Cel- en weefselbiologie thema 1
—------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Inleiding
Wat is leven?
- geen universele definitie
- nasa: life is a self-sustaining chemical system capable of Darwinian evolutie
- leven adaptatie door evolutionaire druk (bv klimaatverandering)
levende cellen gekarakteriseerd door:
- sterke organisatie (georganiseerde soep) —> dingen binnen cel efficiënt werken
- homeostase: algemene regulator systemen: inwendige milieu van cel
(parameters) binnen bufferzone —> extérieure verandering te groot → uit
evenwicht —> gevolgen
- groei en ontwikkeling
- opname energie en materie uit omgeving en transformatie daarvan
- reproductie
- respons t.o.v. stimuli (intern als extern)
- adaptatie aan omgeving
- cellen bestaan in verschillende vormen
- basiseenheid in biologie
- alle organismen bestaan uit cellen of zijn zelf een cel
- grote morfologische diversiteit —> ook functionele diversiteit
Evolutionair
- eerst prokaryoten (pro = voor, karyon = kern) —> geen kern
- daarna eukaryoten (eu = echt) —> echte kern
- microfossielen, lijkend op bacteriën
- dunne of dikke wand (hangt af) —> eerst cel zonder celwand
- eerste waren foto autotrofen: zelfvoorzienend van voeding (opbouw van organische
stoffen uit anorganische stoffen) met energie uit (zon)licht
—------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ontstaan van eukaryote cellen
- ontstaan aarde: 4,6 miljard jaar geleden als massa v/gesmolten gesteente
- eerste sporen leven op aarde: in rotsen (Australië en Zuid-Afrika) 3,4-3,5 miljard jaar
geleden —> microfossielen, lijkend op bacteriën —> foto-autotrofie: maken zelf
voedsel door fotosynthese door energie van zonlicht
- nCO2 + nH2O + E —> (CH2O)n + n(O2)
, - omzetting alleen aanwezigheid fotosynthetisch pigment —> zuurstofmoleculen
komen vrij —> zuurstofproductie 2,3 miljard jaar geleden begonnen (discussie over
gevolg van fotosynthese of niet)
- toen eenvoudige structuren: CMB omgeven door celwand, cytosol waarin alle
soorten anabolische en katabolische activiteiten uitgevoerd
—> behoort tot groep van prokaryoten
- twee domeinen prokaryoten:
● archaea: leven vaak in extreme milieus bv zeer hoge/lage temperatuur/druk
● bacteria: bv escherichia coli, Streptococcus
- domein eukaryoten: wrs ontstaan uit Archaea-achtige voorouders (met cytoskelet,
zonder wand, vaak grotere cellen)
- bestonden na adaptaties (onderscheid prokaryoten):
● uitgebreid systeem van interne cytomembranen (cel groter volume),
kernenvelop (meest typische kenmerk)
● cytoskelet met bijhorende motorische systemen —> celcompartimentering en
spontaan bewegen (celmobiliteit), elementen van cytoskelet (lange stevige
draden) gevaarlijk voor kwetsbaar DNA —> insluiting in dubbele membraan
(kernenvelop) —> selectief voordeel
● complexe organisatie genoom + ruimtelijke scheiding transcriptie (DNA naar
RNA) en translatie (RNA naar eiwitten) —> diversificatie van
gespecialiseerde eiwitten, celtypes en organismen
● ontstaan mitochondria, peroxisomen en plastiden (planten) —> interiorisatie
van respiratie en energieproductie (stammen af van anaërobe prokaryote
endosymbionten, opgenomen uit cytoplasma van anaërobe gastcel, bevat
kern) —> economische energiebron en bescherming tegen reactieve O2
(concentratie in atmosfeer toegenomen)
plastiden: resultaat endosymbiose tussen fotosynthetische prokaryoten en
vroege aërobe eukaryote cel: opname —> verdwijnen van membraan —>
ontstaan van chloroplaststructuur
verschillen prokaryoten en eukaryoten
prokaryoten eukaryoten
uitsluitend eencellig eencellig of meercellig
celmembraan en celwand celmembraan
geen kern kern
circulair chromosoom in cytosol chromosomen in kern
niet gecompartimenteerd organellen
deling door doorsnoering deling door mitose of meiose
, - bacteriën (prokaryoten) en virussen (complex van eiwitten en nucleïnezuren, in staat
levende cellen binnen te dringen en te vermenigvuldigen) NIET AAN BOD in cursus
—————————————————————————————————————
Chemische bouwstenen van cellen
- vooral chemische eigenschappen en groepen van bouwstenen kennen (dus ook
chemische opbouw etc: polair/apolair, …)
Algemeen
- meeste cellen: vnl water
- meest abundante bio. macromoleculen: eiwitten, nucleïnezuren en polysachariden
- alle drie polymeren (samengesteld uit meerdere covalent verbonden, identieke
kleinere moleculen = monomeren)
- macromoleculen ook samen superstructuur vormen →macromoleculaire
assemblage
- soms sulfhydrylgroepen en disulfide groepen
- hydrofiel - hydrofoob karakter herkennen
Eiwitten
- lineaire polymeren, tientallen tot duizenden aminozuren, peptidebindingen
- peptiden = korte ketens (minder dan 20-30)
- polypeptiden = langere ketens (tot 4000)
- eiwitten = (complex van) polypeptiden met 3D-structuur
- residu = individuele aminozuren in keten
- cel > 60 verschillende AZ —> 20 gebruikt in eiwitsynthese
- structuur AZ:
● centraal koolstofatoom
, ● 4 verschillende chemische groepen: amino(NH2)groep,
carboxyl(COOH)groep, waterstof(H)groep, een variabele R groep, die
verschillende AZ onderscheidt en chemische karakteristieken toekent
● is dus een zwitterion —> basis voor structuur binnen eiwit
● sommige zuur, basisch, ongeladen polair of apolair
● ze krijgen drielettercode en éénlettercode
● geen lading, apolair: hydrofoob
● cysteïne: sulfhydrylgroep
● basisch, positief geladen: hydrofiel
● zuur, negatief geladen: hydrofiel
● ongeladen, polair: hydrofiel
- aminogroep uiteinde (N-terminale) en carboxylgroep uiteinde (C-terminale) of N-
terminus en C-terminus
- alle AZ (behalve glycine) bestaan uit optische isomeren, met L- als D-vormen, enkel
L-vormen (linksdraaiend) te vinden in eiwitten
1. primaire structuur: bepaalt door opeenvolging van AZ (=polypeptideketen)
2. secundaire structuur: opvouwen gelokaliseerde gedeelten van PPK (aan de
binnenkant meer hydrofobe kant, buitenkant hydrofiel —> waterstofbruggen)
3. tertiaire structuur: conformatie gehele PPK dus 3D-schikking van AZ
4. quaternaire structuur: multimere eiwitten 2 of meer polypeptiden of subunits, deze
structuur beschrijft aantal en relatieve posities
- foute opvouwing: eiwit vernietigd —> moet sterk gecontroleerd mechanisme zijn
- globulaire eiwitten, fibreuze eiwitten, membraaneiwitten en ongestructureerde
eiwitten
- conformatie (vormen 3D-structuur) gebeurt spontaan (informatie inherent aanwezig),
soms opvouwen bijgestaan door moleculaire chaperones (zodat er zo weinig
mogelijk fouten gemaakt wordt, sommige helpen tijdelijk in ontvouwen vorm blijven
anderen om op te vouwen, sommigen op juiste plaats in cel brengen)
- denaturatie: natuurlijke conformatie verbroken (door bv temperatuursverhoging)
- renaturatie: terug naar oorspronkelijke vorm, kan ik labo door cel uit
geconcentreerd/warm milieu te halen
Nucleïnezuren
- later op ingaan bij bouw van DNA
Polysacchariden
- bouwstenen: monosacchariden (koolhydraten/ suikermoleculen, covalent gebonden
combinaties van koolstof en water in 1:1 verhouding (CH2O)n met n=3,4,5,6 of 7)
- bv glucose
- in waterige oplossingen vaak ringstructuren waarbij aldehydegroep dus aldosen
(zoals in glucose) of ketongroep dus ketonen (zoals in fructose) reageert met
hydroxylgroep
- disacchariden: 2 suikers (sucrose: fructose + glucose is rietsuiker, of bv maltose en
lactose)
—------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Inleiding
Wat is leven?
- geen universele definitie
- nasa: life is a self-sustaining chemical system capable of Darwinian evolutie
- leven adaptatie door evolutionaire druk (bv klimaatverandering)
levende cellen gekarakteriseerd door:
- sterke organisatie (georganiseerde soep) —> dingen binnen cel efficiënt werken
- homeostase: algemene regulator systemen: inwendige milieu van cel
(parameters) binnen bufferzone —> extérieure verandering te groot → uit
evenwicht —> gevolgen
- groei en ontwikkeling
- opname energie en materie uit omgeving en transformatie daarvan
- reproductie
- respons t.o.v. stimuli (intern als extern)
- adaptatie aan omgeving
- cellen bestaan in verschillende vormen
- basiseenheid in biologie
- alle organismen bestaan uit cellen of zijn zelf een cel
- grote morfologische diversiteit —> ook functionele diversiteit
Evolutionair
- eerst prokaryoten (pro = voor, karyon = kern) —> geen kern
- daarna eukaryoten (eu = echt) —> echte kern
- microfossielen, lijkend op bacteriën
- dunne of dikke wand (hangt af) —> eerst cel zonder celwand
- eerste waren foto autotrofen: zelfvoorzienend van voeding (opbouw van organische
stoffen uit anorganische stoffen) met energie uit (zon)licht
—------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ontstaan van eukaryote cellen
- ontstaan aarde: 4,6 miljard jaar geleden als massa v/gesmolten gesteente
- eerste sporen leven op aarde: in rotsen (Australië en Zuid-Afrika) 3,4-3,5 miljard jaar
geleden —> microfossielen, lijkend op bacteriën —> foto-autotrofie: maken zelf
voedsel door fotosynthese door energie van zonlicht
- nCO2 + nH2O + E —> (CH2O)n + n(O2)
, - omzetting alleen aanwezigheid fotosynthetisch pigment —> zuurstofmoleculen
komen vrij —> zuurstofproductie 2,3 miljard jaar geleden begonnen (discussie over
gevolg van fotosynthese of niet)
- toen eenvoudige structuren: CMB omgeven door celwand, cytosol waarin alle
soorten anabolische en katabolische activiteiten uitgevoerd
—> behoort tot groep van prokaryoten
- twee domeinen prokaryoten:
● archaea: leven vaak in extreme milieus bv zeer hoge/lage temperatuur/druk
● bacteria: bv escherichia coli, Streptococcus
- domein eukaryoten: wrs ontstaan uit Archaea-achtige voorouders (met cytoskelet,
zonder wand, vaak grotere cellen)
- bestonden na adaptaties (onderscheid prokaryoten):
● uitgebreid systeem van interne cytomembranen (cel groter volume),
kernenvelop (meest typische kenmerk)
● cytoskelet met bijhorende motorische systemen —> celcompartimentering en
spontaan bewegen (celmobiliteit), elementen van cytoskelet (lange stevige
draden) gevaarlijk voor kwetsbaar DNA —> insluiting in dubbele membraan
(kernenvelop) —> selectief voordeel
● complexe organisatie genoom + ruimtelijke scheiding transcriptie (DNA naar
RNA) en translatie (RNA naar eiwitten) —> diversificatie van
gespecialiseerde eiwitten, celtypes en organismen
● ontstaan mitochondria, peroxisomen en plastiden (planten) —> interiorisatie
van respiratie en energieproductie (stammen af van anaërobe prokaryote
endosymbionten, opgenomen uit cytoplasma van anaërobe gastcel, bevat
kern) —> economische energiebron en bescherming tegen reactieve O2
(concentratie in atmosfeer toegenomen)
plastiden: resultaat endosymbiose tussen fotosynthetische prokaryoten en
vroege aërobe eukaryote cel: opname —> verdwijnen van membraan —>
ontstaan van chloroplaststructuur
verschillen prokaryoten en eukaryoten
prokaryoten eukaryoten
uitsluitend eencellig eencellig of meercellig
celmembraan en celwand celmembraan
geen kern kern
circulair chromosoom in cytosol chromosomen in kern
niet gecompartimenteerd organellen
deling door doorsnoering deling door mitose of meiose
, - bacteriën (prokaryoten) en virussen (complex van eiwitten en nucleïnezuren, in staat
levende cellen binnen te dringen en te vermenigvuldigen) NIET AAN BOD in cursus
—————————————————————————————————————
Chemische bouwstenen van cellen
- vooral chemische eigenschappen en groepen van bouwstenen kennen (dus ook
chemische opbouw etc: polair/apolair, …)
Algemeen
- meeste cellen: vnl water
- meest abundante bio. macromoleculen: eiwitten, nucleïnezuren en polysachariden
- alle drie polymeren (samengesteld uit meerdere covalent verbonden, identieke
kleinere moleculen = monomeren)
- macromoleculen ook samen superstructuur vormen →macromoleculaire
assemblage
- soms sulfhydrylgroepen en disulfide groepen
- hydrofiel - hydrofoob karakter herkennen
Eiwitten
- lineaire polymeren, tientallen tot duizenden aminozuren, peptidebindingen
- peptiden = korte ketens (minder dan 20-30)
- polypeptiden = langere ketens (tot 4000)
- eiwitten = (complex van) polypeptiden met 3D-structuur
- residu = individuele aminozuren in keten
- cel > 60 verschillende AZ —> 20 gebruikt in eiwitsynthese
- structuur AZ:
● centraal koolstofatoom
, ● 4 verschillende chemische groepen: amino(NH2)groep,
carboxyl(COOH)groep, waterstof(H)groep, een variabele R groep, die
verschillende AZ onderscheidt en chemische karakteristieken toekent
● is dus een zwitterion —> basis voor structuur binnen eiwit
● sommige zuur, basisch, ongeladen polair of apolair
● ze krijgen drielettercode en éénlettercode
● geen lading, apolair: hydrofoob
● cysteïne: sulfhydrylgroep
● basisch, positief geladen: hydrofiel
● zuur, negatief geladen: hydrofiel
● ongeladen, polair: hydrofiel
- aminogroep uiteinde (N-terminale) en carboxylgroep uiteinde (C-terminale) of N-
terminus en C-terminus
- alle AZ (behalve glycine) bestaan uit optische isomeren, met L- als D-vormen, enkel
L-vormen (linksdraaiend) te vinden in eiwitten
1. primaire structuur: bepaalt door opeenvolging van AZ (=polypeptideketen)
2. secundaire structuur: opvouwen gelokaliseerde gedeelten van PPK (aan de
binnenkant meer hydrofobe kant, buitenkant hydrofiel —> waterstofbruggen)
3. tertiaire structuur: conformatie gehele PPK dus 3D-schikking van AZ
4. quaternaire structuur: multimere eiwitten 2 of meer polypeptiden of subunits, deze
structuur beschrijft aantal en relatieve posities
- foute opvouwing: eiwit vernietigd —> moet sterk gecontroleerd mechanisme zijn
- globulaire eiwitten, fibreuze eiwitten, membraaneiwitten en ongestructureerde
eiwitten
- conformatie (vormen 3D-structuur) gebeurt spontaan (informatie inherent aanwezig),
soms opvouwen bijgestaan door moleculaire chaperones (zodat er zo weinig
mogelijk fouten gemaakt wordt, sommige helpen tijdelijk in ontvouwen vorm blijven
anderen om op te vouwen, sommigen op juiste plaats in cel brengen)
- denaturatie: natuurlijke conformatie verbroken (door bv temperatuursverhoging)
- renaturatie: terug naar oorspronkelijke vorm, kan ik labo door cel uit
geconcentreerd/warm milieu te halen
Nucleïnezuren
- later op ingaan bij bouw van DNA
Polysacchariden
- bouwstenen: monosacchariden (koolhydraten/ suikermoleculen, covalent gebonden
combinaties van koolstof en water in 1:1 verhouding (CH2O)n met n=3,4,5,6 of 7)
- bv glucose
- in waterige oplossingen vaak ringstructuren waarbij aldehydegroep dus aldosen
(zoals in glucose) of ketongroep dus ketonen (zoals in fructose) reageert met
hydroxylgroep
- disacchariden: 2 suikers (sucrose: fructose + glucose is rietsuiker, of bv maltose en
lactose)
