Samenvattingen · BiologieNL · HAVO

DNA-replicatie en de levenscyclus van de cel

Voordat een cel zich deelt, wordt al haar DNA nauwkeurig gekopieerd: de dubbele helix opent zich en elke streng dient als mal voor een nieuwe, complementaire streng. Dit onderwerp volgt die kopie door de celcyclus heen — van de S-fase waarin het DNA verdubbelt tot de mitose, waarin het verdubbelde DNA gelijk over twee dochtercellen wordt verdeeld. Je leert de fasen benoemen, het aantal chromosomen en chromatiden bijhouden, en uitleggen waarom mitose twee genetisch identieke cellen oplevert.

4Onderdelenca. 28min leestijd4VaardighedenNiveauBasis 1 · Standaard 3

T·0666 / 20

Examenprofiel

Het verloop van de DNA-replicatie beschrijven en uitleggen waarom de replicatie semiconservatief is.De fasen van de celcyclus (G1, S, G2, mitose en cytokinese) in de juiste volgorde benoemen en aangeven wanneer het DNA verdubbelt.De vier fasen van de mitose beschrijven met de begrippen chromosoom, chromatide, centromeer en spoeldraad.Het aantal chromosomen en chromatiden door de celcyclus en de mitose berekenen en de biologische betekenis van mitose toelichten.

Operatoren:beschrijfleg uitverklaarnoembereken

basisniveau

Zorg dat je de complementaire basenparing (A-T en C-G) kunt toepassen, de fasen van de celcyclus en de mitose in de juiste volgorde kunt benoemen, en weet dat mitose twee genetisch identieke dochtercellen oplevert met hetzelfde aantal chromosomen als de moedercel.

verhoogd niveau

Redeneer in onbekende contexten over de relatieve DNA-hoeveelheid en het aantal chromosomen en chromatiden per fase, en verklaar waarom een verstoring van de gecontroleerde celdeling tot ongeremde deling — een tumor — kan leiden.

Diepte

Schrift

Inhalt · 4 onderdelen

DNA-replicatie en de levenscyclus van de cel

DNA-replicatie#

Basisexamenblad-nl

Semiconservatieve replicatie

Afb. 1Bij de semiconservatieve replicatie ontstaan uit één oudermolecuul twee dochtermoleculen. Elk dochtermolecuul bevat één oude (behouden) streng en één nieuwe streng — vandaar 'semi' (half) conservatief.

Elke cel bewaart haar erfelijke informatie in DNA, een lang molecuul dat is opgebouwd uit twee strengen die om elkaar heen draaien — de bekende dubbele helix. Elke streng bestaat uit een keten van bouwstenen die nucleotiden heten, en elke nucleotide draagt één van de vier stikstofbasen: adenine (A), thymine (T), cytosine (C) of guanine (G). De volgorde van die basen is de code waarin alle erfelijke informatie ligt opgeslagen. Voordat een cel zich kan delen, moet elke toekomstige dochtercel een volledige, identieke kopie van dit DNA krijgen; anders zou de informatie bij elke deling verloren gaan of onvolledig worden. Daarom wordt het hele DNA eerst nauwkeurig verdubbeld in een proces dat DNA-replicatie heet. Replicatie is dus geen toevallige bijzaak, maar de noodzakelijke voorbereiding op elke celdeling: het kopiëren komt altijd vóór het delen.

De replicatie begint doordat de dubbele helix zich op een plaats opent: de twee strengen laten elkaar los, ongeveer zoals een ritssluiting die opengaat. De zwakke bindingen tussen de gepaarde basen breken, zodat de twee strengen los van elkaar komen te liggen. Elke losgemaakte streng dient nu als mal (of template) voor een nieuwe streng. Dat betekent dat de oude streng de bouwtekening levert: aan de hand van de basenvolgorde op de oude streng wordt er een nieuwe, passende streng tegenaan gebouwd. Tegen elke vrijliggende base op de oude streng schuift een losse nucleotide met de bijbehorende partnerbase, en die nucleotiden worden aan elkaar gekoppeld tot één doorlopende nieuwe streng. Omdat beide oude strengen tegelijk als mal werken, ontstaan er uit één dubbele helix twee volledige nieuwe dubbele helices. De kern van replicatie is dus: helix openen, strengen scheiden, en tegen elke oude streng een nieuwe streng aanleggen.

Het bouwen van de nieuwe streng verloopt niet willekeurig, maar volgens een strikte regel die complementaire basenparing heet. Adenine past alléén op thymine (A-T) en cytosine past alléén op guanine (C-G); andere combinaties passen niet. Deze vaste koppels zijn de sleutel tot een foutloze kopie, want zodra je de basenvolgorde van de oude streng kent, ligt de volgorde van de nieuwe streng volledig vast. Staat er op de oude streng bijvoorbeeld de volgorde A-T-G-C, dan komt daar onvermijdelijk T-A-C-G tegenover te staan. De oude streng bepaalt dus precies, base voor base, hoe de nieuwe streng eruit moet zien — en daardoor is de kopie identiek aan het origineel. Je kunt deze regel ook 'omgekeerd' toepassen: krijg je op een examen één streng en wordt naar de complementaire streng gevraagd, dan schrijf je simpelweg onder elke A een T, onder elke T een A, onder elke C een G en onder elke G een C. Het ezelsbruggetje is kort: A en T horen bij elkaar, C en G horen bij elkaar.

Het resultaat van replicatie heeft een naam die precies beschrijft wat er gebeurt: de replicatie is semiconservatief. 'Semi' betekent half en 'conservatief' betekent behoudend, dus letterlijk 'half-behoudend'. Daarmee wordt bedoeld dat elk van de twee nieuwe DNA-moleculen bestaat uit één oude streng (afkomstig van de oorspronkelijke helix) en één nieuwe streng (die er tegenaan is gebouwd). Geen van beide dochtermoleculen is dus volledig nieuw of volledig oud; ze zijn allebei voor de helft bewaard gebleven. De figuur hiernaast laat dit zien: uit het oudermolecuul ontstaan twee dochtermoleculen, en elk dochtermolecuul draagt een combinatie van 'oud + nieuw'. Dit verklaart waarom de twee kopieën gegarandeerd identiek zijn aan het origineel: elke kopie houdt immers één originele streng vast, die als ijkpunt dient. Het begrip semiconservatief is een geliefd examenonderwerp, dus zorg dat je in één zin kunt uitleggen dat elk dochtermolecuul één oude en één nieuwe streng bevat.

Tot slot is het belangrijk te weten wánneer de replicatie plaatsvindt, want dat verbindt dit onderwerp met de celcyclus uit de volgende paragraaf. Een cel kopieert haar DNA niet voortdurend, maar op één vast moment: tijdens de S-fase (de S van synthese, het maken van nieuw DNA). Die S-fase ligt in de rustige, voorbereidende periode tussen twee delingen in. Pas nadat het hele DNA in de S-fase is verdubbeld, kan de cel beginnen aan de eigenlijke deling, waarbij het verdubbelde DNA over twee dochtercellen wordt verdeeld. De volgorde is dus altijd dezelfde: eerst kopiëren (S-fase), dan delen (mitose). Zou een cel zich delen zonder eerst te repliceren, dan zou elke dochtercel maar de helft van het DNA krijgen. Houd deze koppeling vast: replicatie is de motor die de celdeling mogelijk maakt, en ze draait precies één keer per celcyclus, in de S-fase.

Uitgewerkt voorbeeld

De complementaire streng bepalen

Een streng van een DNA-molecuul (de mal) heeft de basenvolgorde 3'-T-A-C-G-G-T-5'. Bepaal de basenvolgorde van de nieuwe, complementaire streng die tijdens de replicatie tegen deze mal wordt gebouwd.

Stap 1 — Schrijf de regel van de basenparing op
Bij DNA paren de basen altijd volgens vaste koppels: A hoort bij T en C hoort bij G. Onder elke base van de mal komt dus de bijbehorende partnerbase te staan.
Stap 2 — Vervang elke base door zijn partner
Loop de mal base voor base langs: T wordt A, A wordt T, C wordt G, G wordt C, G wordt C, T wordt A. Zo ontstaat de basenvolgorde van de nieuwe streng: A-T-G-C-C-A.
Stap 3 — Let op de richting (antiparallel)
De twee strengen van een DNA-molecuul liggen antiparallel: ze lopen in tegengestelde richting. Tegenover de mal 3'-T-A-C-G-G-T-5' loopt de nieuwe streng dus andersom, namelijk 5'-A-T-G-C-C-A-3'.

Resultaat: De complementaire streng is 5'-A-T-G-C-C-A-3'. Samen met de oude mal vormt deze nieuwe streng één van de twee dochtermoleculen; omdat dat molecuul één oude en één nieuwe streng bevat, is de replicatie semiconservatief.

Veelgemaakte fouten

Denken dat A op C of G kan passen. De enige toegestane paren zijn A-T en C-G; verwissel de partnerbasen niet.
Denken dat replicatie volledig nieuw DNA maakt, of dat na de deling het ene dochtermolecuul de oude helix is en het andere geheel nieuw. Replicatie is semiconservatief: béíde dochtermoleculen bestaan uit één oude én één nieuwe streng.
De volgorde van kopiëren en delen omdraaien. Het DNA verdubbelt vóór de deling (in de S-fase), niet tijdens of na de deling.

Actieve herhaling

Een streng van een DNA-molecuul heeft de basenvolgorde 5'-A-A-T-G-C-T-3'. Geef de basenvolgorde van de complementaire streng en leg uit waarom het dubbele DNA-molecuul dat na de replicatie ontstaat 'semiconservatief' wordt genoemd.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma biologie (HAVO) (CvTE / Examenblad)

De celcyclus#

Standardexamenblad-nl

De celcyclus

Afb. 2De celcyclus als kringloop: G1 → S → G2 → M en weer terug naar G1. De lange interfase (G1, S, G2) gaat vooraf aan de korte delingsfase (M). In de benadrukte S-fase wordt het DNA verdubbeld.

De celcyclus is de vaste opeenvolging van fasen die een cel doorloopt vanaf haar ontstaan tot het moment dat zij zichzelf weer in tweeën deelt. Je kunt de celcyclus opvatten als de 'levensloop' van een cel: ze groeit, bereidt zich voor, kopieert haar DNA en deelt zich, waarna de twee dochtercellen elk weer aan een nieuwe cyclus beginnen. De cyclus bestaat uit twee grote delen. Verreweg het langste deel is de interfase, de periode tussen twee delingen waarin de cel groeit en zich voorbereidt. Het kortere, opvallende deel is de delingsfase, die bestaat uit de mitose (de kerndeling) en de cytokinese (de deling van het cytoplasma). De figuur hiernaast laat de cyclus zien als een kringloop, omdat het einde van de ene cyclus altijd het begin van de volgende is. Onthoud de grove tweedeling: eerst een lange interfase, dan een korte deling.

De interfase wordt verder onderverdeeld in drie fasen: G1, S en G2. In de G1-fase (de eerste groeifase; de G van het Engelse growth) is de cel vooral bezig met groeien: ze maakt eiwitten en celonderdelen aan en wordt groter, zodat ze straks genoeg materiaal heeft voor twee cellen. Daarna volgt de S-fase (de S van synthese), de fase waarin het DNA wordt gekopieerd — precies de replicatie uit de vorige paragraaf. In deze fase, en alléén in deze fase, verdubbelt de hoeveelheid DNA in de cel. Ten slotte komt de G2-fase (de tweede groeifase), waarin de cel verder groeit en alles klaarzet voor de deling: ze controleert of het DNA goed is gekopieerd en maakt de eiwitten die straks de chromosomen uit elkaar zullen trekken. Pas als G1, S en G2 allemaal zijn doorlopen, is de cel klaar om aan de mitose te beginnen. De vaste volgorde binnen de interfase is dus G1 → S → G2, en die moet je vlot kunnen opnoemen.

De S-fase verdient extra aandacht, want daar gebeurt de cruciale gebeurtenis die de hele deling mogelijk maakt: de verdubbeling van het DNA. Vóór de S-fase bevat de cel één set DNA; na de S-fase bevat ze er twee. We drukken dat vaak uit in een 'relatieve DNA-hoeveelheid': als je de hoeveelheid in G1 op 2 eenheden stelt, dan is die na de S-fase opgelopen tot 4 eenheden. De grafiek hiernaast laat dat verloop zien: de DNA-hoeveelheid blijft constant in G1, stijgt tijdens de S-fase (halverwege weergegeven als 3) en bereikt de verdubbelde waarde 4, die behouden blijft in G2 en tijdens de mitose. Belangrijk is dat in de S-fase wél de hoeveelheid DNA verdubbelt, maar níét het aantal chromosomen: elk chromosoom krijgt er een tweede, identieke kopie bij, maar die twee kopieën blijven voorlopig als één chromosoom aan elkaar vastzitten (zie de volgende paragraaf).

Na de interfase volgt het korte maar spectaculaire deel van de cyclus: de eigenlijke deling. Die bestaat uit twee gebeurtenissen die kort na elkaar plaatsvinden. Eerst is er de mitose, de deling van de celkern, waarbij het verdubbelde DNA netjes en gelijk over twee nieuwe kernen wordt verdeeld; deze stap behandelen we fase voor fase in de volgende paragraaf. Daarna volgt de cytokinese, de deling van de rest van de cel: het cytoplasma met alle celorganellen wordt in tweeën gesnoerd, zodat er rond elke nieuwe kern een complete cel ontstaat. Het verschil is subtiel maar belangrijk: de mitose verdeelt de kern (en daarmee het DNA), terwijl de cytokinese het lichaam van de cel verdeelt. Samen leveren ze twee volledige dochtercellen op. Na de cytokinese begint elke dochtercel weer met een nieuwe G1-fase, en daarmee is de kringloop rond.

Als je de DNA-hoeveelheid door de hele cyclus volgt, ontstaat een herkenbaar patroon dat vaak op het examen voorkomt. In G1 is de hoeveelheid stabiel op de basiswaarde (2 eenheden). Tijdens de S-fase loopt ze op tot het dubbele (4 eenheden), en die verdubbelde hoeveelheid blijft behouden gedurende G2 en de mitose, want het DNA is dan wel gekopieerd maar nog niet verdeeld. Pas bij de celdeling zelf halveert de hoeveelheid weer: het verdubbelde DNA wordt gelijk over twee dochtercellen verdeeld, zodat elke dochtercel terugvalt op de basiswaarde van 2 eenheden. Zo is elke dochtercel meteen klaar om opnieuw de cyclus te doorlopen. Het helpt om dit als een grafiek voor je te zien (de figuur hiernaast): een vlak stuk in G1, een stijging in S, een plateau in G2 en M, en dan een scherpe daling bij de deling. Wie dat patroon kent, kan elke vraag over de DNA-hoeveelheid per fase beantwoorden.

DNA-hoeveelheid door de celcyclus

Afb. 3De relatieve DNA-hoeveelheid per cel: constant (2) in G1, stijgend in de S-fase tot het dubbele (4), behouden in G2 en M, en gehalveerd (terug naar 2) na de celdeling.

Uitgewerkt voorbeeld

De DNA-hoeveelheid per fase bepalen

Een cel heeft aan het begin van de G1-fase een relatieve DNA-hoeveelheid van 2 eenheden. Beschrijf hoe groot de DNA-hoeveelheid per cel is aan het einde van de G1-fase, na de S-fase, in de G2-fase, tijdens de mitose en in elke dochtercel na de celdeling.

Stap 1 — G1-fase: nog geen verdubbeling
In de G1-fase groeit de cel, maar het DNA wordt nog niet gekopieerd. De hoeveelheid blijft daarom gelijk aan de beginwaarde: 2 eenheden.
Stap 2 — S-fase: het DNA verdubbelt
In de S-fase wordt al het DNA gerepliceerd. Daardoor verdubbelt de hoeveelheid van 2 naar 4 eenheden. Na de S-fase heeft de cel dus 4 eenheden DNA.
Stap 3 — G2-fase en mitose: de verdubbeling blijft behouden
In de G2-fase en tijdens de mitose is het DNA wel gekopieerd, maar nog niet verdeeld over twee cellen. De hoeveelheid blijft daarom 4 eenheden.
Stap 4 — Na de celdeling: de hoeveelheid halveert
Bij de mitose en de cytokinese wordt het verdubbelde DNA gelijk over twee dochtercellen verdeeld. Elke dochtercel krijgt dus de helft: 4 gedeeld door 2 is 2 eenheden.

Resultaat: De DNA-hoeveelheid verloopt als 2 (G1) → 4 (na S) → 4 (G2 en M) → 2 (per dochtercel na de deling). De hoeveelheid verdubbelt één keer (in de S-fase) en halveert één keer (bij de deling), precies zoals de grafiek hiernaast laat zien.

Veelgemaakte fouten

Denken dat het DNA tijdens de mitose wordt verdubbeld. De verdubbeling gebeurt eerder, in de S-fase van de interfase; in de mitose wordt het al verdubbelde DNA alleen nog verdeeld.
De interfase zien als een 'rustfase' waarin niets gebeurt. In de interfase groeit de cel juist actief en kopieert ze haar volledige DNA — het is de drukste en langste periode van de cyclus.
Mitose en cytokinese door elkaar halen. Mitose is de deling van de kern (het DNA); cytokinese is de deling van het cytoplasma (de rest van de cel).

Actieve herhaling

Zet de volgende gebeurtenissen in de juiste volgorde binnen de celcyclus: cytokinese, S-fase, G1-fase, mitose, G2-fase. Geef daarbij voor elke fase aan of de relatieve DNA-hoeveelheid per cel 2 of 4 eenheden is (of verandert), als de cel in G1 met 2 eenheden begint.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma biologie (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Mitose: de fasen#

Standardexamenblad-nl

De fasen van de mitose

Afb. 4De vier fasen van de mitose in volgorde, met per fase de kerngebeurtenis. Lees de tabel van boven naar beneden: profase, metafase, anafase, telofase.

De mitose is de kerndeling waarbij het verdubbelde DNA exact gelijk over twee nieuwe kernen wordt verdeeld. Om te begrijpen hoe dat lukt, heb je drie begrippen nodig. Een chromosoom is een sterk opgerold (gespiraliseerd) DNA-molecuul; door dat oprollen worden de chromosomen tijdens de deling als losse, compacte pakketjes zichtbaar onder de microscoop. Omdat het DNA in de S-fase is gekopieerd, bestaat elk chromosoom aan het begin van de mitose uit twee identieke helften, de chromatiden (ook wel zusterchromatiden). Die twee chromatiden zijn op één punt aan elkaar verbonden, het centromeer, en blijven daar voorlopig vastzitten. Het derde begrip zijn de spoeldraden: dunne eiwitdraden die zich vanuit de polen van de cel naar de chromosomen toe vormen en die straks de chromatiden uit elkaar zullen trekken. Met deze drie begrippen — chromosoom, chromatide en spoeldraad — kun je de vier fasen van de mitose nauwkeurig beschrijven. Houd vooral het verschil tussen chromosoom en chromatide scherp, want daar draait bijna elke examenvraag over de mitose om.

De eerste fase van de mitose is de profase. Aan het begin van de profase rolt het DNA, dat tijdens de interfase nog als losse draden door de kern lag, zich steeds strakker op. Daardoor worden de chromosomen geleidelijk zichtbaar als afzonderlijke, compacte structuren — elk bestaande uit twee zusterchromatiden die bij het centromeer met elkaar verbonden zijn. Tegelijk gebeuren er twee dingen die de deling voorbereiden: het kernmembraan (het vlies om de kern) verdwijnt, zodat de chromosomen vrij in de cel komen te liggen, en vanuit de twee polen van de cel beginnen de spoeldraden te groeien. Aan het einde van de profase is de kern dus 'open' en liggen de zichtbare, verdubbelde chromosomen klaar om geordend te worden. Kortom: in de profase worden de chromosomen zichtbaar, verdwijnt het kernmembraan en vormen zich de spoeldraden. De tabel hiernaast vat dit samen naast de drie volgende fasen.

In de tweede fase, de metafase, worden de chromosomen geordend. De spoeldraden hechten zich aan de centromeren van de chromosomen en trekken ze precies naar het midden van de cel, waar ze netjes op één lijn komen te liggen — je kunt het vergelijken met spelers die zich vóór de aftrap op de middenlijn opstellen. Die denkbeeldige middenlijn (de evenaar van de cel) wordt ook wel de metafaseplaat genoemd. Het is een korte maar belangrijke fase, want juist door alle chromosomen eerst keurig in het midden te verzamelen, zorgt de cel ervoor dat de chromatiden straks foutloos en gelijk over de twee kanten verdeeld kunnen worden. Onthoud de metafase daarom als de 'opstelling in het midden': elk verdubbeld chromosoom staat klaar met zijn twee chromatiden, precies op de scheidslijn tussen de twee toekomstige dochtercellen.

De derde fase is de anafase, het moment waarop de scheiding echt plaatsvindt. De verbinding bij het centromeer laat los, zodat de twee zusterchromatiden van elk chromosoom van elkaar worden gescheiden. De spoeldraden worden korter en trekken de losgemaakte chromatiden uit elkaar: van elk chromosoom gaat de ene chromatide naar de ene pool en de andere chromatide naar de tegenoverliggende pool. Zodra een chromatide op zichzelf komt te staan, noemen we haar weer een (apart) chromosoom. Het gevolg is dat aan elke kant van de cel een volledige set chromosomen terechtkomt — en die twee sets zijn identiek, want ze zijn ontstaan uit de twee identieke chromatiden van elk chromosoom. De anafase is dus de fase die garandeert dat beide dochtercellen exact dezelfde erfelijke informatie krijgen. Het kernbeeld: de chromatiden worden uit elkaar getrokken, één set naar elke pool.

De vierde en laatste fase is de telofase, waarin de cel de deling afrondt. Bij de twee polen is nu elk een complete set chromosomen aangekomen. Rond elke set vormt zich een nieuw kernmembraan, zodat er twee nieuwe celkernen ontstaan, en de chromosomen rollen zich weer af tot losse draden (ze worden onzichtbaar). Daarmee is de mitose — de kerndeling — voltooid. Vrijwel direct daarna volgt de cytokinese, waarbij ook het cytoplasma in tweeën wordt gedeeld, zodat er twee afzonderlijke cellen ontstaan, elk met één kern. Het eindresultaat is precies wat de mitose moet opleveren: twee dochtercellen die genetisch identiek zijn aan elkaar én aan de moedercel, en die elk hetzelfde aantal chromosomen hebben als de moedercel. Had de moedercel bijvoorbeeld 46 chromosomen, dan heeft elke dochtercel er ook 46. De volgorde profase → metafase → anafase → telofase moet je vlot en foutloos kunnen opnoemen.

Het is verleidelijk om bij de mitose alleen de losse fasen uit het hoofd te leren, maar je begrijpt het pas echt als je het verband ziet met de vorige paragrafen. De hele mitose is alleen mogelijk omdát het DNA in de S-fase is verdubbeld: zonder die verdubbeling zou er niets te verdelen zijn, en zouden de dochtercellen met de helft van het DNA achterblijven. De twee zusterchromatiden van elk chromosoom zijn niets anders dan de oude streng plus de in de S-fase gemaakte nieuwe streng, opgerold tot zichtbare pakketjes. Doordat die twee chromatiden identiek zijn (dankzij de complementaire basenparing) en in de anafase keurig uit elkaar worden getrokken, krijgt elke dochtercel automatisch een volledige, correcte kopie. Zo grijpen replicatie, celcyclus en mitose in elkaar: kopiëren in de S-fase, verdelen in de mitose, en als resultaat twee identieke cellen. Houd dit grote plaatje vast, dan onthoud je de fasen vanzelf beter.

Uitgewerkt voorbeeld

Chromosomen en chromatiden tellen door de mitose

Een cel begint aan de mitose met 8 chromosomen die in de S-fase zijn verdubbeld. Bepaal (a) het aantal chromosomen en chromatiden in de metafase, en (b) het aantal chromosomen en chromatiden in elke dochtercel na de telofase en de cytokinese.

Stap 1 — Begin: verdubbelde chromosomen
Na de S-fase bestaat elk chromosoom uit twee zusterchromatiden. De cel heeft 8 chromosomen, en omdat de chromatiden bij het centromeer nog aan elkaar vastzitten, blijft het aantal chromosomen 8. Het aantal chromatiden is dan 8 × 2 = 16.
Stap 2 — Metafase (a): tel chromosomen en chromatiden
In de metafase liggen die 8 verdubbelde chromosomen op een rij in het midden. De chromatiden zitten nog vast aan het centromeer, dus het antwoord op (a) is: 8 chromosomen en 16 chromatiden.
Stap 3 — Anafase: de chromatiden scheiden
In de anafase laten de chromatiden bij het centromeer los. Elke chromatide wordt nu een apart chromosoom; van elk oorspronkelijk chromosoom gaat er één naar elke pool. Naar elke pool gaan dus 8 chromosomen.
Stap 4 — Na de deling (b): tel per dochtercel
Na de telofase en de cytokinese heeft elke dochtercel de set van één pool gekregen: 8 chromosomen. Die chromosomen bestaan nu elk uit één chromatide, dus 8 chromatiden. Het antwoord op (b) is: 8 chromosomen en 8 chromatiden per dochtercel.

Resultaat: In de metafase: 8 chromosomen en 16 chromatiden. In elke dochtercel na de deling: 8 chromosomen en 8 chromatiden. Het aantal chromosomen (8) in de dochtercel is gelijk aan dat in de moedercel — precies wat de mitose hoort te doen.

Veelgemaakte fouten

Een chromosoom met twee chromatiden tellen als twee chromosomen. Zolang de twee chromatiden bij het centromeer aan elkaar vastzitten, vormen ze samen één chromosoom; pas in de anafase, als ze loslaten, worden het twee aparte chromosomen.
De volgorde van de fasen verwisselen. De vaste volgorde is profase, metafase, anafase, telofase — een handig ezelsbruggetje is 'PMAT'.
Denken dat het aantal chromosomen door de mitose verandert. Mitose levert juist twee dochtercellen op met hetzelfde aantal chromosomen als de moedercel; dat aantal blijft gelijk.

Actieve herhaling

Beschrijf voor elk van de vier fasen van de mitose (profase, metafase, anafase, telofase) in één zin wat er met de chromosomen en de spoeldraden gebeurt. Leg daarna uit op welk moment een chromatide weer een 'chromosoom' gaat heten.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma biologie (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Betekenis van mitose en gecontroleerde deling#

Standardexamenblad-nl

Functies van mitose

Afb. 5Mitose is de gemeenschappelijke basis van drie processen: groei van het organisme, herstel en vervanging van versleten of beschadigde cellen, en ongeslachtelijke voortplanting (klonen).

Nu je weet hóé de mitose verloopt, is de vraag waaróm ze zo belangrijk is. Het antwoord ligt in het resultaat: mitose levert altijd twee dochtercellen op die genetisch identiek zijn aan de moedercel en die hetzelfde aantal chromosomen hebben. Juist die betrouwbare, identieke kopie maakt mitose tot de basis van drie belangrijke processen in het leven van organismen: groei, herstel en ongeslachtelijke voortplanting. In alle drie de gevallen is het wenselijk dat de nieuwe cellen precies zo zijn als de bestaande — een groeiende spier heeft méér spiercellen nodig, geen willekeurig andere cellen. De figuur hiernaast vat samen dat mitose de gemeenschappelijke motor achter deze drie functies is. In de alinea's hieronder lopen we ze één voor één langs, en daarna kijken we wat er misgaat als de deling níét meer onder controle staat. Houd als rode draad vast: mitose levert identieke cellen, en identieke cellen zijn precies wat groei, herstel en klonen nodig hebben.

De eerste functie is groei. Een veelcellig organisme — een mens, een boom, een muis — begint zijn leven als één enkele cel: de bevruchte eicel. Doordat die ene cel zich keer op keer via mitose deelt, ontstaat uiteindelijk een lichaam van vele miljarden cellen. Omdat elke deling een mitose is, krijgen al die cellen dezelfde erfelijke informatie: elke lichaamscel bevat hetzelfde DNA, afkomstig van die ene oorspronkelijke cel. Dat verklaart een opvallend feit dat vaak op het examen terugkomt: hoe verschillend een zenuwcel en een huidcel ook zijn, ze dragen exact hetzelfde DNA, want ze stammen allebei via mitose af van dezelfde bevruchte eicel. Groei is dus niet het 'opblazen' van bestaande cellen, maar het maken van steeds méér cellen door herhaalde mitose. Onthoud: een organisme groeit doordat zijn cellen zich via mitose vermenigvuldigen, niet doordat de cellen zelf groter en groter worden.

De tweede functie is herstel en vervanging. In je lichaam slijten voortdurend cellen, of ze raken beschadigd. Je huid schilfert af, darmcellen verslijten in een paar dagen, rode bloedcellen gaan na enkele maanden kapot, en bij een wond gaan cellen verloren. Al die verdwenen cellen worden vervangen door mitose: naburige cellen delen zich en vullen de ontstane gaten op. Omdat de nieuwe cellen door mitose ontstaan, zijn ze identiek aan de cellen die ze vervangen, zodat het weefsel gewoon blijft functioneren — nieuwe huidcellen zijn weer echte huidcellen, geen vreemde indringers. Genees je een schaafwond, dan zie je dit proces letterlijk gebeuren: de huid groeit dicht doordat de omliggende huidcellen zich door mitose vermenigvuldigen tot het gat gevuld is. Herstel laat dus mooi zien waarom de genetische gelijkheid van mitose zo nuttig is: alleen identieke cellen kunnen een weefsel naadloos repareren.

De derde functie is ongeslachtelijke voortplanting. Sommige organismen maken nakomelingen zonder dat er twee ouders en geslachtscellen aan te pas komen: ze vermeerderen zich rechtstreeks via mitose. Een aardbeiplant die uitlopers maakt waaraan nieuwe plantjes groeien, een poliepje (zoals een hydra) dat een knop laat uitgroeien tot een nieuw dier, of een stekje dat een tuinder van een plant neemt — telkens ontstaan de nakomelingen door mitose uit cellen van één ouder. Het gevolg is dat al die nakomelingen genetisch identiek zijn aan de ouder en aan elkaar; zo'n groep identieke nakomelingen noemen we klonen. Dit is meteen het grote verschil met geslachtelijke voortplanting, waarbij twee ouders DNA mengen en de nakomelingen juist variatie vertonen. Ongeslachtelijke voortplanting via mitose is snel en betrouwbaar, maar levert geen variatie op — alle klonen zijn kopieën. De figuur hiernaast plaatst deze functie naast groei en herstel als de derde toepassing van mitose.

Ten slotte een waarschuwing die laat zien hoe belangrijk het is dat de celdeling beheerst verloopt. Normaal gesproken deelt een cel zich alléén wanneer dat nodig is — om te groeien of om beschadigde cellen te vervangen — en daarna stopt ze weer. De celcyclus staat onder strenge controle: op vaste momenten controleert de cel of alles in orde is voordat ze verder mag, en zo wordt het aantal delingen netjes geregeld. Die controle wordt aangestuurd door bepaalde genen. Raken die genen beschadigd door een mutatie, dan kan de controle wegvallen en gaat een cel zich ongeremd, keer op keer, blijven delen — ook als daar geen behoefte aan is. Zo'n ongecontroleerde deling levert een ophoping van cellen op die we een gezwel of tumor noemen; bij een kwaadaardige tumor spreken we van kanker. Het is goed te beseffen dat een tumor dus ontstaat door precies hetzelfde proces, mitose, maar dan zónder de normale rem erop. Gecontroleerde deling is daarom levensnoodzakelijk: zij is het verschil tussen gezonde groei en een tumor.

Uitgewerkt voorbeeld

Waarom stekjes genetisch identiek zijn

Een kweker neemt meerdere stekjes van één moederplant en laat ze uitgroeien tot nieuwe planten. Leg stap voor stap uit waarom al deze nieuwe planten genetisch identiek zijn aan de moederplant en aan elkaar.

Stap 1 — Een stek groeit door mitose
Een stekje is een stukje van de moederplant. Het groeit uit tot een hele plant doordat zijn cellen zich keer op keer delen. Die celdelingen zijn mitosen, want het gaat om gewone lichaamscellen die zich vermenigvuldigen.
Stap 2 — Mitose levert identieke cellen op
Bij elke mitose ontstaan twee dochtercellen die genetisch identiek zijn aan de cel waaruit ze voortkomen. Alle cellen van de nieuwe plant stammen dus via mitose af van de cellen van het stekje en bevatten daardoor hetzelfde DNA.
Stap 3 — Het stekje komt van de moederplant
Omdat het stekje zelf van de moederplant afkomstig is, dragen zijn cellen het DNA van de moederplant. Via de mitosen wordt dat DNA ongewijzigd doorgegeven aan de hele nieuwe plant.
Stap 4 — Conclusie: het zijn klonen
Elke nieuwe plant bevat dus exact hetzelfde DNA als de moederplant. Dit is ongeslachtelijke voortplanting: er is maar één ouder en er komt geen menging van DNA aan te pas, zodat alle nakomelingen identieke kopieën — klonen — zijn.

Resultaat: Alle nieuwe planten zijn klonen van de moederplant: ze zijn genetisch identiek aan haar en aan elkaar. Dat komt doordat ze via mitose uit cellen van de moederplant zijn ontstaan, en mitose geeft het DNA ongewijzigd en identiek door.

Veelgemaakte fouten

Denken dat een organisme groeit doordat de cellen zelf groter worden. Groei berust op het maken van méér cellen door herhaalde mitose, niet op het opzwellen van bestaande cellen.
Ongeslachtelijke voortplanting (via mitose, met identieke klonen) verwarren met geslachtelijke voortplanting (twee ouders, variatie). Mitose levert nooit variatie op; alle nakomelingen zijn kopieën.
Denken dat een tumor een heel ander, vreemd proces is. Een tumor ontstaat door gewone mitose die niet meer onder controle staat — de deling is hetzelfde, maar de rem ontbreekt.

Actieve herhaling

Een tuinder vermeerdert een sierplant door stekjes te nemen: van de moederplant worden stukjes afgesneden die uitgroeien tot nieuwe planten. Leg uit waarom alle nieuwe planten genetisch identiek zijn aan de moederplant, en gebruik daarbij de begrippen mitose en ongeslachtelijke voortplanting.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma biologie (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Referenties en bronnen

Bronnen

CvTE / Examenblad

Examenprogramma biologie (HAVO)

DNA-replicatie en de levenscyclus van de cel

Kernpunten

De complementaire streng bepalen

Kernpunten

De DNA-hoeveelheid per fase bepalen

Kernpunten

Chromosomen en chromatiden tellen door de mitose

Kernpunten

Waarom stekjes genetisch identiek zijn

Bronnen

DNA-replicatie en de levenscyclus van de cel

Kernpunten

De complementaire streng bepalen

Kernpunten

De DNA-hoeveelheid per fase bepalen

Kernpunten

Chromosomen en chromatiden tellen door de mitose

Kernpunten

Waarom stekjes genetisch identiek zijn

Bronnen