Cohesie

Cohesie
n, koʊˈhiʒən
De handeling, toestand of het proces van aan elkaar kleven

definitie van cohesie

Wat is cohesie? Cohesie, in de wetenschappelijke definitie, verwijst naar de toestand van samenhangen of aan elkaar kleven van gelijksoortige entiteiten. Cohesie kan van nature worden waargenomen in bepaalde moleculen, zoals water. Wat ervoor zorgt dat ze samenhangen of aan elkaar kleven is de intermoleculaire kracht die ze bij elkaar houdt. Maar moleculen die worden aangetrokken door andere moleculen of door een andere stof vertonen geen cohesie. In plaats daarvan wordt dit verschijnsel adhesie genoemd.

De betekenis van cohesie is ook van toepassing op de biologie. Het verwijst naar het proces, de handeling, of de toestand waarin gelijksoortige moleculen of lichaamsdelen zich aan elkaar binden of dicht bij elkaar blijven. In de plantkunde kan de term bijvoorbeeld verwijzen naar het samensmelten van plantendelen, zoals bij syncarpie (het samensmelten van de carpels van een stamper).

Cohesie voorbeelden en biologisch belang

Cohesie van watermoleculen

Water is een voorbeeld van een stof die samenhang vertoont. Water bestaat uit moleculen van diwaterstofmonoxide (HOH), dat wil zeggen twee hydrogenen en één zuurstof. Kijk eens naar het schematische diagram van de chemische structuur van een watermolecuul. Het molecuul vertoont polariteit, dat wil zeggen dat het twee tegengestelde ladingen heeft. De zuurstof heeft een licht negatieve lading, wat resulteert in een gedeeltelijk negatieve pool, terwijl de hydrogenen een licht positieve lading hebben, wat resulteert in een gedeeltelijk positieve pool. De polariteit zorgt ervoor dat watermoleculen aan elkaar kleven of elkaar aantrekken.

Watermoleculen worden bij elkaar gehouden door een cohesiekracht. Deze kracht is een zwak of voorbijgaand type van een chemische binding die intermoleculaire waterstofbinding wordt genoemd. Zij vormt zich tussen de waterstof van een HOH en de waterstof van een andere HOH. Als gevolg hiervan vormen zij een waterdruppel wanneer zij samenklonteren. (Ref. 1)

Naast cohesie vertoont water ook adhesie. Terwijl cohesie betrekking heeft op de aantrekkingskracht tussen gelijksoortige moleculen, heeft adhesie betrekking op de aantrekkingskracht tussen ongelijksoortige moleculen. Dus terwijl cohesie ervoor zorgt dat water druppels vormt, houdt adhesie de druppel op een oppervlak, zoals te zien is op het oppervlak van bladeren of bloemen.

Als je water geleidelijk door een druppelaar laat stromen, zul je merken dat het in een serie druppels stroomt in plaats van continu. De druppel neemt ook een vorm aan die enigszins bolvormig is (door de zwaartekracht verliest de druppel zijn zogenaamd perfecte bolvorm). (Ref. 2) Dit is te wijten aan de oppervlaktespanning. Is het je opgevallen dat wanneer je een glas tot aan de rand vult met water, het een koepelvorm vormt aan de bovenkant? Dat is oppervlaktespanning.

De oppervlaktespanning verwijst per definitie naar de aantrekkingskracht die wordt uitgeoefend door de moleculen onder de oppervlaktemoleculen waardoor de vloeistof een vorm aanneemt met het kleinste oppervlak. (Ref. 3) Deze term wordt vooral gebruikt wanneer het vloeistofoppervlak in contact staat met een gas, bijvoorbeeld lucht. (Ref. 2) Het maakt dat het oppervlak van het water weerstand biedt tegen scheuren, zelfs onder spanning of stress. Wat de oppervlaktespanning in water veroorzaakt, wordt in hoofdzaak toegeschreven aan cohesie.

Let op de waterdruppel op het bladoppervlak op de foto. De bolvorm van het water wordt toegeschreven aan de oppervlaktespanning van water. De oppervlaktespanning is het gevolg van cohesie (watermoleculen die elkaar aantrekken). In dit voorbeeld lijkt de cohesiekracht (kracht tussen watermoleculen) sterker dan de kleefkracht (kracht tussen een watermolecuul en andere moleculen, zoals de moleculen van de lucht en het bladoppervlak).

Watermoleculen hebben een grotere aantrekkingskracht op elkaar dan op de moleculen in de lucht. Daardoor vertonen ze oppervlaktespanning. Dit is belangrijk voor planten, omdat cohesie en een hoge oppervlaktespanning het waterverlies – d.w.z. het water dat door de huidmondjes naar buiten komt – vertragen.

De oppervlaktespanning zorgt er ook voor dat bepaalde insecten stil blijven staan boven het water of er doorheen lopen. Op de foto hieronder is te zien hoe de schaatsenrijder stil kan blijven staan zonder met zijn poten onder het wateroppervlak te zakken.

Oppervlakspanning, cohesie en adhesie zijn de essentiële factoren die capillariteit mogelijk maken. Dit is belangrijk, vooral in vaatplanten. Door de capillaire werking kan water tegen de zwaartekracht in een smalle buis omhoog bewegen. Oppervlaktespanning trekt de moleculen van de vloeistof van het oppervlak naar binnen, waardoor een zo klein mogelijk oppervlak ontstaat. Vervolgens zorgt cohesie ervoor dat de watermoleculen aan elkaar blijven kleven. Adhesie helpt de watermolecule zich te binden aan de wanden van het xyleemweefsel van een plant. Zo kan water vanuit de wortel door het xyleem omhoog stijgen.

Cohesie van biomoleculen

Cohesie is niet alleen een fysisch-chemisch verschijnsel. Het treedt ook biologisch op, zoals bij biomoleculen, zoals DNA. Bij celdelingen, zoals mitose en meiose, hechten de zusterchromatiden samen totdat zij tijdens de anafase van elkaar gescheiden worden. Deze cohesie wordt bewerkstelligd door verschillende eiwitcomplexen die cohesines worden genoemd. Hieronder is een diagram afgebeeld van de vier eiwitsubeenheden van cohesine: SMC3, SMC1, SCC1, en SCC3. De cohesines houden de zusterchromatiden vast nadat het DNA is gedupliceerd als voorbereiding op de celdeling. Het zorgt ervoor dat de zusterchromatiden met elkaar verbonden blijven tot ze de equatoriale regio van de delende cel bereiken. Het is het verlies van cohesie tussen de zusterchromatiden dat volledige scheiding tijdens de anafase mogelijk maakt. Zonder cohesines kan een goede scheiding niet worden gegarandeerd. (Ref. 4) Zowel mitose als meiose gebruiken cohesie om de zusterchromatiden bij elkaar te houden en cohesie wordt tot stand gebracht vóór mitose en meiose. (Ref. 4)

1. Waterdruppels: Cohesie en Adhesie van Water. (2020). Appstate.Edu. http://www.appstate.edu/~goodmanjm/rcoe/asuscienceed/background/waterdrops/waterdrops.html
2. Wat is oppervlaktespanning? Definitie en experimenten. (2020). ThoughtCo. https://www.thoughtco.com/surface-tension-definition-and-experiments-2699204
3. Definitie van oppervlaktespanning. (2020). Merriam-Webster.com. https://www.merriam-webster.com/dictionary/surface%20tension#:~:text=%3A%20the%20attractive%20force%20exerted%20upon,having%20the%20least%20surface%20area
4. Brooker, A. S., & Berkowitz, K. M. (2014). The Roles of Cohesins in Mitosis, Meiosis, and Human Health and Disease. Methods in Molecular Biology, 229-266. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0888-2_11