MOLECULAIRE CELBIOLOGIE 1 – celbiologie
INLEIDING
➢ Celbiologie
- Biologie: wetenschap van het leven, studie van organismen
➔ Anatomie: orgaan(stelsels)
➔ Histologie: weefsels
➔ Celbiologie (cytologie): cellen
- Cel: kleinste levende eenheid
➔ Prokaryote cellen (bacteriën)
➔ Eukaryoten cellen
- Virus? –> niet als levende organismen beschouwd
➢ Organismen
- Ééncelligen (bv. gisten, bacteriën)
- Meercelligen met gedifferentieerde cellen met specifieke functies
➢ Cellen zijn niet waarneembaar met het blote oog
- Grootte: 5 – 100 µm
- 2 belangrijkste waarnemingsmethoden:
➔ Lichtmicroscoop
Licht
Cellulair niveau (0,1 µm)
Kleuring meestal noodzakelijk
➔ Elektronenmicroscoop
Elektronenbundels
Subcellulair niveau (0,1 nm)
Kleuring niet noodzakelijk
- Andere waarnemingsmethoden
➔ Fluorescentiemicroscoop
➔ Confocale microscoop
➔ …
➢ Soorten cellen
- Bacteriën –> prokaryote cellen
- Dierlijke en plantaardige cellen –> eukaryote cellen
➢ De belangrijkste onderdelen van een (eukaryote) cel
- Celmembraan: scheiding IC – EC milieu
- Cytosol (70% water)
- Celkern: chromosomen met genen
- Mitochondriën: ATP productie
- Endoplasmatische reticulum (ER)
➔ RER (ruw): eiwitsynthese
➔ SER (smooth): cholesterolsynthese en andere
- Golgi-apparaat: transport
- Cytoskelet: stevigheid, beweging
- …
➢ Universele kenmerken van alle cellen
- Aard van chemische stoffen waaruit cellen zijn opgebouwd: proteïnen, polysachariden, lipiden, nucleïnezuren
- Cellulair metabolisme voor opbouw en instandhouding van structuren, basis van alle activiteiten
- Ontstaan uit andere cellen
- Ondergaan minstens 1 deling (sommigen zijn de hele tijd aan het delen
1
,H1: ALGEMENE STRUCTUUR VAN DE CEL
1.1 Indeling van de organismen met een cellulaire opbouw
➢ indeling van Keeling
- 3 domeinen:
➔ Bacteria
➔ Archaea
➔ Eukaryota
- 5 supergroepen (binnen eukaryota):
➔ Unikonta (opisthokonta en amoebozoa)
➔ Excavata
➔ Archaeplastida
➔ Chromalveolata
➔ Rhizaria
1.1.1 Archaea
➢ Oerbacteriën/archaebacteriën
- Leven onder extreme omstandigheden (hoge of lage temperatuur, zout, …)
- Meer dan 200 soorten
1.1.2 Bacteria
➢ Onderscheid obv vorm
- Coccus: rond
➔ Streptococcus: ketenvormig (bv. Streptococcus pneumoniae)
➔ Staphylococcus: trosvormig (bv. Staphylococcus aureus)
- Bacillus: staafvormig
- Spirilus: spiraalvormig (bv. Borrelia burgdorferi (lime))
- Vibrio: kommavormig (bv. Vibrio cholerae (via besmet water, diarree))
➢ Onderscheid obv celwand
- Grampositieve bacteriën
➔ Celwand voornamelijk uit peptidoglycaan
➔ Houdt kristalviolet vast –> paars
➔ Endosporen (bv. Clostridium, Bacillus)
- Gramnegatieve bacteriën
➔ Celwand met dunne laag peptidoglycaan en periplastische ruimte, 2de laag van fosfolipiden, lipopolysacharide (LPS),
lipoproteïnen = endotoxine (toxisch, kan ziekteverschijnselen veroorzaken)
➔ Houdt geen kristalviolet vast –> rood door nakleuring met safranine
➢ Onderscheid obv voedsel
- Heterotrofe bacteriën: moeten organische voedingsstoffen opnemen om te overleven
➔ Parasieten: levend organisme ondervindt nadeel
➔ Saprofieten: op dood materiaal
- Autotrofe bacteriën: zijn zelf in staat om organische stoffen te produceren uit anorganische verbindingen
➔ Foto-autotrofe bacteriën: dmv fotosynthese (bv. Cyanobacteriën)
➔ Chemo-autotrofe bacteriën: dmv bepaalde stoffen uit de omgeving
2
,1.1.3 Eukaryota
➢ Ééncellige unikonta
- Ééncellige eukaryoten die voorkomen als onafhankelijke cellen of als kolonies zonder differentiatie in weefsels
- Voorbeelden van pathogenen:
➔ Trichomonas vaginalis (SOA)
➔ Plasmodium (Malaria)
➔ Trypanosoma (Afrikaanse slaapziekte) –> tseetseevlieg is gastheer
➔ Toxoplasma gondi (Toxoplasmose: gevaarlijk voor zwangere vrouwen)
- Fungi
➔ Heterotroof: leven van organisch materiaal
Saprofyten (leven van dood materiaal)
Symbiose (bv. mycorrhiza) = samenleven tussen 2 verschillende soorten
➔ Sommigen pathogeen
➔ 2 verschijningsvormen
Mycellium –> netwerk van draden/hyfen (veelkernig)
Vruchtlichaam (soms)
- Animalia
➔ Heterotroof
➢ Archaeplastida (planten)
- Foto-autotroof
➢ Virussen
- Klein (+- 100 nm)
- Altijd pathogeen
- Niet levend, volledig afhankelijk van levende cellen
➔ Geen eigen metabolisme
➔ Geen eigen voortplanting
- Structuur
➔ DNA of RNA
➔ Capside (eiwitmantel)
➔ Soms enveloppe (fosfolipiden), al dan niet met stekeleiwitten (‘spike’ of S-protein)
- Replicatiecyclus:
1. Herkennen gastheer via receptor
2. Penetratie van capside
3. Ontmanteling virus –> vrijzetting DNA/RNA
4. Replicatie DNA/RNA en capside-eiwitsynthese
5. Assemblage nieuwe viruspartikels
6. Vrijzetting viruspartikel (na cytolyse)
1.2 Algemene organisatie van de prokar yote en eukaryote cel
Kenmerken Prokaryoten (bacteriën – archaea) Eukaryoten (fungi – planten – dieren)
Celdiameter Klein, eenvoudige volume-oppervlakte ratio Groter
Cellen Ééncellig/aggregaten Meercellig
Organisatie Niet gecompartimenteerd Gecompartimenteerd in verschillende organellen
Organellen Afwezig Mitochondriën, golgi-apparaat, lysosomen, …
Kern Nucleoïd (DNA) in cytoplasma Echte kern omgeven door dubbele membraan (DNA)
Ribosomen Vrij in cytoplasma Vrij in cytoplasma op gebonden op ER (–> RER)
Flagellen 2 eiwit bouwstenen Complex, meerdere microtubuli
Celwand Meestal aanwezig, complex Indien aanwezig: eenvoudig (enkel bij planten)
Chromosomen 1 cirkelvormig (‘naakt’ DNA) Meerdere lineaire chromosomen met histonen
Celdeling Binaire deling Mitose
Geslachtelijke Geen meiose, soms overdracht van DNA- Gaat samen met meiose, genetische recombinatie
voortplanting fragmenten
3
, H2: DE KERN MET DNA, GENEN EN CHROMOSOMEN EN CELCYLCUS
2.1 De kern of de nucleus
➢ Functie
- Controlecentrum van de cel
- Draagt erfelijke informatie op chromosomen (DNA)
- Aanmaak ribosomen (vanuit nucleolus)
- Draagt bij tot de replicatie (celdeling), aanmaak mRNA (transcriptie) vanaf DNA en van eiwitten (translatie op ribosomen)
➢ Bouw
- Chromatine:
➔ Euchromatine (licht, ontrold, actief) –> transcriptie
➔ Heterochromatine (donker, opgerold, inactief) –> genregulatie, epigenetica, chromosomale integriteit bewaren
➔ Delende cellen: chromosomen (meiose, mitose)
Bouw:
• Celdeling: gelijke verdeling van DNA –> chromosomen worden gevormd
• 2 chromatiden per chromosoom –> zijn identiek
• 1 DNA-molecule per chromatide
• Centromeer, kinetochoor
• Telomeren
• Korte (p) en lange (q) arm
➔ Histonen (octameer: 8 subeenheden die het geheel tot een bolletje maken waar DNA rond wordt gebonden
–> nucleosoom)
- Nucleolus of kernichaampje:
➔ Geen membraan
➔ Synthese ribosomaal RNA (rRNA)
- Nucleaire envelop:
➔ Binnenste membraan
➔ Perinucleaire ruimte
➔ Buitenste membraan
Bevat ribosomen
Continu met RER
- Kernskelet:
➔ Kernfilamenten (bv. nucleaire fibril)
➔ Nucleaire lamine (lamin A/C eiwit)
SUN en Emirin eiwitten: verankeling van slierten (heterochromatine)
➔ Kernporiëncomplex met kernporie
(Selectieve) passage mRNA en eiwitten
2.2 De celcyclus
➢ Menselijke lichaam
- Lichaamscellen = somatische cellen (46 chromosomen: diploïd (2n) –> 23 paar homologe chromosomen)
➔ 1 van moeder en 1 van vader
➔ 22 paar autosomen of lichaamschromosomen
➔ 1 paar geslachtschromosomen (X of Y)
Verdubbeling chromosomen voor deling (= 1 chromosoomduplicatie), één kerndeling (mitose)
- Geslachtscellen = gameten (haploïd (1n) –> 23 chromosomen)
➔ Eicel: 23 (22 + X) chromosomen
➔ Zaadcel: 23 (22 + X/Y) chromosomen
Versmelting eicel – zaadcel: onstaan 2n zygote (46 chromosomen)
• Slechts 1 chromosoomduplicatie, maar 2 kerndelingen (meiose/reductiedeling)
4
INLEIDING
➢ Celbiologie
- Biologie: wetenschap van het leven, studie van organismen
➔ Anatomie: orgaan(stelsels)
➔ Histologie: weefsels
➔ Celbiologie (cytologie): cellen
- Cel: kleinste levende eenheid
➔ Prokaryote cellen (bacteriën)
➔ Eukaryoten cellen
- Virus? –> niet als levende organismen beschouwd
➢ Organismen
- Ééncelligen (bv. gisten, bacteriën)
- Meercelligen met gedifferentieerde cellen met specifieke functies
➢ Cellen zijn niet waarneembaar met het blote oog
- Grootte: 5 – 100 µm
- 2 belangrijkste waarnemingsmethoden:
➔ Lichtmicroscoop
Licht
Cellulair niveau (0,1 µm)
Kleuring meestal noodzakelijk
➔ Elektronenmicroscoop
Elektronenbundels
Subcellulair niveau (0,1 nm)
Kleuring niet noodzakelijk
- Andere waarnemingsmethoden
➔ Fluorescentiemicroscoop
➔ Confocale microscoop
➔ …
➢ Soorten cellen
- Bacteriën –> prokaryote cellen
- Dierlijke en plantaardige cellen –> eukaryote cellen
➢ De belangrijkste onderdelen van een (eukaryote) cel
- Celmembraan: scheiding IC – EC milieu
- Cytosol (70% water)
- Celkern: chromosomen met genen
- Mitochondriën: ATP productie
- Endoplasmatische reticulum (ER)
➔ RER (ruw): eiwitsynthese
➔ SER (smooth): cholesterolsynthese en andere
- Golgi-apparaat: transport
- Cytoskelet: stevigheid, beweging
- …
➢ Universele kenmerken van alle cellen
- Aard van chemische stoffen waaruit cellen zijn opgebouwd: proteïnen, polysachariden, lipiden, nucleïnezuren
- Cellulair metabolisme voor opbouw en instandhouding van structuren, basis van alle activiteiten
- Ontstaan uit andere cellen
- Ondergaan minstens 1 deling (sommigen zijn de hele tijd aan het delen
1
,H1: ALGEMENE STRUCTUUR VAN DE CEL
1.1 Indeling van de organismen met een cellulaire opbouw
➢ indeling van Keeling
- 3 domeinen:
➔ Bacteria
➔ Archaea
➔ Eukaryota
- 5 supergroepen (binnen eukaryota):
➔ Unikonta (opisthokonta en amoebozoa)
➔ Excavata
➔ Archaeplastida
➔ Chromalveolata
➔ Rhizaria
1.1.1 Archaea
➢ Oerbacteriën/archaebacteriën
- Leven onder extreme omstandigheden (hoge of lage temperatuur, zout, …)
- Meer dan 200 soorten
1.1.2 Bacteria
➢ Onderscheid obv vorm
- Coccus: rond
➔ Streptococcus: ketenvormig (bv. Streptococcus pneumoniae)
➔ Staphylococcus: trosvormig (bv. Staphylococcus aureus)
- Bacillus: staafvormig
- Spirilus: spiraalvormig (bv. Borrelia burgdorferi (lime))
- Vibrio: kommavormig (bv. Vibrio cholerae (via besmet water, diarree))
➢ Onderscheid obv celwand
- Grampositieve bacteriën
➔ Celwand voornamelijk uit peptidoglycaan
➔ Houdt kristalviolet vast –> paars
➔ Endosporen (bv. Clostridium, Bacillus)
- Gramnegatieve bacteriën
➔ Celwand met dunne laag peptidoglycaan en periplastische ruimte, 2de laag van fosfolipiden, lipopolysacharide (LPS),
lipoproteïnen = endotoxine (toxisch, kan ziekteverschijnselen veroorzaken)
➔ Houdt geen kristalviolet vast –> rood door nakleuring met safranine
➢ Onderscheid obv voedsel
- Heterotrofe bacteriën: moeten organische voedingsstoffen opnemen om te overleven
➔ Parasieten: levend organisme ondervindt nadeel
➔ Saprofieten: op dood materiaal
- Autotrofe bacteriën: zijn zelf in staat om organische stoffen te produceren uit anorganische verbindingen
➔ Foto-autotrofe bacteriën: dmv fotosynthese (bv. Cyanobacteriën)
➔ Chemo-autotrofe bacteriën: dmv bepaalde stoffen uit de omgeving
2
,1.1.3 Eukaryota
➢ Ééncellige unikonta
- Ééncellige eukaryoten die voorkomen als onafhankelijke cellen of als kolonies zonder differentiatie in weefsels
- Voorbeelden van pathogenen:
➔ Trichomonas vaginalis (SOA)
➔ Plasmodium (Malaria)
➔ Trypanosoma (Afrikaanse slaapziekte) –> tseetseevlieg is gastheer
➔ Toxoplasma gondi (Toxoplasmose: gevaarlijk voor zwangere vrouwen)
- Fungi
➔ Heterotroof: leven van organisch materiaal
Saprofyten (leven van dood materiaal)
Symbiose (bv. mycorrhiza) = samenleven tussen 2 verschillende soorten
➔ Sommigen pathogeen
➔ 2 verschijningsvormen
Mycellium –> netwerk van draden/hyfen (veelkernig)
Vruchtlichaam (soms)
- Animalia
➔ Heterotroof
➢ Archaeplastida (planten)
- Foto-autotroof
➢ Virussen
- Klein (+- 100 nm)
- Altijd pathogeen
- Niet levend, volledig afhankelijk van levende cellen
➔ Geen eigen metabolisme
➔ Geen eigen voortplanting
- Structuur
➔ DNA of RNA
➔ Capside (eiwitmantel)
➔ Soms enveloppe (fosfolipiden), al dan niet met stekeleiwitten (‘spike’ of S-protein)
- Replicatiecyclus:
1. Herkennen gastheer via receptor
2. Penetratie van capside
3. Ontmanteling virus –> vrijzetting DNA/RNA
4. Replicatie DNA/RNA en capside-eiwitsynthese
5. Assemblage nieuwe viruspartikels
6. Vrijzetting viruspartikel (na cytolyse)
1.2 Algemene organisatie van de prokar yote en eukaryote cel
Kenmerken Prokaryoten (bacteriën – archaea) Eukaryoten (fungi – planten – dieren)
Celdiameter Klein, eenvoudige volume-oppervlakte ratio Groter
Cellen Ééncellig/aggregaten Meercellig
Organisatie Niet gecompartimenteerd Gecompartimenteerd in verschillende organellen
Organellen Afwezig Mitochondriën, golgi-apparaat, lysosomen, …
Kern Nucleoïd (DNA) in cytoplasma Echte kern omgeven door dubbele membraan (DNA)
Ribosomen Vrij in cytoplasma Vrij in cytoplasma op gebonden op ER (–> RER)
Flagellen 2 eiwit bouwstenen Complex, meerdere microtubuli
Celwand Meestal aanwezig, complex Indien aanwezig: eenvoudig (enkel bij planten)
Chromosomen 1 cirkelvormig (‘naakt’ DNA) Meerdere lineaire chromosomen met histonen
Celdeling Binaire deling Mitose
Geslachtelijke Geen meiose, soms overdracht van DNA- Gaat samen met meiose, genetische recombinatie
voortplanting fragmenten
3
, H2: DE KERN MET DNA, GENEN EN CHROMOSOMEN EN CELCYLCUS
2.1 De kern of de nucleus
➢ Functie
- Controlecentrum van de cel
- Draagt erfelijke informatie op chromosomen (DNA)
- Aanmaak ribosomen (vanuit nucleolus)
- Draagt bij tot de replicatie (celdeling), aanmaak mRNA (transcriptie) vanaf DNA en van eiwitten (translatie op ribosomen)
➢ Bouw
- Chromatine:
➔ Euchromatine (licht, ontrold, actief) –> transcriptie
➔ Heterochromatine (donker, opgerold, inactief) –> genregulatie, epigenetica, chromosomale integriteit bewaren
➔ Delende cellen: chromosomen (meiose, mitose)
Bouw:
• Celdeling: gelijke verdeling van DNA –> chromosomen worden gevormd
• 2 chromatiden per chromosoom –> zijn identiek
• 1 DNA-molecule per chromatide
• Centromeer, kinetochoor
• Telomeren
• Korte (p) en lange (q) arm
➔ Histonen (octameer: 8 subeenheden die het geheel tot een bolletje maken waar DNA rond wordt gebonden
–> nucleosoom)
- Nucleolus of kernichaampje:
➔ Geen membraan
➔ Synthese ribosomaal RNA (rRNA)
- Nucleaire envelop:
➔ Binnenste membraan
➔ Perinucleaire ruimte
➔ Buitenste membraan
Bevat ribosomen
Continu met RER
- Kernskelet:
➔ Kernfilamenten (bv. nucleaire fibril)
➔ Nucleaire lamine (lamin A/C eiwit)
SUN en Emirin eiwitten: verankeling van slierten (heterochromatine)
➔ Kernporiëncomplex met kernporie
(Selectieve) passage mRNA en eiwitten
2.2 De celcyclus
➢ Menselijke lichaam
- Lichaamscellen = somatische cellen (46 chromosomen: diploïd (2n) –> 23 paar homologe chromosomen)
➔ 1 van moeder en 1 van vader
➔ 22 paar autosomen of lichaamschromosomen
➔ 1 paar geslachtschromosomen (X of Y)
Verdubbeling chromosomen voor deling (= 1 chromosoomduplicatie), één kerndeling (mitose)
- Geslachtscellen = gameten (haploïd (1n) –> 23 chromosomen)
➔ Eicel: 23 (22 + X) chromosomen
➔ Zaadcel: 23 (22 + X/Y) chromosomen
Versmelting eicel – zaadcel: onstaan 2n zygote (46 chromosomen)
• Slechts 1 chromosoomduplicatie, maar 2 kerndelingen (meiose/reductiedeling)
4
