HF 1: Inleiding
1. De celtheorie: historisch kader
* Hooke -> cel < cellula (klein kamertje)
-> onderzocht kurk, vergroting x30
-> zag dode cellen (kurk: celwand dode plantencellen vormt compartimenten)
* van Leeuwenhoek zag levende cellen (door bere microscoop)
* microscopen met 2 lenzen (1 μm): eyepiece and objective
* Schleiden: alle planten bestaan uit cellen
* Schwann: alle dieren bestaan uit cellen
=> zeiden eerst dat planten & dieren niet op elkaar leken door celwand planten
=> kon dierlijke cellen veel moeilijker van elkaar onderscheiden
* cellen veranderen voortdurend
2. De celtheorie
1) alle organismen bestaan uit 1/meerdere cellen
2) cel is basiseenheid vh leven
3) alle cellen ontstaan uit andere cellen (omnis cellula e cellula)
2.1 Diversiteit in vorm, grootte & kleur
vb. eicel vs zaadcel
2.2 Plantencel vs dierlijke cel
* ongv even groot
* gelijkaardige organellen; vb. mitochondriën, celkern, …
* verschillende organellen; vb. vacuole, celwand, …
* plantencel = 20x30 μm
dierlijke cel = 20 μm
VS BACTERIE
* geen celorganellen
-> biochemische processen wel gelijkaardig als in planten/dieren
2.3 Ontstaan hedendaagse moleculaire celbiologie
1. cytologie = beschrijving celstructuur & organellen (optische technieken)
2. biochemie = chemie vd cel (macromoleculen & bouwstenen), metabolisme, signaaltransductie
3. genetica = erfelijke informatie (DNA)
3. De cytologische streng
3.1 Lichtmicroscopie
* om te zien, licht + vwp + lens nodig
* microtoom : vwp om preparaten te maken
* resolutie = hoe ver moeten objecten gescheiden zijn om afzonderlijk waar te nemen?
* oog: 0,25 mm (ziet alles kleiner als punt)
lichtmicroscoop: 0,25 μm (vergroting x1000)
* cellen meestal in micrometer (μm) uitgedrukt
* ribosoom = 25-30 nm
membraan = 7-8 nm
microtubuli = 25 nm
microfilament = 7 nm
DNA-helix = 2 nm
* limiet van resolutie: hoever dingen max van elkaar mogen liggen om ze nog te zien
=> hoe kleiner, hoe groter oplossend vermogen, hoe beter dingen kan zien
,- helderveld-microscopie
=> weinig contrast (meeste cellen geen kleur)
=> evt fixatie & kleuring/microtoom
- fase-contrast & differentiële interferentie-contrast microscopie
=> verhogen contrast door verschillen in refractie-index groter maken
= maat van verandering van snelheid van licht
- fluorescentie microscopie
=> detecteert fluorescente kleurstoffen (absorptie UV & emissie zichtbaar licht)
- confocale microscopie
=> laser verlicht vlak van fluorescent gemerkt specimen
3.2 Het gebruik van antilichamen: primaire immunofluorescentie
=> antilichamen chemisch binden aan iets met kleur
=> zien waar antilichaam op cel bindt
=> zien waar antigeen op cel zit
3.3 Het gebruik van antilichamen: secundaire immunofluorescentie
=> antilichamen niet gemerkt met fluorescente stof
=> fluorescente stof toegevoegd aan oplossing
= praktischer, dus meer gebruikt
3.4 Elektronenmicroscopie
* gebaseerd op bundel elektronen ipv licht
* focus dmv elektromagnetisch veld ipv lens
* limiet resolutie: 0,1-0,2 nm
* tot vergroting x100 000
- transmissie elektronenmicroscopie (TEM)
=> elektronen gaan door specimen
- scanning elektronen-microscopie (SEM)
=> opp vh specimen wordt gescand door detectie van elektronen die terugkaatsen vd opp
afmetingen:
ribosoom = microtubuli < membraan < microfilament < DNA helix
4. De biochemische streng
* Wöhler: ureum kan worden gesynthetiseerd uit ammonium cyanaat
= bio-chemisch
* Pasteur: gist zet glucose om in ethanol
* Buchners: gistextracten doen hetzelfde (enzymen als biokatalysatoren)
* ontdekking vd glycolyse & citroenzuurcyclus
4.1 Belangrijke biochemische hulpmiddelen
- radioactieve isotopen
=> zelfde # protonen, versch # neutronen
- volgen van specifieke moleculen, bvb. C12 vs C14
- subcellulaire fractionatie-technieken (centrifuges)
=> hoe sneller ronddraait, hoe kleinere dingen gescheiden worden
,- chromatografie
= scheidingen van biomoleculen obv grootte, lading of affiniteit voor ligand
= hoezeer ze binden aan stof
-> dunnelaagschromatografie
-> kolomchromatografie
- elektroforese
= scheiding in elektrisch veld (eiwitten, nucleïnezuren) obv lading en/of grootte
- massaspectrometrie
= precieze bepaling vd massa van moleculen
5. De genetische streng
* Mendel: legt wetmatigheden erfelijkheid bloot
* chromosomen als dragers vh erfelijk materiaal in elk organisme
* Miescher: isoleert DNA
* DNA = component chromosomen, opgebouwd uit 4 nucleotiden
* Watson & Crick: beschrijven dubbel-helix structuur DNA
* ontrafeling genetische code
5.1 Belangrijke biochemische hulpmiddelen
- hybridisatie, restrictie-enzymen, recombinant DNA technologie
- DNA sequentiebepaling
- bio-informatica (in silico analyse)
- klonen
6. Modelorganismen
6.1 E. coli
• ongv 4000 genen
• goed te bewaren in labo’s
• makkelijk te kweken
• synthese van macromoleculen
6.2 S. cerevisiae
• ongv 6000 genen
• bakkersgist
• celcyclus
• elk van genen apart uitgeschakeld dmv genetische modificaties
• goed om eiwitten te bestuderen
6.3 C. elegans
• ongv 19 000 genen
• goed te bewaren in labo’s
• kozen wormen die langst leefden, ontdekten gen gelijkaardig aan dat van mens
-> veroudering
-> ontwikkelingsbiologie
6.4 Drosophilia
= fruitvlieg
• ongv 13 000 genen
• goed te bewaren in labo’s
• makkelijk te kweken
• gen zorgt dat vlieg geen ogen meer (gelijkaardig aan pupil mens)
• ontwikkelingsbiologie
, 6.5 Mus Musculus
• ongv 25 000 genen
• humane pathologieën: ziektebeelden die ook aanwezig zijn bij mensen nabootsen bij muizen
vb. kankermodellen
6.6 HeLa cellen
= cellen van tumor in baarmoederhals
-> in cultuur gehouden, nu veel mee te doen
6.7 Arabidopsis
= zandraket
• ongv 25 000 genen
• planten even complex als dieren
6.8 Wetenschappelijke methode
• feiten zijn waar tot tegendeel wordt bewegen
• hypothese, testen van hypothese (in vitro, in vivo, in silico), slechts 1 variabele
• hypothese ==> theorie (celtheorie, evolutietheorie) ==> wet
1. De celtheorie: historisch kader
* Hooke -> cel < cellula (klein kamertje)
-> onderzocht kurk, vergroting x30
-> zag dode cellen (kurk: celwand dode plantencellen vormt compartimenten)
* van Leeuwenhoek zag levende cellen (door bere microscoop)
* microscopen met 2 lenzen (1 μm): eyepiece and objective
* Schleiden: alle planten bestaan uit cellen
* Schwann: alle dieren bestaan uit cellen
=> zeiden eerst dat planten & dieren niet op elkaar leken door celwand planten
=> kon dierlijke cellen veel moeilijker van elkaar onderscheiden
* cellen veranderen voortdurend
2. De celtheorie
1) alle organismen bestaan uit 1/meerdere cellen
2) cel is basiseenheid vh leven
3) alle cellen ontstaan uit andere cellen (omnis cellula e cellula)
2.1 Diversiteit in vorm, grootte & kleur
vb. eicel vs zaadcel
2.2 Plantencel vs dierlijke cel
* ongv even groot
* gelijkaardige organellen; vb. mitochondriën, celkern, …
* verschillende organellen; vb. vacuole, celwand, …
* plantencel = 20x30 μm
dierlijke cel = 20 μm
VS BACTERIE
* geen celorganellen
-> biochemische processen wel gelijkaardig als in planten/dieren
2.3 Ontstaan hedendaagse moleculaire celbiologie
1. cytologie = beschrijving celstructuur & organellen (optische technieken)
2. biochemie = chemie vd cel (macromoleculen & bouwstenen), metabolisme, signaaltransductie
3. genetica = erfelijke informatie (DNA)
3. De cytologische streng
3.1 Lichtmicroscopie
* om te zien, licht + vwp + lens nodig
* microtoom : vwp om preparaten te maken
* resolutie = hoe ver moeten objecten gescheiden zijn om afzonderlijk waar te nemen?
* oog: 0,25 mm (ziet alles kleiner als punt)
lichtmicroscoop: 0,25 μm (vergroting x1000)
* cellen meestal in micrometer (μm) uitgedrukt
* ribosoom = 25-30 nm
membraan = 7-8 nm
microtubuli = 25 nm
microfilament = 7 nm
DNA-helix = 2 nm
* limiet van resolutie: hoever dingen max van elkaar mogen liggen om ze nog te zien
=> hoe kleiner, hoe groter oplossend vermogen, hoe beter dingen kan zien
,- helderveld-microscopie
=> weinig contrast (meeste cellen geen kleur)
=> evt fixatie & kleuring/microtoom
- fase-contrast & differentiële interferentie-contrast microscopie
=> verhogen contrast door verschillen in refractie-index groter maken
= maat van verandering van snelheid van licht
- fluorescentie microscopie
=> detecteert fluorescente kleurstoffen (absorptie UV & emissie zichtbaar licht)
- confocale microscopie
=> laser verlicht vlak van fluorescent gemerkt specimen
3.2 Het gebruik van antilichamen: primaire immunofluorescentie
=> antilichamen chemisch binden aan iets met kleur
=> zien waar antilichaam op cel bindt
=> zien waar antigeen op cel zit
3.3 Het gebruik van antilichamen: secundaire immunofluorescentie
=> antilichamen niet gemerkt met fluorescente stof
=> fluorescente stof toegevoegd aan oplossing
= praktischer, dus meer gebruikt
3.4 Elektronenmicroscopie
* gebaseerd op bundel elektronen ipv licht
* focus dmv elektromagnetisch veld ipv lens
* limiet resolutie: 0,1-0,2 nm
* tot vergroting x100 000
- transmissie elektronenmicroscopie (TEM)
=> elektronen gaan door specimen
- scanning elektronen-microscopie (SEM)
=> opp vh specimen wordt gescand door detectie van elektronen die terugkaatsen vd opp
afmetingen:
ribosoom = microtubuli < membraan < microfilament < DNA helix
4. De biochemische streng
* Wöhler: ureum kan worden gesynthetiseerd uit ammonium cyanaat
= bio-chemisch
* Pasteur: gist zet glucose om in ethanol
* Buchners: gistextracten doen hetzelfde (enzymen als biokatalysatoren)
* ontdekking vd glycolyse & citroenzuurcyclus
4.1 Belangrijke biochemische hulpmiddelen
- radioactieve isotopen
=> zelfde # protonen, versch # neutronen
- volgen van specifieke moleculen, bvb. C12 vs C14
- subcellulaire fractionatie-technieken (centrifuges)
=> hoe sneller ronddraait, hoe kleinere dingen gescheiden worden
,- chromatografie
= scheidingen van biomoleculen obv grootte, lading of affiniteit voor ligand
= hoezeer ze binden aan stof
-> dunnelaagschromatografie
-> kolomchromatografie
- elektroforese
= scheiding in elektrisch veld (eiwitten, nucleïnezuren) obv lading en/of grootte
- massaspectrometrie
= precieze bepaling vd massa van moleculen
5. De genetische streng
* Mendel: legt wetmatigheden erfelijkheid bloot
* chromosomen als dragers vh erfelijk materiaal in elk organisme
* Miescher: isoleert DNA
* DNA = component chromosomen, opgebouwd uit 4 nucleotiden
* Watson & Crick: beschrijven dubbel-helix structuur DNA
* ontrafeling genetische code
5.1 Belangrijke biochemische hulpmiddelen
- hybridisatie, restrictie-enzymen, recombinant DNA technologie
- DNA sequentiebepaling
- bio-informatica (in silico analyse)
- klonen
6. Modelorganismen
6.1 E. coli
• ongv 4000 genen
• goed te bewaren in labo’s
• makkelijk te kweken
• synthese van macromoleculen
6.2 S. cerevisiae
• ongv 6000 genen
• bakkersgist
• celcyclus
• elk van genen apart uitgeschakeld dmv genetische modificaties
• goed om eiwitten te bestuderen
6.3 C. elegans
• ongv 19 000 genen
• goed te bewaren in labo’s
• kozen wormen die langst leefden, ontdekten gen gelijkaardig aan dat van mens
-> veroudering
-> ontwikkelingsbiologie
6.4 Drosophilia
= fruitvlieg
• ongv 13 000 genen
• goed te bewaren in labo’s
• makkelijk te kweken
• gen zorgt dat vlieg geen ogen meer (gelijkaardig aan pupil mens)
• ontwikkelingsbiologie
, 6.5 Mus Musculus
• ongv 25 000 genen
• humane pathologieën: ziektebeelden die ook aanwezig zijn bij mensen nabootsen bij muizen
vb. kankermodellen
6.6 HeLa cellen
= cellen van tumor in baarmoederhals
-> in cultuur gehouden, nu veel mee te doen
6.7 Arabidopsis
= zandraket
• ongv 25 000 genen
• planten even complex als dieren
6.8 Wetenschappelijke methode
• feiten zijn waar tot tegendeel wordt bewegen
• hypothese, testen van hypothese (in vitro, in vivo, in silico), slechts 1 variabele
• hypothese ==> theorie (celtheorie, evolutietheorie) ==> wet
