Samenvatting Moleculaire Genetica:
Prof. Voet
Chapter 2: Fundamental of cells and chromosomes
2.1: Cell structure, diversity and cell evolution
Cellen zijn de belangrijkste eenheden van de biologie. Voor volwassen organismen is de
balans tussen celproliferatie en celdood van cruciaal belang om een stabiel celaantal te
verzekeren. De celproliferatie omvat afwisselende rondes van celdeling en celgroei.
Belangrijk om een onderscheid te maken tussen asymmetrische en symmetrische celdelingen:
• Asymmetrische celdeling:
o Dochtercellen verschillend van de moedercel.
o Bv. verschil in grootte en/of functie.
• Symmetrische celdeling:
o Dochtercellen hetzelfde als de moedercel.
Prokaryoten en eukaryoten vertegenwoordigen een fundamentele verdeling van de cellulaire
levensvormen. De eukaryoten zijn véél complexer opgebouwd in vergelijking met de
prokaryoten en vertonen een zekere intracellulaire organisatie:
• Plasmamembraan:
o Bestaat uit een dubbele laag van fosfolipiden.
o Levert protectie aan de cel en is selectief permeabel.
• Cytosol:
o Waterige component van het cytoplasma.
o Plaats van proteïnesynthese en metabole activiteit.
1
,• Cytoskelet:
o Belangrijk voor:
▪ Celstabiliteit.
▪ Celvorm.
▪ Celbeweging.
▪ Intracellulair transport.
▪ Communicatie.
o Bestaat uit 3 types filamenten:
▪ Microfilamenten:
- Opgebouwd uit actine-polymeren.
- Het cytoskelet onder het plasmamembraan is de celcortex.
- De cortex is rijk aan actine-filamenten.
- De cortex biedt mechanische ondersteuning aan de cel, maar
kan snel opnieuw worden gemodelleerd waardoor er
gecontroleerde veranderingen in de celvorm mogelijk zijn en
beweging van de cel vergemakkelijkt wordt.
▪ Microtubuli:
- Opgebouwd uit tubuline-polymeren.
- Hebben een meer rigide structuur dan actine-filamenten.
- Belangrijke bouwstenen van centrosomen en de mitotische
spoelfiguur evenals van cilia en flagella.
▪ Intermediaire filamenten.
• Cilia:
o Structuur met microtubuli.
o Sommige gespecialiseerde epitheelcellen bevatten meerdere cilia om
beweging te veroorzaken.
o Primair cilium:
- Bevat receptormoleculen.
- Fungeert als sensor voor de micro-omgeving van de cel.
• Endoplasmatisch reticulum:
o Ook wel het ER genoemd.
o ‘Single’ membraan vesikel.
o Opslagplaats voor Ca2+.
o Er vindt synthese, vouwing en modificatie van proteïnen en lipiden bestemd
voor de celmembraan of voor secretie plaats.
o Glycolisering start in het ER.
• Golgi complex:
o ‘Single’ membraan vesikel.
o Glycoproteïnen afkomstig van het ER worden getransporteerd naar het Golgi
complex waar ze verder worden gemodificeerd.
2
, o Scheidt celproducten o.a. eiwitten uit naar de buitenkant en helpen het
plasmamembraan en de membranen van lysosomen vormen.
• Lysosomen:
o ‘Single’ membraan vesikel.
o Bevat hydrolytische enzymen die materialen verteren die door fagocytose of
pinocytose in de cel worden gebracht.
o Helpen eveneeens bij de degradatie vvan celcomponenten na celdood.
• Peroxisomen:
o ‘Single’ membraan vesikel.
o Bevat enzymen die substraten oxideren en H2O2 genereren.
• Nucleus:
o De nucleaire enveloppe bestaat uit 2 membranen:
▪ Buitenste membraan bevat een heel aantal ribosomen.
o Nucleaire poriën bevatten proteïne-complexen die fungeren als transporteurs
van macromoleculen tussen de nucleus en het cytoplasma.
o Nucleaire lamina bestaat uit:
▪ Intermediaire filamenten.
▪ Geassocieerde proteïnen.
o Nucleaire matrix is een proteïne-netwerk waar chromosomen aan
vastgehecht kunnen worden.
• Mitochondria:
o Bestaat uit 2 membranen met daartussen een intermembranaire ruimte.
o Plaats van oxidatieve fosforylatie en dus ATP-productie.
Nota: Deze structuren zijn niet altijd aanwezig in elk celtype in het menselijk lichaam.
3
, Het genoom van dierlijke cellen inclusief die van de mens bevatten een aantal structuren. Het
genoom is de collectie van de verschillende DNA-moleculen in een eukaryote cel. Het DNA in
de nucleus zit vervat in de chromosomen, het DNA in de mitondria is het mtDNA.
Buiten de chromosomen zijn er ook een aantal andere componenten in de kern:
• Chromatine-geassocieerde proteïnen.
• Het ‘nuclear pore’ complex.
• Nucleaire enveloppe proteïnen.
• Transcriptiefactoren.
Daarnaast ook nog het core proteïne TFAM en ATAD3.
Er is een enorme celdiversiteit in het menselijk lichaam. Er zijn duidelijke verschillen in
gemiddelde grootte van de cellen, het aantal cellen, gemiddelde levensduur van de cellen en
aantal celtypes dat in een bepaald weefsel aanwezig is. Een eenvoudig overzicht in tabel 2.1:
Hier komt het belang van de zogenaamde single-cell omics naar boven. Hierbij wordt er een
onderscheid gemaakt in 3 takken van deze grote studie:
• Transcriptomics:
o Studie van het transcriptoom - de volledige set van RNA-transcripts
geproduceerd door het genoom onder specifieke omstandigheden en in
specifieke cellen - gebruikmakend van o.a. microarray analyse.
• Epigenomics:
o Studie van de volledige set aan epigenitsche modificaties aan het genetische
materiaal in verschillende humane cellen.
4
Prof. Voet
Chapter 2: Fundamental of cells and chromosomes
2.1: Cell structure, diversity and cell evolution
Cellen zijn de belangrijkste eenheden van de biologie. Voor volwassen organismen is de
balans tussen celproliferatie en celdood van cruciaal belang om een stabiel celaantal te
verzekeren. De celproliferatie omvat afwisselende rondes van celdeling en celgroei.
Belangrijk om een onderscheid te maken tussen asymmetrische en symmetrische celdelingen:
• Asymmetrische celdeling:
o Dochtercellen verschillend van de moedercel.
o Bv. verschil in grootte en/of functie.
• Symmetrische celdeling:
o Dochtercellen hetzelfde als de moedercel.
Prokaryoten en eukaryoten vertegenwoordigen een fundamentele verdeling van de cellulaire
levensvormen. De eukaryoten zijn véél complexer opgebouwd in vergelijking met de
prokaryoten en vertonen een zekere intracellulaire organisatie:
• Plasmamembraan:
o Bestaat uit een dubbele laag van fosfolipiden.
o Levert protectie aan de cel en is selectief permeabel.
• Cytosol:
o Waterige component van het cytoplasma.
o Plaats van proteïnesynthese en metabole activiteit.
1
,• Cytoskelet:
o Belangrijk voor:
▪ Celstabiliteit.
▪ Celvorm.
▪ Celbeweging.
▪ Intracellulair transport.
▪ Communicatie.
o Bestaat uit 3 types filamenten:
▪ Microfilamenten:
- Opgebouwd uit actine-polymeren.
- Het cytoskelet onder het plasmamembraan is de celcortex.
- De cortex is rijk aan actine-filamenten.
- De cortex biedt mechanische ondersteuning aan de cel, maar
kan snel opnieuw worden gemodelleerd waardoor er
gecontroleerde veranderingen in de celvorm mogelijk zijn en
beweging van de cel vergemakkelijkt wordt.
▪ Microtubuli:
- Opgebouwd uit tubuline-polymeren.
- Hebben een meer rigide structuur dan actine-filamenten.
- Belangrijke bouwstenen van centrosomen en de mitotische
spoelfiguur evenals van cilia en flagella.
▪ Intermediaire filamenten.
• Cilia:
o Structuur met microtubuli.
o Sommige gespecialiseerde epitheelcellen bevatten meerdere cilia om
beweging te veroorzaken.
o Primair cilium:
- Bevat receptormoleculen.
- Fungeert als sensor voor de micro-omgeving van de cel.
• Endoplasmatisch reticulum:
o Ook wel het ER genoemd.
o ‘Single’ membraan vesikel.
o Opslagplaats voor Ca2+.
o Er vindt synthese, vouwing en modificatie van proteïnen en lipiden bestemd
voor de celmembraan of voor secretie plaats.
o Glycolisering start in het ER.
• Golgi complex:
o ‘Single’ membraan vesikel.
o Glycoproteïnen afkomstig van het ER worden getransporteerd naar het Golgi
complex waar ze verder worden gemodificeerd.
2
, o Scheidt celproducten o.a. eiwitten uit naar de buitenkant en helpen het
plasmamembraan en de membranen van lysosomen vormen.
• Lysosomen:
o ‘Single’ membraan vesikel.
o Bevat hydrolytische enzymen die materialen verteren die door fagocytose of
pinocytose in de cel worden gebracht.
o Helpen eveneeens bij de degradatie vvan celcomponenten na celdood.
• Peroxisomen:
o ‘Single’ membraan vesikel.
o Bevat enzymen die substraten oxideren en H2O2 genereren.
• Nucleus:
o De nucleaire enveloppe bestaat uit 2 membranen:
▪ Buitenste membraan bevat een heel aantal ribosomen.
o Nucleaire poriën bevatten proteïne-complexen die fungeren als transporteurs
van macromoleculen tussen de nucleus en het cytoplasma.
o Nucleaire lamina bestaat uit:
▪ Intermediaire filamenten.
▪ Geassocieerde proteïnen.
o Nucleaire matrix is een proteïne-netwerk waar chromosomen aan
vastgehecht kunnen worden.
• Mitochondria:
o Bestaat uit 2 membranen met daartussen een intermembranaire ruimte.
o Plaats van oxidatieve fosforylatie en dus ATP-productie.
Nota: Deze structuren zijn niet altijd aanwezig in elk celtype in het menselijk lichaam.
3
, Het genoom van dierlijke cellen inclusief die van de mens bevatten een aantal structuren. Het
genoom is de collectie van de verschillende DNA-moleculen in een eukaryote cel. Het DNA in
de nucleus zit vervat in de chromosomen, het DNA in de mitondria is het mtDNA.
Buiten de chromosomen zijn er ook een aantal andere componenten in de kern:
• Chromatine-geassocieerde proteïnen.
• Het ‘nuclear pore’ complex.
• Nucleaire enveloppe proteïnen.
• Transcriptiefactoren.
Daarnaast ook nog het core proteïne TFAM en ATAD3.
Er is een enorme celdiversiteit in het menselijk lichaam. Er zijn duidelijke verschillen in
gemiddelde grootte van de cellen, het aantal cellen, gemiddelde levensduur van de cellen en
aantal celtypes dat in een bepaald weefsel aanwezig is. Een eenvoudig overzicht in tabel 2.1:
Hier komt het belang van de zogenaamde single-cell omics naar boven. Hierbij wordt er een
onderscheid gemaakt in 3 takken van deze grote studie:
• Transcriptomics:
o Studie van het transcriptoom - de volledige set van RNA-transcripts
geproduceerd door het genoom onder specifieke omstandigheden en in
specifieke cellen - gebruikmakend van o.a. microarray analyse.
• Epigenomics:
o Studie van de volledige set aan epigenitsche modificaties aan het genetische
materiaal in verschillende humane cellen.
4
