Samenvatting celleer
Celleer is geen saai onderwerp, maar echt “hot topic”: nieuwe cel-organellen worden steeds ontdekt
(vroeger gemist door fixatiemethoden), CRISPR-technologie (genetische ziekten genezen), cellen kunnen
beschermen tegen destructieve celdegeneratie, cellen genetisch modificeren…
DOEL v.d. lessen: basis van celleer meegeven, ons inspireren, durf te vragen “Waarom?”
Inleiding cursus
Cytologie = celleer (VS histologie = weefselleer)
Onmisbaar om het menselijke lichaam te begrijpen (organen etc.)
Cytologie: celstructuur bestuderen
In deze cursus: de menselijke cel (dankzij lichtmicroscopie!)
Fysiologie: hoe functioneren cellen, weefsels, organen en orgaansystemen
Celfysiologie/ celbiologie: hoe functioneert de cel (celwerking)
Wat is leven?
→ Intuïtief: we voelen dit, een mens/ roos/ bacterie leeft maar zand/ een steen niet
→ Objectief: alle leven bestaat uit dezelfde basisbouwstenen = cellen
Eencellig (eenvoudigste organismen) VS meercellig leven (bij complexe organismen: kolonies van cellen/
gedifferentieerde cellen met elk een eigen taak)
Organisatieniveaus (van een meercellig organisme)
1. Atomen en moleculen (bio)chemie → nodig om celleer te begrijpen! (zie attendum)
2. Cel (+ organellen) cytologie
3. Weefsel hystologie
4. Orgaan
5. Orgaanstelsel anatomie (met het blote oog zichtbaar)
6. Organisme (bv. mens)
1
,Samenvatting celleer
Inleiding tot de cytologie
CELTHEORIE: de cel is de kleinste anatomische, functionele eenheid van leven.
basisconcepten:
1) Cellen zijn de anatomische eenheden of bouwstenen van alle leven
2) Cellen zijn de kleinste functionerende eenheden van leven
3) Cellen worden gevormd door deling van eerder bestaande cellen*
→ Er is dus geen spontane generatie, leven ontstaat niet spontaan onder goede omstandigheden!
4) De cel kan zijn eigen inwendig milieu zeer stabiel houden (homeostase)
* Hoe zit het dat met de allereerste cellen/ het eerste leven?
→ die zijn waarschijnlijk wel onstaan onder de ‘juiste’ fysico-chemische processen
Ook cellen die in een lab gemaakt worden onstaan niet uit andere cellen: genoom maken en inbrengen in
bv. een bacterie waarvan het genoom verwijderd werd.
VIRUSSEN micro-organismen, maar geen cellen: ze zijn afhankelijk van een gastheer-cel voor hun
replicatie (eerst een cel besmetten)! Genetische info ligt wel in DNA/ RNA.
2 grote groepen cellen (voldoen beiden aan celtheorie, hebben celmembraan dat inw. en uitw. mileu splitst)
Prokaryoten: eenvoudigere inw. organisatie, zonder kern, steeds eencellig
→ opsplitsen in eubacteria (“echte” bacteriën) en archaea-bacteriae
Eukaryoten: groter en complexere organisatie, bevatten een kern met kernmembraan en organellen
die ook omgeven worden door een membraan, eencellig (protista) of meercellig
De cellen van het menselijk lichaam zijn eukaryoten.
De gemiddelde eukaryote cel is 10 micrometer (µm) groot → 100 cellen in 1 mm!!
→ Eukaryoten zijn ontstaan door samensmelting van twee vroege celtypes: eubacteriën en
archaea (genen van beiden) 1 uniek ontstaanmoment in de evolutie: de LECA (last eukaryotic
common ancestor). Deze voorouder had al een celkern en mitochondriën en gaf aanleiding tot alle
moderne eukaryoten. (daarvoor nog LUCA: last universal common ancestor)
→ gemeenschappelijke voorouder: opstellen van een evolutie-boom (genetische stamboom) met 6
groepen van levende wezens: eubacteria, archaebacteria, animalia, plantae, fungi en protista
Celdifferentiatie: tijdens de ontwikkeling van een meercellig organisme verschillend de cellen van elkaar
in hun vorm (morfologie) en in functionele activiteit (spiercellen, zenuwcellen, vetcellen…)
Veel diversiteit tussen cellen/ organismen, maar alle cellen hebben een identieke basis-chemie
(fundamenteel vergelijkbaar met elkaar)!!
→ HET CENTRALE DOGMA VAN DE CELBIOLOGIE (stelling die als waar wordt beschouwd)
Eender welke cel heeft een identieke basischemie:
• Erfelijke info zit in genen = DNA (chemische draagstructuur)
→ 4 bouwstenen in DNA (genetische code)
• DNA wordt overgeschreven naar m-RNA (messenger RNA)
• RNA wordt vertaald naar aminozuur sequenties (20 AZ die bouwstenen zijn) = eiwitten
Tegenwoordig toch twijfel over het dogma: epi-genetica, niet alles vertaald naar eiwitten, reverse
transcriptasen, prionen (zie ppt)
Van genotype naar fenotype: het centrale dogma blijft geldig (DNA → RNA → eiwit), MAAR in de cel komen
extra regulatielagen (zoals epigenetische veranderingen, variatie in RNA-transcriptie, eiwitmodificaties en
metabole regulatie) die ervoor zorgen dat het toch wat complexer is als het klinkt.
2
,Samenvatting celleer
De bouw van een eukaryote (menselijke) cel
≠ soorten cellen, maar allemaal chemisch vergelijkbaar. → afgeleid van zygote, 46 chromosomen
(versmelting oöcyte en spermatozoön bij fertilisatie, elk 23 chromosomen). 1ste delingen =
klievingsdelingen (totaal V neemt niet toe), de individuele dochtercellen = blastomeren. Het klompje van
blastomeren noemen we een morula (moerbij) en hieruit ontstaat het embryo.
Celdifferentiatie/ -specialisatie van binnenste blastomeren in de morula (“embryonische stamcellen”) →
geven aanleiding tot verschillende celsoorten (≠ sets van genen worden gedeactiveerd + invloed van
omgeving): specifieke eiwitproductie en ook een unieke vorm/ functie
→ Oppervlaktecellen (epithelen): bedekken
→ Steuncellen (bindweefsel): ondersteunen
→ Contractiele cellen (spierweefsel): beweging
→ Zenuwcellen (geleidings-cellen): elektrische prikkels
VB Elke cel bevat wel actine en myosine eiwitten, maar enkel in de spiercel zijn ze zo georganiseerd dat ze
chemische (potentiële) E omzetten in kinetische E (spiercontracties)
In onze cursus: de “gemiddelde menselijke cel”, zonder
rekening te houden met de eventuele subspecialisatie.
Deze heeft 3 belangrijkste delen:
• Het celmembraan (het omhulsel)
• Het cytoplasma met cytosol (vloeistof),
organellen en cytoskelet (de celinhoud)
• De celkern (het “commandocentrum”)
De celmembraan of plasmalemma
Celmembraan is zeer dun (6-10 nm) → niet zichtbaar met LM, wel met EM
FUNCTIES • Stevigheid + fysische barrière tussen celinhoud en celomgeving
• Selectieve passage/ uitwisseling van stoffen
• Signalisatie in/out: herkennings- of communicatietaken
OPBOUW
Membraanlipiden (40% v.d. massa): “basistructuur” van elke membraan
→ Glycero-fosfolipiden (o.b.v. glycerol)
→ Spingo-lipiden (bevat sphingosine)
→ Sterolen (ringstructuren zoals cholesterol)
Elk membraanlipide heeft zijn eigen taak! (fosfatidyl choline, sphingomyeline, fosfatidyl inositol, fosfatidyl
serine, cardiolipine, cholesterol)
Membraanlipiden zijn amphiphatisch: ze hebben een hydrofoob (geladen/ polair) en hydrofiel
(ongeladen/ apolair) deel. De hydrofiele fosfaatkoppen worden aangetrokken door H 2O en de hydrofobe
staarten mijden H2O + gaan op zoek naar andere fydrofobe moleculen spontane vorming van een
bolvormige bilayer = membraanlipiden dubbellaag. (zie ook micelle)
Het celmembraan is een erg selectieve barrière die het inwendige van de cel beschermt (en
chemische samenstelling constant houdt).
Het celmemraan is zelf-herstellend: een scheurtje zorgt dat de hydrofobe staarten in contact komen
met H2O. De staarten stoten het H2O af en zoeken elkaar weer op.
VB bij IVF prikken ze met een naald door de eicel. Deze gaat niet stuk nadat de naald er terug uit
gaat, maar herstelt terug.
3
, Samenvatting celleer
Rigiditeit (stijheid/ starheid) VS fluïditeit:
• Hoe langer de koolstofstaarten, hoe stijver (interageren meer met elkaar dan korte)
• Niet-verzadigde vetzuren zijn vloeibaarder (bevatten dubbele bindingen die een knik geven in de
koolstofstaarten, waardoor de fosfolipiden minder goed op elkaar passen)
• Hoe meer cholesterol, hoe stijver (ook amphiphatisch en vult de gaten op die door de geknikte
koolstofstaarten van de onverzadigde vetten ontstaan)
AANMAAK V.H. CELMEBRAAN
Synthese-enzymen aan de cytosolzijde van het endoplasmatisch reticulum maken membraanlipiden.
Daardoor zouden ze eigenlijk maar in 1 laag van de dubbele membraan terechtkomen. Dat probleem
wordt opgelost door drie soorten eiwitten die de fosfolipiden verdelen tss. cytosolische en niet-
cytosolische laag van de bilayer:
1. Scramblasen (in ER, Golgi en celmembraan)
→ Niet ATP-afhankelijk, werking volgens concetratiegradiënt
→ Verschuiven fosfolipiden tussen beide lagen.
2. Flippasen (in Golgi en celmembraan)
→ Gebruiken ATP
→ Verplaatsen specifieke fosfolipiden (meestal niet geglycolyseerd) naar de cytosolische
zijde van de dubbel-laag (naar de binnenkant)
3. Floppasen
→ Gebruiken ATP.
→ Verplaatsen vooral geglycosyleerde fosfolipiden naar de niet-cytosolische zijde
(buitenkant)
Waarom is de celmembraan asymmetrisch?
In het Golgi (waar de membraanlipiden bewerkt worden) worden
sommige fosfolipiden geglycosyleerd → die horen aan de buitenkant
van de cel. Flippasen en floppasen corrigeren actief de positie van
fosfolipiden en zetten bepaalde lipiden naar binnen of naar buiten
(sommigen komen dus enkel binnen of buietn voor). Zo krijgt de
celmembraan een vaste verdeling van lipiden tussen de twee lagen.
Lipidensamenstelling v. membraan is uniek: elke celmembraan en elk membraan van celorganellen (zoals
ER, Golgi, mitochondriën, endosomen…) heeft een eigen, typische samenstelling van lipiden
4
Celleer is geen saai onderwerp, maar echt “hot topic”: nieuwe cel-organellen worden steeds ontdekt
(vroeger gemist door fixatiemethoden), CRISPR-technologie (genetische ziekten genezen), cellen kunnen
beschermen tegen destructieve celdegeneratie, cellen genetisch modificeren…
DOEL v.d. lessen: basis van celleer meegeven, ons inspireren, durf te vragen “Waarom?”
Inleiding cursus
Cytologie = celleer (VS histologie = weefselleer)
Onmisbaar om het menselijke lichaam te begrijpen (organen etc.)
Cytologie: celstructuur bestuderen
In deze cursus: de menselijke cel (dankzij lichtmicroscopie!)
Fysiologie: hoe functioneren cellen, weefsels, organen en orgaansystemen
Celfysiologie/ celbiologie: hoe functioneert de cel (celwerking)
Wat is leven?
→ Intuïtief: we voelen dit, een mens/ roos/ bacterie leeft maar zand/ een steen niet
→ Objectief: alle leven bestaat uit dezelfde basisbouwstenen = cellen
Eencellig (eenvoudigste organismen) VS meercellig leven (bij complexe organismen: kolonies van cellen/
gedifferentieerde cellen met elk een eigen taak)
Organisatieniveaus (van een meercellig organisme)
1. Atomen en moleculen (bio)chemie → nodig om celleer te begrijpen! (zie attendum)
2. Cel (+ organellen) cytologie
3. Weefsel hystologie
4. Orgaan
5. Orgaanstelsel anatomie (met het blote oog zichtbaar)
6. Organisme (bv. mens)
1
,Samenvatting celleer
Inleiding tot de cytologie
CELTHEORIE: de cel is de kleinste anatomische, functionele eenheid van leven.
basisconcepten:
1) Cellen zijn de anatomische eenheden of bouwstenen van alle leven
2) Cellen zijn de kleinste functionerende eenheden van leven
3) Cellen worden gevormd door deling van eerder bestaande cellen*
→ Er is dus geen spontane generatie, leven ontstaat niet spontaan onder goede omstandigheden!
4) De cel kan zijn eigen inwendig milieu zeer stabiel houden (homeostase)
* Hoe zit het dat met de allereerste cellen/ het eerste leven?
→ die zijn waarschijnlijk wel onstaan onder de ‘juiste’ fysico-chemische processen
Ook cellen die in een lab gemaakt worden onstaan niet uit andere cellen: genoom maken en inbrengen in
bv. een bacterie waarvan het genoom verwijderd werd.
VIRUSSEN micro-organismen, maar geen cellen: ze zijn afhankelijk van een gastheer-cel voor hun
replicatie (eerst een cel besmetten)! Genetische info ligt wel in DNA/ RNA.
2 grote groepen cellen (voldoen beiden aan celtheorie, hebben celmembraan dat inw. en uitw. mileu splitst)
Prokaryoten: eenvoudigere inw. organisatie, zonder kern, steeds eencellig
→ opsplitsen in eubacteria (“echte” bacteriën) en archaea-bacteriae
Eukaryoten: groter en complexere organisatie, bevatten een kern met kernmembraan en organellen
die ook omgeven worden door een membraan, eencellig (protista) of meercellig
De cellen van het menselijk lichaam zijn eukaryoten.
De gemiddelde eukaryote cel is 10 micrometer (µm) groot → 100 cellen in 1 mm!!
→ Eukaryoten zijn ontstaan door samensmelting van twee vroege celtypes: eubacteriën en
archaea (genen van beiden) 1 uniek ontstaanmoment in de evolutie: de LECA (last eukaryotic
common ancestor). Deze voorouder had al een celkern en mitochondriën en gaf aanleiding tot alle
moderne eukaryoten. (daarvoor nog LUCA: last universal common ancestor)
→ gemeenschappelijke voorouder: opstellen van een evolutie-boom (genetische stamboom) met 6
groepen van levende wezens: eubacteria, archaebacteria, animalia, plantae, fungi en protista
Celdifferentiatie: tijdens de ontwikkeling van een meercellig organisme verschillend de cellen van elkaar
in hun vorm (morfologie) en in functionele activiteit (spiercellen, zenuwcellen, vetcellen…)
Veel diversiteit tussen cellen/ organismen, maar alle cellen hebben een identieke basis-chemie
(fundamenteel vergelijkbaar met elkaar)!!
→ HET CENTRALE DOGMA VAN DE CELBIOLOGIE (stelling die als waar wordt beschouwd)
Eender welke cel heeft een identieke basischemie:
• Erfelijke info zit in genen = DNA (chemische draagstructuur)
→ 4 bouwstenen in DNA (genetische code)
• DNA wordt overgeschreven naar m-RNA (messenger RNA)
• RNA wordt vertaald naar aminozuur sequenties (20 AZ die bouwstenen zijn) = eiwitten
Tegenwoordig toch twijfel over het dogma: epi-genetica, niet alles vertaald naar eiwitten, reverse
transcriptasen, prionen (zie ppt)
Van genotype naar fenotype: het centrale dogma blijft geldig (DNA → RNA → eiwit), MAAR in de cel komen
extra regulatielagen (zoals epigenetische veranderingen, variatie in RNA-transcriptie, eiwitmodificaties en
metabole regulatie) die ervoor zorgen dat het toch wat complexer is als het klinkt.
2
,Samenvatting celleer
De bouw van een eukaryote (menselijke) cel
≠ soorten cellen, maar allemaal chemisch vergelijkbaar. → afgeleid van zygote, 46 chromosomen
(versmelting oöcyte en spermatozoön bij fertilisatie, elk 23 chromosomen). 1ste delingen =
klievingsdelingen (totaal V neemt niet toe), de individuele dochtercellen = blastomeren. Het klompje van
blastomeren noemen we een morula (moerbij) en hieruit ontstaat het embryo.
Celdifferentiatie/ -specialisatie van binnenste blastomeren in de morula (“embryonische stamcellen”) →
geven aanleiding tot verschillende celsoorten (≠ sets van genen worden gedeactiveerd + invloed van
omgeving): specifieke eiwitproductie en ook een unieke vorm/ functie
→ Oppervlaktecellen (epithelen): bedekken
→ Steuncellen (bindweefsel): ondersteunen
→ Contractiele cellen (spierweefsel): beweging
→ Zenuwcellen (geleidings-cellen): elektrische prikkels
VB Elke cel bevat wel actine en myosine eiwitten, maar enkel in de spiercel zijn ze zo georganiseerd dat ze
chemische (potentiële) E omzetten in kinetische E (spiercontracties)
In onze cursus: de “gemiddelde menselijke cel”, zonder
rekening te houden met de eventuele subspecialisatie.
Deze heeft 3 belangrijkste delen:
• Het celmembraan (het omhulsel)
• Het cytoplasma met cytosol (vloeistof),
organellen en cytoskelet (de celinhoud)
• De celkern (het “commandocentrum”)
De celmembraan of plasmalemma
Celmembraan is zeer dun (6-10 nm) → niet zichtbaar met LM, wel met EM
FUNCTIES • Stevigheid + fysische barrière tussen celinhoud en celomgeving
• Selectieve passage/ uitwisseling van stoffen
• Signalisatie in/out: herkennings- of communicatietaken
OPBOUW
Membraanlipiden (40% v.d. massa): “basistructuur” van elke membraan
→ Glycero-fosfolipiden (o.b.v. glycerol)
→ Spingo-lipiden (bevat sphingosine)
→ Sterolen (ringstructuren zoals cholesterol)
Elk membraanlipide heeft zijn eigen taak! (fosfatidyl choline, sphingomyeline, fosfatidyl inositol, fosfatidyl
serine, cardiolipine, cholesterol)
Membraanlipiden zijn amphiphatisch: ze hebben een hydrofoob (geladen/ polair) en hydrofiel
(ongeladen/ apolair) deel. De hydrofiele fosfaatkoppen worden aangetrokken door H 2O en de hydrofobe
staarten mijden H2O + gaan op zoek naar andere fydrofobe moleculen spontane vorming van een
bolvormige bilayer = membraanlipiden dubbellaag. (zie ook micelle)
Het celmembraan is een erg selectieve barrière die het inwendige van de cel beschermt (en
chemische samenstelling constant houdt).
Het celmemraan is zelf-herstellend: een scheurtje zorgt dat de hydrofobe staarten in contact komen
met H2O. De staarten stoten het H2O af en zoeken elkaar weer op.
VB bij IVF prikken ze met een naald door de eicel. Deze gaat niet stuk nadat de naald er terug uit
gaat, maar herstelt terug.
3
, Samenvatting celleer
Rigiditeit (stijheid/ starheid) VS fluïditeit:
• Hoe langer de koolstofstaarten, hoe stijver (interageren meer met elkaar dan korte)
• Niet-verzadigde vetzuren zijn vloeibaarder (bevatten dubbele bindingen die een knik geven in de
koolstofstaarten, waardoor de fosfolipiden minder goed op elkaar passen)
• Hoe meer cholesterol, hoe stijver (ook amphiphatisch en vult de gaten op die door de geknikte
koolstofstaarten van de onverzadigde vetten ontstaan)
AANMAAK V.H. CELMEBRAAN
Synthese-enzymen aan de cytosolzijde van het endoplasmatisch reticulum maken membraanlipiden.
Daardoor zouden ze eigenlijk maar in 1 laag van de dubbele membraan terechtkomen. Dat probleem
wordt opgelost door drie soorten eiwitten die de fosfolipiden verdelen tss. cytosolische en niet-
cytosolische laag van de bilayer:
1. Scramblasen (in ER, Golgi en celmembraan)
→ Niet ATP-afhankelijk, werking volgens concetratiegradiënt
→ Verschuiven fosfolipiden tussen beide lagen.
2. Flippasen (in Golgi en celmembraan)
→ Gebruiken ATP
→ Verplaatsen specifieke fosfolipiden (meestal niet geglycolyseerd) naar de cytosolische
zijde van de dubbel-laag (naar de binnenkant)
3. Floppasen
→ Gebruiken ATP.
→ Verplaatsen vooral geglycosyleerde fosfolipiden naar de niet-cytosolische zijde
(buitenkant)
Waarom is de celmembraan asymmetrisch?
In het Golgi (waar de membraanlipiden bewerkt worden) worden
sommige fosfolipiden geglycosyleerd → die horen aan de buitenkant
van de cel. Flippasen en floppasen corrigeren actief de positie van
fosfolipiden en zetten bepaalde lipiden naar binnen of naar buiten
(sommigen komen dus enkel binnen of buietn voor). Zo krijgt de
celmembraan een vaste verdeling van lipiden tussen de twee lagen.
Lipidensamenstelling v. membraan is uniek: elke celmembraan en elk membraan van celorganellen (zoals
ER, Golgi, mitochondriën, endosomen…) heeft een eigen, typische samenstelling van lipiden
4
