Moleculaire genetica
Hoofdstuk 2: fundamentals of cells and chromosomes
1. Cel structuur, diversiteit en cel evolutie
Inleiding
- We bestaan gemiddeld uit 100 biljoen (= 1014) cellen, en deze zijn dan weer allemaal
verschillende soorten celtypes.
- Alle cellen zijn bovendien afgeleid van 1 bevruchte eicel → dmv proliferatie
- Celproliferatie = cellen vermeerderen door afwisselend aan celdelingen en daarna aan
celgroei te doen.
We hebben verschillende soorten celdeling:
- Symmetrische celdeling: de dochtercellen zijn identiek aan elkaar en aan de moedercel
- Asymmetrische celdeling: de dochtercellen zijn verschillend van elkaar en de moedercel, dit
verschil kan zowel in grootte als in de functie van de cel zitten
Wanneer doe je aan asymmetrische celdeling?
o Moedercel bevat polariteit (van bv proteïnen of mRNA) → na de deling
zal een van de twee dochtercellen dus meer van de proteïnen/ mRNA
krijgen dan de andere
o De spoelfiguur ligt op een andere plaats in de metafaseplaat, hierdoor zal
er tijdens de oögenese het cytoplasma niet gelijk verdeeld worden
o De soort deling: horizontale of verticale deling → cellen komen in een
verschillende omgeving terecht en maken contact met andere
omgevingscomponenten en andere cel-cel interacties → andere ontwikkeling
- Balans tussen celproliferatie en celdood om een stabiel cel aantal te verzekeren in volwassen
organismen
- Er zijn cellen die nooit zullen delen (bv neuronen) en cellen die voortdurend blijven delen (bv
darmcellen)
Prokaryoten vs eukaryoten: fundamentele verdeling van cellulaire levensvormen
Prokaryoten:
- Unicellulair
- Archaea: micro-organismen die je in extreme omstandigheden
kan terugvinden (warme temperaturen, zure omgevingen)
- Onderverdeling gemaakt dmv 16 S rRNA na te kijken
- Verschillen tussen de 2 subgroepen bij bv de RNA polymerase
Eukaryoten:
- Unicellulair en multicellulair
- Gisten, protophyta en protozoa = eencellig
Grote verschillen:
- Prokaryoten zijn veel kleiner
- Eukaryoot: interne celorganellen omgeven door membraan (bv de celkern) + scheiding
tussen transcriptie (in celkern) en translatie (buiten celkern)
- Prokaryoot: geen interne celorganelstructuur en dus ook geen celkern: DNA los in
cytoplasma: geen scheiding tussen transcriptie en translatie
,Opbouw dierlijke cel
- 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 proteïne synthese en metabole activiteit
- Cytoskelet
o Belangrijk voor cel stabiliteit, celvorm, celbeweging, intracellulair transport,
communicatie
o Microfilamenten (actine polymeer)
▪ 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 gecontroleerde veranderingen in
de celvorm mogelijk zijn, zoals endocytose, en vergemakkelijken
celbeweging door bv. filopodia en lamellipodia te vormen.
o Microtubuli (tubuline polymeer)
▪ Meer rigide structuur dan actine-filamenten
▪ Belangrijke bouwstenen van centrosomen en de mitotische spoelfiguur,
evenals cilia en flagella
o Intermediaire filamenten (bv. keratine in epitheliale cellen)
- Cilia
o Betrokken bij beweging: bv epitheelcellen in luchtwegen → bewegen va mucus
o Primair cilium: fungeren als antenne waarop receptormoleculen staan → cel-cel
communicatie + communicatie tussen de cel en zijn omgeving
- Endoplasmatisch reticulum
o Opslagplaats voor Ca2+
o Synthese, vouwing, modificatie van proteïnen en lipiden bestemd voor het
o celmembraan of voor secretie
o Glycosylering start in ER
- Golgi complex
o Glycoproteïnen uit het ER, worden verder gemodificeerd in het Golgicomplex
o Scheiden cel producten, zoals eiwitten, uit naar de buitenkant en helpen het
plasmamembraan en de membranen van lysosomen te vormen
- Lysosomen
o Single membraan vesikel met hydrolytische enzymen die materialen verteren die
door fagocytose (absorptie van vaste voorwerpen) of pinocytose (absorptie van
vloeistoffen) in de cel worden gebracht.
o Ze helpen eveneens bij degradatie van cel-componenten na celdood
- Peroxisomen
o Single membraan vesikel met enzymen die substraten oxideren en
waterstofperoxide genereren
- Nucleus
o Nuclear enveloppe = 2 membranen, buitenste bevat ribosomen
o Nuclear pores: bevatten proteïne complexen die fungeren als transporteurs van
macromoleculen tussen de nucleus en het cytoplasma
, o Nuclear lamina: bestaat uit intermediaire filamenten (lamins) en geassocieerde
proteïnen → zorgt mee voor chromatine organisatie
o Nuclear matrix: een proteïne netwerk waar chromosomen aan vastgehecht kunnen
worden
- Mitochondria
o 2 membranen
o Plaats van oxidatieve fosforylatie en dus ATP productie
!! Niet alle structuren zijn altijd aanwezig in elk celtype.
Structuren die het genoom van dierlijke cellen bevatten
De celkern: chromosomen
- Chromosomen in bepaalde territoria
- Nuclear pores = proteïnecomplexen → uitwisseling van macromoleculen toelaten tussen
nucleus en cytoplasma
- Nuclear lamina: onder kernmembraan → chromatine organisatie + proteïnen kunnen
hieraan binden
→ aan nucleaire lamina hangen chromatine-geassocieerde proteïnen die dan weer aan
chromatine kunnen binden, waardoor de chromatine dus vasthangt aan de nucleaire lamina
- Suborganellen: niet omgeven door membraan
o Nucleolus: rRNA samengebracht + tot expressie en transcriptie gebracht +
transcripten worden hier geprocessed
o Cajal bodies → hierin small nucleair
ribonucleïne proteïne complexen
gevormd worden → verder matureren
Mitochondriën: mtDNA
- Core proteïnen (TFAM, oranje) kunnen
associëren met mtDNA → gebonden door witte
proteïnen (ATAD3)→ vasthechten aan interne
membraan + aan ribosomen (mbv geel
proteïnen)
- mtDNA kan makkelijk met elkaar fuseren of fisie
(stukken afgebroken worden)
- Nucleoide = mtDNA + proteïnen
Genoom = de collectie van verschillende DNA moleculen in een eukaryote cel
Celdiversiteit:
- Gemiddelde grootte: 10 - 30 µm
- Aantal cellen: 1014 = 100 biljoen cellen
- Gemiddelde levensduur: 7 – 10 jaar (sommige cellen leven veel langer (neuronen) of veel
korter (darmcellen)
- Aantal celtypes: heel veel, dmv single cell RNA sequencing heeft men al > 10.000
verschillende neuronen alleen al ontdekt
, Ontstaan van de eukaryote oercel:
Celfusie door celopname leidt meestal tot fagocytose (andere cel en zijn componenten
afgebroken en het genetische materiaal kan opgenomen worden) , maar een zeldzaam
alternatief is coöperatieve symbiose (de ene cel blijft bestaan in de andere cel omdat deze een
bepaald voorbeeld biedt).
Zowel archaeale als bacteriële DNA-sequenties droegen bij aan de evolutie van eukaryote
genomen:
- RNA polymerase van archaea en eukaryoten zijn gelijkaardig → complexer en meer
functionele domeinen
- Archaea moet een aanleiding component zijn geweest voor eukaryote oercel
- Maar er zijn ook gelijkenissen tussen de archaea en de bacteriën: membraan componenten
en metabole processen (operationele functies)
Reconstructie van de evolutie:
- Archaea = basiscomponent
- Horizontale gen transfer = archeon (archaea) neemt bacterie op →
fagocytose : genetisch materiaal in archeon terecht → hybride
constructie
Dit proces herhaalt een paar keer → meer complex genoom
→ interne membranen in archaea ontstaan
- Dan endosymbiose: voordeel → meer zuurstof in atmosfeer dus aeroob is voordeel
- Stukjes DNA afgeworpen → DNA nog complexer + genetisch materiaal blijft over als aparte
cel in de andere cel
→ mitochondriën afkomstig van proteobacterium → eigen genoom dat tot transcriptie en
translatie komt
→ FECA (first eukaryotic common ancester) : alle cellen worden hieruit afgeleid
- Planten: fotosynthese dmv chloroplasten: dus nog eens endosymbiose met cel die
fotosynthese kan doen → planten
Een belangrijke stap in de evolutie van eukaryoten was een endosymbiotische gebeurtenis
waarbij een complexe anaërobe archaeon een aërobe α-proteobacterium opnam
Nog een eenvoudige genmutatie heeft geleid tot het blijven delen van cellen, terwijl ze wel in
verband met elkaar blijven. Deze cruciale ontwikkeling heeft geleid tot het ontstaan van
multicellulaire organismen
o verschillende cellen in een meercellig organisme kunnen gespecialiseerd worden in
het uitvoeren van verschillende taken, waardoor een veel grotere functionele
complexiteit mogelijk wordt
o cel-cel interacties en cel-omgevingsinteracties tijdens de ontwikkeling maken een
progressieve ontwikkeling van
o celspecialisatie mogelijk. Cellen kunnen dan samenwerken om complexe weefsels
en organen te bouwen.
Hoofdstuk 2: fundamentals of cells and chromosomes
1. Cel structuur, diversiteit en cel evolutie
Inleiding
- We bestaan gemiddeld uit 100 biljoen (= 1014) cellen, en deze zijn dan weer allemaal
verschillende soorten celtypes.
- Alle cellen zijn bovendien afgeleid van 1 bevruchte eicel → dmv proliferatie
- Celproliferatie = cellen vermeerderen door afwisselend aan celdelingen en daarna aan
celgroei te doen.
We hebben verschillende soorten celdeling:
- Symmetrische celdeling: de dochtercellen zijn identiek aan elkaar en aan de moedercel
- Asymmetrische celdeling: de dochtercellen zijn verschillend van elkaar en de moedercel, dit
verschil kan zowel in grootte als in de functie van de cel zitten
Wanneer doe je aan asymmetrische celdeling?
o Moedercel bevat polariteit (van bv proteïnen of mRNA) → na de deling
zal een van de twee dochtercellen dus meer van de proteïnen/ mRNA
krijgen dan de andere
o De spoelfiguur ligt op een andere plaats in de metafaseplaat, hierdoor zal
er tijdens de oögenese het cytoplasma niet gelijk verdeeld worden
o De soort deling: horizontale of verticale deling → cellen komen in een
verschillende omgeving terecht en maken contact met andere
omgevingscomponenten en andere cel-cel interacties → andere ontwikkeling
- Balans tussen celproliferatie en celdood om een stabiel cel aantal te verzekeren in volwassen
organismen
- Er zijn cellen die nooit zullen delen (bv neuronen) en cellen die voortdurend blijven delen (bv
darmcellen)
Prokaryoten vs eukaryoten: fundamentele verdeling van cellulaire levensvormen
Prokaryoten:
- Unicellulair
- Archaea: micro-organismen die je in extreme omstandigheden
kan terugvinden (warme temperaturen, zure omgevingen)
- Onderverdeling gemaakt dmv 16 S rRNA na te kijken
- Verschillen tussen de 2 subgroepen bij bv de RNA polymerase
Eukaryoten:
- Unicellulair en multicellulair
- Gisten, protophyta en protozoa = eencellig
Grote verschillen:
- Prokaryoten zijn veel kleiner
- Eukaryoot: interne celorganellen omgeven door membraan (bv de celkern) + scheiding
tussen transcriptie (in celkern) en translatie (buiten celkern)
- Prokaryoot: geen interne celorganelstructuur en dus ook geen celkern: DNA los in
cytoplasma: geen scheiding tussen transcriptie en translatie
,Opbouw dierlijke cel
- 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 proteïne synthese en metabole activiteit
- Cytoskelet
o Belangrijk voor cel stabiliteit, celvorm, celbeweging, intracellulair transport,
communicatie
o Microfilamenten (actine polymeer)
▪ 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 gecontroleerde veranderingen in
de celvorm mogelijk zijn, zoals endocytose, en vergemakkelijken
celbeweging door bv. filopodia en lamellipodia te vormen.
o Microtubuli (tubuline polymeer)
▪ Meer rigide structuur dan actine-filamenten
▪ Belangrijke bouwstenen van centrosomen en de mitotische spoelfiguur,
evenals cilia en flagella
o Intermediaire filamenten (bv. keratine in epitheliale cellen)
- Cilia
o Betrokken bij beweging: bv epitheelcellen in luchtwegen → bewegen va mucus
o Primair cilium: fungeren als antenne waarop receptormoleculen staan → cel-cel
communicatie + communicatie tussen de cel en zijn omgeving
- Endoplasmatisch reticulum
o Opslagplaats voor Ca2+
o Synthese, vouwing, modificatie van proteïnen en lipiden bestemd voor het
o celmembraan of voor secretie
o Glycosylering start in ER
- Golgi complex
o Glycoproteïnen uit het ER, worden verder gemodificeerd in het Golgicomplex
o Scheiden cel producten, zoals eiwitten, uit naar de buitenkant en helpen het
plasmamembraan en de membranen van lysosomen te vormen
- Lysosomen
o Single membraan vesikel met hydrolytische enzymen die materialen verteren die
door fagocytose (absorptie van vaste voorwerpen) of pinocytose (absorptie van
vloeistoffen) in de cel worden gebracht.
o Ze helpen eveneens bij degradatie van cel-componenten na celdood
- Peroxisomen
o Single membraan vesikel met enzymen die substraten oxideren en
waterstofperoxide genereren
- Nucleus
o Nuclear enveloppe = 2 membranen, buitenste bevat ribosomen
o Nuclear pores: bevatten proteïne complexen die fungeren als transporteurs van
macromoleculen tussen de nucleus en het cytoplasma
, o Nuclear lamina: bestaat uit intermediaire filamenten (lamins) en geassocieerde
proteïnen → zorgt mee voor chromatine organisatie
o Nuclear matrix: een proteïne netwerk waar chromosomen aan vastgehecht kunnen
worden
- Mitochondria
o 2 membranen
o Plaats van oxidatieve fosforylatie en dus ATP productie
!! Niet alle structuren zijn altijd aanwezig in elk celtype.
Structuren die het genoom van dierlijke cellen bevatten
De celkern: chromosomen
- Chromosomen in bepaalde territoria
- Nuclear pores = proteïnecomplexen → uitwisseling van macromoleculen toelaten tussen
nucleus en cytoplasma
- Nuclear lamina: onder kernmembraan → chromatine organisatie + proteïnen kunnen
hieraan binden
→ aan nucleaire lamina hangen chromatine-geassocieerde proteïnen die dan weer aan
chromatine kunnen binden, waardoor de chromatine dus vasthangt aan de nucleaire lamina
- Suborganellen: niet omgeven door membraan
o Nucleolus: rRNA samengebracht + tot expressie en transcriptie gebracht +
transcripten worden hier geprocessed
o Cajal bodies → hierin small nucleair
ribonucleïne proteïne complexen
gevormd worden → verder matureren
Mitochondriën: mtDNA
- Core proteïnen (TFAM, oranje) kunnen
associëren met mtDNA → gebonden door witte
proteïnen (ATAD3)→ vasthechten aan interne
membraan + aan ribosomen (mbv geel
proteïnen)
- mtDNA kan makkelijk met elkaar fuseren of fisie
(stukken afgebroken worden)
- Nucleoide = mtDNA + proteïnen
Genoom = de collectie van verschillende DNA moleculen in een eukaryote cel
Celdiversiteit:
- Gemiddelde grootte: 10 - 30 µm
- Aantal cellen: 1014 = 100 biljoen cellen
- Gemiddelde levensduur: 7 – 10 jaar (sommige cellen leven veel langer (neuronen) of veel
korter (darmcellen)
- Aantal celtypes: heel veel, dmv single cell RNA sequencing heeft men al > 10.000
verschillende neuronen alleen al ontdekt
, Ontstaan van de eukaryote oercel:
Celfusie door celopname leidt meestal tot fagocytose (andere cel en zijn componenten
afgebroken en het genetische materiaal kan opgenomen worden) , maar een zeldzaam
alternatief is coöperatieve symbiose (de ene cel blijft bestaan in de andere cel omdat deze een
bepaald voorbeeld biedt).
Zowel archaeale als bacteriële DNA-sequenties droegen bij aan de evolutie van eukaryote
genomen:
- RNA polymerase van archaea en eukaryoten zijn gelijkaardig → complexer en meer
functionele domeinen
- Archaea moet een aanleiding component zijn geweest voor eukaryote oercel
- Maar er zijn ook gelijkenissen tussen de archaea en de bacteriën: membraan componenten
en metabole processen (operationele functies)
Reconstructie van de evolutie:
- Archaea = basiscomponent
- Horizontale gen transfer = archeon (archaea) neemt bacterie op →
fagocytose : genetisch materiaal in archeon terecht → hybride
constructie
Dit proces herhaalt een paar keer → meer complex genoom
→ interne membranen in archaea ontstaan
- Dan endosymbiose: voordeel → meer zuurstof in atmosfeer dus aeroob is voordeel
- Stukjes DNA afgeworpen → DNA nog complexer + genetisch materiaal blijft over als aparte
cel in de andere cel
→ mitochondriën afkomstig van proteobacterium → eigen genoom dat tot transcriptie en
translatie komt
→ FECA (first eukaryotic common ancester) : alle cellen worden hieruit afgeleid
- Planten: fotosynthese dmv chloroplasten: dus nog eens endosymbiose met cel die
fotosynthese kan doen → planten
Een belangrijke stap in de evolutie van eukaryoten was een endosymbiotische gebeurtenis
waarbij een complexe anaërobe archaeon een aërobe α-proteobacterium opnam
Nog een eenvoudige genmutatie heeft geleid tot het blijven delen van cellen, terwijl ze wel in
verband met elkaar blijven. Deze cruciale ontwikkeling heeft geleid tot het ontstaan van
multicellulaire organismen
o verschillende cellen in een meercellig organisme kunnen gespecialiseerd worden in
het uitvoeren van verschillende taken, waardoor een veel grotere functionele
complexiteit mogelijk wordt
o cel-cel interacties en cel-omgevingsinteracties tijdens de ontwikkeling maken een
progressieve ontwikkeling van
o celspecialisatie mogelijk. Cellen kunnen dan samenwerken om complexe weefsels
en organen te bouwen.
