Themadag radiobiologie
De bouw van een cel
Alle organismen zijn opgebouwd uit 1 of meerdere cellen met verschillende functies. De functies zijn
verbonden aan bepaalde structuren in de cel: celorganellen.
- Cytoplasma: celvloeistof. In deze substantie bevinden zich de organellen.
- Celmembraan: de wand van de cel waardoorheen opname en uitscheiding van stoffen
gebeurt.
- Celkern: bevat erfelijke informatie in de vorm van DNA (desoxyribonucleïnezuur). DNA wordt
vertaald naar RNA zodat de erfelijke informatie de celkern kan verlaten. Het RNA komt
terecht bij de ribosomen, waar het wordt gebruikt voor de eiwitsynthese.
- Ribosomen: bolvormige structuurtjes die zorgen voor de productie van eiwitten. Ze bewerken
het RNA en verspreiden de informatie d.m.v. de eiwitsynthese. De eiwitten kunnen gemaakt
worden op het ruwe ER. Eiwitten bestaan uit formaties van aminozuren (koolstof, waterstof,
stikstof, etc.…). Een mens heeft 20 aminozuren om eiwitten vanuit te maken.
- Endoplasmatisch reticulum: het ruwe ER speelt een rol bij het transporteren van eiwitten
vanaf de ribosomen naar het Golgiapparaat. Het glad ER speelt een rol in
stofwisselingsprocessen die verschillen per celtype.
- Mitochondriën: zijn verantwoordelijk voor de aanmaak van ATP, energie. Dit heeft de cel
nodig voor allerlei cel processen.
- Lysosomen: zorgen voor het afbreken van afvalstoffen in de cel. Deze afbraakproducten
kunnen dan worden hergebruikt of uitgescheiden worden.
- Golgiapparaat: het productie en verzend centrum van de cel. Het maakt van de ruwe eiwitten
(vanuit het RER), functionerende eiwitten en geeft ze een bestemmingslabel.
- Centrosoom: bestaat uit 2 centriolen die bij celdeling allebei naar de andere cel verplaatsen.
Dit om de celdeling te organiseren.
Cellen zijn in staat om hun interne omgeving te handhaven binnen een bepaalde reeks van condities,
ongeacht de veranderende omstandigheden buiten de cel. Dit proces heet homeostase. Ook hebben
cellen het vermogen om zich te vermeerderen. Hierbij wordt een cel gerepliceerd en verdubbeld.
Celvermeerdering komt tot stand door middel van het delen: 1 cel wordt 2 cellen. Mitose en meiose
zijn twee verschillende versies van celdeling.
,Celcyclus
De gehele celcyclus van een diploïde cel bestaat uit 2 fases: de M-fase en de interfase (G1, S en G2).
De stappen zijn:
1. M-fase → in de M-fase vindt de celdeling, mitose, plaats.
2. G1 fase → stofwisseling en celgroei.
3. S-fase → DNA-synthese
4. G2-fase → stofwisseling en celgroei. G0-fase → cellen delen voor een langere periode niet
meer.
Op elk puntje waar een ‘c’ staat wordt gecontroleerd of
het proces nog goed verloopt. Er wordt op elk punt
gekeken of er verder wordt gegaan met delen of
gestopt wordt vanwege fouten in de cyclus.
Mitose is het proces waarbij 1 diploïde cel zich deelt tot 2 diploïde cellen. Diploïd betekend dat de cel
van elk chromosoom 2 exemplaren heeft in de celkern en chromosoomparen vormt. Het vindt plaats
in alle lichaamscellen. Deze cellen noemen we ook wel somatische cellen. Een diploïde cel bevat 46
chromosomen in 23 chromosomenparen. Het is de bedoeling dat er uit deze cel, 2 nieuwe cellen
ontstaan met ook allebei 46 chromosomen en 23 chromosomenparen.
Als we kijken naar de gameten, geslachtscellen, verloopt dit proces iets anders. Er vindt meiose plaats
in plaats van mitose. Een diploïde cel wordt gesplitst in 4 dochtercellen, waarbij elke dochtercel 23
chromosomen bevat en geen chromosomenparen. Voordat de meiose begint worden dus eerst alle
46 chromosomen gekopieërd. Elke dochtercel bevat dus de helft van de genetische informatie. Het
geslacht van een embryo wordt bepaald door de geslachtschromosomen. Vrouwelijke
chromosomenparen bestaan uit 2 X chromosomen: XX. Mannelijke paren bestaan uit XY.
Hoeveel cellen er worden gedeeld hangt af van het type weefsel. Hoe meer delingen, hoe hoger de P-
fractie (proliferatie = delen). Als je een hogere P-fractie hebt is het weefsel ook stralingsgevoeliger.
Bijvoorbeeld huid of darmweefsel. Zenuwcellen hebben bijvoorbeeld een veel lagere turnover
(hoeveel jonge gezonde cellen zich vormen ten opzichte van afgestorven cellen). De groeisnelheid van
een weefsel kan worden berekend met de P-fractie, duur van de celcyclus en de mate van cel verlies.
Cel verlies kan optreden in de vorm van celdood of cel differentiatie waarbij cellen zich gaan
specialiseren tot celtypen.
Schade aan het DNA
Op elk niveau van het vormen van DNA kan een
cel defect raken en kan de deling mislukken. De
bouw van DNA bestaat uit 2 ketens van
nucleotiden die in de vorm van een dubbele helix met elkaar vervlochten zijn. Een nucleotide is een
bouwsteen van een stikstofbase (adenine, guanine, thymine en cytosine), een fosfaatgroep en een
suikergroep (desoxyribose). De fosfaat- en suikergroep zorgen voor het verbinden van de nucleotiden
in een keten. De stikstofbasen liggen tegenover elkaar, waarbij A altijd koppelt aan T en G koppelt
met C. De volgorde van de basen coderen voor bepaalde eiwitten. Deze eiwitten zorgen voor de
eigenschappen die iemand vertoont. DNA bevat dus de genetische informatie.
, Schade aan het DNA kan ontstaan door bestraling van de cellen met ioniserende straling. In organen
met een hoge P-fractie is de stralingsreactie een vroegoptredend effect. In andere weefsels is de
deelsnelheid zo laag dat de stralingsreactie pas na langere tijd optreedt.
De hoeveelheid schade kan afhangen van de Lineair Energy Transfer. Het is per stralingssoort
verschillend hoeveel kV er per afstand wordt afgegeven. Hoe meer energie per lengte er wordt
afgegeven, hoe meer schade er ontstaat. Stralingssoorten met een lage LET zijn bijvoorbeeld
gammastraling, röntgenstraling en elektronenstraling. Bij een hoge LET zijn zware deeltjes de
boosdoener, bijvoorbeeld bij alfastraling of neutronen met lage energie. Hoge LET’s zorgen
voornamelijk voor dubbelstrengsbreuken.
Er zijn 4 typen schade:
- Puntmutaties (base modifications):
Probleem: er is op 1 plek een foutje ontstaan in het koppelen van de basen. Normaal koppelen A-T en
C-G. Een gekoppelde A-U in DNA is bijvoorbeeld zo’n fout.
Gevolg: aminozuurveranderingen in eiwitten (missense), vroegtijdige stopsignalen (nonsense), geen
effect (stilzwijgend) of frameshifts (leesraam verschuift).
Oplossing: Base Excision Repair (BER), er wordt 1 nuclide vervangen, ingevoegd of verwijderd om dit
te herstellen.
- Enkelstrengsbreuken:
Probleem: 1 van de 2 nucleotidestrengen van het dubbelstrengse DNA is doormidden gebroken.
Gevolg: genoombeschadiging en/of mutaties wat de genetische samenstelling van een cel veranderd.
Oplossing: Nucleotide Excision Repair (NER), de gehele DNA streng wordt vervangen.
- Dubbelstrengsbreuken:
Probleem: beide strengen van de helix zijn op dezelfde plaats doormidden gebroken.
Gevolg: genoominstabiliteit wat kan leiden tot de ontwikkeling van ziekten.
Oplossing: Homologus Recombination (HR). Hierbij wordt de sequentie vervangen door een
sequentie elders in de celkern als voorbeeld te gebruiken, wat vooral van belang is bij genetische
sequenties. Of bij sequenties zonder genetische informatie wordt gebruik gemaakt van Non
Homologus End Joining (NHEJ), wat de losse einden weer met elkaar verbindt. Dit is echter wel
foutgevoelig.
- Crosslinking: een koppeling van chemische bruggen tussen basen die dwarsliggen in plaats
van horizontaal.
Probleem: er is een koppeling ontstaan tussen basen die dwars van elkaar liggen in plaats van
horizontaal.
Gevolg: verstoort de structuur en functie van DNA waardoor de cel processen zoals replicatie en
transcriptie niet meer plaats kunnen vinden.
Oplossing: dezelfde oplossing als
bij dubbelstrengsbreuken.
De bouw van een cel
Alle organismen zijn opgebouwd uit 1 of meerdere cellen met verschillende functies. De functies zijn
verbonden aan bepaalde structuren in de cel: celorganellen.
- Cytoplasma: celvloeistof. In deze substantie bevinden zich de organellen.
- Celmembraan: de wand van de cel waardoorheen opname en uitscheiding van stoffen
gebeurt.
- Celkern: bevat erfelijke informatie in de vorm van DNA (desoxyribonucleïnezuur). DNA wordt
vertaald naar RNA zodat de erfelijke informatie de celkern kan verlaten. Het RNA komt
terecht bij de ribosomen, waar het wordt gebruikt voor de eiwitsynthese.
- Ribosomen: bolvormige structuurtjes die zorgen voor de productie van eiwitten. Ze bewerken
het RNA en verspreiden de informatie d.m.v. de eiwitsynthese. De eiwitten kunnen gemaakt
worden op het ruwe ER. Eiwitten bestaan uit formaties van aminozuren (koolstof, waterstof,
stikstof, etc.…). Een mens heeft 20 aminozuren om eiwitten vanuit te maken.
- Endoplasmatisch reticulum: het ruwe ER speelt een rol bij het transporteren van eiwitten
vanaf de ribosomen naar het Golgiapparaat. Het glad ER speelt een rol in
stofwisselingsprocessen die verschillen per celtype.
- Mitochondriën: zijn verantwoordelijk voor de aanmaak van ATP, energie. Dit heeft de cel
nodig voor allerlei cel processen.
- Lysosomen: zorgen voor het afbreken van afvalstoffen in de cel. Deze afbraakproducten
kunnen dan worden hergebruikt of uitgescheiden worden.
- Golgiapparaat: het productie en verzend centrum van de cel. Het maakt van de ruwe eiwitten
(vanuit het RER), functionerende eiwitten en geeft ze een bestemmingslabel.
- Centrosoom: bestaat uit 2 centriolen die bij celdeling allebei naar de andere cel verplaatsen.
Dit om de celdeling te organiseren.
Cellen zijn in staat om hun interne omgeving te handhaven binnen een bepaalde reeks van condities,
ongeacht de veranderende omstandigheden buiten de cel. Dit proces heet homeostase. Ook hebben
cellen het vermogen om zich te vermeerderen. Hierbij wordt een cel gerepliceerd en verdubbeld.
Celvermeerdering komt tot stand door middel van het delen: 1 cel wordt 2 cellen. Mitose en meiose
zijn twee verschillende versies van celdeling.
,Celcyclus
De gehele celcyclus van een diploïde cel bestaat uit 2 fases: de M-fase en de interfase (G1, S en G2).
De stappen zijn:
1. M-fase → in de M-fase vindt de celdeling, mitose, plaats.
2. G1 fase → stofwisseling en celgroei.
3. S-fase → DNA-synthese
4. G2-fase → stofwisseling en celgroei. G0-fase → cellen delen voor een langere periode niet
meer.
Op elk puntje waar een ‘c’ staat wordt gecontroleerd of
het proces nog goed verloopt. Er wordt op elk punt
gekeken of er verder wordt gegaan met delen of
gestopt wordt vanwege fouten in de cyclus.
Mitose is het proces waarbij 1 diploïde cel zich deelt tot 2 diploïde cellen. Diploïd betekend dat de cel
van elk chromosoom 2 exemplaren heeft in de celkern en chromosoomparen vormt. Het vindt plaats
in alle lichaamscellen. Deze cellen noemen we ook wel somatische cellen. Een diploïde cel bevat 46
chromosomen in 23 chromosomenparen. Het is de bedoeling dat er uit deze cel, 2 nieuwe cellen
ontstaan met ook allebei 46 chromosomen en 23 chromosomenparen.
Als we kijken naar de gameten, geslachtscellen, verloopt dit proces iets anders. Er vindt meiose plaats
in plaats van mitose. Een diploïde cel wordt gesplitst in 4 dochtercellen, waarbij elke dochtercel 23
chromosomen bevat en geen chromosomenparen. Voordat de meiose begint worden dus eerst alle
46 chromosomen gekopieërd. Elke dochtercel bevat dus de helft van de genetische informatie. Het
geslacht van een embryo wordt bepaald door de geslachtschromosomen. Vrouwelijke
chromosomenparen bestaan uit 2 X chromosomen: XX. Mannelijke paren bestaan uit XY.
Hoeveel cellen er worden gedeeld hangt af van het type weefsel. Hoe meer delingen, hoe hoger de P-
fractie (proliferatie = delen). Als je een hogere P-fractie hebt is het weefsel ook stralingsgevoeliger.
Bijvoorbeeld huid of darmweefsel. Zenuwcellen hebben bijvoorbeeld een veel lagere turnover
(hoeveel jonge gezonde cellen zich vormen ten opzichte van afgestorven cellen). De groeisnelheid van
een weefsel kan worden berekend met de P-fractie, duur van de celcyclus en de mate van cel verlies.
Cel verlies kan optreden in de vorm van celdood of cel differentiatie waarbij cellen zich gaan
specialiseren tot celtypen.
Schade aan het DNA
Op elk niveau van het vormen van DNA kan een
cel defect raken en kan de deling mislukken. De
bouw van DNA bestaat uit 2 ketens van
nucleotiden die in de vorm van een dubbele helix met elkaar vervlochten zijn. Een nucleotide is een
bouwsteen van een stikstofbase (adenine, guanine, thymine en cytosine), een fosfaatgroep en een
suikergroep (desoxyribose). De fosfaat- en suikergroep zorgen voor het verbinden van de nucleotiden
in een keten. De stikstofbasen liggen tegenover elkaar, waarbij A altijd koppelt aan T en G koppelt
met C. De volgorde van de basen coderen voor bepaalde eiwitten. Deze eiwitten zorgen voor de
eigenschappen die iemand vertoont. DNA bevat dus de genetische informatie.
, Schade aan het DNA kan ontstaan door bestraling van de cellen met ioniserende straling. In organen
met een hoge P-fractie is de stralingsreactie een vroegoptredend effect. In andere weefsels is de
deelsnelheid zo laag dat de stralingsreactie pas na langere tijd optreedt.
De hoeveelheid schade kan afhangen van de Lineair Energy Transfer. Het is per stralingssoort
verschillend hoeveel kV er per afstand wordt afgegeven. Hoe meer energie per lengte er wordt
afgegeven, hoe meer schade er ontstaat. Stralingssoorten met een lage LET zijn bijvoorbeeld
gammastraling, röntgenstraling en elektronenstraling. Bij een hoge LET zijn zware deeltjes de
boosdoener, bijvoorbeeld bij alfastraling of neutronen met lage energie. Hoge LET’s zorgen
voornamelijk voor dubbelstrengsbreuken.
Er zijn 4 typen schade:
- Puntmutaties (base modifications):
Probleem: er is op 1 plek een foutje ontstaan in het koppelen van de basen. Normaal koppelen A-T en
C-G. Een gekoppelde A-U in DNA is bijvoorbeeld zo’n fout.
Gevolg: aminozuurveranderingen in eiwitten (missense), vroegtijdige stopsignalen (nonsense), geen
effect (stilzwijgend) of frameshifts (leesraam verschuift).
Oplossing: Base Excision Repair (BER), er wordt 1 nuclide vervangen, ingevoegd of verwijderd om dit
te herstellen.
- Enkelstrengsbreuken:
Probleem: 1 van de 2 nucleotidestrengen van het dubbelstrengse DNA is doormidden gebroken.
Gevolg: genoombeschadiging en/of mutaties wat de genetische samenstelling van een cel veranderd.
Oplossing: Nucleotide Excision Repair (NER), de gehele DNA streng wordt vervangen.
- Dubbelstrengsbreuken:
Probleem: beide strengen van de helix zijn op dezelfde plaats doormidden gebroken.
Gevolg: genoominstabiliteit wat kan leiden tot de ontwikkeling van ziekten.
Oplossing: Homologus Recombination (HR). Hierbij wordt de sequentie vervangen door een
sequentie elders in de celkern als voorbeeld te gebruiken, wat vooral van belang is bij genetische
sequenties. Of bij sequenties zonder genetische informatie wordt gebruik gemaakt van Non
Homologus End Joining (NHEJ), wat de losse einden weer met elkaar verbindt. Dit is echter wel
foutgevoelig.
- Crosslinking: een koppeling van chemische bruggen tussen basen die dwarsliggen in plaats
van horizontaal.
Probleem: er is een koppeling ontstaan tussen basen die dwars van elkaar liggen in plaats van
horizontaal.
Gevolg: verstoort de structuur en functie van DNA waardoor de cel processen zoals replicatie en
transcriptie niet meer plaats kunnen vinden.
Oplossing: dezelfde oplossing als
bij dubbelstrengsbreuken.
