Een kijkje door de microscoop

DE CEL heeft men wel de basiseenheid van het leven genoemd. Inderdaad zijn levende dingen — planten, insecten en andere dieren, en ook mensen — opgebouwd uit cellen. In de loop der jaren hebben wetenschappers het innerlijk functioneren van de cel onderzocht en veel van de geheimen van de moleculaire biologie en de genetica ontsluierd. Laten wij de cel eens wat nader bekijken en zien wat de wetenschap omtrent deze fascinerende, microscopisch kleine eenheid van het leven heeft ontdekt.

Een blik in het microscopisch kleine

Cellen variëren in vorm. Sommige zijn rechthoekig, andere vierkant. Er zijn ronde cellen, eivormige cellen, en sommige die er gewoon als kloddertjes uitzien. Denk bijvoorbeeld eens aan de amoebe, een eencellig organisme dat helemaal geen vaste vorm heeft. In plaats daarvan verandert ze van vorm terwijl ze zich voortbeweegt. Interessant is dat de vorm van de cel vaak een aanwijzing is voor haar functie. Sommige spiercellen bijvoorbeeld zijn lang en dun en trekken zich samen wanneer ze hun werk verrichten. Zenuwcellen — die boodschappen naar het hele lichaam doorgeven — hebben lange vertakkingen.

Cellen verschillen ook in grootte. De meeste zijn echter te klein om met het blote oog gezien te kunnen worden. Om de grootte van een gemiddelde cel te illustreren: Kijkt u eens naar de punt aan het eind van deze zin. In dat kleine stipje zouden ongeveer 500 cellen van gemiddelde grootte passen! Als dat klein lijkt, bedenk dan eens dat sommige bacteriële cellen ongeveer 50 keer zo klein zijn. De grootste cel? Die aanduiding gaat naar de dooier van een struisvogelei — een eencellige „reus”, die ongeveer zo groot is als een baseball- of een cricketbal (met een omtrek van zo’n 23 centimeter)!

Aangezien de meeste cellen niet met het blote oog te zien zijn, maken wetenschappers gebruik van instrumenten, zoals de microscoop, om ze te bestuderen.a En zelfs dan zijn sommige complexe details van een cel niet volledig te onderscheiden. Overdenk het volgende eens: Een elektronenmicroscoop kan een cel zo’n 200.000 maal vergroten — een vergroting die een mier meer dan 800 meter lang zou doen lijken. Toch zijn sommige details van de cel zelfs bij een dergelijke vergroting niet te zien!

Wetenschappers zijn dus tot de bevinding gekomen dat de cel verbazingwekkend complex is. De fysicus Paul Davies zei in zijn boek The Fifth Miracle: „Elke cel zit vol uiterst kleine structuren, die zo uit een handboek voor monteurs kunnen komen. Het wemelt er van minuscule pincetjes, schaartjes, pompjes, motortjes, hefboompjes, klepjes, leidinkjes, kettinkjes en zelfs voertuigjes. Maar natuurlijk is de cel meer dan alleen een verzameling apparaatjes. De verschillende componenten vormen samen een soepel functionerend geheel, net als een met zorg ontwikkelde productielijn in een fabriek.”

DNA — Het erfelijkheidsmolecule

Mensen, alsook meercellige planten en dieren, beginnen als één enkele cel. Nadat die cel een bepaalde grootte heeft bereikt, deelt hij zich en vormt twee cellen. Dan delen deze twee cellen zich en vormen vier cellen. Terwijl de cellen zich blijven delen, specialiseren ze zich — dat wil zeggen, ze ontwikkelen zich tot verschillende cellen: spiercellen, zenuwcellen, huidcellen, enzovoort. Naarmate het proces voortgang vindt, groeperen veel cellen zich tot weefsels. Spiercellen bijvoorbeeld bundelen hun krachten en vormen spierweefsel. Verschillende soorten weefsels vormen organen, zoals het hart, de longen en de ogen.

Onder de dunne wand van elke cel bevindt zich een geleiachtige vloeistof die cytoplasma wordt genoemd. Daarin ligt de kern, die door een dun membraan van het cytoplasma gescheiden wordt. De kern wordt wel het controlecentrum van de cel genoemd omdat ze bijna alle activiteiten van de cel regelt. De kern herbergt het genetische programma van de cel, geschreven in desoxyribonucleïnezuur — kortweg DNA.

DNA-moleculen liggen dicht ineengewonden in de chromosomen van de cel. Uw genen, die stukjes van de DNA-moleculen zijn, bevatten alle benodigde informatie om u te maken tot wat u bent. „Het genetische programma in het DNA doet elke levensvorm verschillen van alle andere levensvormen”, verklaart The World Book Encyclopedia. „Dit programma doet een hond verschillen van een vis, een zebra van een roos en een wilg van een wesp. Het doet u verschillen van elke andere persoon op aarde.”

De hoeveelheid informatie in het DNA van slechts één van uw cellen is verbijsterend. Ze zou ongeveer een miljoen bladzijden kunnen beslaan van dit formaat! Aangezien DNA verantwoordelijk is voor het doorgeven van genetische informatie van de ene generatie cellen aan de volgende, is het wel de blauwdruk van alle leven genoemd. Maar hoe ziet DNA eruit?

DNA bestaat uit twee om elkaar heen gewonden strengen en lijkt qua vorm op een wenteltrap of een gedraaide ladder met sporten. De twee strengen zijn met elkaar verbonden door combinaties van vier stoffen die basen worden genoemd. Elke base van de ene streng is gekoppeld aan een base aan de andere streng. Deze basenparen vormen de sporten van de gedraaide DNA-ladder. De precieze volgorde van de basen in het DNA-molecule bepaalt de genetische informatie die het bevat. Eenvoudig gezegd bepaalt deze volgorde praktisch al uw kenmerken, van de kleur van uw haar tot de vorm van uw neus.

DNA, RNA en eiwit

Eiwitten zijn de macromoleculen die in de cel het overvloedigst aanwezig zijn. Men schat dat ze bij de meeste organismen meer dan de helft van het droge gewicht vormen! Eiwitten zijn opgebouwd uit kleinere bouwstenen, aminozuren genaamd. Sommige hiervan worden door uw lichaam aangemaakt, andere moeten uit uw voedsel verkregen worden.

Eiwitten hebben vele functies. Hemoglobine bijvoorbeeld, een eiwit in rode bloedcellen, transporteert zuurstof door uw hele lichaam. Dan zijn er antistoffen, die uw lichaam helpen ziekten af te weren. Andere eiwitten, zoals insuline, helpen u bij de omzetting van voedsel, alsook bij het reguleren van verschillende celfuncties. In totaal zijn er misschien wel duizenden verschillende soorten eiwitten in uw lichaam aanwezig. Er kunnen er wel honderden in één enkele cel zitten!

Elk eiwit verricht een specifieke taak die door zijn DNA-gen bepaald wordt. Maar hoe wordt de genetische informatie in een DNA-gen gedecodeerd opdat er een bepaald eiwit wordt gemaakt? Zoals te zien is in bijgaand diagram „Hoe eiwitten worden gemaakt”, moet de in het DNA opgeslagen genetische informatie eerst van de celkern worden overgebracht naar het cytoplasma, waar de ribosomen, die voor de eiwitproductie zorgen, zich bevinden. Dit overbrengen gebeurt met behulp van ribonucleïnezuur (RNA). De ribosomen in het cytoplasma „lezen” de RNA-instructies en brengen aminozuren in de juiste volgorde samen om een bepaald eiwit te vormen. Er bestaat dus een relatie van onderlinge afhankelijkheid tussen DNA, RNA en de vorming van eiwitten.

Waar is het begonnen?

Wetenschappers worden al tientallen jaren geboeid door de studie van genetica en moleculaire biologie. De fysicus Paul Davies is sceptisch over de gedachte dat er een Schepper achter dit alles zou kunnen schuilen. Toch geeft hij toe: „Elk molecule heeft een specifieke functie en een vaste plaats in het hele systeem, zodat de juiste objecten worden vervaardigd. Er wordt veel heen en weer gereisd. Moleculen moeten zich naar de andere kant van de cel begeven om op de juiste plaats en de juiste tijd andere moleculen te ontmoeten teneinde hun taak goed uit te voeren. Dit alles gebeurt zonder een baas die de moleculen bevelen geeft en ze naar de juiste plaats stuurt. Er is geen opzichter die toezicht uitoefent over hun activiteiten. De moleculen doen gewoon wat moleculen moeten doen: blindelings rondzweven, op elkaar botsen, terugkaatsen, in elkaar opgaan. . . . Op de een of andere manier bundelen deze niet-denkende atomen collectief hun krachten en voeren met uiterste precisie de dans des levens uit.”

Terecht zijn velen die het innerlijk functioneren van de cel hebben bestudeerd, tot de conclusie gekomen dat er een intelligente kracht moet zijn die voor de schepping ervan verantwoordelijk is. Laten wij eens zien waarom.

[Voetnoten]

[Kader/Diagram op blz. 5]

Een kijkje in de cel

In elke cel bevindt zich een kern — het commandocentrum van de cel. In de kern zitten de chromosomen, die uit dicht ineengewonden DNA-moleculen en eiwitten bestaan. Onze genen bevinden zich op deze DNA-moleculen. De ribosomen, die voor de eiwitproductie zorgen, zitten in het cytoplasma van de cel, dat zich rond de kern bevindt.

[Diagram]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

Cel

Ribosomen

Cytoplasma

Kern

Chromosomen

DNA — de levensladder

[Diagram op blz. 7]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

Hoe DNA zich vermeerdert

Duidelijkheidshalve is de DNA-spiraal plat weergegeven

1 Voordat cellen zich delen om de volgende generatie cellen voort te brengen, moeten ze een kopie maken van het DNA. Eerst helpen eiwitten om stukjes van het uit twee strengen bestaande DNA open te ritsen

Eiwit

2 Vervolgens worden vrije (beschikbare) basen in de cel volgens strikte regels voor basenparing gekoppeld aan hun bijbehorende basen op de twee oorspronkelijke strengen

Vrije basen

3 Ten slotte zijn er twee exact gelijke codeboeken gemaakt. Wanneer de cel zich deelt, krijgt elke nieuwe cel dus een identiek DNA-codeboek

Eiwit

Eiwit

De regel voor DNA-basenparing:

A altijd met T

A T Thymine

T A Adenine

C altijd met G

C G Guanine

G C Cytosine

[Diagram op blz. 8, 9]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

Hoe eiwitten worden gemaakt

Eenvoudigheidshalve beelden wij een eiwit af dat is opgebouwd uit 10 aminozuren. De meeste eiwitten hebben er meer dan 100

1 Een speciaal eiwit ritst een stukje van de DNA-strengen open

Eiwit

2 Vrije RNA-basen koppelen zich aan de blootliggende DNA-basen op slechts één streng en vormen aldus een streng boodschapper-RNA

Vrije RNA-basen

3 Het pasgemaakte boodschapper-RNA maakt zich los en begeeft zich naar de ribosomen

4 Een transport-RNA pikt een aminozuur op en brengt het naar het ribosoom

Transport-RNA

Ribosoom

5 Terwijl het ribosoom langs het boodschapper-RNA strijkt, wordt er een keten aminozuren gemaakt

Aminozuren

6 Terwijl de eiwitketen wordt gevormd, begint ze zich op te vouwen tot de vorm die nodig is om goed te functioneren. Dan laat het ribosoom de keten los

Transport-RNA heeft twee belangrijke uiteinden:

Het ene herkent de code van het boodschapper-RNA

Het andere draagt het juiste aminozuur

Transport-RNA

RNA-basen gebruiken U in plaats van T, dus U paart met A

A U Uracil

U A Adenine