Inhoud
- Cellen: Prokaryotes versus Eukaryotes
- Energiebewerkingsorganellen: mitochondriën en chloroplasten
- Structuur en functie van chloroplasten
- Structuur en functie van mitochondriën
Afhankelijk van waar je bent in je eigen life-sciences opleiding, weet je misschien al dat cellen de fundamentele structurele en functionele componenten van het leven zijn. Je kunt je er ook van bewust zijn dat in complexere organismen zoals jij en andere dieren, cellen zeer gespecialiseerd zijn, met een verscheidenheid aan fysieke insluitsels die specifieke metabole en andere functies uitvoeren om de omstandigheden in de cel gastvrij voor het leven te houden.
Bepaalde componenten van de cellen van "geavanceerde" organismen worden genoemd organellen hebben de mogelijkheid om als kleine machines te werken en zijn verantwoordelijk voor het extraheren van energie uit de chemische bindingen in glucose, de ultieme voedingsbron in alle levende cellen. Heb je je ooit afgevraagd welke organellen helpen cellen van energie te voorzien, of welke organel het meest direct betrokken is bij energietransformaties in cellen? Maak dan kennis met de mitochondria en de chloroplast, de belangrijkste evolutionaire prestaties van eukaryotische organismen.
Cellen: Prokaryotes versus Eukaryotes
Organismen in het domein Prokaryoten, waaronder bacteriën en de Archaea (voorheen "archaebacteria" genoemd), zijn bijna volledig eencellig en moeten, op enkele uitzonderingen na, al hun energie uit halen glycolyse, een proces dat plaatsvindt in het celcytoplasma. De vele meercellige organismen in de eukaryota domein hebben echter cellen met insluitsels die organellen worden genoemd en die een aantal specifieke metabole en andere dagelijkse functies uitvoeren.
Alle cellen hebben DNA (genetisch materiaal), a celmembraan, cytoplasma (de "goo" die het grootste deel van de celsubstantie vormt) en ribosomen, die eiwitten maken. Prokaryoten hebben meestal weinig meer dan dit, terwijl eukaryotische cellen (plannen, dieren en schimmels) degenen zijn die organellen hebben. Onder deze zijn chloroplasten en mitochondriën, die betrokken zijn bij het voorzien in de energiebehoeften van hun oudercellen.
Energiebewerkingsorganellen: mitochondriën en chloroplasten
Als je iets over microbiologie weet en een microfoto van een plantencel of een dierencel krijgt, is het niet echt moeilijk om een onderbouwde schatting te maken welke organellen betrokken zijn bij energieconversie. Zowel chloroplasten als mitochondriën zijn druk ogende structuren, met veel totaal membraanoppervlak als gevolg van nauwgezet vouwen, en een "druk" uiterlijk in het algemeen. Met andere woorden, het is duidelijk dat deze organellen veel meer doen dan alleen onbewerkte cellulaire materialen opslaan.
Van beide organellen wordt aangenomen dat ze dezelfde fascinerende evolutionaire geschiedenis delen, zoals blijkt uit het feit dat ze hebben hun eigen DNA, los van dat in de celkern. Men denkt dat mitochondriën en chloroplasten oorspronkelijk op zichzelf staande bacteriën waren voordat ze werden overspoeld, maar niet vernietigd door grotere prokaryoten (de endosymbiont-theorie). Toen deze 'opgegeten' bacteriën vitale metabole functies bleken te dienen voor de grotere organismen en omgekeerd, een heel domein van organismen, eukaryota, was geboren.
Structuur en functie van chloroplasten
Eukaryoten nemen allemaal deel aan cellulaire ademhaling, waaronder glycolyse en de drie basisstappen van aerobe ademhaling: de brugreactie, de Krebs-cyclus en de reacties van de elektronentransportketen.Planten kunnen echter geen glucose rechtstreeks uit de omgeving krijgen om aan glycolyse te voeden, omdat ze niet kunnen "eten"; in plaats daarvan maken ze glucose, een zes-koolstof suiker, uit koolstofdioxidegas, een twee-koolstof verbinding, in organellen genaamd chloroplasten.
Chloroplasten zijn waar het pigment chlorofyl (die planten hun groene uiterlijk geven) wordt opgeslagen, in kleine zakjes genoemd thylakoiden. In het tweestapsproces van fotosynthese, planten gebruiken lichtenergie om ATP en NADPH te genereren, die energiedragende moleculen zijn, en maken vervolgens gebruik van deze energie om glucose op te bouwen, die vervolgens beschikbaar is voor de rest van de cel en voor opslag in de vorm van stoffen die dieren kan uiteindelijk eten.
Structuur en functie van mitochondriën
Energieverwerking in planten is uiteindelijk in principe hetzelfde als bij dieren en de meeste schimmels: het ultieme "doel" is glucose af te breken in kleinere moleculen en daarbij ATP te extraheren. Mitochondria doen dit door te dienen als de "krachtcentrales" van cellen, aangezien dit de plaatsen van aërobe ademhaling zijn.
In de langwerpige, "voetbalvormige" mitochondria, wordt pyruvaat, het belangrijkste product van glycolyse, omgezet in acetyl CoA, naar het inwendige van het organel gebracht voor de Krebs-cyclus en vervolgens verplaatst naar het mitochondriale membraan voor de elektronentransportketen. In totaal voegen deze reacties 34 tot 36 ATP toe aan de twee ATP die worden gegenereerd uit een enkel glucosemolecuul alleen in glycolyse.