Domein 2: Pro- en eukaryote cellen

Omschrijving

De cel is de kleinste eenheid van zelfstandig leven. Daarnaast komen in meercellige organismen meer of minder vergaande samenwerkingen tussen cellen voor. Elke cel wordt aangestuurd vanuit het in de cel aanwezige DNA, RNA en eiwitten. In prokaryote cellen ligt het erfelijk materiaal los in het cytoplasma en vinden ook alle celprocessen binnen dit cytoplasma plaats. Eukaryote cellen kennen diverse celorganellen die een inhoud hebben die door membranen van het cytoplasma gescheiden is. Sommige organellen, bijvoorbeeld chloroplasten, zijn specifiek voor diverse groepen organismen. Naast organellen bevatten eukaryote cellen complexe structuren, met name het cytoskelet.

Indicatoren

Indicator 2.1.1

De student kan de opbouw van een prokaryoot benoemen en daarin minimaal het volgende (met vermelding van functie) onderscheiden: celwand (grampositief en gramnegatief), plasmamembraan, plasma en actineskelet, nucleoïde, ribosomen, plasmide, pilus/pili, fimbriae, flagel(len), endospore en eventuele insluitsels. (p)

Indicator 2.1.2

De student kan drie algemene vormen van bacteriën herkennen: bolvorm (coccus), staafvorm (bacillus) en spiraalvorm (spirillum) alsmede pleomorfisme. (p)

Indicator 2.1.3

De student kan de gegeneraliseerde opbouw van een eukaryote planten- en dierencel benoemen en daarin het volgende onderscheiden: (p)

• celmembraan, celwand en extracellulaire matrix;

• endomembraansysteem (endoplasmatisch reticulum, golgi systeem en diverse blaasjes);

• ribosomen;

• celorganellen (mitochondriën en plastiden);

• cytoskelet.

Indicator 2.1.4

De student kan gebruik maken van het vloeibaar mozaïek model om de bouw en werking van celmembranen te verklaren. (v)

Indicator 2.1.5

De student kan de manieren waarop cellen met elkaar verbonden en gescheiden zijn, onderscheiden en benoemen met inbegrip van de rol die celmembraan en extracellulaire matrix daarbij spelen. (p)

Indicator 2.1.6

De student kan gebruik maken van een lichtmicroscoop om cellen te bestuderen.

Indicator 2.1.7

De student kan de werking en beelden van de reguliere lichtmicroscoop vergelijken met die van elektronenmicroscopen en de voor- en nadelen van de verschillende typen microscopen benoemen. (v)

Indicator 2.1.8

De student kan inzicht tonen waarom naast de gangbare lichtmicroscopen een breed scala aan gespecialiseerde microscopen en beeldvormende technieken noodzakelijk is voor wetenschappers die cellen bestuderen. (v)

Didactische aanwijzingen

• Bouwen van een eukaryote en/of prokaryote cel met behulp van verschillende materialen.

• Bestuderen van de theorie over bacteriën.

• Ontwerpen van een practicum met bacteriën waarbij de bacteriën gekweekt en (gram)gekleurd worden en bestudeerd worden onder een lichtmicroscoop.

• Uitvoeren van een protocol voor bloed- en urineonderzoek in een ziekenhuislab.

• Werkvorm van expertgroepen waarbij studenten expert worden van een bepaald organel. Daarna wordt in gemengde groepen aan een toetsopdracht gewerkt om de bouw en werking van een specifieke cel (zenuw, spier, klier, prokaryoot, plant) te verklaren.

Omschrijving

In iedere cel vinden voortdurend talloze levensprocessen plaats. Vanuit een aantal basale gebeurtenissen die bijna alle cellen met elkaar delen ontspringt de complete fysiologie van de cel. Het is een netwerk van elkaar voortdurend beïnvloedende processen die niet afzonderlijk van elkaar bestudeerd kunnen worden. In het laboratorium gebeurt dit echter toch om de complexiteit te reduceren en zo de afzonderlijke processen te kunnen bestuderen.

Indicatoren

Indicator 2.2.1

De student kan beschrijven hoe de afbraak van koolhydraten, eiwitten en vetten resulteert in Acetyl-CoA. Dat wordt afgebroken in de citroenzuurcyclus en produceert via oxidatieve fosforylering en substraat afhankelijke fosforylering voortdurend ATP. (p)

Indicator 2.2.2

De student kan beschrijven hoe cellen in afwezigheid van zuurstof substraat door fermentatie omzetten en daarbij energie vrijmaken voor hun levensprocessen. (p)

Indicator 2.2.3

De student kan het proces van de reguliere C3-fotosynthese uitleggen waarbij de lichtafhankelijke en lichtonafhankelijke reacties onderscheiden worden alsmede de manier waarop deze onder andere door ATP en NADPH met elkaar verbonden zijn. (p)

Indicator 2.2.4

De student kan uitleggen dat zowel in de assimilatie als in de dissimilatie elektronentransportketens en redoxreacties een centrale rol spelen. (p)

Indicator 2.2.5

De student kan punten noemen waarop de C4- en CAM-fotosynthese afwijken van de C3-fotosynthese. (v)

Indicator 2.2.6

De student kan aan de hand van een schema of model uitleggen dat een aantal organismen via chemosynthese energie vastlegt in organische verbindingen. (v)

Indicator 2.2.7

De student kan benoemen dat glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P) een centraal molecuul is in de glycolyse en de gluconeogenese. (v)

Indicator 2.2.8

De student kan de biosynthese van bijvoorbeeld vetten, glycoproteinen en fosfolipiden beschrijven. (v)

Didactische aanwijzingen

• Nabootsen van de afbraak/opbouw van stoffen met behulp van lego of ander bouwmateriaal.

• Practicum waarin onderzocht wordt welke enzymen gisten hebben, bijvoorbeeld om suikers om te zetten, of waar onderzocht wordt of gisten aeroob of anaeroob dissimileren.

• Practicum waarbij gebruikmakend van waterpest onderzocht wordt hoe de concentratie van CO₂ de fotosynthesesnelheid beïnvloedt.

• Onderzoek naar de kwaliteit van landbouwgewassen aan de hand van fluorescentiemetingen zoals een botanisch analist bij een landbouwkundig onderzoeksinstituut uitvoert.

• Vanuit het idee dat glyceraldehyde-3- fosfaat (G3P) een centraal molecuul is in de glycolyse en de gluconeogenese kritisch reflecteren op de claims van bijvoorbeeld koolhydraatarme maar eiwitrijke diëten.

Omschrijving

Iedere cel is een in veel functies autonome eenheid van leven. Tegelijkertijd vinden communicatie en uitwisseling van stoffen en informatie met andere cellen en de omgeving plaats. Eencellige organismen communiceren met de levende en nietlevende omgeving. Cellen in meercellige organismen communiceren zowel met andere cellen van dat organisme als met de omgeving.

Indicatoren

Indicator 2.3.1

De student kan de fase receptie door intracellulaire en extracellulaire receptoren in de signaaltransductieweg benoemen. (p)

Indicator 2.3.2

De student kan de fase transductie door transductie eiwitten in de signaaltransductieweg benoemen. (p)

Indicator 2.3.3

De student kan de fase respons in de vorm van eiwitsynthese, enzymactivatie of beweging in de signaaltransductieweg benoemen. (p)

Indicator 2.3.4

De student kan paracrien en (neuro)endocrien onderscheiden. (p)

Indicator 2.3.5

De student kan uitleggen hoe cellen met elkaar communiceren via het receptor-ligand systeem waarbij signaalmoleculen (bijvoorbeeld hormonen en neurotransmitters) via transductie-eiwitten en/of via cascadereaties (waarbij second messengers betrokken zijn) een signaal aan de cel of aan het DNA afgeven. (p)

Indicator 2.3.6

De student kan uitelggen hoe cellen met elkaar communiceren via verbindingen tussen cellen van meercelligen, met name door plasmodesmata en gap-junctions. (v)

Indicator 2.3.7

De student kan uitleggen hoe cellen met elkaar communiceren via chemische en elektrische signalen in het geval van het zenuwstelsel. (p)

Indicator 2.3.8

De student kan uitleggen dat in het geval van een second-messenger vaak een belangrijke rol is weggelegd voor G-eiwit en enzym-gekoppelde receptoren. Een voorbeeld is de werking van adrenaline. (v)

Indicator 2.3.9

De student kan uitleggen wat het verschil is tussen water- en vetoplosbare hormonen. (v)

Indicator 2.3.10

De student kan uitleggen hoe celcommunicatie plaatsvindt bij planten en welke plantenhormonen daarbij betrokken zijn. (v)

Indicator 2.3.11

De student kan uitleggen dat er verschillende klassen plantenhormonen onderscheiden worden. (v)

Didactische aanwijzingen

• Een elevator pitch geven over de werking van verschillende signaalmoleculen.

• Een stopmotionfilmpje maken van belangrijke processen, bijvoorbeeld op basis van tabellen uit de BINAS.

Omschrijving

Cellen vermeerderen zich door het doorlopen van een goed geordende en gereguleerde reeks processen waarna de verdubbelde cel zich splitst tot twee dochtercellen. Dit wordt de celcyclus genoemd. Bij eukaryote cellen is de mitose het deel van celcyclus waarin de feitelijke celdeling plaatsvindt en het gedupliceerde DNA over de twee dochtercellen verdeeld wordt. In het geval van een reductiedeling of meiose wordt de hoeveelheid erfelijk materiaal juist gehalveerd, wat vier dochtercellen oplevert.

Indicatoren

Indicator 2.4.1

De student kan benoemen dat prokaryoten delen door een proces met de naam ‘binary fission’ en de stappen in dat proces uiteenzetten. (p)

Indicator 2.4.2

De student kan de fases in de celcyclus van eukaryoten benoemen en daarbij onderscheid maken tussen mitose en meiose. (p)

Indicator 2.4.3

De student kan het verschil in mitose en meiose bij planten en dieren benoemen. (p)

Indicator 2.4.4

De student kan verklaren hoe de meiose zorgt voor toename van de genetische diversiteit door zowel onafhankelijke sortering van homologen als crossing-over. (p)

Indicator 2.4.5

De student kan aan de hand van diverse modellen, animaties en films uitleggen in welke stappen de celcyclus verloopt. (p)

Indicator 2.4.6

De student kan aangeven hoe en op welke punten de celcyclus wordt gereguleerd door groeihormonen en cycline-afhankelijke kinases en zo nodig wordt afgebroken met apoptose tot gevolg. (v)

Indicator 2.4.7

De student kan definiëren wat stamcellen zijn, aangeven welke differentiatiegraden van stamcellen onderscheiden worden en benoemen welke maatschappelijke discussies over stamcelgebruik spelen. (v)

Indicator 2.4.8

De student kan inzicht tonen in hoe bij kanker de celdeling ontregeld is als gevolg van mutaties. (v)

Didactische aanwijzingen

• Mitose en meiose visualiseren met papieren chromosomen. Studenten zien d.m.v. knippen en plakken hoe de (homologe) chromosomen zich verdubbelen en verdelen over dochtercellen.

• Mitose- en meiose-stadia herkennen in histologische preparaten.

• Met medestudenten of leerlingen de mitose en/of meiose-dans uitvoeren (zie http://www.wikihow.com/Do-theMitosis-Dance).

• Onderzoeken op welke manieren verschillende biologiemethodes de celcyclus uitleggen.

• Analyseren van een karyogram in het kader van prenatale diagnostiek.

Omschrijving

Groei, ontwikkeling en onderhoud van meercelligen hangt niet alleen af van de productie van nieuwe cellen, maar ook van mechanismen om bestaande cellen af te breken. In volgroeide organismen moeten cellen ongeveer in hetzelfde tempo afgebroken worden als dat ze aangemaakt worden. Tijdens de ontwikkeling van organismen is het afbreken van cellen van belang bij de ontwikkeling van de uiteindelijke volwassen structuren. De naam voor deze processen is ‘geprogrammeerde celdood’ of ‘apoptose’. Dit proces speelt ook een rol bij het verwijderen van beschadigde of ontregelde cellen.

Indicatoren

Indicator 2.5.1

De student kan uitleggen wat apoptose is en dat caspases (proteasen) een belangrijke rol spelen bij dit gereguleerde proces. (p)

Indicator 2.5.2

De student kan het belang van apoptose voor het organisme illustreren aan de hand van voorbeelden uit bijvoorbeeld de embryologie en oncologie. (p)

Indicator 2.5.3

De student kan het verschil tussen apoptose en necrose benoemen. (v)

Didactische aanwijzingen

• Animeren in een ‘stop-motion’ video hoe en op welk moment apoptose een rol speelt in de embryonale ontwikkeling, bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van vingers en tenen.

• Schrijven van een artikel over apoptose en necrose en de achterliggende processen.

• In histologische preparaten het verschil aantonen tussen necrose en apoptose.