Colleges Cell Biology
Cells: the fundamental units of life
Cel-theorie:
- Alle levende organismen bestaan uit één of meer cellen.
- Cellen ontstaan uit al bestaande cellen door groei en deling, ze ontstaan niet spontaan.
Het centrale dogma
- DNA moleculen dragen genetische informatie
- Informatie in DNA wordt getranscribeerd tot RNA
- De meeste RNA moleculen (mRNA) worden vertaald in eiwitten
Cellen in de microscoop: resolutie (= oplossend vermogen): kortste afstand waarbij 2 punten kunnen
worden waargenomen als individuele punten.
- Resolutie berekenen -> d = (0.61 λ )/N.A.
- λ : golflengte van het gebruikte licht
- N.A.: numerieke apertuur
Het verbeteren van het contrast
- Beperkte absorptie door transparante celonderdelen leidt tot een laag beeldcontrast
(uitzondering: cloroplasten en dichte objecten zoals een celwand).
- Histologische kleurstoffen verhogen het contrast maar kunnen meestal niet in levende cellen
gebruikt worden.
Fluorescentiemicroscopie
- Een fluorescent molecuul (fluorofoor) absorbeert fotonen van een specifieke kleur (excitatie)
en produceert fotonen met een hogere golflengte/minder energie (emissie).
Elektronenmicroscopie
- Geen licht maar een elektronenbundel
- Betere resolutie
Elektronenmicroscoop (EM):
1. Absorptie en verstrooiing van elektronen
2. Magnetische lenzen
3. Cellen in vacuüm (gefixeerd weefsel)
4. Zware metalen voor contrast
5. Hoge vergroting
Lichtmicroscoop (LM):
1. Absorptie en verstrooiing van fotonen
2. Glaslenzen
3. Cellen in vloeistof (levende cellen)
4. Visualisatie van dynamische processen
5. Beperkte vergroting
,Prokaryoten
- Prokaryoten hebben beperkte interne organisatie.
- Circulaire DNA streng is geconcentreerd in de nucleoïde (niet omgeven door kernmembraan).
- Eiwitsynthese vindt plaats door ribosomen in het cytosol.
Sommige bacteriën zijn in staat tot fotosynthese
- Cyanobacteriën zijn een stam van bacteriën die in staat zijn tot fotosynthese.
- Ze hebben de O2 concentratie in de atmosfeer 10000 keer verhoogd.
- Cyanobacteriën zijn de voorlopers van chloroplasten in planten.
Eukaryoten
- Eukaryoten hebben wel een kernmembraan.
- Interne membranen creëren verschillende milieus die verschillende chemische processen
mogelijk maken.
- Kernenvelop en andere interne membranen zijn mogelijk geëvolueerd door instulpingen van
het plasmamembraan.
Celkern
- Eiwitten verpakken het DNA om in de celkern te passen
- Euchromatine (getranscribeerd)
- Heterochromatine (sterk gecondenseerd)
- Nucleolus is de grootste substructuur
Endoplasmatisch reticulum (ER)
- Het ER membraan is continu met het buitenste kern-membraan.
- Het ER bestaat uit ruw ER/RER (met ribosomen) en glad ER (SER).
Functies:
1. Aanhechtingsplaats voor ribosomen
2. Eiwitvouwing en -modificatie
3. Synthese van fosfolipiden
4. Synthese van steroïdhormonen
5. Opslagplaats voor calcium ionen
Golgi apparaat
- Membraan-omgeven platte zakjes (cisternen) waarin moleculen die gemaakt zijn in het ER
gemodificeerd en gesorteerd worden. Transport naar andere organellen, het
plasmamembraan en de extracellulaire ruimte.
Mitochondria
- Mitochondria oxideren voedsel-moleculen en produceren daarbij ATP.
- Sterk geplooid binnenmembraan (cristae) -> biedt ruimte aan ATP synthases.
- ATP is de chemische brandstof voor cellulaire activiteiten.
- Dit proces wordt cellulaire respiratie genoemd (consumeert O2 en geeft CO2 vrij).
- Mitochondria bevatten DNA en ribosomen
Plantencellen
- Plastiden (bijvoorbeeld chloroplasten) en fotosynthese.
, - Celwand
- Grote vacuole (als lytisch en opslag-compartiment)
- Geen lysosomen
- Vele honderden Golgi lichaampjes per cel (dierlijke cellen bevatten slechts 1 of enkele).
Chloroplasten
- Hierin vindt fotosynthese plaats.
- Chloroplasten zijn omgeven door twee membranen.
- Chloroplasten bevatten een derde membraan, dat sterk gevouwen is en opgestapeld tot
grana.
- Grana zijn met elkaar verbonden en omgeven door stroma.
- Het thylakoid-membraan bevat het groene chlorophyl.
Interne membranen creëren verschillende milieus die verschillende chemische processen mogelijk
maken. Peroxisomen en lysosomen zijn betrokken bij respectievelijk het onschadelijk maken van
gifstoffen en de afbraak van macromoleculen.
Intracellular compartments and protein transport
Van DNA naar eiwit
- DNA moleculen dragen genetische informatie
- Informatie in DNA wordt getranscribeerd tot RNA
- De meeste RNA moleculen worden vertaald in eiwitten
- Hoe bereiken eiwitten de juiste bestemming?
Eiwitsynthese door vrije ribosomen
Twee groepen ribosomen:
1. Vrije ribosomen
2. Membraangebonden ribosomen
Eiwitten die werkzaam zijn in het cytosol, de celkern, in mitochondriën, of in chloroplasten worden
volledig door vrije ribosomen gemaakt.
Drie manieren van eiwitimport door organellen:
1. Transport van en naar de celkern door kernporiën
- Kern-eiwitten worden volledig gesynthetiseerd in het cytosol
- Na eiwit-vouwing worden de eiwitten uit het cytosol naar de kern geïmporteerd via
kernporiën
- Eiwitten die in de kern functioneren bevatten en nuclear localization signal (aminozuur)
- Het binden van een NLS aan een nuclear import receptor leidt tot het transport naar de kern
- De eiwitten blijven gevouwen tijdens het transport naar de kern
- Signaalsequentie: aminozuursequentie die een eiwit naar een specifieke locatie in de cel
dirigeert
2. Transport door membranen
- De eiwitten zijn ontvouwen tijdens dit type transport
- Mitochondria en chloroplasten zijn waarschijnlijk geëvolueerd uit prokaryotische cellen die
opgenomen zijn door eukaryortische cellen
, - De meeste eiwitten worden geïmporteerd vanuit het cytosol
- Een specifieke signaal sequentie wordt herkend door een import receptor die gekoppeld is
aan een eiwit-translocator
- Transport door beide membranen vindt tegelijkertijd plaats
- De signaal sequentie wordt verwijderd na translocatie
- Transport naar het ER vindt plaats tijdens eiwit-vorming
- Ribosomen worden naar het ER gestuurd door een signaal sequentie
- SRP en SRP receptor werken als een moleculaire koppeling die de ribosomen naar het ER
begeleidt
- Eiwitten worden vrijgegeven aan het ER lumen en kunnen daarna worden vrijgegeven
- Translocatie start bij een start-transfer sequentie -> dit is een interne ER-signaalsequentie die
niet wordt verwijderd
3. Transport door vesikels
- Veel eiwitten worden geglycosyleerd in het ER
- Oligosaccharides beschermen een eiwit tegen degradatie
- Suikers kunnen ook dienen als sorteersignaal
- Andere modificatie in het ER: disulfide binding vorming (stabiliseren eiwitstructuur)
- Vesikels van het ER fuseren met een cis cisterne (in het Golgi apparaat)
- De eiwitten worden door de cisternen getransporteerd
- Vanaf het trans Golgi netwerk zijn er 2 bestemmingen:
1. Lysosomen
2. Het celoppervlak
Vesikels die afsnoeren van een membraan hebben meestal een eiwitmantel
- Coat eiwitten kunnen de membraanbolling veranderen
- Dit leidt tot een instulping die kan worden afgesnoerd
- Na vorming vesikel -> manteleiwitten worden verwijderd
SNARE eiwitten reguleren de fusie tussen vesikels en het doelmembraan
- Na herkenning tussen een vesikel en het doelmembraan brengen v(esicle) en t(arget) SNARE
eiwitten de membranen in positie en sturen de membraanfusie
Exocytose
- Constitutieve exocytose: ongereguleerd
- Geen sorteersignaal nodig
- Transmembraaneiwitten arriveren bij het celmembraan in het membraan van vesikels
Endocytose
- Een vesikel wordt afgesnoerd van het plasmamembraan
- De inhoud van het vesikel kan bestaan uit vloeistoffen (pinocytose) of grotere structuren
(fagocytose)
- Naast opname van extracellulaire vloeistof en deeltjes dient dit voor membraanrecycling en
recycling van membraaneiwitten
Cells: the fundamental units of life
Cel-theorie:
- Alle levende organismen bestaan uit één of meer cellen.
- Cellen ontstaan uit al bestaande cellen door groei en deling, ze ontstaan niet spontaan.
Het centrale dogma
- DNA moleculen dragen genetische informatie
- Informatie in DNA wordt getranscribeerd tot RNA
- De meeste RNA moleculen (mRNA) worden vertaald in eiwitten
Cellen in de microscoop: resolutie (= oplossend vermogen): kortste afstand waarbij 2 punten kunnen
worden waargenomen als individuele punten.
- Resolutie berekenen -> d = (0.61 λ )/N.A.
- λ : golflengte van het gebruikte licht
- N.A.: numerieke apertuur
Het verbeteren van het contrast
- Beperkte absorptie door transparante celonderdelen leidt tot een laag beeldcontrast
(uitzondering: cloroplasten en dichte objecten zoals een celwand).
- Histologische kleurstoffen verhogen het contrast maar kunnen meestal niet in levende cellen
gebruikt worden.
Fluorescentiemicroscopie
- Een fluorescent molecuul (fluorofoor) absorbeert fotonen van een specifieke kleur (excitatie)
en produceert fotonen met een hogere golflengte/minder energie (emissie).
Elektronenmicroscopie
- Geen licht maar een elektronenbundel
- Betere resolutie
Elektronenmicroscoop (EM):
1. Absorptie en verstrooiing van elektronen
2. Magnetische lenzen
3. Cellen in vacuüm (gefixeerd weefsel)
4. Zware metalen voor contrast
5. Hoge vergroting
Lichtmicroscoop (LM):
1. Absorptie en verstrooiing van fotonen
2. Glaslenzen
3. Cellen in vloeistof (levende cellen)
4. Visualisatie van dynamische processen
5. Beperkte vergroting
,Prokaryoten
- Prokaryoten hebben beperkte interne organisatie.
- Circulaire DNA streng is geconcentreerd in de nucleoïde (niet omgeven door kernmembraan).
- Eiwitsynthese vindt plaats door ribosomen in het cytosol.
Sommige bacteriën zijn in staat tot fotosynthese
- Cyanobacteriën zijn een stam van bacteriën die in staat zijn tot fotosynthese.
- Ze hebben de O2 concentratie in de atmosfeer 10000 keer verhoogd.
- Cyanobacteriën zijn de voorlopers van chloroplasten in planten.
Eukaryoten
- Eukaryoten hebben wel een kernmembraan.
- Interne membranen creëren verschillende milieus die verschillende chemische processen
mogelijk maken.
- Kernenvelop en andere interne membranen zijn mogelijk geëvolueerd door instulpingen van
het plasmamembraan.
Celkern
- Eiwitten verpakken het DNA om in de celkern te passen
- Euchromatine (getranscribeerd)
- Heterochromatine (sterk gecondenseerd)
- Nucleolus is de grootste substructuur
Endoplasmatisch reticulum (ER)
- Het ER membraan is continu met het buitenste kern-membraan.
- Het ER bestaat uit ruw ER/RER (met ribosomen) en glad ER (SER).
Functies:
1. Aanhechtingsplaats voor ribosomen
2. Eiwitvouwing en -modificatie
3. Synthese van fosfolipiden
4. Synthese van steroïdhormonen
5. Opslagplaats voor calcium ionen
Golgi apparaat
- Membraan-omgeven platte zakjes (cisternen) waarin moleculen die gemaakt zijn in het ER
gemodificeerd en gesorteerd worden. Transport naar andere organellen, het
plasmamembraan en de extracellulaire ruimte.
Mitochondria
- Mitochondria oxideren voedsel-moleculen en produceren daarbij ATP.
- Sterk geplooid binnenmembraan (cristae) -> biedt ruimte aan ATP synthases.
- ATP is de chemische brandstof voor cellulaire activiteiten.
- Dit proces wordt cellulaire respiratie genoemd (consumeert O2 en geeft CO2 vrij).
- Mitochondria bevatten DNA en ribosomen
Plantencellen
- Plastiden (bijvoorbeeld chloroplasten) en fotosynthese.
, - Celwand
- Grote vacuole (als lytisch en opslag-compartiment)
- Geen lysosomen
- Vele honderden Golgi lichaampjes per cel (dierlijke cellen bevatten slechts 1 of enkele).
Chloroplasten
- Hierin vindt fotosynthese plaats.
- Chloroplasten zijn omgeven door twee membranen.
- Chloroplasten bevatten een derde membraan, dat sterk gevouwen is en opgestapeld tot
grana.
- Grana zijn met elkaar verbonden en omgeven door stroma.
- Het thylakoid-membraan bevat het groene chlorophyl.
Interne membranen creëren verschillende milieus die verschillende chemische processen mogelijk
maken. Peroxisomen en lysosomen zijn betrokken bij respectievelijk het onschadelijk maken van
gifstoffen en de afbraak van macromoleculen.
Intracellular compartments and protein transport
Van DNA naar eiwit
- DNA moleculen dragen genetische informatie
- Informatie in DNA wordt getranscribeerd tot RNA
- De meeste RNA moleculen worden vertaald in eiwitten
- Hoe bereiken eiwitten de juiste bestemming?
Eiwitsynthese door vrije ribosomen
Twee groepen ribosomen:
1. Vrije ribosomen
2. Membraangebonden ribosomen
Eiwitten die werkzaam zijn in het cytosol, de celkern, in mitochondriën, of in chloroplasten worden
volledig door vrije ribosomen gemaakt.
Drie manieren van eiwitimport door organellen:
1. Transport van en naar de celkern door kernporiën
- Kern-eiwitten worden volledig gesynthetiseerd in het cytosol
- Na eiwit-vouwing worden de eiwitten uit het cytosol naar de kern geïmporteerd via
kernporiën
- Eiwitten die in de kern functioneren bevatten en nuclear localization signal (aminozuur)
- Het binden van een NLS aan een nuclear import receptor leidt tot het transport naar de kern
- De eiwitten blijven gevouwen tijdens het transport naar de kern
- Signaalsequentie: aminozuursequentie die een eiwit naar een specifieke locatie in de cel
dirigeert
2. Transport door membranen
- De eiwitten zijn ontvouwen tijdens dit type transport
- Mitochondria en chloroplasten zijn waarschijnlijk geëvolueerd uit prokaryotische cellen die
opgenomen zijn door eukaryortische cellen
, - De meeste eiwitten worden geïmporteerd vanuit het cytosol
- Een specifieke signaal sequentie wordt herkend door een import receptor die gekoppeld is
aan een eiwit-translocator
- Transport door beide membranen vindt tegelijkertijd plaats
- De signaal sequentie wordt verwijderd na translocatie
- Transport naar het ER vindt plaats tijdens eiwit-vorming
- Ribosomen worden naar het ER gestuurd door een signaal sequentie
- SRP en SRP receptor werken als een moleculaire koppeling die de ribosomen naar het ER
begeleidt
- Eiwitten worden vrijgegeven aan het ER lumen en kunnen daarna worden vrijgegeven
- Translocatie start bij een start-transfer sequentie -> dit is een interne ER-signaalsequentie die
niet wordt verwijderd
3. Transport door vesikels
- Veel eiwitten worden geglycosyleerd in het ER
- Oligosaccharides beschermen een eiwit tegen degradatie
- Suikers kunnen ook dienen als sorteersignaal
- Andere modificatie in het ER: disulfide binding vorming (stabiliseren eiwitstructuur)
- Vesikels van het ER fuseren met een cis cisterne (in het Golgi apparaat)
- De eiwitten worden door de cisternen getransporteerd
- Vanaf het trans Golgi netwerk zijn er 2 bestemmingen:
1. Lysosomen
2. Het celoppervlak
Vesikels die afsnoeren van een membraan hebben meestal een eiwitmantel
- Coat eiwitten kunnen de membraanbolling veranderen
- Dit leidt tot een instulping die kan worden afgesnoerd
- Na vorming vesikel -> manteleiwitten worden verwijderd
SNARE eiwitten reguleren de fusie tussen vesikels en het doelmembraan
- Na herkenning tussen een vesikel en het doelmembraan brengen v(esicle) en t(arget) SNARE
eiwitten de membranen in positie en sturen de membraanfusie
Exocytose
- Constitutieve exocytose: ongereguleerd
- Geen sorteersignaal nodig
- Transmembraaneiwitten arriveren bij het celmembraan in het membraan van vesikels
Endocytose
- Een vesikel wordt afgesnoerd van het plasmamembraan
- De inhoud van het vesikel kan bestaan uit vloeistoffen (pinocytose) of grotere structuren
(fagocytose)
- Naast opname van extracellulaire vloeistof en deeltjes dient dit voor membraanrecycling en
recycling van membraaneiwitten
