Moleculaire celbiologie, deel 1
Hoofdstuk 1: Introductie tot cellen
Het ontstaan van de hedendaagse moleculaire celbiologie
Cytologie: beschrijving van celstructuur en organellen
Biochemie: chemie van de cel (macromoleculen + bouwstenen), metabolisme, signaaltransductie etc.
Genetica: Erfelijke informatie (DNA)
Levende organismen: bestaan uit 1 of meerdere cellen (cel is basisstructuur van het leven)
- Elke levende cel kan zich vermenigvuldigen (alle cellen ontstaan uit andere cellen)
- Virussen zijn niet levend!!
- Heel grote biodiversiteit
Eduard Strasburger (1880): tekende levende plantencel, die
hij in 2,5 uur in 2 deelde.
Het DNA (zwart) in de cel zie je condenseren tot
chromosomen, die vervolgens gescheiden worden tot 2
dochtercellen.
Vergelijkbare levende plantencel gefotografeerd door een
moderne lichtmicroscoop.
Cellen onder de microscoop
Lichtmicroscoop (LM): vanaf de 17e eeuw → mogelijk om cellen te bekijken via lichtstraal
- Lenzen buigen het licht af zodat de afbeelding van het specimen gezien kan worden
- tot 200nm → organellen zichtbaar
- 3 parameters: vergroting (1000x), contrast (lichte/ donker), resolutie
Fluorescentie microscoop: detectie van fluorescente kleurstoffen (door absorptie en emissie
(‘uitstoot’) van licht met verschillende golflengten)
Confocale fluorescentie microscoop: gebruik van laserstralen om fluorescent gekleurde
objecten te ‘scannen’ (3D effect)
Transitie elektronenmicroscoop (TEM):
- Beeld van interne structuren van de cel
- Elektronen gaan door het preparaat (object) → super gedetailleerd door hoge resolutie*
- Vergelijkbaar met lichtmicroscoop, maar gebruikt een elektronenstraal met zeer korte
golflengte
- Contrast introduceren door de specimen te kleuren met zware metalen met veel elektronen
Scanning elektronenmicroscoop (SEM):
- beeld van oppervlak van specimen in 3D
- Elektronen botsen op oppervlak van preparaat en kaatsen terug om een beeld te vormen
- Contrast introduceren door de specimen te kleuren met zware metalen met veel elektronen
*Resolutie = hoe ver 2 objecten van elkaar gescheiden moeten zijn om ze afzonderlijk waar te kunnen nemen
, Elk paneel toont een afbeelding die vergroot met factor 10, te
beginnen bij 20mm en eindigen bij 0.2nm.
Denkbeeldige progressie: duim → huidcellen → mitochondriën →
ribosoom → cluster van atomen als deel van eiwitmoleculen
LET OP! De laatste 2 foto’s zijn niet zichtbaar met EM
(elektronenmicroscoop), want <20nm
Cellen in wortelpunt van varen: Cellen in crypten dunne darm:
Rood: DNA-bevattende kern ➔ Dwarsdoorsnede met dicht opeengeplakte kernen
Lichtblauw: dunne celwand (blauw)
➔ Ring omgeven door extracellulaire matrix die
verspreide cellen bevat
Levende cellen hebben dezelfde basis-chemie
➔ Volgende: EXAMENVRAAG (!!)
In alle levende cellen stroomt genetische informatie van DNA naar RNA
(transcriptie) en van RNA naar eiwit (vertaling) - een rangschikking die bekend
staat als het centrale dogma. De volgorde van nucleotiden in een bepaald DNA-
segment (een gen) wordt getranscribeerd in een RNA-molecuul, dat vervolgens
kan worden vertaald in de lineaire volgorde van aminozuren van een eiwit.
Slechts een klein deel van het gen, RNA en eiwit wordt getoond.
REPLICATIE: zie ‘auto-katalytisch proces’ hieronder
TRANSCRIPTIE: DNA naar RNA
TRANSLATIE: RNA naar aminozuren van een eiwit (proteïne)
Levende cellen kunnen zichzelf reproduceren via een auto-katalytisch proces
➔ Zie REPLICATIE in figuur hierboven
DNA en RNA leveren de sequentie-informatie (groene pijlen) die wordt
gebruikt om eiwitten te produceren en zichzelf te kopiëren. Eiwitten
zorgen op hun beurt voor de katalytische activiteit (rode pijlen) die
nodig is om DNA, RNA en zichzelf te synthetiseren(= in verband
brengen). Samen vormen deze feedbackloops het zelfreplicerende
systeem dat levende cellen het vermogen geeft om zich
voort te planten.
- Alle levende cellen evolueerden uit eenzelfde voorouder-cel
- De genetische info in de cellen levert de instructies voor de vorm, de functie en het gedrag van cellen en
organismen
,Prokaryote VS Eukaryote cellen
Prokaryoten:
- bacteriën + archaea → vormen de meest diverse cellen en uitgebreidste groep
- bevatten geen celorganellen, wel celmembraan, cytosol, ribosomen, chromosomen en cytoplasma
- DNA bevindt zich in gebied zonder membraan (geen celkern!!)
- Relatief klein, met kleine ribosomen
- Enkelvoudig membraan
Escherichia coli (E. coli) bacterie
- DNA: geconcentreerd in licht gekleurde gebied
- Buitenmembraan + binnenmembraan (plasma)
- Dunne celwand tussen membranen
- Flagellen aka zweepstaartjes: verdeeld over oppervlak, niet
zichtbaar op foto → dienen voor voortbeweging
Anabaena cylindrica → Fotosynthetisch!!
- Vormt lange, meercellige ketens
- Cellen kunnen: Stikstof fixerenH, CO2 fixeren via
fotosyntheseV of resistente sporen worden die kunnen
overleven onder ongunstige omstandighedenS
H
N2 opnemen uit de atmosfeer en opnemen in org. Verbindingen
Phormidium laminosum → Fotosynthetisch!!
Toont intracellulaire membranen waar fotosynthese plaatsvindt.
- Sommige prokaryoten kunnen intracellulaire membranen
hebben en eenvoudige meercellige organismen vormen
Zwavelbacterie Beggiatoa → Haalt energie uit H2S
Oxideert H2S om zwavel te produceren en kan zelfs in het donker
koolstof fixeren.
Geel op foto: afzettingen van zwavel in 2 bacteriecellen
Eukaryoten:
- Protisten, fungi, planten, dieren
- Bevatten wel celorganellen!! (vaak 1-celligen)
- Cellen kunnen actief of passief (indien heel klein) door celkern
- Relatief groot met grotere ribosomen
- Dubbel membraan
Gistcellen
- Delen door afsplitsen van ‘knop’ → ‘budding yeast’
, Celorganellen Eukaryoten
De celkern aka nucleus
- Bevat het genetisch materiaal: DNA (met chromosomen)
- rRNA aanmaken (ribosomaal RNA)
- Belangrijke rol bij regelprocessen binnen de cel
Chromosomen
- Genetisch materiaal van de cel (in de nucleus dus)
Mitochondriën
- Energiefabriekjes voor cellulaire activiteiten
- Ontstaan uit bacteriën
- Dubbel membraan, bevatten een matrix (binnenruimte)
- Hoe meer energiebehoefte, hoe meer mitochondriën (ook vrij grote organellen)
- Productie van ATP (! !)
- Celademhaling (werken enkel in aerobe toestand, dus als er zuurstof aanwezig is)
Endoplasmatisch reticulum ER
- Dubbel membraan
- Zorgt voor biosynthese van proteïnen en sommige vetten
- Continue aanmaak van nieuwe structurele deeltjes in cel
- RER (ribosomaal ER): actief bij eiwitsynthese → via poriën ribosomen naar binnen, via
vesikels naar buiten
- SER: detoxificatie/ ontgiftiging → opslag calcium + aanmaak vetten
Golgi-apparaat
- Platte blaasjes (cisternae) → inkapselen van bepaalde stoffen die door endo- of
exocytose vrijgezet moeten worden
- CIS & TRANS
- Bevat vesikels (opslag & transport)
- Betrokken bij biosynthese voor opname in de cel of secretie
- Continue aanmaak van nieuwe structurele deeltjes in cel
- Actief bij eiwitsynthese
- Modificaties (aanpassen) van producten afkomstig uit vesikels/ ER
Lysosomen, peroxysomen en vesikels
Lysosomen: bevatten afbraakenzymen om macromoleculen af te breken → vertering
(breken materiaal van buiten af in zure omgeving)
Peroxysomen: H2O2 (toxisch) omzetten naar H2O en O2 (niet-toxisch)
bevatten enzymen die deelnemen aan vetzuurmetabolisme (synthese fosfolipiden)
Vesikels: ‘blaasjes’ op de huid die zich rond de cel zetten voor transport
Het cytosol
- Vloeistof in de cel: alles binnen het plasmamembraan, uitgezonderd de kern
o Cytoplasma: met celorganellen, Cytosol: zonder celorganellen
- Bevat veel proteïnen, essentiële enzymen en metabolieten, .. → het cytosol zit ‘vol’
Endo- + Exocytose → ACTIEF transport
De cel neemt een stof op/ geeft een stof af, door deze stof in te sluiten met een celmembraan.
- Endocytose: naar binnen de cel, Exocytose: naar buiten de cel → dit kost de cel energie (actief)
Ribosomen
- Moleculair complex van eiwitten en ribosomaal RNA (rRNA) dat de centrale plaats van eiwitsynthese vormt
Hoofdstuk 1: Introductie tot cellen
Het ontstaan van de hedendaagse moleculaire celbiologie
Cytologie: beschrijving van celstructuur en organellen
Biochemie: chemie van de cel (macromoleculen + bouwstenen), metabolisme, signaaltransductie etc.
Genetica: Erfelijke informatie (DNA)
Levende organismen: bestaan uit 1 of meerdere cellen (cel is basisstructuur van het leven)
- Elke levende cel kan zich vermenigvuldigen (alle cellen ontstaan uit andere cellen)
- Virussen zijn niet levend!!
- Heel grote biodiversiteit
Eduard Strasburger (1880): tekende levende plantencel, die
hij in 2,5 uur in 2 deelde.
Het DNA (zwart) in de cel zie je condenseren tot
chromosomen, die vervolgens gescheiden worden tot 2
dochtercellen.
Vergelijkbare levende plantencel gefotografeerd door een
moderne lichtmicroscoop.
Cellen onder de microscoop
Lichtmicroscoop (LM): vanaf de 17e eeuw → mogelijk om cellen te bekijken via lichtstraal
- Lenzen buigen het licht af zodat de afbeelding van het specimen gezien kan worden
- tot 200nm → organellen zichtbaar
- 3 parameters: vergroting (1000x), contrast (lichte/ donker), resolutie
Fluorescentie microscoop: detectie van fluorescente kleurstoffen (door absorptie en emissie
(‘uitstoot’) van licht met verschillende golflengten)
Confocale fluorescentie microscoop: gebruik van laserstralen om fluorescent gekleurde
objecten te ‘scannen’ (3D effect)
Transitie elektronenmicroscoop (TEM):
- Beeld van interne structuren van de cel
- Elektronen gaan door het preparaat (object) → super gedetailleerd door hoge resolutie*
- Vergelijkbaar met lichtmicroscoop, maar gebruikt een elektronenstraal met zeer korte
golflengte
- Contrast introduceren door de specimen te kleuren met zware metalen met veel elektronen
Scanning elektronenmicroscoop (SEM):
- beeld van oppervlak van specimen in 3D
- Elektronen botsen op oppervlak van preparaat en kaatsen terug om een beeld te vormen
- Contrast introduceren door de specimen te kleuren met zware metalen met veel elektronen
*Resolutie = hoe ver 2 objecten van elkaar gescheiden moeten zijn om ze afzonderlijk waar te kunnen nemen
, Elk paneel toont een afbeelding die vergroot met factor 10, te
beginnen bij 20mm en eindigen bij 0.2nm.
Denkbeeldige progressie: duim → huidcellen → mitochondriën →
ribosoom → cluster van atomen als deel van eiwitmoleculen
LET OP! De laatste 2 foto’s zijn niet zichtbaar met EM
(elektronenmicroscoop), want <20nm
Cellen in wortelpunt van varen: Cellen in crypten dunne darm:
Rood: DNA-bevattende kern ➔ Dwarsdoorsnede met dicht opeengeplakte kernen
Lichtblauw: dunne celwand (blauw)
➔ Ring omgeven door extracellulaire matrix die
verspreide cellen bevat
Levende cellen hebben dezelfde basis-chemie
➔ Volgende: EXAMENVRAAG (!!)
In alle levende cellen stroomt genetische informatie van DNA naar RNA
(transcriptie) en van RNA naar eiwit (vertaling) - een rangschikking die bekend
staat als het centrale dogma. De volgorde van nucleotiden in een bepaald DNA-
segment (een gen) wordt getranscribeerd in een RNA-molecuul, dat vervolgens
kan worden vertaald in de lineaire volgorde van aminozuren van een eiwit.
Slechts een klein deel van het gen, RNA en eiwit wordt getoond.
REPLICATIE: zie ‘auto-katalytisch proces’ hieronder
TRANSCRIPTIE: DNA naar RNA
TRANSLATIE: RNA naar aminozuren van een eiwit (proteïne)
Levende cellen kunnen zichzelf reproduceren via een auto-katalytisch proces
➔ Zie REPLICATIE in figuur hierboven
DNA en RNA leveren de sequentie-informatie (groene pijlen) die wordt
gebruikt om eiwitten te produceren en zichzelf te kopiëren. Eiwitten
zorgen op hun beurt voor de katalytische activiteit (rode pijlen) die
nodig is om DNA, RNA en zichzelf te synthetiseren(= in verband
brengen). Samen vormen deze feedbackloops het zelfreplicerende
systeem dat levende cellen het vermogen geeft om zich
voort te planten.
- Alle levende cellen evolueerden uit eenzelfde voorouder-cel
- De genetische info in de cellen levert de instructies voor de vorm, de functie en het gedrag van cellen en
organismen
,Prokaryote VS Eukaryote cellen
Prokaryoten:
- bacteriën + archaea → vormen de meest diverse cellen en uitgebreidste groep
- bevatten geen celorganellen, wel celmembraan, cytosol, ribosomen, chromosomen en cytoplasma
- DNA bevindt zich in gebied zonder membraan (geen celkern!!)
- Relatief klein, met kleine ribosomen
- Enkelvoudig membraan
Escherichia coli (E. coli) bacterie
- DNA: geconcentreerd in licht gekleurde gebied
- Buitenmembraan + binnenmembraan (plasma)
- Dunne celwand tussen membranen
- Flagellen aka zweepstaartjes: verdeeld over oppervlak, niet
zichtbaar op foto → dienen voor voortbeweging
Anabaena cylindrica → Fotosynthetisch!!
- Vormt lange, meercellige ketens
- Cellen kunnen: Stikstof fixerenH, CO2 fixeren via
fotosyntheseV of resistente sporen worden die kunnen
overleven onder ongunstige omstandighedenS
H
N2 opnemen uit de atmosfeer en opnemen in org. Verbindingen
Phormidium laminosum → Fotosynthetisch!!
Toont intracellulaire membranen waar fotosynthese plaatsvindt.
- Sommige prokaryoten kunnen intracellulaire membranen
hebben en eenvoudige meercellige organismen vormen
Zwavelbacterie Beggiatoa → Haalt energie uit H2S
Oxideert H2S om zwavel te produceren en kan zelfs in het donker
koolstof fixeren.
Geel op foto: afzettingen van zwavel in 2 bacteriecellen
Eukaryoten:
- Protisten, fungi, planten, dieren
- Bevatten wel celorganellen!! (vaak 1-celligen)
- Cellen kunnen actief of passief (indien heel klein) door celkern
- Relatief groot met grotere ribosomen
- Dubbel membraan
Gistcellen
- Delen door afsplitsen van ‘knop’ → ‘budding yeast’
, Celorganellen Eukaryoten
De celkern aka nucleus
- Bevat het genetisch materiaal: DNA (met chromosomen)
- rRNA aanmaken (ribosomaal RNA)
- Belangrijke rol bij regelprocessen binnen de cel
Chromosomen
- Genetisch materiaal van de cel (in de nucleus dus)
Mitochondriën
- Energiefabriekjes voor cellulaire activiteiten
- Ontstaan uit bacteriën
- Dubbel membraan, bevatten een matrix (binnenruimte)
- Hoe meer energiebehoefte, hoe meer mitochondriën (ook vrij grote organellen)
- Productie van ATP (! !)
- Celademhaling (werken enkel in aerobe toestand, dus als er zuurstof aanwezig is)
Endoplasmatisch reticulum ER
- Dubbel membraan
- Zorgt voor biosynthese van proteïnen en sommige vetten
- Continue aanmaak van nieuwe structurele deeltjes in cel
- RER (ribosomaal ER): actief bij eiwitsynthese → via poriën ribosomen naar binnen, via
vesikels naar buiten
- SER: detoxificatie/ ontgiftiging → opslag calcium + aanmaak vetten
Golgi-apparaat
- Platte blaasjes (cisternae) → inkapselen van bepaalde stoffen die door endo- of
exocytose vrijgezet moeten worden
- CIS & TRANS
- Bevat vesikels (opslag & transport)
- Betrokken bij biosynthese voor opname in de cel of secretie
- Continue aanmaak van nieuwe structurele deeltjes in cel
- Actief bij eiwitsynthese
- Modificaties (aanpassen) van producten afkomstig uit vesikels/ ER
Lysosomen, peroxysomen en vesikels
Lysosomen: bevatten afbraakenzymen om macromoleculen af te breken → vertering
(breken materiaal van buiten af in zure omgeving)
Peroxysomen: H2O2 (toxisch) omzetten naar H2O en O2 (niet-toxisch)
bevatten enzymen die deelnemen aan vetzuurmetabolisme (synthese fosfolipiden)
Vesikels: ‘blaasjes’ op de huid die zich rond de cel zetten voor transport
Het cytosol
- Vloeistof in de cel: alles binnen het plasmamembraan, uitgezonderd de kern
o Cytoplasma: met celorganellen, Cytosol: zonder celorganellen
- Bevat veel proteïnen, essentiële enzymen en metabolieten, .. → het cytosol zit ‘vol’
Endo- + Exocytose → ACTIEF transport
De cel neemt een stof op/ geeft een stof af, door deze stof in te sluiten met een celmembraan.
- Endocytose: naar binnen de cel, Exocytose: naar buiten de cel → dit kost de cel energie (actief)
Ribosomen
- Moleculair complex van eiwitten en ribosomaal RNA (rRNA) dat de centrale plaats van eiwitsynthese vormt
