Hanne Leemans 3BA Bio-ingenieurswetenschappen
Biology of Eukaryotic Cells and Systems
DEEL 1: Eukaryotic Systems (Professor Jo Van Ginderachter)
1. Inleiding tot de Eukaryoten
Eukaryote cellen = cellen die allemaal dezelfde gemeenschappelijke basiselementen
bevatten (zie tekening). Hieronder verstaan we dus zowel de lage als hoge Eukaryoten,
gaande van gisten tot meer complexe cellen.
→ Onderscheid met prokaryote cellen = celkern waarin het DNA opgeslagen zit!
Het aantal microbiële cellen in ons lichaam (darmen, huid, …) is hoger dan de 1018 cellen in
ons lichaam:
→ Wij zijn dus eigenlijk meer bacterie dan mens
→ Zeer belangrijk voor de bepaling van de gezondheid van de mens
Verder zijn er ongeveer 250 verschillende Eukaryote celtypes in ons lichaam bv.
hersencellen, levercellen, … die elk nog eens in verschillende toestanden kunnen bestaan:
→ bv. T-cellen: circuleren in rustende toestand in ons bloed of lymfoïde organen, maar
kunnen daarnaast ook geactiveerd/geprolifereerd worden na herkenning van een
bepaald antigen
Conclusie: Gigantische complexiteit qua celtype, activatietoestand en processen binnen
de cel
,1.1. Organisatie en communicatie van de Eukaryotische cellen
Reden van organellen = levensnoodzakelijke reacties binnenin de cel compartimentaliseren
in verschillende delen, waar specifieke functies worden uitgevoerd ( Prokaryote cel) en
waar de chemische moleculen, enzymen en andere eiwitten die nodig zijn om deze
processen te regelen in voldoende hoge concentratie aanwezig zijn binnen de context van
het organel. Dit zou niet het geval zijn indien al die moleculen, eiwitten, enzymen, … gewoon
vrij zouden kunnen diffunderen in het cytoplasma.
Analogie tussen huis en lichaam:
→ Cel kan zich verankeren op verschillende
types van bodem.
o Zandbodem vs. Rotsachtige
bodem = zacht vs. rigide type
extracellulaire bodem
o Andere bodem = andere
voorwaarden
→ Cel gebruikt moleculen om contact te
maken met deze extracellulaire matrix
Interactie tussen naburige cellen mogelijk door moleculen:
→ Bv. als je je arm plooit dan krijg je instructies van de hersenen om je arm te plooien,
dat wil zeggen dat alle spiercellen in de bovenarm tegelijkertijd moeten
contracteren/samentrekken. Al die spiercellen die naast elkaar liggen moeten dus met
elkaar interageren om synchroon te gaan samentrekken.
Interactie tussen cellen en de (veranderende) omgeving(sfactoren):
- Zuurtegraad
- Beschikbaarheid van water
- Beschikbaarheid van bepaalde ionen
,2. Het plasmamembraan
Altijd aanwezig bij eukaryote cellen, maar niet noodzakelijk de enige aanwezige barrière
tussen de cel en de omgeving (wel in geval van dierlijke cellen plantencel of fungi met
celwanden)
Samenstelling:
- Bilaag van lipiden: hydrofiele kop en 2 hydrofobe staarten
o Hydrofiele kant contact met hydrofiele vloeistof aan beide kanten van de cel
o Stel buitenkant van de cel = olie: monolayer van lipiden
- Binnenkant cel = cytosol (= waterige vloeistof ) vs. buitenkant van de cel
extracellulaire of interstitiële vloeistof (= ook hoofdzakelijk water)
- Ingebede proteïnen
o Functie: contact met de buitenwereld, transportfunctie (= kanalen waardoor
moleculen van de ene kant naar de andere kant van de cel kunnen migreren),
signaalfunctie (signalen van buitenaf doorgeven binnenin de cel), …
2.1. Vier belangrijkste fosfolipiden in het plasmamembraan van mammalia
,4 fosfolipiden met dezelfde basisstructuur:
- Hyrdrofiel hoofdeinde = glycerol groep + fosfaatgroep (negatieve lading)
→ zorgt voor de polariteit waaraan de hydrofiliteit gelinkt is + 4 verschillende
additionele structuren die we daar mee kunnen associëren
- 2 lange hydrocarbon tail (CH2-CH2-…) bestaande uit koolstof en waterstof
→ Hier is niets polair aan en dus hydrofoob
→ Staarten met cis-dubbele bond
→ Staarten zonder cis-dubbele bond
4 belangrijkste fosfolipiden:
3 die aan basisstructuur voldoen:
- Fosfatidylethanolamine
- Fosfatidylserine Fosfoglyceriden
- Fosfatidylcholine
1 die licht anders is:
- Sphingomyeline: basisstructuur = lipide sphingosine
Bij 3 van de 4 fosfolipiden heffen de ladingen elkaar op en is er dus geen netto lading
aanwezig. Bij fosfatidylserine is er een extra negatieve lading en hebben we dus een
geladen fosfolipide, dewelke implicaties heeft voor de lokalisatie van het lipide
(binnenkant van de cel, gericht naar het cytosol).
,2.2. Cholesterol in het plasmamembraan van mammalia
= lipide
Opbouw:
- Hydrocarbontail ≠ polair
→ maakt contact met de hydrocarbontails van de fosfolipiden
- Polaire hoofdgroep (hydroxylgroep)
→ cholesterol gaat via zijn polaire hoofdgroep contact maken met de
hoofdgroepen van de belangrijkste fosfolipiden
- Verschil met fosfolipiden = steroïdenringen die geen flexibiliteit toelaten i.t.t. de
hydrocarbon tails van de fosfolipiden die heel flexibel zijn
Membraan = fluïde, een semi-vloeibare constructie. Cholesterol zorgt echter voor de
rigiditeit van membranen. Teveel aan cholesterol is ongezond aangezien het
plasmamembraan dan te rigide zal worden, waardoor de cel een deel van zijn capaciteiten
verliest. Dus cholesterol is nodig, maar binnen bepaalde grenzen.
2.3. Glycolipiden in plasmamembraan van mammalia
,Glycolipiden en –proteïnen zitten altijd aan de buitenkant van het plasmamembraan (=
gericht naar extracellulaire ruimte). Plasmamembranen zijn daardoor dus
polair/asymmetrisch = buitenkant gaat bepaalde eigenschappen hebben (waaronder de
aanwezigheid van suikers) die niet op de cytosolische kant aanwezig zijn.
Opbouw:
- Flexibele hydrocarbon tails
- Suikers ipv fosfaatgroep + andere chemische structuren
→ Deze suikers kunnen zeer complex zijn
Buitenkant cel heeft volledige mantel van suikers = glycocalyx
Functies:
- Cel beschermen tegen verschillende vormen van mechanische stress bv. beweging
- Adres-functie: voor die suikers zijn er bepaalde receptoren op bepaalde plaatsen in
het lichaam waar die cel dan contact mee kan maken en bv. naartoe kan migreren, …
→ Suikers worden heel vaak gebruikt bv. door T-cellen om naar bepaalde sites in
het lichaam te gaan waar ze hun functie moeten uitoefenen
2.4. Kleine fosfolipiden spelen een belangrijke rol: inositol fosfolipiden (asymmetrie
van de bilayer)
Belangrijkste groep van fosfolipiden = inositol fosfolipiden
→ Binnenkant van het plasmamembraan
→ Asymmetrie van de bilayer
, Functie:
- Celsignalisatie = extracellulair signaal opgemerkt door de cel + daar signalisatie
induceren die bepaalde consequentie heeft bv. cel bepaalde functie geven, migratie,
…
Typisch gaan cellen reageren op signalen a.d.h.v. receptoren zoals eiwitten, glycoproteïnen,
… die gaan interageren met een specifieke ligand
→ Leidt tot activatie van receptor eiwit + modificatie van eiwitten via fosforylatie
→ Plaatsen van fosfaat groep op eiwit meestal gekatalyseerd door groep van enzymen
= kinasen ( fosfatasen, waartussen steeds een balans wordt nagestreefd)
Wat heeft dit nu te maken met die inositol fosfolipiden?
Extracellulair signaal komt binden:
→ het fosfatidylinositol-3-kinase gaat fosfatidylinositolbifosfaat (blauw) fosforyleren =
fosfotidylinostioltrifosfaat
→ vaak gebruikt in een heleboel signal pathways
→ creëert een soort bindingssite (= docking site) voor bepaalde eiwitten (zullen
intracellulaire signalisatie verder bewerkstelligen (vaak zeer complexe cascades))
→ Doel: wijzigingen van gentranscriptie + aanmaak nieuwe eiwitten
2.5. De lipide bilayer in 2D vloeistof
= semi-fluïde structuur door bewegelijkheid van de fosfolipiden + geregeld dr temperatuur
- Laterale diffusie aan 2µm/s = zeer snel voor een kleine moleculen
- Buigen van hydrocarbon tails of rotatie rond eigen as
- Minder voorkomend: flip-flop (wisselen van kant van plasmamembraan). Wel bij:
→ cholesterol
→ aanmaak van nieuwe membranen (celdeling + aanmaak membraan)
Biology of Eukaryotic Cells and Systems
DEEL 1: Eukaryotic Systems (Professor Jo Van Ginderachter)
1. Inleiding tot de Eukaryoten
Eukaryote cellen = cellen die allemaal dezelfde gemeenschappelijke basiselementen
bevatten (zie tekening). Hieronder verstaan we dus zowel de lage als hoge Eukaryoten,
gaande van gisten tot meer complexe cellen.
→ Onderscheid met prokaryote cellen = celkern waarin het DNA opgeslagen zit!
Het aantal microbiële cellen in ons lichaam (darmen, huid, …) is hoger dan de 1018 cellen in
ons lichaam:
→ Wij zijn dus eigenlijk meer bacterie dan mens
→ Zeer belangrijk voor de bepaling van de gezondheid van de mens
Verder zijn er ongeveer 250 verschillende Eukaryote celtypes in ons lichaam bv.
hersencellen, levercellen, … die elk nog eens in verschillende toestanden kunnen bestaan:
→ bv. T-cellen: circuleren in rustende toestand in ons bloed of lymfoïde organen, maar
kunnen daarnaast ook geactiveerd/geprolifereerd worden na herkenning van een
bepaald antigen
Conclusie: Gigantische complexiteit qua celtype, activatietoestand en processen binnen
de cel
,1.1. Organisatie en communicatie van de Eukaryotische cellen
Reden van organellen = levensnoodzakelijke reacties binnenin de cel compartimentaliseren
in verschillende delen, waar specifieke functies worden uitgevoerd ( Prokaryote cel) en
waar de chemische moleculen, enzymen en andere eiwitten die nodig zijn om deze
processen te regelen in voldoende hoge concentratie aanwezig zijn binnen de context van
het organel. Dit zou niet het geval zijn indien al die moleculen, eiwitten, enzymen, … gewoon
vrij zouden kunnen diffunderen in het cytoplasma.
Analogie tussen huis en lichaam:
→ Cel kan zich verankeren op verschillende
types van bodem.
o Zandbodem vs. Rotsachtige
bodem = zacht vs. rigide type
extracellulaire bodem
o Andere bodem = andere
voorwaarden
→ Cel gebruikt moleculen om contact te
maken met deze extracellulaire matrix
Interactie tussen naburige cellen mogelijk door moleculen:
→ Bv. als je je arm plooit dan krijg je instructies van de hersenen om je arm te plooien,
dat wil zeggen dat alle spiercellen in de bovenarm tegelijkertijd moeten
contracteren/samentrekken. Al die spiercellen die naast elkaar liggen moeten dus met
elkaar interageren om synchroon te gaan samentrekken.
Interactie tussen cellen en de (veranderende) omgeving(sfactoren):
- Zuurtegraad
- Beschikbaarheid van water
- Beschikbaarheid van bepaalde ionen
,2. Het plasmamembraan
Altijd aanwezig bij eukaryote cellen, maar niet noodzakelijk de enige aanwezige barrière
tussen de cel en de omgeving (wel in geval van dierlijke cellen plantencel of fungi met
celwanden)
Samenstelling:
- Bilaag van lipiden: hydrofiele kop en 2 hydrofobe staarten
o Hydrofiele kant contact met hydrofiele vloeistof aan beide kanten van de cel
o Stel buitenkant van de cel = olie: monolayer van lipiden
- Binnenkant cel = cytosol (= waterige vloeistof ) vs. buitenkant van de cel
extracellulaire of interstitiële vloeistof (= ook hoofdzakelijk water)
- Ingebede proteïnen
o Functie: contact met de buitenwereld, transportfunctie (= kanalen waardoor
moleculen van de ene kant naar de andere kant van de cel kunnen migreren),
signaalfunctie (signalen van buitenaf doorgeven binnenin de cel), …
2.1. Vier belangrijkste fosfolipiden in het plasmamembraan van mammalia
,4 fosfolipiden met dezelfde basisstructuur:
- Hyrdrofiel hoofdeinde = glycerol groep + fosfaatgroep (negatieve lading)
→ zorgt voor de polariteit waaraan de hydrofiliteit gelinkt is + 4 verschillende
additionele structuren die we daar mee kunnen associëren
- 2 lange hydrocarbon tail (CH2-CH2-…) bestaande uit koolstof en waterstof
→ Hier is niets polair aan en dus hydrofoob
→ Staarten met cis-dubbele bond
→ Staarten zonder cis-dubbele bond
4 belangrijkste fosfolipiden:
3 die aan basisstructuur voldoen:
- Fosfatidylethanolamine
- Fosfatidylserine Fosfoglyceriden
- Fosfatidylcholine
1 die licht anders is:
- Sphingomyeline: basisstructuur = lipide sphingosine
Bij 3 van de 4 fosfolipiden heffen de ladingen elkaar op en is er dus geen netto lading
aanwezig. Bij fosfatidylserine is er een extra negatieve lading en hebben we dus een
geladen fosfolipide, dewelke implicaties heeft voor de lokalisatie van het lipide
(binnenkant van de cel, gericht naar het cytosol).
,2.2. Cholesterol in het plasmamembraan van mammalia
= lipide
Opbouw:
- Hydrocarbontail ≠ polair
→ maakt contact met de hydrocarbontails van de fosfolipiden
- Polaire hoofdgroep (hydroxylgroep)
→ cholesterol gaat via zijn polaire hoofdgroep contact maken met de
hoofdgroepen van de belangrijkste fosfolipiden
- Verschil met fosfolipiden = steroïdenringen die geen flexibiliteit toelaten i.t.t. de
hydrocarbon tails van de fosfolipiden die heel flexibel zijn
Membraan = fluïde, een semi-vloeibare constructie. Cholesterol zorgt echter voor de
rigiditeit van membranen. Teveel aan cholesterol is ongezond aangezien het
plasmamembraan dan te rigide zal worden, waardoor de cel een deel van zijn capaciteiten
verliest. Dus cholesterol is nodig, maar binnen bepaalde grenzen.
2.3. Glycolipiden in plasmamembraan van mammalia
,Glycolipiden en –proteïnen zitten altijd aan de buitenkant van het plasmamembraan (=
gericht naar extracellulaire ruimte). Plasmamembranen zijn daardoor dus
polair/asymmetrisch = buitenkant gaat bepaalde eigenschappen hebben (waaronder de
aanwezigheid van suikers) die niet op de cytosolische kant aanwezig zijn.
Opbouw:
- Flexibele hydrocarbon tails
- Suikers ipv fosfaatgroep + andere chemische structuren
→ Deze suikers kunnen zeer complex zijn
Buitenkant cel heeft volledige mantel van suikers = glycocalyx
Functies:
- Cel beschermen tegen verschillende vormen van mechanische stress bv. beweging
- Adres-functie: voor die suikers zijn er bepaalde receptoren op bepaalde plaatsen in
het lichaam waar die cel dan contact mee kan maken en bv. naartoe kan migreren, …
→ Suikers worden heel vaak gebruikt bv. door T-cellen om naar bepaalde sites in
het lichaam te gaan waar ze hun functie moeten uitoefenen
2.4. Kleine fosfolipiden spelen een belangrijke rol: inositol fosfolipiden (asymmetrie
van de bilayer)
Belangrijkste groep van fosfolipiden = inositol fosfolipiden
→ Binnenkant van het plasmamembraan
→ Asymmetrie van de bilayer
, Functie:
- Celsignalisatie = extracellulair signaal opgemerkt door de cel + daar signalisatie
induceren die bepaalde consequentie heeft bv. cel bepaalde functie geven, migratie,
…
Typisch gaan cellen reageren op signalen a.d.h.v. receptoren zoals eiwitten, glycoproteïnen,
… die gaan interageren met een specifieke ligand
→ Leidt tot activatie van receptor eiwit + modificatie van eiwitten via fosforylatie
→ Plaatsen van fosfaat groep op eiwit meestal gekatalyseerd door groep van enzymen
= kinasen ( fosfatasen, waartussen steeds een balans wordt nagestreefd)
Wat heeft dit nu te maken met die inositol fosfolipiden?
Extracellulair signaal komt binden:
→ het fosfatidylinositol-3-kinase gaat fosfatidylinositolbifosfaat (blauw) fosforyleren =
fosfotidylinostioltrifosfaat
→ vaak gebruikt in een heleboel signal pathways
→ creëert een soort bindingssite (= docking site) voor bepaalde eiwitten (zullen
intracellulaire signalisatie verder bewerkstelligen (vaak zeer complexe cascades))
→ Doel: wijzigingen van gentranscriptie + aanmaak nieuwe eiwitten
2.5. De lipide bilayer in 2D vloeistof
= semi-fluïde structuur door bewegelijkheid van de fosfolipiden + geregeld dr temperatuur
- Laterale diffusie aan 2µm/s = zeer snel voor een kleine moleculen
- Buigen van hydrocarbon tails of rotatie rond eigen as
- Minder voorkomend: flip-flop (wisselen van kant van plasmamembraan). Wel bij:
→ cholesterol
→ aanmaak van nieuwe membranen (celdeling + aanmaak membraan)
