de gastheercel worden die delen dus terug
gereassembleerd/samengesteld. Op die manier krijg je een nieuwgevormd virus. Er zijn voorbeelden waar je 3
tot 20 nieuwe virussen krijgt uit 1 eukaryote cel.
De bacteriofaag is hier een voorbeeld van. De bacteriofaag zal zich met
zijn grijppoten vastzetten op een bacteriële cel. Op die manier zal die
zijn DNA binnenbrengen en die bacteriële cel infecteren.
4. Fagen en de lytische en lysogene cyclus: Sommige fagen met dubbelstrengig DNA
Een lytische cyclus gaat altijd gepaard met de dood van de gastcel dus lyse betekent uit elkaar gevallen. Die
gastheercel valt nadat ze geïnfecteerd is volledig uit elkaar. Er zijn virulente fagen, dus ziekteverwekkende
familie en die hebben steeds in lytische cyclus. Er zijn ook specifieke verdedigingsmechanisme. De mutaties in
een bacterie kunnen ervoor zorgen dat zij op die manier een verdedigingsmechanisme hebben ontworpen tegen
virus. Een andere vorm is restrictienucleasen, die herkennen het vreemde DNA en die gaan dat vreemde DNA
stuk knippen en op die manier het DNA van het virus stuk maken. Een derde soort verdedigingsmechanisme is
ook een natuurlijke selectie vanwege de mutaties in de bacterie en dit bevoordeligt de mutanten.
De tweede cyclus is de lysogene cyclus en dit is een cyclus waarbij de gastcel niet doodgaat. Dit gebeurt bij
infectie van lambda fagin. Lambda fagin kunnen ook overgaan van een lysogene naar een lytische cyclus. Hoe
is het mechanisme van een lysogene cyclus? Het virale DNA wordt opgenomen in een specifiek site/plaats van
het bacteriële DNA. Er is een gen dat codeert voor een eiwit en dat zal de overige profage genen blokkeren en
dan het virale DNA wordt gekopieerd samen met het bacteriële DNA.
Links zie je de lytische cyclus en rechts de lysogene
cyclus. Wanneer een faag het DNA binnenbrengt in
de bacterie zoals je ziet op de middelste foto, zie je
een pijl naar links en rechts. Als de pijl naar links gaat
volgt het de lytische cyclus en wordt dus
geïnduceerd. Er wordt nieuw faag DNA en er worden
nieuwe proteïnen aangemaakt en worden terug
geassambleerd in nieuwe fagen. Die bacteriële cel zit
al vol met nieuwe fagen en barst open dus de cel
wordt geliseerd en al die fagen komen vrij. Die nieuwe fagen gaan opnieuw een bacteriële cel infecteren en op
die manier wordt dezelfde cyclus in gang gebracht. Maar nu kan het zijn dat het de lysogene cyclus zal volgen
(we volgen nu de pijl naar rechts). Het DNA van de fage zal zich nu integreren in het DNA van de bacteriële cel
en op die manier kom je dus een profage, vaak dus een voorloper van het fage. Het dna in die bacteriën wordt
vermeerderd. Er worden kopieën gemaakt van profagen. En de bacteriële cel wordt volwassen, ze deelt in twee
en je krijgt dus twee dochtercellen. Die twee dochters dragen dus elks DNA met allebei een profage en als er
dan een celdeling gebeurt dan zie je dat de bacteriële cel eigenlijk infecteert is en dat die infectie altijd
meegenomen wordt omdat ze dus in het DNA is geïntegreerd. Dus je krijgt uiteindelijk een dochtercel die de
profage bezit en op die manier gaat de bacteriële cel niet kapot maar wordt het fage DNA wel altijd doorgegeven.
5. Dierlijke virussen: veel verschillende manieren van infectie en replicatie.
•
Klasse I: Dubbelstrengig DNA
•
Klasse II Enkelstrengig DNA
•
Klasse III: Dubbelstrengig RNA
•
Klasse IV: Enkelstrengig RNA = messenger RNA (boodschapper RNA)
•
Klasse V: Enkelstrengig RNA met mRNA als template
•
Klasse VI: Enkelstrengig RNA met DNA als template
* Dubbelstengig DNA: Kan dienen als een membranair omhulsel
* Enkelstrengig RNA: Deze gedraagt zich als mRNA en kan dienen als een template voor mRNA en complementair
RNA.
* Bij Retrovirussen heb je reverse transcriptase waar het RNA wordt omgezet in DNA, DNA vervolgens wordt
omgezet in mRNA + genoom.
Je ziet de tekening de reproductieve cyclus van een virus
specifiek met een omhulsel of enveloppe. Je ziet dus een virus
met een specifiek envelope/omhulsel met glycoproteïnen. Dit
is waarmee het COVID-19 virus mee bestempeld wordt.
Centraal heb je de DNA, daarrond de capside-eiwitten en
daarrond
een
enveloppe
met
glycoproteïnen
(spikes/uistekels). Het is de capside met het virale genoom
dat binnen de gastcel komt en het RNA en de capside-eiwitten
gaan loskomen. Het RNA zal op zijn beurt mRNA aanmaken en
dat mRNA bezit de informatie om de capside proteine ook aan te maken. mRNA zal de glycoproteïnen en ook de
uitstekels aanmaken die op het virus aanwezig zijn. Je ziet rechts het gekopieerde RNA zorgt opnieuw voor de
re-assemblage van alles. Je krijgt RNA in het midden, met de capsideproteïnen errond. Je ziet specifiek dat de
envelope een deel is van de celwand van de gastcel. Daarrond komen die glycoproteïnen. Op die manier ontstaat
er nieuwe virus.
Coronavirussen: Corona (= krans) virussen zijn virussen die een
positieve enkelstrengig RNA dragen. Het is een krans rond
virusdeeltjes. Ze zijn Kransvormig en ze werden al bestempeld in 1966
als menselijke ademhalingsvirussen. Men wist wel al dat ze
ziekteverwekkers waren bij de mens, maar zijn moeilijk te kweken in
een laboratorium dus men kon nog niet veel experimenten doen. Ze
zijn de veroorzakers van verkoudheid bij volwassen in de winter en
vroege lente. Deze perioden is gevaarlijk, waarin het coronavirus
explosief kan vermeerderen. Er zijn een aantal stammen die men al
heeft kunnen onderverdelen en opzoeken. De 7 gekende varianten die
de mens kunnen infecteren staan hieronder vermeld. Van het SARSCoV is er al daarrond een pandemie uitgebroken. In 2020 was er de
coronapandemie waarbij de ziekte COVID-19 werd benoemd. De
grootste oorzaken zijn de dodelijke longontstekingen. Waar heeft men
het coronavirus het eerst gezien? Op een vismarkt in Wuhan. Hier werden levende zoogdieren ook verhandeld,
zoals vleermuizen. De infectie veroorzaakt griepachtige symptomen en kan leiden tot een longontsteking met
soms een dodelijke afloop. De Wereld GezondheidsOrganisatie beschouwt de uitbraak vanwege de snelle
verspreiding als een wereldwijde medische noodsituatie en deze epidemie werd ook bestempeld als de
coronapandemie. In Wuhan is men niet gelukkig met Wuhan-Coronavirus, daarom is er al een toespraak geweest
om corona volgens zijn wetenschappelijke naam te noemen, dus 2019 nCoV of SARS-CoV-2 of COV-19
(coronavirus disease 2019).
Vaccinatie: Die coronavirussen waren al bekend en de wetenschappers
wisten al hoe die eruitzag. De spijkereiwitten op de afbeelding zijn nodig
om vast te grijpen aan de gastcel en daar de infectie teweeg te brengen.
Deze eiwitten zijn natuurlijk uitstekende kandidaten want als je deze kan
afbreken, dan kan het virus de cel niet meer infecteren. De
wetenschappers zijn op basis van de data van de eerste corona-patiënten
die al antilichamen hadden gemaakt tegen de spijkereiwitten, al snel op
het juiste spoor gekomen om een vaccin te ontwikkelen. Een ander virus
dat vooral in de kinderperiode actief is, zijn de mazelen. Polio is ook een
ziekte veroorzaakt door dit virus, dit virus tast specifiek de zenuwcellen
aan, waardoor je dus afwijkingen krijgt op zenuw- en spierniveau. Er is ook
een soort van vaccinatieschema die gebruikt kan worden om te weten op
welke leeftijd en hoeveel keer je u moet laten vaccineren tegen bepaalde
virussen. Op 8, 12 en 16 weken krijgt een baby een vaccinatie die in
samenstelling is voor volgende ziektes: polio, difterie, tetanus, kinkhoest,
hersenvliesontsteking en geelzucht. Er zijn twee herhalingen en dan is er een vaccin tussen de 13 de en 15de
maand. Voor de eerste vier is er nog een herhaling van 5 tot 7 jaar. Je kan wanneer je een wonde gehad hebt in
contact met aarde of metaal kan je nog een extra tetanusspuit opnemen als herhaling. Vanaf 1 jaar kan je je ind
laten vaccineren tegen mazalen, bof en rode hond. Dit is een vaccin dat opnieuw wordt toegediend sinds de
laatste 30 jaar. Er is een herhaling nodig tussen de 10 en 13 jaar. De vaccin tegen meningokokken en
hersenvliesontsteking is een vaccin toegediend tussen de 13de en 15de maand. Voor meisjes heb je ook het vaccin
tegen het humaan papillomavirus (dat baarmoederhalskanker veroorzaakt).
Zoals het coronavirus tekeergaat, was er ook het griepvirus ten tijde van oorlogen. Een van de zwaarste virussen
was de Spaanse griepepidemie die zeer veel dodelijke slachtoffers heeft ge-eist.
HIV is een retrovirus, specifiek met het enzyme, reverse transcriptase
(maakt DNA uit RNA). Het komt de cel binnen en zijn virusmateriaal
wordt afzonderlijk in de cel opgesplitst. Het virale DNA bezit dus het
reverse transcriptase. Er ontstaat een RNA DNA hybride. Het DNA gaat
naar de kern en zal daar het chromosale DNA met de provirus
vermeerderen ter vorming van het RNA. RNA zal al de informatie
bezitten om die virale proteïne te maken. Er gebeurt terug een
reassamblage van het materiaal en de wand van de gastcel wordt
opnieuw gebruikt ter vorming van een enveloppe. Daarop komen dus
de glycoproteïnen en op die manier ontstaat er dus een reproductief
HIV-virus. Een HIV-infectie is mogelijk door dit virus. Het HIV-virus
wordt in de cel omsloten en kan op die manier het genetisch
materiaal van de cel incorporeren zodanig dat je heel veel varianten
vindt van het HIV-virus.
6. Plantenvirussen
•
Meestal RNA-virussen
•
Staafjesvormige eiwitkapsels
•
Horizontale transmissie (als transmissie door insecten)
•
Verticale transmissie (als transmissie overerfbaar is)
•
Interne verspreiding doorheen plasmodesmata: Interactiekanalen van de ene cel naar de andere. Het
virus kan zich van cel tot cel verplaatsen.
•
Resistentie door kruisingen van variëteiten
•
Virale infectie van planten (bv. courgettes, infectie via de kanalen; bladgroenten zijn ook heel gevoelig
voor virale infecties; de verspreiding van het tabac mosaic virus gebeurt via de vervoerskanalen in het
blad)
7. Viroïden en prionen
Viroïden zijn infectieuze en zijn kleine moleculen van naakt circulair RNA. RNA wordt gekopieerd in plantencellen
en op die manier wordt het metabolisme en dus de regulatorische systemen van groei in die planten verstoord.
Prionen zijn infectieuze eiwitten en zijn eigenlijk misvormingen van normaal werkende eiwitten. Deze localiseren
zich meestal in de hersenen. Dit heeft zich voorgedaan 20 jaar geleden bv. Creutzfeldt-Jacob disease. Die ziekte
is overgegaan van runderen op mensen. Bij schapen heet dat scrapi.
Hoe gaan de prionen aan het werk? De prionen infecteren een normaal
eiwit en zal aggregaten van lange prionen ontstaan en die zetten zich
vast in de hersenen en daardoor ontstaan er hersenafwijkingen of
malformaties in de hersenen.
8. Evolutie van virussen uit mobiele genetische elementen
Hoe zijn virussen nu evolutief ontstaan? Virussen zijn biologisch inert dus kunnen zelf niet verder leven en kunnen
ook niet groeien. Het zijn partikels die een parasiet nodig hebben en op die manier kunnen ze wel een bepaalde
evolutie doorstaan. Men vermoedt dat virussen zijn ontstaan uit plasmiden en uit transposons (=jumping genes,
stukjes genoom die van de ene cel naar de andere zijn overgegaan).
Virussen hebben meestal meer DNA gemeenschappelijk met de gastheer dan met virussen die een andere
gastheer infecteren, omdat ze door de gastheer gevormd zijn.
C.
De genetica van bacteriën.
1. Korte generaties en aanpassing.
Bacteriën kunnen zich snel aanpassen en transformeren door natuurlijke selectie na mutatie. Er is bv. een
ziekenhuisbacterie die heeft een natuurlijke selectie ontwikkelt en heeft een mutatie ontwikkeld tegen
antibiotica. Er is ook een fysiologische adaptatie van individuele cellen.
Bacteriën hebben:
•
Een dubbelstrengig, circulair DNA (bv. escherchia coli, waarvan het volledige genoom gekend is: 4,6
miljoen basenparen en 4300 genen)
•
Nucleoïde regio van dens DNA
•
Soms met plasmiden (enkele tot tientallen genen)
Je ziet een bacteriecel en daar gebeurt de vrijmaking van de DNA-chromosomen en
meerdere plasmiden.
Bv. Escherichia coli-bacterie en delingen (binair): Dit zijn bacteriën die leven in de darm van de cel. Je krijgt elke
20 minuten binaire delingen (2 naar 4, 4 naar 8, …, 107 – 108 bacteriën in 12 uur) en dan gaan de bacteriën zich
vermeerderen. In de darm krijg je elkaar dag dus ook een vervanging van 2 * 1010. Er is ook een spontane
mutatiesnelheid (1 * 10-7 𝜇/gen/deling) en dit levert 2000 bacteriecellen met 1 mutatie in 1 gen (in de darm van
de mens). Binnen de darmen heb je volgens de aangepaste situatie/mutaties die zich op die manier verder
ontwikkelen. De best aangepast bacteriecellen cloneren verder.
Hier zie je een volwassen bacterie die klaar is voor een binaire deling. De kerndeling is al reeds gebeurd. Het
cytoplasmavolume is toegenomen en je ziet rechts dat er een insnoering is. Je krijgt dan 2 dochtercellen door
insnoering van de celwand. De 2 dochtercellen zijn een kopie, het is telkens een cloon.
Hoe gebeurt nu de replicatie van het bacteriële chromosoom? Je ziet daar
de circulaire dubbele DNA streng. Op een bepaalde plaats, de origin of
replications, gaan die twee cirkels uit elkaar en je krijgt als het ware een
replicatiebubbel met een replicatievork. Op die plaats krijg je een
verdubbeling van het DNA en dat gebeurt in 2 richtingen, langs linksonder
en rechtsonder. Je krijgt een achtvorm, middenin volstrekt er zich dan een
scheiding/insnoering zo krijg je twee dochtercellen.
2. Genetische recombinatie leidt tot nieuwe bacteriële varianten
Genetische recombinatie leidt tot nieuwe bacteriële varianten. De genetische recombinatie zijn een bijkomende
manier om diversiteit te verhogen (naast mutaties).
Er zijn 3 processen gekend van genetische recombinanten:
•
Transformatie (wijziging door opname van vreemd DNA)
•
Transductie (overdracht van bacterieel DNA door fagen)
•
o
Algemene transductie: stukje bacterieel DNA in capside
o
Gespecialiseerde transductie: enkel DNA naast profage site aanwezig zijn
Conjugatie (tijdelijke samenvoeging van inhoud van 2 bacteriecellen (DNA) pilus)
Hoofdstuk 5: Moleculaire basis van erfelijkheid: DNA-replicatie en DNA-herstel
A.
Inleiding tot de DNA.
Het waren James Watson en Francis Crick die in 1953 het DNA dubbel-helix model voor DNA publiceerden. Dat
is niet zo lang geleden. Ze hebben toen ontdekt en voorgesteld dat DNA is opgebouwd als een helix model en
dat de tweede streng precies parallel loopt en na 10 basen draait over de eerste streng.
Nucleïnezuren zijn uniek omdat ze hun eigen replicatie dirigeren. Bij de replicatievork zal een complementaire
streng gemaakt worden aan de hand van enzymen en geschikte basen.
De DNA is werkelijk de drager van alle erfelijke informatie en gelijkenis van nakomelingen op hun ouders die
afhankelijk is van de nauwkeurigheid van DNA-replicatie/DNA-vermeerdering. Die erfelijke kenmerken worden
doorgegeven via DNA-overdracht.
B.
DNA als genetisch materiaal
1. Onderzoek naar bewijs van DNA.
We gaan in een paar experimenten kunnen zien dat er bewijsmateriaal is opgedoken en dat onderzoek richting
DNA wel degelijk aantoonbaar was. Nadat Morgan aantoonde dat genen gelokaliseerd zijn op chromosomen en
dat die genen uiteindelijk instaan voor bepaalde kenmerken, werden de eiwitten en DNA als mogelijke dragers
beschouwd. Het was Fedrick Griffith (1928) die in een bacterieel experiment, namelijk een expirement met
streptococcus pneumoniae (dat is de ziektekiem die een longontsteking veroorzaakt), heeft aangetoond dat er
een fenomeen is namelijk een transformatie/een overdracht van informatie door een vreemde substantie.
Nadien heeft hij gezien dat die vreemde substantie eigenlijk DNA was en dat DNA dus de drager was van erfelijke
informatie. In 1944 (Oswald Avery et al.) werd die vreemde substantie beschreven als DNA, maar in de
wetenschappelijke wereld werd dit niet zomaar direct aanvaard. Dit is pas jaren later dat men ingezien heeft dat
deze ontdekkingen wel degelijk geleid hebben naar DNA dat we nu kennen.
Het experiment van Griffith bestond eruit om te werken met streptococcus pneumoniae om het fenomeen
transformatie te weerleggen. De R-stam is de stam die onschadelijk is. R staat voor road of stuw. De S-stam is de
stam die pathogeen is. S staat voor smooth, betekent glad. In een muis werd de bacteriële stam door de living S
cells ingespoten en stierf hierdoor als resultaat. De S stam is wel degelijk de pathogene stam. Werd in een muis
de R- stam, de onschadelijke stam, the rough, de ruwe
bacteriële stam geïnfecteerd, dan bleef de muis gezond. In
het experiment zal Griffith de S-stam doden door
verhitting en inbrengen in een muis. Wat gebeurt er? De
hitte heeft de S-stam, de pathogeniciteit vernietigd en de
muis blijft leven. Hij mengt hij dan de door hitte gedode Sstam samen met R-stam en ziet dat de muis hieraan sterft,
maar hij heeft gezien dat uiteindelijk die informatie
behouden blijft en dat er uiteindelijk levende S-cellen
werden gevonden in het bloed van de muis. Wat wil dit nu eindelijk zeggen? Door transformatie is de verandering
in fenotype en genotype door het opnemen van vreemde substantie, dus DNA door een bacteriecel, is die
informatie eigenlijk gebleven ook al was die kiem gedood door hitte. De conclusie is dat het DNA de informatie
is blijven bewaren.
DNA is dus de stof die ervoor zorgt dat het genetisch materiaal, de genetische informatie blijven bestaan en dat
die wordt behouden en wordt overdragen naar verschillende organismen. Verder bewijsmateriaal voor DNA als
genetisch materiaal werd gevonden in studies met bacteriën die door virussen werden geïnfecteerd. Een bacterie
die een virus infecteert is een bacteriofaag. Hershey en Chase toonden aan dat het DNA, het erfelijk materiaal
was van de faag T2 die Eschherichia coli infecteert. Eschherichia coli is een bacterie in onze darmen. Daarvoor
werd er gebruik gemaakt van de methode om zwavel en fosfor radioactief te labelen. Zwavel 35 (35S) kan je
radioactief labelen, die wordt uiteindelijk enkel in de eiwitten gevonden. Fosfor 32 (32P) kan je radioactief
labelen, die wordt enkel in DNA aangetroffen.
Wat heeft men geconstateerd? Men heeft gemerkt dat in het DNA van de
fagen, het commando ligt zodanig dat de geïnfecteerde cellen, nieuw DNA
en proteïnen maken, om nieuwe virussen (dat zijn dan de fagen), te maken.
Dus men heeft hier ook gezien dat DNA de drager van alle erfelijke
informatie.
In dit experiment zie je dat in een batch/vloeistof waar fagen
groeien, radioactief zwavel is toegevoegd. Men zien dat de
radioactieve zwavel alleen maar te vinden is in de proteïnen.
Dat wil zeggen dat de fagen die de cel geïnfecteerd hebben, die
houden de proteïnen, die radioactief gelabeld zijn aan de
buitenkant van de cel. Als je die centrifugeert vind je die in de
liquid fase en in het pellet vind je het DNA van de faag. In een
tweede batch worden de fagen opgegroeid met radioactief
fosfor. Wat zie je daar? De radioactieve fosfor is te vinden in
het DNA van de bacteriofaag. Bij centrifuge, zie je dat het
radioactieve fosfor te vinden is in het DNA en dat de mantels vrij zijn van radioactiviteit. Bij centrifuge zie je dat
de radioactiviteit dat het DNA helemaal vanonder aan te vinden is in het pellet en dat je daar dus de
fagenomhulsels ziet die niet radioactief gelabeld zijn.
Als je DNA onderzoekt en dat je bewijsmateriaal zoekt voor DNA, dan kan je zien dat het gevonden wordt bij
eukaryoten. Bij eukaryoten hebben we gezien bij de celdeling, dat DNA-verdubbeling juist voor de mitotische
delingen gebeurt, in de S-fase (synthese fase). Men heeft ook gezien dat diploïde cellen twee keer meer DNA
bevatten dan hun gameten. Wij hebben gezien dat 2n zijn diploïde cellen en gameten zijn 1n.
Bij de voorstelling van DNA heeft men gezien dat DNA bestaat uit een stikstofachtige base (< Chargaff – 1947).
Dat kan A (adenine), G (guanine), C (cytosine) of T (thymine) zijn. Je hebt daarbij een desoxiribose, een suiker
met vijfring en een fosfaatgroep. Chargaff heeft ook gezien dat het percent thymine ongeveer overeenkomt met
het percent aan adenine. Het percent aan guanine komt ongeveer overeen met het percent aan cytosine.
Als je nu een structuur van een enkelvoudig DNA streng bekijkt, dan
ziet die er als volgt uit. De lichtblauwe band staat gekend als de sugarphosphate backbone (suikerfosfaatruggengraat). Die is opgebouwd uit
fosfaat gebonden aan een vijfring, de ribose, die op zijn beurt
gebonden aan een base. In dit geval bovenaan aan de base thymine.
De ruggengraat gaat verder, dus de ribose wordt op zijn beurt weer
gebonden aan een fosfaatgroep, die op zijn beurt weer gebonden is
aan een nieuwe vijfring en die is gebonden aan adenine. Uiteindelijk
dit is een model, dus je ziet thymine, adenine, cytosine en guanine.
Terug een fosfaatgroep, terug gebonden met een ribose, gebonden
met cytosine, terug een fosfaatgroep terug gebonden met een ribose, gebonden aan guanine. Dit zijn dus de 4
basen die kunnen voorkomen. Nu die bindingen aan die basen gebeurt met allerlei verschillende basen en je kan
aan verschillende combinaties komen. Die verschillende combinaties zijn afhankelijk van soort.
Die dubbele helix is ontdekt bij een onderzoek door crystalografie en daaruit
heeft men kunnen concluderen dat een purine gebonden aan een purine,
wijder uit mekaar staat dan een pirine gebonden aan een pirine en
uiteindelijk een purine gebonden aan een pyrimidine. Op die manier door
crystalografie door x-rays restracties is men gekomen aan ruimtelijk inzicht
in de dubbele helix structuur. Watson en Crick hebben als eerste de dubbele
helixstructuur gepubliceerd en zo’n model daarvoor ontwikkeld.
Men heeft dus gezien dat adenine die gebonden is aan thymine, verbonden is met twee
waterstofbruggen, zoals je bovenaan ziet in de structuur. Men heeft gezien dat een guanine die
gebonden is aan een cytosine, gebonden is met 3 waterstofbruggen.
Als je dan de hele structuur als 2D en 3D voorstelt, dan zie je dat er een torsing is, een
dubbele helix torsing. Men heeft ingezien dat om de 10 basenparen een bocht wordt
gemaakt. Je ziet een kleine verbinding na 5 basen. Je ziet een nieuwe torsing na 10
basen.
Op deze slide zie je een model voor DNA-replicatie. Je ziet ook dat die
verschillende vormpjes voorgesteld zijn met hoekige en ronde vormen. Het is
altijd zo dat een A (adenine) bindt aan een T (thymine). Het is altijd zo dat een C
(cytosine) bindt aan een G (guanine). Die voorstellingen zijn universeel. Dus die
hoekige en ronde vormen worden dus ook altijd op die manier gebruikt. Hoe
gebeurt nu de replicatie? De replicatie gebeurt wanneer een streng een
complementaire streng bindt. Wanneer een A aan een T komt en een C aan een G, dan krijg je mekaars
complementen. Binnen het model van replicatie zullen die 2 strengen, links en rechts als model dienen en daarop
gaan telkens basen aangevuld worden. Zodanig, zoals je in figuur D ziet, een nieuwe dochterstreng ziet ten
opzichte van de modelstreng.
C.
DNA-replicatie en DNA-herstel (repair).
1. Baseparen dienen als template.
Watson & Crick publiceerden hun basisconcept over DNA-replicatie, waarbij enkelstrengig DNA als een template
dient voor een nieuwe maar complementaire streng.
Die DNA-replicatie zit heel vernuftigd in mekaar. Er is ook een repair systeem, een DNA-herstel systeem, die dus
een controle uitvoert zodanig dat deze replicatie volledig gecontroleerd verloopt en dat er niet te veel fouten
ontstaan en als die fouten ontstaan, dat die zo vlug mogelijk worden weggewerkt.
(Deze slide moet je niet kennen. Het gaat over de situatie waarbij er
conservatieve, semi-conservatieve of dispersieve voorstellen worden gevormd,
waarbij je uiteindelijk ziet dat er in het middelste systeem, semi-conservatieve
voorstellen worden als waar genomen.)
2. Replicatie door meerdere enzymen.
DNA-replicatie en DNA-herstel is meerdere malen bestudeerd. De replicatie door meerdere enzymen gebeurt
snel met weinig fouten. Men heeft gezien dat in Eschherichia coli, in de darmbacterie, ongeveer 500 basenparen
per seconde worden gevormd en hersteld. Bij de mens gaat dit over 50 basenparen per seconde.
Het startpunt van replicatie gebeurt door bubble-vorming. De verlenging van de replicatievork gebeurt aan de
hand van een enzymen. Een belangrijke enzyme daarbij is de DNA polymerasen, die dus de elongatie van nieuw
DNA zal katalyseren.
Elke keer wordt er vanuit een replicatie een bubble gevormd. In die bubble, zoals
je ziet na de pijl op de tweede tekening, per opengevouwen streng binnenin een
bubble gevormd wordt waar de replicatie gebeurt. Die bubble wordt gevormd
deel na deel zodanig dat de streng, deeltje per deeltje kan worden vermeerderd.
Bij de nieuwe streng zie je al dat er basen worden geleverd, suikers en fosfaat. Ze
gaan zich precies vormen en de complementaire base wordt gevormd. Bij de
template streng of modelstreng zie je dat op de T, een A wordt aangevuld en op
de G een C wordt aangevuld. Anderzijds op de A een T en op de C een G. Je krijgt
dan door DNA-polymerase en door de aanvoer van basen een complete
complementair streng.
In detail zie je dat er ook een suiker aan bod komt. Een suiker die we kennen als in ribose en op de
ribose op de 4 C, de 4’C wordt er een fosfaat gevormd.
DNA-herstel en DNA-replicatie gebeurt dus op de leading streng van 3’ naar 5’. Die 3’ en 5’ duidt op de positie
op de ribose. Je ziet daar dat die basen in groepjes worden aangevuld. Zo’n groepje wordt aangeduid als een
Okazaki fragment (lagging strand 5’ naar 3’). Een okazaki fragment is een fragment van 100 tot 200 nucleotiden
en die worden allemaal samen gehecht met enzymen die verantwoordelijk zijn voor die hechting en het ligeren
van die twee delen, is namelijk het DNA ligase. DNA ligase die zorgt voor het ligeren/samenvoegen en de DNApolymerase die zorgt dat de nucleotiden worden toegevoegd. Om te starten wordt er gebruikt gemaakt van een
primer. Een primer is een kort DNA/RNA fragment dat in die positie worden aangehecht. Het zijn dan de
ribonucleotiden die op dat moment aan de DNA-template worden gehecht.
OVERZICHTSLIDE van vorming nieuwe streng: Je ziet de uiterste
donkerblauwe streng en dit is de parentale DNA of de template,
waarbinnen een complementaire streng wordt gevormd. Men
spreekt van een 3’-5’ streng. De bovenste streng is de leading streng
en men spreekt van de 5’-3’ streng, de onderste blauwe streng als de
lagging streng (achterblijvende strenge). Het is de DNA polymerisatie
die op de leading streng de verschillende deeltjes zal hechten en de
DNA basis al aanleveren. Je ziet dan op de terugkerende streng is er
al een deel aan het vormen met primasen. Dit zijn primase synthesizes en zal DNA primer aanvoeren en zal
nieuwe stukjes base erop hechten en zullen later met grotere stukken DNA, nl. okazaki fragmenten worden
aangevuld en die deeltjes worden aan elkaar gehecht door DNA ligase. Als je dat
wat meer in detail bekijkt, dan zie je de RNA primer opschuiven. Die basen
worden geleverd en zullen telkens verderop schuiven. Die streng zal
opengetrokken worden, ontbonden worden door DNA-helicase. Dan zal
uiteindelijk de tweede streng gevormd worden, de complementaire streng, en
die zal deel per deel opschuiven.
Als je dat wat meer in detail bekijkt (tweede foto), dan zie je de RNA-primer
opschuiven. Die basen worden geleverd en zullen telkens verderop schuiven. Die
streng zal opengetrokken worden, ontbonden worden door DNA-helicase. Dan
zal uiteindelijk de tweede streng gevormd worden, de complementaire streng,
en die zal deel per deel opschuiven.
Hier zie je in detail hoe het gaat. Je ziet dat er een bubble wordt gevormd.
Binnenin die bubble gaat het hele proces door. Binnen die lagging streng wordt
er dus een leading streng gevormd.
Deze slide geeft dus een overzicht van enzymen en daarbij de deeltjes die
worden aangevuld. Om te beginnen, heb je primasen, degene die de
priming doet. Dan heb je de elongatie, dus het verlengen. Het verlengen
gebeurt met DNA-polymerase en het binnenbrengen van de okazaki
fragmenten. Dan heb je de DNA-polymerase die dan op zijn beurt de DNA
zal vervolledigen en uiteindelijk de ligase om alle deeltjes aan mekaar vast
te maken.
Deze slide gaat nog meer in detail. Bij de verschillende enzymen staat ook een functie.
Dus helicase om te ontwinden. Primase om de DNA te starten/in te leiden, de aanvulling
van de DNA okazaki fragmenten. Dan heb je polymerase 3 en 1 en dan heb je DNA ligase
om de delen aan mekaar te brengen.
3. Mismatch & nucleotide excision repair.
DNA-replicatie en DNA-herstel gebeurt heel frequent. Er gebeurt 1 fout per 10.000 basenparen. Die fout kan
ontstaan door reactieve chemicaliën, radioactieve straling, X-stralen, UV-stralen. Het is de DNA-polymerase die
op dat moment de replicatie stopt.
Bij de mens is er ongeveer 130 repair enzymen en die zorgen voor de mismatch repair. Die moeten onder andere
de T-T dimeren uitschakelen. Wat gebeurt er dus in dit geval dat een T bindt aan een T? Er komt geen
complementaire A aan de T, maar een T aan de T. Dit zorgt dan voor specifieke afwijkingen en ziekten. Die T-T
dimeren die moeten eruit gehaald worden. Mensen die dat repair systeem niet hebben door genetische
overdracht, gebeurt het soms dat van ouders naar kinderen die mismatch repair niet wordt doorgegeven en zo
krijg je ziektes binnen familie die regelmatig terug komen.
In dit geval zie je hoe de nucleotide repair systeem werken. Je ziet daarboven, twee
keer T-T bindingen (= thymine dimeren). Binnen de nuclease wordt dat er
uitgeknipt. Dus nuclease knipt de fout eruit. Via DNA-polymerase wordt er een
nieuw base aangevoerd. DNA ligase zal die nieuwe stukjes weer kleven zodaning
dat de fout hersteld wordt.
Aan het uiteinde is er een heel speciaal system. Daar worden dus extra
verstevigingen voorzien en die worden door de leading streng en de lagging
streng gerealiseerd, zodanig dat er garantie is dat de DNA-strengen gemaakt
worden tot helemaal aan het eind van die punten.
4. Telomeren aan de DNA-uiteinden.
•
Probleem van 5’ uiteinden van dochterstrengen omdat DNA
polymerase beperkt is
•
Dit leidt tot telkens kortere DNA strengen
•
Daarom hebben de uiteinden van chromosomen speciale nucleotide sequenties: telomeren
o
Daar zijn telomeren aan de DNA-uiteinden zodanig dat die uiteinden extra verstevigd worden
en dat daar speciale nucleotide sequenties aanwezig zijn, namelijk telomeren.
•
Vb. TTAGGG (100-1000 repeats bij mens)
Op deze foto zijn de telomeren gekleurd. Ze zijn aanwezig in
geslachtscellen, zodanig dat dus dat het overschrijven tot aan het
einde van al die nucleotiden gebeurt (zygote met langere
telomeren). Wat is er nu specifiek? Deze zijn ook aanwezig bij
kankercellen. Ze hebben de eigenschap dat die blijven delen. De
kankercellen hebben de specifieke eigenschappen om onbeperkt
te blijven delen. Daar zit geen limiet op. Telomerasen zijn niet
aanwezig
in
somatische
cellen.
Somatische
cellen
lichaamscellen in de weefsels.
Hoofdstuk 6: Reproductie van planten
Volgens Darwin wordt de fitness van een organisme gemeten
door reproductie (= het feit dat planten zich voortplanten
zorgt voor continuïteit). Planten kunnen zich op twee
manieren voortplanten, namelijk seksueel als aseksueel.
Seksuele voortplanting is wanneer op de stempel van een
stamper
(plant)
stuifmeelkorrels
komen.
Aseksuele
voortplanting zijn de klassieke toepassingen in landbouw en
zijn
tuinbouw, nl. scheuten afnemen of afgebroken delen gebruiken om te planten en jonge planten ontstaan op de
moederplant of de zijtakken daarvan. Op de slide zien we een vereenvoudigd overzicht van de levenscyclus van
bloemplanten. Links zie je de bloem die bestaat uit worteldeel, stengeldeel, bladeren en de bloem zelf. De bloem
bestaat uit verschillende onderdelen, zoals de kelkbladeren, kroonbladeren, stamper en de stuifmeelkorrels die
vastzitten in de stuifmeeldraden. Als je een overlangs doorsnee bekijkt, dan zie je dat het stuifmeel gedragen
wordt door de stuifmeelstengels met de anther erboven. Je hebt daarnaast de pollen tube, een stijl met
daarbovenop de stempel waar een stuifmeelkorrel op terecht kan komen. De stuifmeelkorrel kan doorgroeien
via een pollen tube of een pollen buis tot een eicel onderaan in het vruchtbeginsel. Het vrouwelijke gedeelte
noemt men het ovarium, met binnenin de ovule en daarbinnen de embryozak (= vruchtzak). Onderaan zie je de
spermacel die aangekomen is bij de eicel. Hoe gebeurt de bevruchting? De bevruchting gebeurt wanneer in dit
geval twee spermacellen (dubbele bevruchting bij de bloem) binnenkomen in de eicel. Vanuit twee haploïde
cellen (eicel en spermacel) ontstaat één diploïde zygote (2n). Dit embryo gaat groeien tot uiteindelijk de vorming
te geven aan zaadvorming. De zaadvorming in het midden van een vrucht (bv. een appel) zal zich verder
ontwikkelen (bv. het klokhuis van een appel). De zaden zullen dan wachten tot wanneer het klimaat gunstig is
om gezaaid te worden en uiteindelijk een wortel, stengel en nieuwe bladeren te vormen.
A.
Sexuele reproductie.
1. Generatiewisselingen: Sporofyt, gametofyten.
Seksuele reproductie gaat over verschillende generatiewisselingen, namelijk sporofyt en gametofyt. Sporofyten
in de voortplantingscyclus zijn de haploïde cellen, nl. de (n)cellen. De gametofyten zijn degene die een diploïde
cel (2n) vormen.
•
Bloemplant = Sporofyt
•
Ontkiemende pollenkorrel = Mannelijke gametofyt
•
Embryozak = Vrouwelijke gametofyt
•
Dubbele bevruchting door 2 spermakernen
•
Zaad bevat sporofytisch embryo
2. Bloemen zijn gespecialiseerde bladeren (door de evolutie heen).
Een bloem is opgebouwd uit een hoogoplopende stengel die uiteindelijk de bloem zal dragen. Je hebt vervolgens
de sepalen (meestal groen en klein), die ondersteunen het bloemgedeelte. Je hebt dan ook de petalen en zijn
meestal de felgekleurde bladeren van de bloem. Binnenin heb je de antheren (= meeldraden), mannelijke
voortplantingsorganen. Je hebt vervolgens ook de ovaria (= de vruchtbladeren), de vrouwelijke
voortplantingsorganen. Een stuifmeelkorrel bevindt zich in
een huls, namelijk in een anther, en is bevestigd onderaan
in de bloem met een filament of een klein stengeltje. De
vrouwelijke voortplantingsorganen bestaan uit een stigma
(= stempel). Daaronder heb je een stijl en helemaal beneden
het ovarium.
Sexuele reproductie gebeurt waarbij de mannelijke voortplantingsorganen in
contact komen met de vrouwelijke voortplantingsorganen. Dit kan gebeuren
door tussenkomst van verschillende factoren. Dit kan gebeuren door de wind,
door insecten of door kolibries.
•
130 MY evolutie van bloemplanten
•
Bestuiving door co-evolutie
Bij bisexuele reproductie krijg je twee mogelijke soorten bloemen. Je hebt de bisexuele
bloemen, wat wilt zeggen dat je binnenin de bloem, de meeldraden en de stamper
terugvindt.
Er bestaan ook unisexuele bloemen, dit zijn planten waarbij je ofwel alleen de vrouwelijke
ofwel alleen de mannelijke voortplantingsorganen vindt. Een voorbeeld van unisexuele
bloemen is maïs. Links van de foto zie je de vrouwelijke voortplantingsorganen en is een
verzameling vol van stijlen met hele kleine stempels aan de uiteinden. Rechts is de
maïsplant waarbij je de mannelijke voortplantingsorganen ziet, nl. allemaal hulsjes met
daarin stuifmeelkorrels.
Bij sexuele reproductie heb je twee mogelijkheden. Je hebt de unisexuele bloemen, dit zijn
degene in bloemvorm die alleen maar de meeldraden bezitten (met het stuifmeel op de
linkerfoto). Rechts van de foto heb je alleen de bloem met de stempels en de stijlen.
Links zie je bloemen met stampers en rechts zie je bloemen met alleen stuifmeeldraden en
stuifmeelkorrels.
3. De gametofyten van bloemplanten.
De gametofyten zijn de geslachtsorganen die diploïd zijn (2n).
•
Mannelijke gametofyten ontwikkelen zich in anthere (= stuifmeelkorrels).
•
Vrouwelijke gametofyten ontwikkelen in ovule. De ovule is vrij complex en bestaat uit:
o
Embryozak waarbinnen:
▪
1 eicel omringd met/tussen 2 synergiden
•
▪
2 vrije poolkernen
•
▪
De activiteiten van de synergiden is de eicel verder helpen ontwikkelen.
De poolkernen dragen bij tot de verdere ontwikkeling van de eicel.
3 antipoden
•
De antipoden liggen aan het tegenovergestelde van de polen, waarvan de
functie tot op heden nog niet is bekend.
EXAMEN: Dit is een overzichtslide en biedt een volledig overzicht van de
ontwikkeling van de mannelijke en vrouwelijk voortplantingsorganen en
uiteindelijk hoe deze voortplantingsorganen ontwikkelen tijdens de
evolutie van de bloem. Linksonder zie je een vergrote foto van
stuifmeelkorrels, je ziet dat deze een buitenste wand heeft (met soms
kleine haartjes op, wat ideaal is om zich vast te hechten op de stijl van de
bloem). Elke stuifmeelkorrel bestaat uit vier microsporen. De microsporen worden via de wind of via insecten
gebracht op de vrouwelijke stempel. Het vrouwelijke gedeelte (de ovule) met daarin cellen zorgen voor de goede
ontwikkeling en de groei. Dit is te vergelijken met de baarmoeder bij de vrouwen. In de ovule zie je een
beschermend en voedend weefsel. Je ziet ook de megasporen met uiteindelijk de drie antipoden, de dubbele
poollichamen en onderaan het eitje (de eicel met twee synergiden of helpercellen). De integmenten zijn de
verschillende lagen van weefsels, die zorgen voor de goede ontwikkeling en ook voor de voeding (voedend
weefsel voor het embryo).
4. Mechanismen tegen zelfbevruchting.
Zelfbevruchting kan interessant zijn in tuinbouw en landbouw. We willen dit zoveel mogelijk vermijden. De
bedoeling hiervan is om genetisch materiaal van een andere plant aan te brengen zodanig dat je een beter
resultaat krijgt en een sterker nageslacht krijgt.
•
Dioecious (tweehuizig)
o
Tweehuizige planten wilt zeggen dat de mannelijke en vrouwelijke voortplantingsorganen elk
op een andere plant staan, daarom twee huizen. Een eenhuizige plant is een plant waar
mannelijke en vrouwelijk voortplantingsorganen op 1 plant staan.
•
Bisexuele bloemen
o
We spreken hier over meeldraden en stamper.
o
Fasering in periode van ontwikkeling
o
Mechanisme barrière (pins & thrums)
o
Als we over landbouw en tuinbouw spreken, dan hebben we het over zelfincompabiliteits
mechanismen en zijn genetisch georganiseerd. Dit zorgt ervoor dat binnen een bepaalde plant
de zelfbevruchting wordt tegengegaan. Er is een mogelijkheid van de plant om zijn eigen pollen
en die van nauwverwante planten af te wijzen. Deze toepassing vindt je in de tuinbouw en de
bloemensierkunst.
▪
GSI = Gametofytic Self-Incompatibility
▪
SSI = Sporofytic Self-Incompatibility
Bij sommige planten is er een spontane zelfincompatibiliteit gerealiseerd.
In de evolutie of door genetische manipulatie kunnen deze twee
voortplantingsorganen op een verschillende hoogte zijn gelokaliseerd. In
het eerste geval zie je de kortere stijlen, helemaal onderaan. De
meeldraden staan verder bovenaan. In het rechte geval zie je onderaan de vorming van meeldraden en stuifmeel
en bovenaan de stijl. Op die manier krijg je geen onmiddellijk contact van mannelijke en vrouwelijke
voortplantingsorganen. Dit is interessant in de bloemensierkunst omdat vanaf zodra stuifmeelkorrels op de
stempel van de stamper vallen, krijg je al vlug een ontwikkeling van de vruchtbladen (vruchtzak). De bloemen
gaat dan vlug afsterven en dan gaan die mooie felle gekleurde petalen vlug verschrompelen. Als je die
bevruchting uitstelt, dan gaat de bloem langer mee.
5. De dubbele bevruchting vormt een zygote (2n) een triploid endosperm (3n).
Dubbele bevruchting is typisch voor planten, bij de mens is er enkele bevruchting (één zaadcel gaat binnen in
één eicel). De dubbele bevruchting bij de planten vormt de zygote een triploid endosperm. Een triploid
endosperm is embryozak die zich verder ontwikkelt en waar dus voedsel wordt opgeslagen.
•
Pollenbuis groeit door een micropule tot aan embryozak
•
Bij fusie van de gameten (van mannelijke en vrouwelijke geslachtcel) verhoogt het cytoplasmatisch
Calcium-gehalte, wat een natuurlijke werking is.
•
Blockage (depositie van celwandmateriaal) verhindert polyspermie (= het fenomeen dat er meer
spermacellen kunnen binnendringen).
•
Het triploide endosperm vormt eerst een weefsel dat dient als voedingsbron voor het embryo (3n
endosperm wordt enkel gevormd bij bevruchting) en later wordt het ook gebruikt bij de vorming van de
zaden.
Op foto is dit traag voorgesteld. De groei van de pollenbuis van bovenaan. Het pollen
is opengegaan en er zijn twee spermacellen die de weg volgen. De pollentube wordt
groter en groter en gaat uiteindelijk rechts helemaal onderaan aansluiten om dan het
vrouwelijke geslachtsapparaat binnen te komen. Daar zullen de twee spermacellen
de eicel bevruchten.
6. De ovule ontwikkelt tot een zaad.
•
Bij de ontwikkeling krijg je een volop celdeling. Op die manier is er een ontwikkeling van een
meerkernige supercel (melkachtig) (= endosperm).
•
Vorming van eiwitten, oliën en zetmeel in endosperm (bv. zaad van maïs zit vol met eiwitten, koolzaad
zit vol met oliën, ontwikkeling van aardappel zit vol met zetmeel) – daarna in cotyledonen (zaadlobben)
•
Ontwikkeling van het embryo (via de verschillende cellen)
o
Basale cel – Terminale cel
o
Suspensor en pro-embryo
o
Apicale meristemen (vorming van de stengel en wortel)
Hier zie je de ontwikkeling van de zygote. De zygote is de bevruchte eicel (2n – diploïd). Deze gaat zich door
mitotische delingen opsplitsen in 2 cellen, dan in 4 cellen, … en uiteindelijk krijg je de ontwikkeling van een klein
micro-organisme met onderaan de basale cel en daarboven de terminale cel
die volop is gaan delen, waardoor je zo een structuur krijgt die zich binnenin
de embryozak gaat vormen. Je ziet direct dat er twee halve aaneensluitende
delen ontstaan. Dit zijn de delen die je ook terugvindt in een boon. De boon
is de vrucht. Als je een perzikboom opent, zie je daarin de zaden uit twee
lobben. In dit voorbeeld zie je de vorming van twee lobben, die onderaan aan
elkaar vasthangen.
In deze voorbeelden zie je het volgende stadium. De boon bestaat uit twee
lobben. Binnenin dat zaad ontwikkelt zich al een kiemplantje. Dat kiemplantje
gebruikt het zetmeel van de boon om te kunnen groeien later. Daaronder zie je
de vorming van een bruine boon, die bestaat uit een langwerpig cotyledon en
daarin de kiemplant. Onderaan zie je de maïskorrel of de monocotyl (een
eenzaadlobbige). Linksonder heb je de vorming van een kiemplant. Wat
opvallend is aan de verschillende zaden, is dat je eerst de vorming krijgt van een
radius (wortel) en dan verder bij het uitgroeien een vorming van de stengel en
de blaadjes.
7. Het vruchtbeginsel (vrouwelijke geslachtsysteem) ontwikkelt zich tot een vrucht, aangepast voor
verspreiding van zaden. In die vrucht ontwikkelen zich dan later de zaden.
8. Evolutionaire adaptaties van zaad ontkieming dragen bij tot de overleving van kiemplanten. Er zijn
ook daarnaast genetisch gemanipuleerde zaden, die ervoor zorgen dat de kenmerken/eigenschappen van
zaden als maar worden verbeterd.
Wanneer een zaad in contact komt met vocht of met ideale
omstandigheden (ideale temperatuur, ideale voedingsbodem), dan
krijg je minuscule groei van de radicule. Dit is de vorming van het
worteltje en komt uiteraard eerst uit het zaad om direct water op te
zuigen uit de omgeving. Verder krijg je de vorming van de stengel, die
zich door de grond boort en van zodra de stengel contact krijgt met
licht kunnen er zich bladeren ontwikkelen.
We hebben hier een overzicht van de bonen, die we daarnet hebben
besproken. We hebben (b) de erwt, die in de bodem zal openbarsten
en zal de wortel ontstaan. Je krijgt dat een haarvormige structuur die
zich naar boven duwt en wanneer er contact is met licht krijg je de
vorming van bladeren. Bij de boon (a) is het iets anders qua
ontkieming. De boom zal een worteltje vormen, maar het is het
contactpunt (de lus van de boon met de wortel) die uiteindelijk naar
boven wordt geduwd en dan krijg je wanneer er invloed is van licht de vorming van bladeren. Mensen die ooit
bonen hebben gezien, dan zie je dat de cotilydonen mee naar boven wordt geduwd, in contact komen met de
lucht. Uiteindelijk wordt het voedsel uit de cotilydonen volledig opgebruikt, zodanig dat je dan op een bepaald
moment ziet dat die verschrompelen, waaruit de plant ontstaat. Bij maïs (c) is het nog anders, daar gaat vanuit
het maïszaadje een wortel en een stengel ontstaan. De maïskorrel blijft in de grond en vanuit die maïskorrel
ontwikkelt zich een stengel met bladeren en een wortel.
B.
Asexuele vermeerdering.
1. Meristematische weefsels met niet-gedifferentieerde cellen.
2. Fragmentatie van plantedelen.
3. Apomixis (zaden zonder bevruchting).
Asexuele vermeerding kan gebeuren door bepaalde delen van de plant af te snijden, te fragmenteren en deze
opnieuw te laten groeien. Dit zie je vaak bij planten die je vindt op balkons. Sommige doen dit zelfs door scheuten
van planten van het vorige jaar in bakken te laten en dan in de lente van het volgende jaar heb je direct kleine
giraniums. Je kan ook werken door scheuten af te snijden of je kan werken met stekken. Stekken is wanneer
kleine deeltjes van een plant worden gebruikt om opnieuw te cultiveren. Je kan ook werken met een onderstam
en een bovenstam. De onderstam wordt meestal gebruikt van een sterke en wilde rozelaar, omdat die ook
weerstandig is tegen strenge milieu-invloeden. Daarboven wordt er een ent gezet van een rozestruik die wilderig
bloeit, waarvan de rozen groter zijn en de kleuren feller zijn, en dus zo gecultiveerd wordt.
Links zie we een plant (nl. kind op moederschootplan), waar op de stengel
op regelmatige basis jonge planten groeien. Bij die jonge plantjes heb je
al een kleine vorming van een wortel (wortelhaartje). Wanneer het
plantje volgroeit is, dan valt het af en wanneer dat worteltje de aarde
raakt, dan kan die zich vastzetten in de aarde en kan die op die manier
nieuwe planten vormen. Rechts zijn hele bossen van wilgen die op deze
manier ook aangelegd worden. Wilgezaden worden verspreid door het
water en komen op vast grond terecht, waar je dan de vorming van
wilgen krijgt.
C.
Plantenbiotechnologie.
De plantenbiotechnologie is heel sterk. In alle universiteiten zijn er labo’s waar er heel veel werk verricht wordt
rond biotechnologie. Planten worden genetisch gemanipuleerd, de eigenschappen worden veranderd. De
eigenschappen van planten worden opnieuw bij elkaar gebracht om zo hybride te vormen. In de
plantbiotechnologie werkt men vaam met:
•
Callus kweek in artificieel medium
o
Een klein stuk van een plant (een blad, een top van een stengel, een scheut of een stuk wortel)
wordt gekweekt in een voedingsmilieu en vanaf die callus ontstaan dan de volgende
plantendelen. Op een stuk stengel kan je de vorming realiseren van bladeren en van een wortel.
Door toevoegen van de juist hormonen aan het kweekmedium kan je dus bepaalde
plantendelen sterk gaan stimuleren.
o
Op de foto zie je een stuk callus. Het is een stuk van een stengel, waarop cellen groeien
(ongedifferentieerde cellenmassa) en hierbij breng je bepaalde hormonen aan dat milieu en
dan kan je de groei van de bladeren stimuleren. In dit geval kan je de groei van bladeren
stimuleren wat interessant is bij bladgroenten (bv. bij spinazie). Als je kan
vertrekken van een stuk van de bladoksel, dan kan je meerdere stukken
maken en op die manier krijg je ongedifferentieerd weefsel, maar met
toevoegen van hormonen kan je dus de groei van bladeren stimuleren,
wat dus bij spinazie ideaal is. Economisch is dit dus een heel goede zaak.
•
Shotgun methode
o
Hier wordt met een gunpowder (geweer) DNA gekote korrels
binnengeschoten in een plantencel met de bedoeling het DNA te
manipuleren en zo bepaalde eigenschappen binnen te schieten in
een cel (eigenschappen van een andere plant of een aanverwante
soort).
•
Protoplasten fusie/Protoplastencultuur
o
Protoplasten zijn cellen die gewonnen worden uit het blad
(bladcellen), waarvan de celwand door enzymen is verwijderd en
deze protoplasten zijn heel gevoelig om te fuseren met andere
protoplasten. De grootte zijn afkomstig van een bepaalde plant en
de kleine ook. De bedoeling is om het genetisch materiaal van de
twee cellen te laten fuseren. Als je beide bij elkaar brengt in een
aangepaste vloeibaar milieu, dan gaan deze spontaan fuseren. Als je dan deze cellen uitplaat
op een cultuurmedium, dan kan je daar planten uit kweken en kan je dus zien welke wel
degelijk gefuseerd waren en dat ook de twee eigenschappen zijn samengebracht.
•
GGO’s voordelen en nadelen
o
Bij deze bloem tonen we aan wat de mannelijke en vrouwelijk geslachtorganen zijn. Je kan ze
op hun beurt gebruiken voor genetische manipulatie. Dit zijn GGO’s (zie syllabus en mening
hierover vormen).
Hoofdstuk 7: Ecosystemen – Cycli van elementen
Links op deze slide zie je allerlei plaatsen op aarde, zowel aquatische
als terrestrische biomen. Op de eerste grafiek (staafdiagram) zie je
al de blauwe gebieden (watergebieden) en de groene gebieden
(landgebieden/terrestrische gebieden). Je ziet dat oceanen er het
meest uitsteken, het grootste percentage is uiteindelijk de open
oceaan. Het grootste (landelijke) gebied zijn de woestijnen en de ijsvlakten. Op de tweede grafiek (tweede
staafdiagram) zie je de gemiddelde primaire productie. Je ziet onmiddellijk dat tropisch regenwoud een hoge
primaire productie heeft, onmiddellijk gevolg door de wouden (forests) zowel de naaldwouden als de
loofwouden. Op gebied van aquatische biomen zie je dat er hoofdzakelijk algengebieden en riffen zijn. De
moerasgebieden hebben de hoogste primaire productie.
Als we dit verder doortrekken op de wereldkaart. Onderaan de legende, zie je hoe roder
het gebied, hoe hoger de primaire productie. Deze is groot in Amerika, centraal tot laagAfrika en ook nog een paar gebieden in Europa.
Indien we kijken naar de netto primaire productie, dan hoofdzakelijk opnieuw voor
koolstof, dan zie je dat het gebied tussen Brazilië en Colombia het gebied is waar het
meeste wouden zijn en waar de meeste productie aan koolstof is.
A.
Biogeochemische cycli
We spreken over biocycli omdat het over bio-elementen gaat, geo omdat het op bepaalde plaatsen doordringen
is van deze stoffen in de grond en chemisch omdat je de chemische verbindingen krijgt binnen de elementen.
•
Water
•
Koolstof
•
Stikstof
•
Fosfor
•
Zwavel
•
Zuurstof
Dit is een overzichtslide. We beginnen links, levende
organismen (de groene kader). Levende organismen
sterven af en breken af tot detritus. Detritius is dus
eigenlijk (organisch) afvalrest, wat dus afsterven van
planten, dieren en mensen is. We gaan dat naar
boven, de levende organismen gaan zich voeden en voeden zich met organisch materiaal. Dit organisch materiaal
is beschikbaar als nutriënt. We zien de pijl fossilisatie, wat betekent dat organisch materiaal dat afsterft, wordt
gestapeld in lagen en zal uiteindelijk het ontstaan geven aan niet beschikbare nutriënten. Dat organisch materiaal
wordt uiteindelijk niet meer gebruikt als voedingsstof. Dit zijn de lagen gefossiliseerde stoffen op elkaar, vnl.
koolsteen, aardolie, aardgas en op gebied van grond turf en veen. Deze producten volgen de pijl ‘fossiele
brandstoffen’ en zullen na verbranding terug anorganisch materiaal geven dat nu weer beschikbaar is als
nutriënt. Hoe komt dat? Wel bij het verbranden van koolsteen, aardolie, aardgas, turf en veen komt dat terug
terecht in de grond, gaat uit elkaar vallen als chemische elementen dus anorganisch materiaal en dat is opnieuw
beschikbaar als nutriënt voor organismen. Levende organismen zullen dit anorganisch materiaal gebruiken. Ze
zullen door hun verrichtingen, nl. door assimilatie, door opname of door fotosynthese dit materiaal opgebruiken
en maken daaruit weer organisch materiaal. Deze organismen zullen door ademhaling (CO 2-uitstoting), door
afbraak (nl. vormen van afvalstoffen) en door excretie (nl. zweet en urine) terug anorganisch materiaal vormen.
Het anorganisch materiaal dat beschikbaar is als nutriënt zal uiteindelijk terug verbruikt worden. Het anorganisch
materiaal dat terechtkomt in de atmosfeer, de lucht, op de bodem, op aarde en in het water (zeeën en oceanen),
zakt op de bodem en vormt lagen van mineralen en gesteenten en door een uplift zal het anorganisch materiaal
zich weer opstapelen in bergen en heuvels en dit zal op zijn beurt weer door zure regen afbrokkelen en dit heet
dan erosie. Op die manier komen die anorganische stoffen weer terug terecht in het water, de atmosfeer en op
de bodem.
We kijken nu naar een paar materiekringlopen in het ecosysteem. In de
natuur bestaat afval niet, alles bestaat immers uit atomen en deze
worden in de natuur hergebruikt in verschillende kringlopen. Elk levend
organisme is opgebouwd uit waterstof, koolstof, zuurstof en meestal ook
stikstof en fosfor. De eerste kringloop die we hier zien is de kringloop van
water. Water zal vanuit de oceaan evaporeren in de vorm van wolken.
Wanneer die wolken in een koud front komen zullen die precipiteren
over de oceanen. Wanneer die wolken worden verder gedreven van
boven de oceanen richting land (landinwaarts), dan krijg je daar een
aanvulling van de wolk door evapotranspiratie over het land, dat is enerzijds evaporatie van het vocht in de
bodem en anderzijds transpiratie van planten, dieren en mensen. Wanneer die wolken dan weer tegen een koud
front komen bv. tegen bergen, dan gaan ze precipiteren en het water gaat weer over het land vloeien. Het water
gaat percoleren door de bodem, over de rotsen vloeien en daar erosie teweegbrengen denk maar aan zure regen.
Het water in de bodem zal dan terug ondergronds verderstromen en zal uiteindelijk samen met het
oppervlaktewater van meren en rivieren via grondstromen opnieuw in zeeën en oceanen terechtkomen.
De volgende cyclus is de koolstofkringloop, dat is de weg die koolstof aflegt in een ecosysteem en dit gebeurt in
3 verschillende processen:
1. Het proces van koolstofassimilatie via fotosynthese: CO2
is aanwezig in de atmosfeer en die CO 2 wordt gebruikt door
producenten tijdens de fotosynthese. Die CO2 wordt
opgenomen voor de opbouw van glucose (C6H12O6) en voor
de vorming van zuurstof. De opbouw van glucose wordt
koolstofassimilatie genoemd (assimilatie = opbouwen).
Glucose op zijn beurt is de bouwstof voor verschillende
andere energierijke organische verbindingen. Koolstof
geraakt op die manier in de voedselketen en wordt eigenlijk
van het ene organisme op het andere doorgegeven.
2. Proces van celademhaling: In onze cellen wordt er energie gehaald uit organische stoffen daarbij
komt dan weer CO2 vrij en deze ademhaling specifiek (celademhaling) gebeurt in dieren en planten en
hierbij wordt de CO2 terug in de omgeving gebracht.
3. De verbranding van fossiele brandstoffen: De koolstofverbindingen in de fossiele brandstoffen zijn
afkomstig van afgestorven organismen, in zeeën gaat dat hoofdzakelijk over planten en op het land over
planten en detritus (afgestorven organismen). De reducenten kunnen niet alles afbreken wegens gebrek
aan O2 dus de mens kan deze fossiele brandstoffen gebruiken en dat gebeurt ook voor de industrie, het
verkeer en de verwarming (van huizen en bedrijven), hierbij komt CO2 terug in de atmosfeer terecht.
Deze kringloop is een kringloop die aansluit bij de vorige, maar duidt
meer aan waar deze verbranding in het water vandaan komt. Enerzijds
heb je fotosynthese van planten en dieren op het land en daarnaast heb
je dus de afvalstoffen die op het land en in de grond terechtkomen en
uiteindelijk afgebroken worden door heterotrofe bacteriën en fungi,
ook de detritus (de afgestorven zeeorganismen) komen ook onderaan
op de bodem van de zee in de grond terecht en zullen daar ook
afgebroken worden. Vanuit het leven op de zee, de vissen en
fytoplankton krijg je dus cellulaire ademhaling en dus ook CO2 die wordt
afgestoten in de atmosfeer en bij het gebruiken van fossiele
brandstoffen op het water, dus hier voor transport, krijg je ook afstoot van CO2 in de atmosfeer. Wat duidelijk is
bij deze kringloop is dat je ziet dat het echt een kringloop is. Het start onderaan bij de afbraak door heterotrofe
bacteriën en zo eigenlijk de vorming van CO2 en de CO2 die opnieuw gebruikt wordt en opnieuw terugkeert.
De kringloop van stikstof is vrij complex omdat het gaat over
specifieke organismen:
1. Stikstofassimilatie: Je ziet de stikstofassimilatie bij
planten, nl. bij peulgewassen. Peulgewassen leveren
peulen, o.a. bonen en erwten en deze hebben op hun
wortelsysteem een soort van knobbeltjes waarin de
stikstof gecapteerd wordt. Die stikstof komt voor in
eiwitten, DNA en bladgroen. In de atmosfeer is er
veel stikstof aanwezig, onder de vorm van N2, nl.
stikstofgas en die planten kunnen die stikstof niet uit
de lucht halen, ze halen die uit de bodem. Ze moeten dus stikstofverbindingen uit de grond opnemen,
dit doen ze onder de vorm van nitraationen. Die ionen (NO3-) samen met ammoniumionen (NH4+) zijn
opgelost in water en dat worden anorganische stikstofverbindingen die via de wortels worden
opgenomen. Deze worden in de plantencellen omgezet in organische stikstofverbindingen zoals
eiwitten en dit proces wordt dus stikstofassimilatie genoemd. Dieren gebruiken deze planten, ze hebben
deze nodig als stikstofbron en zetten de plantaardige eiwitten om in dierlijke eiwitten, in spieren die
zullen in de volgende schakels van de voedselketen weer worden doorgegeven.
2. Stikstoffixatie: De stikstof N2, wordt uit de lucht omgezet in NH3- en NH4+ en dit proces wordt
stikstoffixatie genoemd. Planten en dieren kunnen dit niet doen, dit gebeurt door bodembacteriën, en
gebeurt specifiek tijdens onweer met energie van bliksem door stikstof fixerende bacteriën in de bodem
en ook door stikstof fixerende bacteriën in wortelknolletjes van vlinderbloemigen bv. klavers of die in
peulgewassen. Deze bacteriën doen dit en gebruiken dus ook de stikstof voor de opbouw van hun eigen
eiwitten.
3. Ammonificatie: Organismen sterven af ofwel krijg je ook ammonificatie onder de vorm van
uitwerpselen. Op deze manier verdwijnen er dus eiwitten uit de voedselketen, reducenten helpen om
de eiwitten uit dit organisch afval terug om te zetten naar NH4+. De omzetting van eiwitten tot
ammonium noemen we ammonificatie.
3. Nitrificatie: Nitrificerende bacteriën zetten ammonium om in nitraat en deze bodembacteriën vullen
de nitraatvoorraad voor planten continu aan. De omzetting van NH4+ naar NO3- noemen we nitrificatie;
hierbij wordt er O2 verbruikt uit de bodem.
4. Denitrificatie: Denitrificatie is het proces waarbij door die denitrificerende bodembacteriën NO3wordt omgezet in N2 en dit gebeurt enkel wanneer er een tekort is aan O2 in de bodem. Op deze manier
komt er dus ook N2 weer terecht in de atmosfeer.
Deze kringloop is dezelfde versie als de vorige kringloop met de aanduiding over de N2 die
in de atmosfeer komt, uiteindelijk in de grond komt en van de grond door een heel
complexe wisselwerking uiteindelijk terug in de atmosfeer terechtkomt.
Hier ze je een realistische weergave van de
fosfaatkringloop. We starten met de uiteenzetting
bovenaan. Vaste fosfaten zitten opgesloten in rotsen,
gesteenten en bergen en zullen door middel van zure
regen en aardverschuivingen loskomen onder de
vorm van grote brokstukken (= erosie). Die erosie
wordt opnieuw beregend en opnieuw door het slijten
van die rotsblokken op de grond zo komen fosfaten
vrij en die fosfaten komen via het water terecht in de
bodem. In de bodem gaan die fosfaten neerslaan, die gaan sedimenteren en opgeslagen worden in diepere
aardlagen, die diepere sedimenten noemt men sink. Door geologische uplift, dus door aardverschuivingen, door
stuwen vanuit de bodem naar het oppervlak, door vulkaanuitbarstingen krijg je dus opnieuw die fosfaten aan de
oppervlakte. Kijken we nu naar de linkerkant, daar heb je door de eiwitsynthese van planten opnieuw een
kringloop van fosfaat, nl. die planten worden als voedsel gebruikt voor dieren, die dieren sterven af en fosfaat
komt op die manier terug terecht ondergronds waar die door heterotrofe bacteriën en fungi wordt afgebroken
waardoor je weer fosfaat krijgt in zijn opgeloste vorm, wat dan opnieuw wordt opgenomen door planten.
Anderzijds het fosfaat dat terechtkomt in de bodem zal door ondergrondse waterstromingen ook terechtkomen
in de sedimentatielagen en zal dan daar terug opgeslagen worden in diepere sedimenten.
Op deze slide hebben we een overzicht van de vorige slide. Dit toont opnieuw aan dat
het gaat om een echte kringloop: De fosfaat, die opgeslagen is in de diepere
sedimenten, zal uiteindelijk door geologische uplift terug aan de oppervlakte komen en
in de vorm van zure regen en afbraak door planten zal deze fosfaat weer terechtkomen
in de bodem en daar verwerkt worden door heterotrofe bacteriën en fungi.
Hoofdstuk 8: Biosfeer – Productiviteit van de biomen
Terrestrische biomen zijn alle biomen die met aarde te maken hebben. Daar tegenover staan aquatische biomen,
dit zijn biomen die te maken hebben met water. Een bioom is een vegetatiegordel (= verzameling soorten van
fauna en flora die in een habitat leeft en bepaalde topografie bezet).
We gaan kijken waar de terrestrische biomen zich nogal vinden. De
situering van de aarde doen we via de kreefts- en de
steenbokskeerkring. Dit is het gebied rond de evenaar en is het gebied
waar er veel planten en dieren te vinden zijn. Boven kreeftskeerkring en
onder de steenbokskeerkring heb je meer uitersten, maar ook wel
interessante gebieden. Rechts van de slide staan alle gebieden die aan
bod komen.
1. Tropisch regenwoud
2. Savanne
3. Woestijnen
4. Chapparal: Het typische gebied dat bestaat uit rotsen en daartussen die schaarse plantengroei zoals
de rotsen en de begroeiing in het zuiden van Frankrijk en Spanje. Daar heb je ook planten die klein en
stekelig zijn en heel felle bloemkleuren hebben.
5. Temperate grassland: Het immers groene grasland
6. Temperate broadleaf forest: De altijd groene wouden met breedbladige bomen
7. Northern coniferous forest: Noordelijke dennewouden
8. Toendra: Heel specifiek voor het noordelijk deel
9. High mountains
10. Polar ice: Ijsvlakten aan de polen
De verspreiding van die terrestrische biomen wordt grotendeels
bepaald door klimaatfactoren. Dit is een heel belangrijke
overzichtsslide van de gebieden die we gaan bespreken:
•
Woestijn: De woestijn heeft een temperatuur rond de 15°C, maar heel specifiek met heel warme hoge
temperaturen overdag en koude nachten. Het is daar ook vrij droog (weinig neerslag en hoge
temperatuur).
•
Temperate grassland: Dit zijn gebieden met veel gras (met riviertjes, bevloeiing, bronnetjes).
Temperaturen zijn boven 0°C en het is ook warm (vb. Savanne).
•
Tropisch regenwoud: Het is er vochtig, veel neerslag en hoge temperaturen. Het zijn streken waar je
veel plantengroei hebt en veel insecten.
•
Temperate broadleaf forest: Dit zijn gebieden met de altijd groene bomen met bladeren, maar ook
bladverliezende bladeren. Daar heb je gebieden van warmte en neerslag. Dus daar heb je ook
verschillende klimaten.
•
Northern confirous forest: Dit zijn gebieden met noordelijke dennewouden (dennen en sparen). Daar
heb je ook veel neerslag en gemiddelde temperaturen.
•
Toendra: Dit is meer aan de polen, dus de koudere gebieden met lage temperaturen en met weinig
neerslag.
A.
Tropische regenwouden.
Wat kenmerkend is aan de tropische regenwouden is dat ze in hellende gebieden (wolken
blijven daar inhangen) ligt. Je krijgt een continu vochtigheid onder dat wolkendek en die
wolken hangen laag, dit betekent dat zij tegen de flanken botsen en je daardoor neerslag
krijgt, regen. Anderzijds maken de wolken ook een dekmantel boven de vochtige gebieden,
je krijgt er een heel grote en groene vegetatie (veel planten, vages, mossen, epifyten (dit zijn planten die op
bomen leven, maar zijn wel geen parasieten voor die bomen)). Je krijgt daar dus ook een gelaagdheid van
planten.
Terrestrische biomen worden vaak de belangrijke fysische- en klimatologische factoren genoemd en als
dominante vegetatievorm aangeduid. Je krijgt ook stratificatie (= gelaagdheden), onderaan krijg je een
stratum/laag met kruiden (1), dus mossen en daarbij heel lage plantengroei. Daarboven krijg je een laag met
struikvegetatie (2), daarboven het stratum met lagere bomen (3) en nog boven op de canopy (4). Dit is het
bladerdak met lianen (= luchtwortels) en epifyten (= planten die op bomen leven en zuigwortels bezitten vb.
orchideeën). In België worden orchideeën verkocht in een pot, de bladeren zitten in de boomschors, maar
eigenlijk zijn dat wortels dit zich vasthechten aan bomen. In de bovenste laag, zijn de uitstekende bomen
woudreuzen (5). Doordat je hier een overgang hebt van de verschillende plantenlagen die niet zo scherp
afgelijnd zijn, krijg je een aansluiting van groene wanden/gebieden en dat overgangsgebied noemt men
ecotoon.
Het tropisch regenwoud is gekenmerkt voor een enorme diversiteit aan planten, dieren en fungi. Daar krijg je
dus een sterke stratificatie (die verschillende lagen komen allemaal aan bod). Je hebt ook een grote diversiteit
aan micro-habitat (humuslaag, de steeds afvallende bladeren die uiteindelijk hun groot en hoog bladhumustapijt
vormen. Daarin krijg je rottend hout; boomstronken die afvallen en in bladhumus liggen te rotten. Epyften
groeien daarop (planten die op andere planten groeien)). Het vegetatietype is sterk bepaald door de neerslag,
het is daar altijd vochtig dus krijg je een immer groene tropisch regenwoudvegetatie en dat is helemaal versus
een bladverliezend tropisch regenwoud.
Hier zie je een foto van de verschillende gelaagdheden (de kruidlaag, struiklaag, boomlaag,
bladerdak en woudreuzen).
Hieronder zie je een voorbeeld van epifyten (of bromelia). Dit zijn planten die bij ons
kamerplanten en die moet je regelmatig begieten. Je vindt daar ook typische vleesetende
planten (vb. bekerplant, een plant dat haren bezet met kleefachtige substantie en wanneer
een insect binnenin de bloem van de bekerplant terechtkomt, wordt het door die kleverige
haren vastgehouden en gaat het dekseltje van die bekerplant toe en wordt het dier verteerd;
deze planten kunnen proteïnen verteren).
Zoals het tropisch regenwoud extreem immergroen (vochtig) is, heb je daartegenover bladverliezend woud (met
droogteseizoen). Het is ook zo dat de vegetaties elkaar kunnen afwisselen (bv. op tegenovergestelde
berghellingen), aan de voorkant van een berg kan je een gebied hebben dat vochtig is
(immergroen), maar dat de wolken blijven hangen. Aan de andere kant kan je dus te
maken hebben met felle zondroogte en bladverliezende planten.
B.
Savannes
De savanne kenmerkt zich door grassen, grassen die na vochtig seizoen groen zijn en waar
de dieren specifieke fauna kunnen grazen (= het opeten van een groen voedsel). Die
grassen kunnen ook onderhevig zijn aan droogte. De dieren zoeken dan hun schuilplaatsen
tegen de felle zon onder bladeren met een specifiek bladerdek.
Hieronder zie je grasland met verspreide bomen. Deze gebieden zijn sterk seizoenaal, je
krijgt droogte en regenperiode die mekaar afwisselen en daardoor krijg je migratie van
dieren. Je vindt hier hoofdzakelijk herbivoren (= plantetende dieren). Vuur is hier een
belangrijke abiotische component. Door de grote hitte bepaalde planten (in dit geval
grassen) kunnen spontaan ontbranden. De bodem is heel compact/gesloten en die planten
behouden hun wortelstelsel dat eigenlijk niet onderhevig is aan vuur. Dus de bovenlaag schroeit af en van zodra
er een vochtige periode aankomt dan nemen de wortels het nodige vocht op en dan krijg je terug gebieden met
groene grassen. Typische savannes zijn de Afrikaanse savanne, Braziliaanse pantanal en het Indisch binnenland.
C.
Woestijnen.
Woestijnen kenmerken zich door koude nachten en hoge temperaturen overdag. De woestijn tref je aan in
verschillende gebieden: Gobi (Mongolië), Sonoran desert (USA), Sahara, Kalahari (Namibië), Atacama (Chili).
Woestijnen zijn zeer droge gebieden, men spreekt van een woestijn als er minder dan 30 cm neerslag
valt per jaar. Het gaat van zeer warm (vb. Sahara) tot zeer koud (vb. Gobi- vlakte). De temperatuur
kan zeer sterk variëren (sterke dag-nacht ritme). De vegetatie is aangepast.
In de woestijn krijg je succulent planten (= planten die aan wateropslag
doen in een vochtige periode), CAM planten (= zij hebben niet de
fotosynthese metabolisme, maar hebben aangepaste fotosynthese die
ervoor zorgt dat het waterverlies minimaal is, (niet groen) zijn bruin door
warmte). Deze planten hebben een specifiek metabolisme. Deze soorten
planten hebben meestal ook stekels of verspreide gif om zich te
beschermen tegen grazers.
D.
Mediterrane vegetatie.
Dit is de vegetatie die je treft tussen rotsen, losgeslagen stenen voornamelijk aan de kusten (van Spanje en ZuidFrankrijk). Dit is een typische vegetatie met lage planten meestal houterige planten, met kleine blaadjes met
cuticula (=bescherming daarrond, zodanig dat de verdamping van water minimaal is om de overleving van die
planten te garanderen). Meestal hebben die planten ook stekels (dit merk je als je met sandalen in Spanje stapt),
dit dient voor die planten als bescherming.
•
Bv. Meditteraanse vegetatie in Middellande zeegebied, Californië + Mexico, Zuid-Afrika, Chili, Zuidwest
Australië
Mediterrane vegetatie (maquis, garrigue) vind je het op verschillende plaatsen (Amerikaans = Chaparral;
Australisch = Mallee; Zuidafrikaans = Fynbosch of Karroo). Het zijn droge, vaak dense ondoordringbare
struikvegetaties (aan kustgebieden). Die planten zijn vuurresistent, ze kunnen verbranden, maar het schaarse
wortelstelsel tussen de rotsen kan wel bij de eerstvolgende regenbui zich herstellen, de plant kan zich herstellen.
Zo krijg je verbrande planten met daartussen nieuwe planten. Ze kunnen zich vrij snel aanpassen aan droogte
en zijn snel aangepast aan hitte.
E.
Gematigde graslanden (steppe).
De steppe vind je in verschillende plaatsen (bv. Hongaarse puszta, Az iatische steppes,
Patagonische pampa’s, Noord-Amerikaanse prairie, Zuid-Afrikaanse veldts). Deze
gematigde graslanden zijn onderhevig aan seizoenale droogte. Je hebt (2 seizoen) ofwel
het natte seizoen of het droge. Je hebt ook occasioneel vuur, ook continu begrazing door grote herbivoren (vb.
Paarden in typische steppes). Begrazing wordt meer en meer verhinderd door bosvorming. De diepe en
voedselrijke bodems zijn ideaal om deze gebieden te gebruiken voor akkers of om daar bomen te laten groeien.
F.
Gematigde (bladverliezende) loofwouden.
Dit zijn loofwouden die in de herfst prachtige kleuren vertonen, ze hebben hun
bladval en hebben ook een zeer vruchtbare grond, een humusgrond. Daar heb je
steeds een vochtig klimaat en een of twee boomlagen (boomlaag en/of
woudreuzen). Je hebt een struiklaag en een kruidlaag. Je hebt dus continu bladval, daardoor heb je
laat/vroegtijdige bosvegetatie die ontstaat (vb. het Hallerbos waar de bomen hun bladeren verliezen en
daardoor krijg je een voedingsrijke bodem en krijg je dan de vroegbloeiende bosvegetatie zoals de anemonen en
de hyacinten in het Hallerbos). Doordat die bladval zo intens is, krijg je dus ook een vochtig ondergrond en is de
bodem ook voedselrijk.
G.
Naaldwouden.
Naaldwouden zijn aangepast aan harde koude winters met veel sneeuwval ook
vochtig. Op de bodem krijg je continu vocht, die vochtigheid wordt ook
onderhouden door die naaldbomen die dus continu voorzien zijn van hun naalden.
Het zijn zeer uitgestrekte biomen, denk maar aan de naaldgebieden in het Noorden. In Zwitserland en Oostenrijk
heb je veel naaldbomen, maar worden jammer genoeg gekapt (voor het aanleggen van pistes) met alle gevolgen
daarvan. Naaldbomen houden ook de grond vast en als je die bomen kapot, krijg je gemakkelijk
grondverschuivingen. Qua vegetatie vind je onder naaldbomen heel vaak lage struiken varens en mossen.
•
H.
Bv. Russische taiga, Canadese naaldwouden
Subarctische Toendra.
Toendra heeft een specifieke vegetatie die aangepast is aan koud klimaat met veel
wind. Daar heb je een dunne bodemlaag waarop mossen groeien. In bepaalde
gebieden, in bepaalde periodes krijg je een korte intense bloei van die mossen en die geeft prachtige kleuren
(bv. bodemvegetatie van Noorwegen, Zweden en Finland). Daar is ook (meer naar het Noorden toe) een continue
ijslaag, de bodemlaag is continu bevroren en men spreekt dan van permanent frost, permafrost (= bevroren
grond waarin veel oude plantenresten zijn opgeslagen). Daar heb je ook een typische fauna, namelijk de
rendieren. Rendieren hebben de eigenschap om warm lucht te blazen vanuit hun mond over de mossen
waardoor die lichte moslaag ontdooit en zo kunnen ze gemakkelijk de mossen van de bodem afgrazen.
Mossen kunnen zich geografisch verspreiden op verschillende niveaus/schaal. Het is
zo dat mossen sporen vormen. Die sporen kunnen met water vervoerd worden over
de verschillende continenten/regio’s. Zo kom je aan bepaalde mos vegetatie die
zowel in het Noorden als in het Zuiden te vinden is. Veel soorten vogels en planten
hebben een ruim of beperkt verspreidingsgebied (bv. Noord-Amerikaanse vogels of
bepaalde vasculaire planten). Deze hebben in bepaalde gebieden hun geografische
ontwikkeling.
Hoofdstuk 9: Aquatische biomen – Ecologie en biosfeer
Ecologie over het algemeen gaat over organismen en hun omgeving.
Organismen gaan bepaalde regio’s benutten omdat ze daar hun voedsel vinden
of omdat ze daar zich verder kunnen voortplanten of omdat ze daar veilig
kunnen wonen en kunnen blijven, omdat daar minder last is van prooien, omdat
daar ideale situaties zijn qua vochtigheid, temperatuur, neerslag, etc.
Ecologie kan op 4 niveau’s bestudeerd worden:
•
Organismale/Organiserende ecologie
o
•
Aanpassing en verspreiding van soorten wordt bestudeerd.
Populatie ecologie
o
Groepen individuen worden bestudeerd en men kijkt hoe zij gaan overleven en interageren
met elkaar.
•
Gemeenschapsecologie
o
•
Interacties tussen verschillende soorten wordt bestudeerd zowel voor planten als dieren.
Ecosysteem ecologie
o
Abiotische (alle factoren die niet rechtstreeks gelinkt zijn met leven, fysische (neerslag,
temperatuur, vochtigheid) en chemische factoren (water, zuurstof en bepaalde chemische
stoffen die op een bepaalde plaats aanwezig zijn)) en biotische (alle factoren die gelinkt zijn
aan leven) interacties worden bestudeerd. Biotische factoren zijn o.a. het voorkomen van
andere individuen, het voorplanten, het voeden of het metabolisme.
Wat zijn de factoren die de verspreiding van organismen bepalen? Hiervoor gaan we
terug naar de kaart en kijken we in het gebied van Ecuador (de evenaar) heb je een rijke
fauna en flora.
Wat zijn de factoren dat die spreiding van
een soort bepalen? De factoren zijn
uitgezet in een schema. Eerst vraag men
zich af: “Waarom komt een bepaalde
soort niet voor in een bepaald gebied?”
Dat kan te maken hebben aan de
eigenschappen van het gebied zelf aan de
oppervlakte of de spreiding van het
gebieden dit bepaalt mee of dat een
individu of een groep individuen zich gaat verspreiden over dit gebied. Men vraagt ook of het gebied op de plaats
waar het organisme wordt uitgezet al dan niet toegankelijk is of beschikbaar, is het het juiste moment. Is het het
juiste klimaat? Is het het juiste tijdschema binnen het jaar? Komt het overeen met de ideale temperatuur,
vochtigheid of neerslag? Een organisme moet zich dus erg goed voelen in een bepaald gebied om te kunnen
verder leven en te voortplanten en daar spelen biotische factoren een belangrijke rol. Zijn er biotische factoren
die het individu limiteren om zich te verspreiden? Ja? Dat kan zijn door middel van parasitisme. Dit betekent dat
binnen twee individuen de ene de andere gebruikt om te leven. De ene parasiteert de andere, waarbij de andere
er nadeel van bij ondervindt. Predation is “zijn er in dat gebied prooien? Zijn er rovers t.o.v. prooien? Kan het
individu zich goed schuilhouden in dat gebied? Is er competitie binnen het gebied met andere individuen of
andere delen van de groep zoals wolvenroeden, waar er competitie is t.o.v. de andere roeden? Zijn er ziektes die
kunnen uitbreken en kunnen dreigen tot uitsterven van de soort? De abiotische factoren zijn de chemische en
fysische factoren. Bij chemische factoren horen water, zuurstof, zout (zoals bepaalde zeeën en oceanen), pH en
bodemgesteldheid (bodemnutriënten). Fysische factoren zijn temperatuur, licht, de structuur van de bodem, het
al of niet ontstaan van vuur en vuurhaarden.
Dispersie van soorten/Beperking van verspreiding: Hier is een voorstelling van
een experiment waar een bepaald dier wordt uitgezet. Dat dieren duidt je aan als
transplant. Die transplant wordt uitgezet in een bepaald gebied en men kijken of
die zich daar succesvol zal vermeerderen. Dat wordt vergeleken met een
controlegebied. Het controlegebied is de actuele omgeving en men kijkt in welke
mate die twee zaken te vergelijken zijn. Wanneer een transplant wordt uitgezet
in een gebied waar hij helemaal niet kan aarden en zich niet goed voelt, dan zie je dat de transplant dus
unsuccessful/zich helemaal niet gehandhaafd heeft en zo kan je de grenzen van een bepaald gebied bepalen.
Problemen met introductie gebiedsvreemde soorten:
•
De honingbij was het eerst aangetroffen in Afrika (1963) en heeft zo zijn
gebied verruimd door elke keer verder en verder op het continent en dan
zie je ook door het uitzwermen van die bijen zijn er dus meerdere landen
bereikt en krijg je dus een groter verspreidingsgebied van de bij.
•
Een ander voorbeeld is de mossel. Mosselen gaan zich voorplanten door
microscopische kleine organismen die meegevoerd worden in het water
en zo zie je het verspreidingsgebied van de mossel meer en meer
vergroten waarbij je dus op een tiental jaar tijd vanaf een heel specifiek
gebied (vanaf een cultuurplaats meestal) een enorme verspreiding zijn
over de verschillende locaties.
Biotische factoren bepalen de verspreiding van een organisme, maar ook omwille van:
•
Planten-bestuiver interacties: Planten gaat bestoven worden en die bestuiver interacties zijn specifiek
en gebeuren op een bepaalde regio in een bepaalde area.
•
Prooi-predator interacties: Deze bepalen mee de verspreiding van een organisme.
•
Herbivoor-plant interacties: Herbivoren zullen zich begeven op plaatsen waar ze aan hun voedsel gaan
komen. Je krijgt specifieke herbivoor-plant interacties.
Dit is een biologisch experiment. Het komt erop neer dat er 2 dieren
zich voeden met zeewier, enerzijds de eenkleppigen (limpet) en
anderzijds de zee-egel. Men heeft bekeken wanneer deze dieren
alternerend aanwezig zijn. Onderaan zie je alleen eenkleppigen zijn
weggenomen, de zee-egel heeft zich kunnen tegoeddoen aan het
zeewier. In het andere geval zijn alleen de zeewieren weggenomen en
dan zie je een enorme groei van het zeewier. In het geval dat ze allebei
zijn weggenomen, dan zie je optimale groeiconditie voor het zeewier.
Abiotische factoren die de verspreiding van de organismen bepalen:
•
Temperatuur
•
Water (voor bepaalde organismen is het water, voor anderen aarde of grond)
•
Licht
•
Wind bepaalt heel specifiek globale klimaatfactoren
•
Globale klimaatfactoren (seizoenaal).
•
Lokale wind: Lokale microklimaat (wind op korte termijn)
•
Klimaatswijzigingen (wind op lange termijn)
•
Geologisch substraat en bodemtype
•
Luchtcirculatie: Wanneer in bepaalde gebieden er
verdamping is en de warme lucht opstijgt, dan komt die in
contact met koude lucht en dan krijg je een continue
afwisseling van opstijgende wolken, wolken die uitvallen
en waar regen uitvalt, dan krijg je terug koude lucht, die
terug wordt opgewarmd. Zo krijg je een continue
verplaatsing van warme en koude lucht en van
vochtigheid boven een bepaald gebied.
•
Neerslag
Temperatuur en neerslag wordt verwezen naar de slides bij de terrestrische
biomen. Daardoor krijg je de grote verscheidenheid aan terrestrische biomen. In
deze grafiek wordt de temperatuur t.o.v. de neerslag vergeleken en dit bepaalt
dan ook heel specifiek de gebieden met plantengroei en met aanwezigheid van
bepaalde dieren.
Biomen = Belangrijke typen ecosystemen met een grote verspreiding op aarde
-
Binnen de Aquatische biomen heb je 2 soorten:
o
Zoet water
o
Zout water (marien)
-
Terrestrische biomen
o
9 biomen
AQUATISCHE BIOMEN
De verspreiding van de aquatische biomen gezien op wereldkaart:
-
Lakes
-
Coral reefs
-
Rivieren
-
Het oceanisch pilagisch en oceanisch bentisch gebied
-
Estuarisch of mondingen
-
Intertidal zones: zones waarbij 2 keer per 24 uur, het land
overspoelt
1. Zoet water
Zonatie van een diep meer: Een diep meer kan opgedeeld worden in
verschillende
gebieden.
Eerst
en
vooral
vanaf
de
status
wateroppervlaktewater, glijdend over de bodem tot aan het diepste punt van
het meer.
-
Bentische zone = Het diepste punt van het meer
-
De fotische zone= Het gebied waar nog licht binnen kan, waar je nog wieren kan treffen die aan
bladgroenverrichting doen.
-
Afotische zone= Het gebied waar geen licht binnen kan, daar krijg je dus specifieke organismen, niet
meer bladwieren, maar andere platen zoals bijvoorbeeld met zeesla op de bodem
-
Pilarische zone= Vanuit het dieptepunt van het meer tot aan de oppervlakte van het water
-
Littoral zone= Vanaf de waterlijn tot aan de plantengroei
-
Limnetische zone = Aan het einde van de littorale zone tot op het middepunt van het meer
Zoetwater biomen worden ingedeeld volgens hun productie van organisch materiaal
Types zoetwater:
-
Oligotroof meer: Aan welke condities voldoet een oligotroof meer of hoe kan je
deze herkennen?
o
Diep
▪
Meestal de meren die gelegen zijn beneden de bergen, dus het
ijswater, de sneeuw die schuift af. Daar krijg je dus koud water.
o
Nutriëntenarm
o
Weig fytoplankton
o
Weinig waterplanten
o
Weinig organisch sediment
-
Eutroof meer (= Een echt biologisch meer)
o
Ondiep
▪
o
Meestal niet zo diep als oligotroofmeer
Rijk aan nutriënten
▪
Je ziet daar een overvloedige plantengroei, zowel in als naast
het water.
o
Veel fytoplankton
▪
Dat zijn eencelligen afkomstig van planten
o
Veel waterplanten
o
Veel organisch sediment
▪
Planten gaan afsterven en vormen zo op de bodem een laag organisch materiaal en
dat is dan weer een rijke bodem om nieuw voedsel te voorzien voor organismen
Rivieren en stromen (stromend water)
-
Stromend water, continue aanvoer en afvoer van nutriënten
-
Gradiënt in aanwezigheid van sediment en nutriënten, omdat je dus ook waterplanten hebt en dieren
die afsterven, je krijgt hier dus ook zuurstof in het water vanwege de stroming van het water en soms
ook verschil in temperatuur van de bron tot aan de monding
-
Organismen hebben zich aangepast aan stromend water aan de stroming:
o
Veranderde bladmorfologie waarbij die vorm van die bladeren zich hebben aangepast aan de
stroming van het water. Deze planten worden gevonden met 2 verschillende
bladmorfologieën, waar het water heel snel stroomt, daar krijg je die pijlvormige structuren
(zoals rechts op de foto). Die planten hebben dus zich geadapteerd/ aangepast aan de stroming
van het water.
▪
Typische bewoners van rivieren zijn de
amfibieen, zoals de kikkers, hagedissen en
anderzijds ook de reptielen soms in de buurt
hun van het water, dus slangen.
Wetlands of moerassen
-
Zeer brede term voor waterrijke gebieden met veel vegetatie daarrond.
-
Deze groep van moerassen zit tussen aquatisch en terrestrisch ecosysteem (omdat het op heel warme
momenten tijdens zomermaanden, kan moerras letterlijk volledig uitdrogen, dan heb je de neiging om
het te classeren bij terrestrische ecosysteem, maar wanneer het terug begint te regenen, wanneer het
water vergaart wordt, dan spreek je over een aquatische ecosysteem.
-
Zowel seizoenaal overstroomde gebieden als veengronden
o
-
Veengronden zijn daardoor ook rijk aan grondstoffen.
Vaak rijk aan hydrofyten: aangepaste waterplanten die tijdelijk in anaërobe (onderwaterplaten) bodem
kunnen leven. Die halen de nutrienten uit de bodem, en kunnen zo verder groeien.
-
Men onderscheidt moerassen gedomineerd door:
o
Kruidachtige planten: planten tot ongeveer een meter hoogte
▪
o
Waterlelies, riet…
Bomen
▪
Elzenbroek, moerascypres…
o
Estuariene en kunstmangrove wouden: die vindt je voornamelijk in Kenia
o
Veenmos(venen)
Vochtige valeigebieden: Dit is een voorbeeld van een moerras, een vochtig valei-gebied. In het
diepste punt krijg je een rivier, waar het water zich vergaart.
Moeraswouden: Hier zie je een voorbeeldje van bomen die met de voeten in het water staan.
Die vormen vaak luchtwortels.
Mangroven: Hier zie je een voorbeeld van de mangroof wouden. Hier zie je dat de planten 2
keer per dag overspoeld worden, wortels worden overspoeld door zoutwater gemengd met
zoetwater. Die planten hebben een typische structuur. De planten hebben een extra
curriculaag, om enerzijds verdamping te beperken, en anderzijds niet te rotten in het water. De
bomen vormen daar ook luchtwortels en de bomen hebben daar, wanneer het waterniveau
zakt, ver uitstekende wortels onder de stam.
Estuaria
-
Monding van een stroom in de zee, vaak afgezoomd door wetlands
o
-
Waar de zee het land in komt op bepaalde plaatsen
Daar krijg je sterk gradiënt van een mengeling van zoet en zout water=brakwater.
o
Zoals in het Zwin, die is onderheving aan de getijden. Het zoutwater komt binnengestroomd in
de Zwin, dan krijg je ook kleine schaaldieren en krijg je ook kleine visjes.
-
Biologisch zeer productieve biomen door continue aanvoer van nutriënten via de rivier, het is een ideale
plaats voor watervogels,
-
Belangrijke ‘kraamkamers’ voor zeevissen en invertebraten (ongewervelden)
o
Vb. Molusca en Crustacea
Je ziet hier een esturium. Je ziet in de verte de zee, en de zee komt bij vloed voor een deel
dieper het land in, en zal zich daar dan mengen met het water uit de rivieren. Dit is bij ons het
geval met de schelde.
Mariene aquatische biomen
-
Zeeën en oceanen: die zonen worden ingedeeld op basis van 3 criteria:
1) Invloed van het licht: Fotische regios (waar licht door kan) in tegenstelling
tot afotische zone (waar geen licht meer door kan)
2) Afstand tot de kust: Intergetijdezone, neritische zone en oceanische zone
3) Diepte: pelagische vs. Benthische zone
Eerst en vooral heb je een doorsnede van de continental shelf, dus het gebied waar het land in contact komt met
de zee. Dan het gebied dat je volgt vanaf de waterlijn over de bodem langsheen de flank, tot de dieptepunt van
de zee, is de bentische zone. Daarboven heb je terug een fotische zone, waar licht door kan, en daarronder heb
je de afotische zone, waar geen licht doorkan. Bovenaan heb je de intergetijde zone. De neritische zone is de
zone die met licht vanaf het waterlijn tot aan het bovenste gebied, en dan gaat er plots een niveauverschil
plaatsgrijpen tot aan het dieptepunt van de zee, dat is de oceanische zone. Helemaal rechts is de pelagische zone,
dat is de zone vanaf de oppervlakte van het water, eigenlijk het midden van de zee tov het diepste punt van de
zee.
Intergetijde zones:
-
Worden dagelijks 2 maal overstroomd
-
Sterke golfwerking: Veel organismen zitten verankerd aan substraat (bvb. zeepokken, zeeanemonen,
zeeëgels, mossels)
o
Dat zijn de organismen die je vindt bij ons aan de kust bij de golfbrekers en de stenen die in de
zee worden gelegd om de golfen te breken
-
Rotskusten: Sterke verticale stratificatie van organismen--> volgens het niveau waar het water tegen de
rotsen komt, verschillende organismen kunt vinden.
-
o
Bv. Een pier in de belgische kust of scapetsel
o
Daar vind je op verschillende niveaus organismen die zich vasthechten op de steen
Zandkusten: Minder gestratifieerd; organismen hebben een ingegraven levenswijze
o
Wormen die uit het zand worden gehaald die nadien als aas worden gebruikt voor
de vissen.
Hier vind je verschillende organismen die zich hebben vastgehecht aan de rotsterren. Je zie
garnaaltjes en zeesterren in plaatsen waar er nog wat water achterblijft.
Koraalriffen:
-
Opvallend bioom in de neritische zones van tropische zeeën
-
Wanneer vind je een koraalrif? Voorbij de branding en dan heb je een iets dieper gelegen regio, die
ongeveer 3-4-5 meter diep is, de zon kan daar nog goed door het water in filtreren. Je krijgt daar een
gematigde temperatuur, want het is zoals een bassin.
-
Constante aanvoer van nutriënten door zeestroming + lichtinval en dus mogelijkheid tot fotosynthese
dus je krijgt daar een hoge diversiteit
-
Gedomineerd door koralen (Cnidaria: Anthozoa)
o
Koralen zijn poliepen die gebouwd zijn met exoskelet die bestaat uit CaCO3. Een koraal is
eigenlijk een samenwerking van 2 verschillende delen, dus enerzijds poliepen en CACO3 dat de
stevigheid geeft aan het koraal. Uiteindelijk sterft het poliepje en CACO3 blijft bestaan, en
daardoor zie je die stevige structuren.
o
Koralen leven in symbiose met roodwieren en Bryozoa, en die geven de fantastische kleuren
aan het koraal, die zelf ook CaCO3 leveren, en met fotosynthetische onstaan er dinoflagellaten.
▪
Dinoflagetallen zijn organismen die je ook vindt in die regio’s
Het is een ideal plaats/omgeving voor vissen. Ze kunnen zich daar schuilhouden,
wieren eten, temperatuur is ideaal,
Koraalriffen krijgen dus een mooie kleur, het is een samenspel van polliep en
wier. Je ziet onderaan zeeanemollem, met uistekeltjes, die leven daar ook.
Bleaching en massaal afsterven t.g.v klimaatopwarming: doordat de
temperatuur van het water stijgt wordt dat te warm voor de wieren en deze
gaan dus ook afsterven. Een andere factor die voor de afsterving van het
koraalrif zorgt, is het gebruik van zonnenproducten door toeristen, in die
gebieden zijn er ook prachtige stranden, zoals in Afrika gebieden aan de
kusten. Mensen houden van het strand, gaan zich insmeren met zonnecreme en nadien zwemmen in koraalrif,
waardoor die vette substantie die in het water blijft liggen en komt in contact met de koralen en hierdoor ook
afsterven van de chemische stoffen en van het vet.
Oceanisch pelagisch bioom
-
Minder rijk aan nutriënten dan kustgebieden omdat dode resten v. plankton en andere organismen naar
een diepe bodem zinken
-
In bepaalde tropische zeeën is de fotische zone ook armer aan nutriënten dan in gematigde gebieden
door een continue stratificatie (geen seizoenen)
-
Naast plankton (micro-organismen die passief drijven of beperkt kunnen zwemmen) is er ook nekton
(grote organismen die actief tegen de stroom in kunnen zwemmen; bvb. Vissen, walvissenzeezoogdieren)
Planktonbloei: Een bepaald tijdstip in het jaar, krijg je planktonbloei, je krijgt enorme
ontwikkeling van plankton, en die planktondeeltjes / microorganismen vreden zich in grote
gebieden, die drijven bovenop de zee en gaan allemaal tegelijk in bloei, en daardoor krijg je die
felle, groene kleuren en tinteling op het water.
Plankton diversiteit: Het zijn steenwiertjes en hebben een rond
structuur, die kunnen ook aan bladgroen, fotosynthese doen en kunnen
bladgroen vormen. Dan heb je de eenvoudigste, copepoda, of de kleine
diertjes, die ook bij planton worden berekend.
Nekton = Dit zijn de grotere organismen in het water.
Dit is ook een organisme die deeluitmaakt van de oceaan. Dit is de
reuzenpijlinktvis, heeft een fluorescende eigenschap, is een typische inktvis die
gezien is in 2005.
Er is een activiteit, een omzetting van licht in chemische energie
door autotrofen.
Mariene benthische biomen
-
Detritus of afvalis belangrijke nutriëntenbron (ontstaat door afgestorven vissen en organismen)
-
Netritische benthische gemeenschappen zijn vaak zeer productief (door aanwezigheid van licht) en
kunnen licht capteren en kunnen zeer divers zijn naar gelang diepte, afstand tot de kust en
bodemsamenstelling
-
Benthische gemeenschappen in abyssale zones (zeer diep; tot enkele km op bodem) zijn aangepast aan
koude temperaturen (3°C), aan hoge druk kunnen weerstaan en totaal gebrek aan licht
-
Abyssale ecosystemen nabij hydrothermale pijpen zijn verrassend divers aan chemoautotrofe
prokaryoten (organismen die zichzelf kunnen voeden, eigen voedingstoffen kunnen opbouwen
uitgaande van chemische bouwstenen), invertebraten en zelfs vissen.
Ideale schuilplaats is diep in de zee voor vissen zie grasvelden.
Abyssale zone:
Hydrothermale/ vulkanischhe pijpen, daar wordt vanuit de binnenste van de aardkorst,
zwavel naar boven gestuurd, onder de vorm van H2S, die onstaat doordat de zwavel zich gaat
verbinden met het waterstof met het water en zo krijg je opgeloste sulfaat en worden daar
door binnenste van de aarde door schouwen naar buiten gestuurd, en in deze buurt leven
chemoautotrofe prokaryoten(wormen) die die zwavel kunnen gebruiken als voedingsbron
om daar te overleven.
Hoofdstuk 10: Antropologie
Dit hoofdstuk gaat over antropologie, meer bepaald over primaten en de evolutie van
de mensen. Voor het bestuderen van de evolutie van de mens, heeft men zich
hoofdzakelijk gebaseerd op het aantal en de positie van slaapvensters. Slaapvensters
zijn gebieden die liggen boven het j ukbeen en die aangeduid worden als de temporale
regio. Het is ook de plaats waar de aanhechting gebeurd van de spieren en verbinding
tussen schedel en onderkaak.
De fylogenie beschrijft verschillende gebieden. In de eerst
plaats helemaal onderaan heb je een algemene
voorouder en vanuit die algemene voorouder zijn er
verschillende strekkingen, enerzijds naar de reptilia en
anderzijds naar de synapsida. Hier heb je een eerst vorm
van mammalia, maar die zijn met de tijd verder blijven
bestaan en uitgegroeid tot zoogdieren, zoals we ze nu
kennen. De
reptilia
hebben zich opgesplitst in twee groepen. Bij die twee groepen is de
linkse groep, de anapside (deze zijn uitgestorven), en de
rechterkant, de diapsida (deze zijn wel verder uitgegroeid). Bij de
diapsida heb je twee strekkingen. Dit zijn twee totaal verschillende
groepen, enerzijds heb je de vorm van vissen/amfibieën/reptielen
en dan meer rechts heb je nog een vorm van reptielen, nl. de
krokodil en verder heb je de groep die later dan de dinosauriërs en de vogels zijn.
Bij de dinosauriërs heb je eigenlijk opnieuw een opsplitsing met enerzijds in hoofdzakelijk herbivoren en
anderzijds in zowel herbivoren als carnivoren. De hoofdzakelijke herbivoren zijn 3,5 meter hoog en de zowel
herbivoren als carnivoren kunnen tot 5 meter hoog zijn. Deze groep omvat de voorouders van de vogels. Men
bekijkt ook het kenmerk endo-thermisch. Endo-thermisch wilt zeggen dat er een eigen inwendige warme
lichaamstemperatuur is, die wordt bespreken bij deze verschillende groepen (bij krokodillen, dinosauriërs en bij
de vogels).
Dit is een overzichtsfoto van een museum in Engeland. Daarbij heb je de geraamtes/fossielen die ooit gevonden
zijn en naar aanleiding van die fossielen van die tekening die in kaart gezet zijn
heeft men dus naargelang de voorgeschiedenis daar een huid voor ontworpen en
heeft men daar een bepaalde vorm aan gegeven zoals bij de klasse van de
mammalia. Alle informatie die vanaf hier bestaat komt eigenlijk van fossielen. Bij
de mammalia zijn de typische kenmerken:
•
Aanwezigheid van melkklieren en vandaar mammae (< Mamalia)
•
De huid bedekt met haar, keratine, een eiwit in vorm van haarstructuur
•
Het embryo zal ontwikkeld worden in de uterus/baarmoeder
•
Het endotherm zijn, dus de interne lichaamstemperatuur die specifiek is per diersoort
•
Het hart bestaat uit vier kamers
•
Scheiding van zuurstofrijk en zuurstofarm bloed
•
Relatieve grote hersenen
•
Lange periode van ouderlijke zorg
•
De jongen hebben de mogelijkheid te leren van de ouders
•
Ontstaan van bepaalde adapties: Kaken en tanden
•
Slaapvenster: Complex middenoor met drie gebieden:
o
Hyomandibulare → Stijgbeugel (stapes)
o
Quadratum → Aambeeld (incus)
o
Articulare → Hamer (malleus)
Het skelet is eigenlijk gevormd vanuit een kraakbeenskelet naar
een beenskelet en dat kraakbeenskelet vind je nog bij
kraakbeenvissen. Deze zijn in de evolutie blijven ontstaan. Typisch
zijn ook de bogen. De eerste boog is een voorboog en bestaat
eigenlijk uit een dubbelgevouwen tweehelft, dat het kraakbeen van
Meckel heet. Daarachter heb je een twee boog, die verticaal is
blijven staan, en dat is de hyomandilbulare en die zorgen al voor de
structuur voor het gewricht van het kaakbeen in verbinding met de schedel. Je hebt dan ook de tweede
kieuwspleet en daarnaast nog vijf functionele kieuwspleten. De twee kieuwspleet doet dienst als spuitgat. Het
water komt binnen in de mond en gaat dan over de kieuwspleet weer naar buiten. Je hebt dan de
hyomandibulare die dicht bij de oorkapsel zijn.
Er is duidelijk een evolutie van het kraakbeenskelet naar de echte
gehoorbeentjes en dat kan je zien vanaf kraakbeenvissen over
beenvissen via reptielen/amfibieën en vogels en uiteindelijk bij
zoogdieren, waar je de meest complexe situatie hebt met de
drievoudige structuur van hamer, aambeeld en stijgbeugel.
Als we nu meer ingaan op de antropologie, dan kan je de evolutie bekijken
en kan je vergelijkenissen maken tussen chimpansee, homo erectus en de
mens. Wat onmiddellijk opvalt is de schedelinhoud, die is merkelijk
vergroot en ook de vorm van het (aan)gezicht is sterk verschillend. Je ziet in
de meest linkse structuur bij de chimpansee hoog opgestoken oogbogen,
dan een platte neus, maar wel een vooruitstekende kin met zware
hoektanden en grote snijtanden. Bij de homo erectus is die zware kaak wel gebleven, maar zijn de oogkasten iets
meer naar voren gebogen. Bij de mens zie je al meer een evenwichtige situatie dus de grote schedelinhoud, de
kleinere kaak, de vorming van de neus (je hebt namelijk het been maar neus bestaat uit kraakbeen), de grotere
oogkasten (de ogen die meer zijdelings staan) en dan de tanden die meer in relatie met elkaar staan en waarvan
de hoektanden en de snijtanden niet uitgesproken groot zijn.
De mammalia hebben als kenmerk dat zij melkklieren bevatten
(mammae), dat zijn een huid hebben bedekt met haar en ook nog haar op
de schedel (in het geval van de mens) hebben. Het embryo rijpt in de
uterus. Het endotherm kenmerk (de lichaamstemperatuur), het hart met
de vier kamers, de relatief grote hersenen, oo, typisch de lange periode
van ouderlijke zorg en de mogelijkheid tot aanleren en als laatst de
adaptaties van kaken en tanden en het complexe middenoor zijn ook nog
typische kenmerken.
Bij de mammalia horen ook de snaveldieren of het vogelbekdier, die
zijn ovipaar. Het zijn eieren zoals bij de reptielen. Het is een rond ei
met een grote dooier en vanuit die dooier ontwikkelt dus het embryo.
De dieren bevatten haren of stekels en de wijfjes hebben melkklieren,
het zijn geen echte tepels maar meer gleuven/openingen langs waar
de melk kan opgezogen worden door het jong. De eieren worden
meestal gelegd in de aarde (denk maar zoal bij schilpadden, schildpadden graven een kuil en leggen hun ronde
eieren die hoofdzakelijk ontstaan (en bestaat uit een dooier) en leggen bevruchte eieren in het zand waarop het
kuiltje wordt toegedekt en het is eigenlijk door de warmte van het zand dat de eieren wordt uitgebloeid.
Bij de klasse van de mammalia horen ook de
snaveldieren en de buideldieren. Snaveldieren zijn
ook ovipaar, hebben eieren zoals bij reptielen. Het
lichaam is ook bedekt met haar en wijfjes hebben
melkklieren en geen echte tepels. Vivipaar vind je
onder andere bij buideldieren, die worden
vroegembryonaal gebaard en die dieren banen zich
dan een weg via de haren over de buik en laten zich
dan tot onderaan in de buidel vallen en daar zuigen
ze zich vast aan een tepel en in die buidelzaken zal
het jong dan ontwikkelen.
Zo komen we bij de orde van de primaten. De primaten hebben specifieke eigenschappen:
•
Handen en voeten om te grijpen.
•
Grote teen die ver verwijderd is van de andere tenen
(behalve Homo).
•
Opponeerbare duim en/of teen.
o
Je ziet dat goed op de tekening, de duim is
gescheiden van de andere vingers en bij de teen
is dat ook zo.
•
Ze hebben vingers met platte nagels, dus geen klauwen
zoals bij vele dieren.
•
Ze hebben huidlijnen voornamelijk bij de handen (=
dermatoglyphen).
•
Ze hebben relatief grote hersenen, korte kaken, maar een vrij vlak gezicht.
•
De ogen staan frontaal en dat bevordert dieptezicht.
•
Grote broedzorg.
•
Complex sociaal gedrag
Bij primaten vindt je verschillende superfamilies en families. Je ziet daar vermoedelijk vanuit 1 voorouder, zijn
de verschillende vormen ontwikkeld. Wat opvallend is, is de lengte van de armen, benen, grijpfunctie van
handen/voeten, het al dan niet aanwezig zijn van een staart, manen, haren rond het gezicht, het lopen op handen
en voeten. Naarmate de evolutie doorgaat, heb je het meer rechtop lopen, uiteindelijk het aangezicht dat
volledig verandert en de vorm van het gezicht en ook het hanteren van werktuigen. Men heeft in de buurt van
die fossielen steenvormige scherpvoorwerpen gevonden waarmee ze hun prooi te lijf gingen.
Bij de primaten zijn er verschillende
ondersoorten, zoals spookaapjes,
lorries, lemuren.
Je hebt apen van de oude en de nieuwe wereld. De apen van de nieuwe
wereld hebben een breder gezicht. Het zijn ook de breedneusapen. De
apen van de oude wereld zijn de smalneusapen en hebben ook een
kortere kin en ronder, een naar voor uitgestoken mond en smalle
neusgaten.
Er zijn een aantal andere soorten, zoals chipansees, orang oetan en
gorilla.
De kenmerken van de evolutie van de Hominiden:
-
Het gaat voornamelijk over de grootte van de hersenen of de herseninhoud.
o
Het schedelvolume is in de evolutie 3 keer vergroot over 6 miljoen jaar. Het is van 400-500 cm3
naar 1400 cm3 gegaan.
o
Je ziet dat duidelijk op de foto. De schedel
wordt groter, maar het aangezicht wordt
kleiner.
-
Vorm van de kaken
o
Er is een trend naar kortere kaken, dus
plattere gezichten, geprononceerde kin.
Men spreekt hier van prognatisme, dus de
kin die meer geïntegreerd is in het gelaat en in de lengte komt van het
aangezicht.
o
Het progmatisme heeft ook direct een reflectie op de vorm
van het gebit, dus bovenaan bij de mens, in horizontale zie je daar
relatief rond en smal gebit, en daar tegenover ook een kin die vrij
schuin naar voor komt. Bij de gorilla heb je dus die brede oogbogen,
platte neus en zware tanden. Als je het gebit bekijkt, dan zie je die hele
zware hoektanden en zware snijtanden vooraan. De kaak is iets meer
naar achter. Bij de gorilla heb je een veel afgeplatter gezicht, maar nog wel vrij brede oogkasten
en heb je de uitgesproken zware hoektanden. In zijn algemeenheid kan men zeggen dat de
mens de meer jonge, de meer juveniele eigenschappen behoudt.
-
Bipedalisme
o
< Bi pedaal dus lopen op 2 voeten
o
Hominoïde voorouders: viervoeters, zoals Apen (Nieuwe en Oude wereld).
▪
-
Kleiner geslachtsdimorfisme
o
-
De evolutie is van 4 voeten (op handen en voeten) naar 2 voeters geëvolueerd.
Het gewicht van mannetje t.o.v. vrouwtje sterk verschilt
▪
Gorilla, Orang-oetan: man 2x groter als vrouw
▪
Chimpansee, Bonobo: 1,35x
▪
Mens: de man is qua gewicht 1,2 x gewicht van de vrouw
Familiestructuur
o
Evolutie: Tendens naar monogamie
▪
o
Monogamie= samenleven met 1 partner
Langere ouderzorg
In de evolutie van de Hominiden is men eigenlijk gestart vanaf het
vinden van de eerste volledige fossiel en dat was fossiel lucy, die
is gevonden nabij nafar, vandaar de naam afarensis. Lucy is
gegeven aan dit fossiel omdat dit fossiel gevonden was, op dat
moment dat The Beatles de song Lucy hadden uitgebracht. Het
hersenvolume van de chimpansee is duidelijk bestudeerd en men
heeft gezien dat er een prognatisme was. Het geslachtelijk
dimorfisme was zoals bij mensapen. Lucy was bipedaal, dus ze
liep al op 2 voeten.
Vanuit afarensis is er een opsplitsing gebeurt in Robustus en
Gracilis. Bij Gracilis komt men naar de Africanus. Africanus heeft
lichte kaken. De robustus heeft eerder zware kaken en dan heeft
men nog een iets bredere ontwikkeling en daar stopt de tak.
Onderaan zou dit verder gaan in evolutie tot de mens, die we nu
kennen, dus van lichte kaken zijn de kaken achteruit gekomen. Het
hersenvolume is vergroot, dus er is minder prognatisme, dat kan je
zien aan de kin, de kin is niet meer zo ver naar voor geduwd, maar
helt af naar beneden om uiteindelijk te komen tot de homo erectus,
omdat kaars rechtop loopt.
Vanuit de homo erectus zou het kunnen zijn dat er een verdere
ontwikkeling is naar de Homo Neanderthalensis, die zou dan gemigreerd
zijn naar Europa, tussen 200.000 en 40.000 jaar geleden, en een
ontwikkeling naar de Homo Sapiens, zoals wij die nu kennen.
Waar is de oorsprong van de mens terug te vinden, en hoe is de migratie van de mens naar de verschillende
continenten? Er zijn twee theoriën:
•
Multiregionale hypothese
Die zegt dat er vanuit 1 homo erectus in Afrika, een verspreiding is over de verschillende continenten, en dat
tussen die individuen een interbreeding zou zijn. De volkeren die kruisen met de naburige populatie. De
modernere volkeren zijn dus het product van die kruisingen van die naburige populaties.
•
Vervangingshypothese
Die heeft andere manier van denken. Die heet ook de Out of Africa hypothese. Hier zou vanuit de homo erectus
in Afrika, 4 stromen zijn, zoals we die links zijn, maar enkel de linkerstroom in Afrika is op een bepaald moment,
namelijk 100.000 jaar geleden opgesplitst en zijn vanuit daar geïmmigreerd naar Europa, Azië en Australië. Men
heeft dat kunnen controleren met vergelijkend DNA-onderzoek, specifiek voor het Y-chromosoom. Wat is er nu
zo speciaal aan de Y-chromosoom? Dat is het degelijk behoud van DNA, omdat Y-chromosoom niet overlapt,
daar is geen crossing-over met andere chromosomen, dus het Y-chromosoom is goed bewaard door de evolutie.
Men verwacht dat dit eigenlijk wel de juiste hypothese zou zijn, omdat via genetisch onderzoek, de DNA vergelijking vrij correct is.
Hoofdstuk 11: Evenwichtige voeding en voedselveiligheid
Deze screencast gaat over evenwichtige voeding, voedselcontrole en -kwaliteit:
•
De voedingsdriehoek: Dit wordt geconstrueerd met een driehoek met aan de basis bewegen. Bewegen
is een nieuw facet ingebracht een paar jaar geleden om mensen te stimuleren om naast gezond eten
zeker te bewegen. Daarboven komen water als het belangrijk punt, daarboven koolhydraten, dan
daarboven links heb je groeten & fruit en rechts vis, daarboven vlees en zuivelproducten, en daarboven
vet en helemaal in de top een hele kleine rest (met het eten
van stuk chocolade of drinken van glas alcohol). Deze rest
hoort niet tot gezonde voeding, maar om het leven
aangenaam te maken en realistischer voor te stellen heeft
men het opgenomen helemaal in de top van de
voedingsdriehoek.
•
Vlees
en
substituten:
Vlees
is
natuurlijk
onderworpen aan heel strenge controles. Sommige mensen
houden er niet van om vlees te eten en gaan over naar andere producten, die bijvoorbeeld in de
volksmond vleesvervangers heten, maar eigenlijk zijn het geen vleesvervangers. Het zijn
vleespreparaten en zijn preparaten die eruitzien als vlees maar het zijn bereidingen hoofdzakelijk
gebaseerd op eiwitten. Je hebt al in de supermarkten gemerkt dat er heel wat producten te vinden zijn
die eruitzien als een hamburger of als een kroket, maar binnenin is de samenstelling een verzameling
van eiwitten gehaald uit planten.
•
Planten in de voeding: Dit is belangrijk dat je veel groenten eet. Het kan in gekookte, gestoomde,
gegrilde of rauwe vorm. Let op dat voor rauwe groenten dat het spijsverteringsstelsel van de mens is
door de evolutie heen niet zo ingericht om rauwe groenten te eten. Rauwe groenten gaan rotten in het
spijsverteringsstelsel van de mens. Het is dus beter om regelmatig ook gekookte groenten te eten omdat
ze voor geprepareerd zijn, wat eigenlijk een eerste bewerking aan voorafgegaan en dan je ga je deze
veel beter verteren.
•
Controle van voedsel: Dit is een heel belangrijke punt. Voedsel wordt onderworpen aan strenge
controle en de laatste jaren extreem, bedrijven hebben namelijk systemen moeten opnemen om de
controle van voedsel te waarborgen.
Een van de belangrijkste controlesystemen is het HACCP (= Hazard Analysis Critical Control Points). Het is een
borgingssysteem (alles wat onder het bedrijf gebeurt moet onder een systeem vallen, systeem waar bedrijf borg
voor staat) voor voedselveiligheid waarmee men op een systematische en bepaalde zaken controleren en
bewaken:
•
Professionele wijze gevaren identificeren (hazards): Het systeem zorgt ervoor dat je bepaalde zaken
kan rapporteren, zaken die fout gaan (zoals een vreemd voorwerp dat in een bereiding is
terechtgekomen of bv. een infectie van bepaalde voedingsmiddelen). De gevaren moeten
geïdentificeerd worden, men moet op zoek gaan naar waar die problemen vandaan komen.
•
Risico’s inschatten (analysis): Je moet op voorhand een logboek aanleggen en binnen dat logboek
moeten alles risico’s zijn opgenomen. Wat er zich kan voordoen bij het bereiden, het inpakken of bij het
behandelen van bepaalde voedingsmiddelen.
•
Beheersmaatregelen nemen: Het systeem vanaf producten die worden geleverd (ruwe producten) tot
aan het afgewerkt product moet onder een volledige beheersing vallen.
•
Kritische beheerspunten vaststellen: Wanneer binnen het proces bepaalde zaken heel cruciaal zijn dan
moet die allemaal opgenomen worden in het logboek.
Specificaties van HACCP:
•
Het systeem moet volledig gemonitord worden (monitoring-systeem).
•
Indien nodig moeten corrigerende acties voorgesteld worden. Wat in geval er iets gebeurt, dus er
moeten eigenlijk een actieplan bij problemen opgesteld worden.
•
Het proces wordt onder controle gebracht zodat het helemaal beheerst en geborgd is. Als bedrijf ben je
volledig geborgd, dus het product is onder volledige waarborg van het bedrijf.
•
Hiertoe worden specificaties, instructies en procedures vastgelegd. Het hele verloop/proces moet
volgens bepaalde procedures beschreven worden. Alles ligt vast onder protocol.
•
Met vaste regelmaat dient het opgestelde HACCP-plan geverifieerd te worden. Dit wil zeggen dat je in
elke stap van het proces een controle moet kunnen doen, wat vaak gedaan wordt door staalnamen en
worden een hele tijd bewaard tot op het moment dat zij voordoen aan de voorschriften. Het wordt
gecontroleerd tot aan de houdbaarheidsdatum.
Doelstellingen HACCP
Beheersen van interne risico’s (wat kan er allemaal fout gaan binnenin het bedrijf?):
•
Kwaliteit: Opsporen, vastleggen en controleren van gevaren
•
Tijdsgebonden: Snel optreden als er zich een bepaald probleem voordoet (bv. bacteriële infectie en gaat
heel snel, dus je moet kort kunnen optreden om ook het verlies zo klein mogelijk te hebben).
•
Veiligheid: Volksgezondheid in het gedrang? Zowel op niveau van het product als op niveau van mensen
die er werken. Ook wanneer het product wordt uitgevoerd buiten het bedrijf, moet je heel goed
controleren of er bepaalde problemen zijn die de volksgezondheid in het gedrang brengen. Indien ja,
dan moet dat onmiddellijk gerapporteerd worden. Meestal is dat ook direct binnen de nieuwsberichten
te horen. Zo heb je gehoord dat bepaalde loten worden teruggeroepen door bedrijven.
•
Kwantiteit: Efficiënt ingrijpen om te vermijden dat grote partijen worden gecontamineerd en ook
worden afgekeurd.
•
Elke schakel in de hele voedselproductieketen is onderworpen aan een controlepunt (HACCP) zodat de
geproduceerde bewerkte en verhandelde producten ‘zo veilig mogelijk’ (met een minimum aan risico’s)
doorgaan naar de volgende schakel en uiteindelijk zo veel mogelijk afgeleverd worden aan de
consument.
Preventief voedselveiligheidssysteem
•
Beslaat het hele productieproces
•
Preventief: Wat kan je preventief gaan bekijken? Wanneer het gaat over rauw voedingsmiddelen of
voedingsmiddelen die onderhevig zijn aan biologische processen (bv. rottingsprocessen) of chemische
processen (bv. wanneer er een chemische reactie kan teweeggebracht worden in een product door
oververhitting of onderkoeling) of fysische risico’s (dan heeft het hoofdzakelijk te maken met
behandelen of binnendringen van bepaalde materialen zodat er kan worden ingegrepen vooraleer de
producten in de handel zijn). Fysische risico’s is hoofdzakelijk wanneer er bepaalde materialen maar
ook bepaalde kleine zaken kunnen binnendringen in de voeding zoals stukjes plastic of metaal.
o
Opsporen van biologische, chemische en fysische risico’s zodat kan worden ingegrepen worden
VOORALEER de producten in de handel zijn
•
De punten in het productieproces moeten allemaal aantoonbaar zijn en gedocumenteerd worden (=
opgenomen in het logboek).
•
FAVV: Federaal Agentschap (Instelling) verantwoordelijk voor de Veiligheid van de Voedselketen
•
Verschillende certificeringen afgeleverd door het FAVV:
o
Auto-controle (Belgische wetgeving): Als je als bedrijf binnen je productieproces alle stappen
zelf goed controleert, dan doe je aan auto-controle. Dit is volledig onderhevig aan de Belgische
wetgeving.
o
IFS (International Food Standard)
o
BRC (British Retail Consortium)
o
ISO 22000 (International Standard Organization)
Evolutie in het aantal voedselvergiftigingen:
1. Meer en snellere rapportering (sinds dioxine-crisis): Sinds de dioxine-crisis (meer dan 10 jaar
geleden), moet er een vluggere en meer aan rapportering gedaan worden. Wat houdt deze crisis in? Er
is ooit een man geweest (Heer Verkest) die afgedraaide olie heeft gevoederd aan zijn kippen. Hij heeft
dat tussen het meel voor zijn kippen gemend en heeft zijn kippen daardoor gecontamineerd. De kippen
zijn in de voedselketen gekomen. De beenderen van die kippen zijn ook gebruikt voor gelatine. Men
heeft op verschillende momenten en op verschillende plaatsen in de voedselketen dioxines
aangetroffen. Het heeft een tijdje geduurd eer men uiteindelijk de verdachte heeft kunnen vinden en
die man is natuurlijk zwaar beboet en is de gevangenis ingevlogen.
2. Betere analysetechnieken: Het is belangrijk dat voor elke behandeling/stap controle wordt
uitgevoerd en dat voor het prepareren van bepaalde voedingsmiddelen of bepaalde bereidingen, heel
duidelijke analysetechnieken worden gebruikt.
3. Industrialisering-technische evolutie: Men heeft de laatste jaren volgende gezien:
o
Stijging productie
o
Intensieve landbouw: Landbouw wordt industrieel gesteld en uitgebreid. Men werkt niet meer
in de lokale dorpen en lokale gebieden. Men gaat die landbouw uitbreiden.
o
Internationale handel: Veel van onze voedingsmiddelen worden aangevoerd uit andere
landen. Dit kan je zien aan de verpakkingen. Het is ongelooflijk hoe weinig wij aanvoeren en
binnenhouden vanuit België en hoeveel wij uitvoeren en aanvoeren van andere landen.
o
Afstand tussen grondstof en consument: Dit wordt gecontroleerd.
o
Conserveringstechnieken: Deze staan aangeduid als de E-producten op de verpakking van
voedingsmiddelen.
4. Demografische wijzigingen:
o
Toename wereldbevolking: Er moet meer voedsel voor handen zijn voor meer mensen.
o
Verstedelijking
5. Socio-culturele veranderingen:
o
‘On the Go’ consumptie: We gaan andere manieren zoeken om onze voeding aan te schaffen.
We gaan een minimale tijd besteden aan het bereiden van onze voeding, waardoor ‘on the go’
consumptie meer en meer is ingeburgerd.
o
Bedrijfsrestaurants: We gaan vaker eten binnen het bedrijf om tijd en kosten te sparen. De
bedrijfsrestaurants worden meer en meer ingericht.
o
Steeds meer meeneemrestaurants, traiteurs, snackbars: Mensen doen hier ook beroep op.
o
Reizen naar exotische landen: We gaan allerlei voedingsmiddelen proeven, men is
nieuwsgierig en gaat bepaalde voedingsmiddelen uittesten zoals hond, vleermuis, aap en alle
andere soorten exotische zaken die we absoluut willen uitproberen.
o
Andere eetgewoonten: sushi (rauwe vis), kebab,…