2. Cel

Het cytoplasma is van de inhoud van de kern gescheiden door de nucleaire membraan of kernenvelop, bestaande uit twee membranen, aan de cytoplasmatische kant bezet door ribosomen, waartussen een cisternale ruimte aanwezig is zoals bij het RER.

In de kern vinden we – naast elkaar – los en gecondenseerd chromatine bestaande uit DNA geassocieerd met kerneiwitten, ook wel respectievelijk euchromatine en heterochromatine genoemd.

Het DNA bestaat uit een draad die rond histonen (eiwit) gewonden is en zo een nucleosoom vormt. Deze winding komt periodiek voor, zodat een kralensnoer ontstaat.

De nucleolus bestaat vooral uit rRNA in een fibrillale en in een meer granulaire vorm. Dit zijn de voorlopers van ribosomen, die de kern door de poriën verlaten.

In het cytoplasma vinden we celorganellen waarin gecompliceerde en gespecialiseerde metabole functies worden uitgevoerd in van elkaar gescheiden, membraanomgeven compartimenten.

Ribosomen bestaan uit twee subeenheden die opgebouwd zijn uit rRNA en een serie eiwitten. Ribosomen hechten groepsgewijs aan een mRNA-transcript en vormen dan een polysoom, dat het mRNA vertaalt in een eiwit onder het verbruik van aminozuren uit het cytosol.

Het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) bestaat uit platte, soms gestapelde cisternen die bestaan uit twee membranen, die een ruimte omsluiten. De membraan aan de cytoplasmatische zijde is bezet met polysomen. In het lumen van de cisternen worden de nieuwe eiwitten verzameld. Het RER is meestal continu met de kernenvelop; deze kernenvelop kan derhalve beschouwd worden als een gespecialiseerd RER.

In cellen die veel eiwit aanmaken voor de export, zoals de cellen die spijsverteringsenzymen maken in de exocriene pancreas, is veel RER aanwezig. In HE-gekleurde coupes kleurt dit basofiel aan.

Na de synthese door polysomen is de nabehandeling in de RER-cisterne belangrijk: de vouwing van de eiwitten is een van de belangrijkste hiervan.

Naast het RER bestaat het ‘smooth endoplasmic reticulum’ (SER). Dit SER draagt geen ribosomen, maar bevat veel enzymen die betrokken zijn bij de vet- en glycogeenstofwisseling, bij de detoxificatie van vreemde en eigen moleculen en bij de opslag van calciumionen. Onder invloed van barbituraten en andere farmaca kan het SER enorm prolifereren.

Het Golgi-apparaat bestaat uit gebogen, gestapelde cisternen, omgeven door een zwerm vesikeltjes die eiwitten uit het RER naar het Golgi-apparaat transporteren. De eiwitten ondergaan daar sulfatatie en glycosylatie en worden geconcentreerd in secretiegranula.

Ook eiwitten voor de lysosomen en de plasmamembraan passeren door het Golgi-apparaat, dat daarmee drie bestemmingen voor zijn producten kent.

De cel wordt van zijn ‘micro environment’ afgescheiden door een celmembraan of plasma-membraan (plasmalemma). Deze bestaat uit een fosfolipiden-dubbellaag met een groot aandeel membranaire eiwitten en cholesterol.

De celmembraan is aan de buitenzijde voorzien van een glycocalyx, bestaande uit eiwitten en glycoproteïnen, waarvan een deel in de celmembraan verankerd is. Deze glycocalyx en de externe en integrale membraaneiwitten zijn door hun gevarieerde samenstelling specifiek voor het celtype en bezitten bovendien veel bijzondere functies, zoals receptoren, ionentransporterende kanalen, CD-moleculen, immunoglobulinen en nog veel meer.

Sommige membraaneiwitten kunnen dankzij de fluïditeit van de fosfolipiden lateraal in de membraan verplaatst worden, behalve in de ‘lipid rafts’ die meer cholesterol en verzadigde vetzuren bevatten.

De celmembraan kan actief zijn in endocytose, dat wil zeggen: pinocytose voor de opname van vloeistof met de vorming van ‘bristle-coated vesicles’ of fagocytose voor de aanhechting en opname van deeltjes. De endosomen die loslaten van de celmembraan fuseren met lysosomen, waar hun inhoud verteerd wordt. Endocytose kan door receptoren specifiek aangestuurd worden.

Het omgekeerde proces is exocytose, dat bij de secretie een grote rol speelt. Secretiegranula worden na fusie met de celmembraan geledigd in de directe celomgeving. Bij endocytose en exocytose wordt membraanmateriaal aan de celmembraan onttrokken of toegevoegd.

Lysosomen bevatten een grote variatie van hydrolasen met een zuur pH-optimum die een grote serie macromoleculen kunnen verteren.

Lysosomen fuseren met endosomen, die receptor-gebonden en opgeloste moleculen en celonderdelen of organellen kunnen aanvoeren.

Men onderscheidt primaire (‘maagdelijke’) lysosomen, secundaire lysosomen die een vertering hebben uitgevoerd, autofage vacuolen die organellen verteren en ‘residual bodies’, waar de enzymactiviteit door hun ouderdom sterk gedaald is.

Mitochondriën zijn omgeven door een dubbele membraan, waarvan de binnenste membraan zich voort kan zetten in dwarsuitsteeksels: de cristae. De membranen hebben een verschillende permeabiliteit.

De mitochondriale matrix bevat enzymen van de Krebs-cyclus en voor de β-oxidatie van vetzuren. De binnenmembraan bevat enzymen voor het elektronentransportsysteem en de ATP-productie.

Mitochondriën bewegen door de cel, kunnen fuseren en kunnen in tweeën splitsen.

Peroxisomen hebben een enkele membraan. Ze bevatten enzymen voor oxidatie en detoxificatie en verder catalase/peroxidase dat de H₂O₂ van de interne reactie kan neutraliseren.

De voornaamste onderdelen van het cytoskelet zijn de actinefilamenten (microfilamenten, 0 5-7 nm), intermediaire filamenten (Ø 7-14 nm) en microtubuli (Ø 25 nm). Actinefilamenten en microtubuli zijn dynamische polymeren doordat ze frequent polymeriseren en depolymeriseren; intermediaire filamenten zijn stabieler.

Microtubuli ondersteunen de celvorm en vormen de geleidingssporen voor het transport van vesikels, organellen en chromosomen (in de spoelfiguur). Bij dat transport zijn motoreiwitten betrokken zoals kinesine en dyneïne.

Microfilamenten vormen een massa in de cel, kunnen bewegingsacties uitvoeren met myosine en kunnen zich bundelen tot dikke, rechte ‘stress fibers’. Ze spelen dus ook een rol in de celbeweging, fagocytose en verandering van celvorm.

Insluitsels zijn (meestal tijdelijk) opgeslagen hoeveelheden van moleculen zoals vet, glycogeen, pigment of lipofuscine (ouderdomspigment).

De celcyclus staat onder controle van cyclines en cyclineafhankelijke kinases (CDK’s), die verschillende enzymen en transcriptiefactoren specifiek voor de verschillende stadia van de celcyclus bepalen.

De stadia van de mitose zijn de profase, de metafase, de anafase en de telofase.

Stamcellen komen in bijna alle snel delende weefsels voor. Ze delen niet snel en als ze het doen, differentieert slechts een van de dochtercellen tot progenitorcel, die sneller zal gaan delen.

Bij apoptose gaan cellen volgens een eigen ingebouwd programma dood, en wel op zo’n manier dat geen celdébris ontstaat. Het kernchromatine condenseert en samen met het cytoplasma worden fragmentaire ‘apoptotic bodies’ gevormd met een intacte celmembraan. Deze worden door naburige cellen of macrofagen gefagocyteerd. Zo komt geen cytoplasmatisch materiaal vrij, ontstaat er geen ontstekingsreactie en vermindert het gevaar op een auto-immuunreactie. Natuurlijke apoptose komt veel voor in het darmepitheel, bij groeiende weefsels en de selectie van T-cellen in de thymus.

Bij necrose komt een cel onder het minimale verzorgingsniveau terecht en sterft deze een gebreksdood. Meestal gebeurt dat in een groep, bijvoorbeeld bij een infarct. Dan wordt de celmembraan permeabel en verliest de cel eerst zijn vloeibare en laagmoleculaire inhoud en vervolgens de grotere onderdelen, die in de omgeving terechtkomen. Dit trekt ontstekingscellen aan, die het celdébris proberen op te ruimen. Er is dan kans op een auto-immuunreactie.