College 1 (19 november): De levende cel
Powerpoint 1
Wat is een levende cel? Alles wat wij zien als leven bestaat uit delende cellen (eerste
definitie)
o Beschrijvende definitie (wat noemen wij nu een levende cel?)
o Filosofische definitie (moet een levend wezen uit cellen bestaan?
o Exacte verklaring (benodigde mechanismen, hoe is het leven chemisch
ontstaan?
Biologie bevindt zich tussen de beschrijvende definitie en de exacte verklaring, omdat een
heleboel niet bekend is.
Cellen kunnen zich delen: In gist kunnen cellen zich ontzettend snel delen totdat het voedsel
op is. Om te bepalen of een cel dood is moet je uitsluiten dat het voedselvoorraad voldoende
is.
Virussen (infecteren andere cellen) kunnen zich niet delen. Virussen kunnen relatief groot
zijn. Virussen zijn afhankelijk van ander leven. Zo was het eerste leven veel eenvoudiger dan
de huidige complexe virussen.
Wat zijn algemene principes van het leven?
- Cellen zijn veelvormig: vorm zegt niet veel over complexiteit
- Cellen kunnen bewegen (dynamiek): chemische reacties m.b.v energie. Zowel meer-
of enkelvoudige cellen hebben dezelfde ontwikkeling (celdeling).
- Cellen kunnen differentieren: sommige kunnen zich vervolgens nooit meer delen.
Zodra een cel niet meer kan delen, vinden er nog steeds veel dynamische processen
plaats in het organisme, waardoor hij in leven blijft.
- Cellen zijn intern dynamisch: moleculaire gecontroleerde actieve stromingen (kost
energie).
- Cellen kunnen dood gaan of zich in een slaaptoestand bevinden (slijtage; apoptose
(geprogrammeerde celdood): zeer belangrijke principe in meercellige organismen)
Apoptose: gereguleerd, geen troep achter en daardoor goed te bestuderen
Cellen zijn aangepast aan wisselende omstandigheden: de celopbouw en celmetabolisme is
zeer complex. Nadeel: veel structuren, eiwitnetwerken en daardoor soms te complex.
Geconserveerd: overal aanwezig en belangrijk
Hoe zijn levende cellen ontstaan?
1. Leven kan zich aanpassen aan veranderende omstandigheden door een proces van
mutatie en selectie
o Microben die worden gekweekt in een test buis en passen zich voortdurend
aan (parallel: aanpassing tijdens leven)
2. Alle huidige organismen stammen af van gezamenlijke voorouders
o Geologie
o Verwantschap in erfelijke eigenschappen (DNA) en andere principes
(vormen)
o Bouwplan eukaryoten (symbiosetheorie)
3. Alle leven is ontstaan uit organische moleculen in een levenloze oersoep (geen
argumenten) > waarom niet?
De eerste cellen waren veel eenvoudiger: Organismen zijn gaan samenleven en hebben taken
verdeeld (symbiose, organellen)
1
,Theorieën:
- Een mitochondrion wordt omring door membraanstructuren (een prokaryote cel die
zijn opgenomen door een pre-eukaryoot).
- De evolutiesnelheid van organismen: eukaryoten delen het langzaamste dus sommige
elementen lijken biochemisch nog steeds op oude toestand.
Grote uitdaging voor biologie: tot +/- 4000.000.000 jaar terugkijken door vergelijken alle nu
bestaande organismen: genoommateriaal, biochemische processen, cel opbouw
Tentamenvraag: welk onderdeel uit de volgende lijst is niet aanwezig in een bacterieel?
- DNA
- Citroenzuurcyclus
- Mitochondrion (past niet in een bacterie)
- Ribosoom
- Dubbele laag fosfolipiden
Powerpoint 2
Geschiedenis van de celbiologie
Eerste celbioloog: van Leeuwenhoek
- Ontdekking microscoop met een vergroting van 200 maal
- Vele soorten eencelligen en zelfs bacteriën
Vervolgens vonden er ontwikkeling plaats betreft lichtmicroscoop. In 1850 konden ze alles
zien wat we tegenwoordig ook zien (houtvaten).
Nadeel lichtmicroscopie:
- resolutie is beperkt (200 x 200 x 300 nm). Dit is niet te verbeteren, omdat resolutie
wordt beperkt door de golflengte. Oplossing: microscopen m.b.v. fluorescentie
- oplossend vermogen gelimiteerd door de golflengte.
1930: ontwikkeling elektronen microscoop (Knoll). De resolutie is hierbij niet beperkt door
de golflengte. In plaats van glazen lenzen zijn er magneten die de golf afbuigen. Er zijn echter
wel andere beperkende factoren:
- Elektronen kunnen zich moeilijk door water bewegen: voorafgaand water
verwijderen (cel zal dood zijn en de structuren veranderen door afwezigheid water)
Schaal voor microscopie: Je kunt niet oneindig inzoomen tot een bepaalde grootte door de
steeds grotere hoeveelheid elektronen die wordt toegevoegd. Kleiner dan een resolutie van
200 nm zul je niet meer zien met een lichtmicroscoop > met een elektronenmicroscoop wel of
lichtmicroscoop zonder water
Gebruik van modellen om cellen te bestuderen:
- celkweek na behandeling weefsel met protease. Nadeel: cellen gedragen zich
onnatuurlijk
- lagere organisme met doorzichtig lichaam. Nadeel: in sommige medische en
farmaceutische aspecten moeilijk te vergelijken
- zoogdier model organisme. Nadeel: erg moeilijk en ethische problemen
Bij een fluorescentie microscoop maak je gebruik van fluorescente
stoffen. Je kunt deze stoffen vaak koppelen aan een andere stof (DNA,
RNA etc) en daardoor maak je ze fluorescent. Nadeel: je ziet alleen de
elementen die je fluorescent hebt gemaakt, de andere elementen niet;
bij de visualisatie wordt er gebruik gemaakt van zeep > cel dood
Ontdekking: groen fluorescent eiwit (kwallen met dit eiwit geven
groen licht af)
2
, College 2 (20 november): Geschiedenis microscopie en voorbeelden toepassingen
Lichtgevende eigenschappen is gebaseerd op twee eiwitten:
- Aequorin (bevat een co-factor) > straalt blauw licht uit
- Ca3-Aequorin-coelenterazine > straalt groen licht uit
o Betacan (betabarrel) door beta-strands in eiwit structuur
Er zijn in de loop van de jaren verschillende GFP kleurvarianten ontwikkeld
GFP is het groene fluoresenctie principe
Toepassingen van fluorescente eiwitten:
- Artistieke toepassingen
- Promotor analyse m.b.v genetische manipulatie
- Expressie van GFP in bodembacteriën onder bepaalde omstandigheden (infectie
visualiseren)
- Gebruik van GFP om schimmels te volgen (ontwikkeling)
- Gebruik van GFP om processen van virussen te volgen
- Maken van transgene organismen (speciale vergunning)
o Bestuderen van ziekten
o Medicijnenonderzoek
o Celniveau: zichtbaar maken van afweer, voedsel, embryo, zenuwuitlopers
- GFP als moleculaire sensor bestaande uit drie stukken: betacan, octide, calmoduline.
Het eiwit functioneerd niet meer, maar na binding calcium veranderd calmoduline
van conformatie waardoor een M13 peptide kan binden > eiwit wordt heel en
fluorescentie zal functioneren
-
Tentamenvraag: in plaats van dat gen x wordt vervangen door een GFP gen, wordt het
gefuseerd. Er ontstaat een fusiegen van GFP en genX, waardoor later een fusie-eiwit ontstaat.
In sommige gevallen functioneert het eiwit niet meer nadat het heeft
gefuseerd met GFP, in de meeste gevallen echter wel. Als het niet werkt,
kan het GFP ook nog op verschillende plekken worden geplaats (midden,
uiteinde etc) waardoor het eiwit zijn functie zal behouden.
Toepassingen van fusie-eiwit
- De expressie van een eiwit bestuderen
- Visualiseren van een eiwit (analyse membraaneiwitten,
individuele moleculen detecteren) in een levend organisme
- Werking van een eiwit bestuderen
Nobelprijs voor single molecule microscopie: Donut of Darkness: met een andere soort lazer
worden moleculen donker gemaakt. In het midden van het molecuul ontstaan moleculen die
niet donker zijn gemaakt, die m.b.v een andere lazer bestudeerd kunnen worden. Voordeel:
door combinatie van twee lasers ontstaan er resoluties tot 5 nm
Calcium is een belangrijke signaalstof bij het denken in de hersenen.
Met behulp van single molecule microscopie (met GFP)
- Calcium kan gemeten worden
- Voordelen ten opzichten van MRI:
o Gevoeliger
o Kan al met MRI (niet gevoelig genoeg, niet single molecule microscopie,
MRI ontzettend duur
3
Powerpoint 1
Wat is een levende cel? Alles wat wij zien als leven bestaat uit delende cellen (eerste
definitie)
o Beschrijvende definitie (wat noemen wij nu een levende cel?)
o Filosofische definitie (moet een levend wezen uit cellen bestaan?
o Exacte verklaring (benodigde mechanismen, hoe is het leven chemisch
ontstaan?
Biologie bevindt zich tussen de beschrijvende definitie en de exacte verklaring, omdat een
heleboel niet bekend is.
Cellen kunnen zich delen: In gist kunnen cellen zich ontzettend snel delen totdat het voedsel
op is. Om te bepalen of een cel dood is moet je uitsluiten dat het voedselvoorraad voldoende
is.
Virussen (infecteren andere cellen) kunnen zich niet delen. Virussen kunnen relatief groot
zijn. Virussen zijn afhankelijk van ander leven. Zo was het eerste leven veel eenvoudiger dan
de huidige complexe virussen.
Wat zijn algemene principes van het leven?
- Cellen zijn veelvormig: vorm zegt niet veel over complexiteit
- Cellen kunnen bewegen (dynamiek): chemische reacties m.b.v energie. Zowel meer-
of enkelvoudige cellen hebben dezelfde ontwikkeling (celdeling).
- Cellen kunnen differentieren: sommige kunnen zich vervolgens nooit meer delen.
Zodra een cel niet meer kan delen, vinden er nog steeds veel dynamische processen
plaats in het organisme, waardoor hij in leven blijft.
- Cellen zijn intern dynamisch: moleculaire gecontroleerde actieve stromingen (kost
energie).
- Cellen kunnen dood gaan of zich in een slaaptoestand bevinden (slijtage; apoptose
(geprogrammeerde celdood): zeer belangrijke principe in meercellige organismen)
Apoptose: gereguleerd, geen troep achter en daardoor goed te bestuderen
Cellen zijn aangepast aan wisselende omstandigheden: de celopbouw en celmetabolisme is
zeer complex. Nadeel: veel structuren, eiwitnetwerken en daardoor soms te complex.
Geconserveerd: overal aanwezig en belangrijk
Hoe zijn levende cellen ontstaan?
1. Leven kan zich aanpassen aan veranderende omstandigheden door een proces van
mutatie en selectie
o Microben die worden gekweekt in een test buis en passen zich voortdurend
aan (parallel: aanpassing tijdens leven)
2. Alle huidige organismen stammen af van gezamenlijke voorouders
o Geologie
o Verwantschap in erfelijke eigenschappen (DNA) en andere principes
(vormen)
o Bouwplan eukaryoten (symbiosetheorie)
3. Alle leven is ontstaan uit organische moleculen in een levenloze oersoep (geen
argumenten) > waarom niet?
De eerste cellen waren veel eenvoudiger: Organismen zijn gaan samenleven en hebben taken
verdeeld (symbiose, organellen)
1
,Theorieën:
- Een mitochondrion wordt omring door membraanstructuren (een prokaryote cel die
zijn opgenomen door een pre-eukaryoot).
- De evolutiesnelheid van organismen: eukaryoten delen het langzaamste dus sommige
elementen lijken biochemisch nog steeds op oude toestand.
Grote uitdaging voor biologie: tot +/- 4000.000.000 jaar terugkijken door vergelijken alle nu
bestaande organismen: genoommateriaal, biochemische processen, cel opbouw
Tentamenvraag: welk onderdeel uit de volgende lijst is niet aanwezig in een bacterieel?
- DNA
- Citroenzuurcyclus
- Mitochondrion (past niet in een bacterie)
- Ribosoom
- Dubbele laag fosfolipiden
Powerpoint 2
Geschiedenis van de celbiologie
Eerste celbioloog: van Leeuwenhoek
- Ontdekking microscoop met een vergroting van 200 maal
- Vele soorten eencelligen en zelfs bacteriën
Vervolgens vonden er ontwikkeling plaats betreft lichtmicroscoop. In 1850 konden ze alles
zien wat we tegenwoordig ook zien (houtvaten).
Nadeel lichtmicroscopie:
- resolutie is beperkt (200 x 200 x 300 nm). Dit is niet te verbeteren, omdat resolutie
wordt beperkt door de golflengte. Oplossing: microscopen m.b.v. fluorescentie
- oplossend vermogen gelimiteerd door de golflengte.
1930: ontwikkeling elektronen microscoop (Knoll). De resolutie is hierbij niet beperkt door
de golflengte. In plaats van glazen lenzen zijn er magneten die de golf afbuigen. Er zijn echter
wel andere beperkende factoren:
- Elektronen kunnen zich moeilijk door water bewegen: voorafgaand water
verwijderen (cel zal dood zijn en de structuren veranderen door afwezigheid water)
Schaal voor microscopie: Je kunt niet oneindig inzoomen tot een bepaalde grootte door de
steeds grotere hoeveelheid elektronen die wordt toegevoegd. Kleiner dan een resolutie van
200 nm zul je niet meer zien met een lichtmicroscoop > met een elektronenmicroscoop wel of
lichtmicroscoop zonder water
Gebruik van modellen om cellen te bestuderen:
- celkweek na behandeling weefsel met protease. Nadeel: cellen gedragen zich
onnatuurlijk
- lagere organisme met doorzichtig lichaam. Nadeel: in sommige medische en
farmaceutische aspecten moeilijk te vergelijken
- zoogdier model organisme. Nadeel: erg moeilijk en ethische problemen
Bij een fluorescentie microscoop maak je gebruik van fluorescente
stoffen. Je kunt deze stoffen vaak koppelen aan een andere stof (DNA,
RNA etc) en daardoor maak je ze fluorescent. Nadeel: je ziet alleen de
elementen die je fluorescent hebt gemaakt, de andere elementen niet;
bij de visualisatie wordt er gebruik gemaakt van zeep > cel dood
Ontdekking: groen fluorescent eiwit (kwallen met dit eiwit geven
groen licht af)
2
, College 2 (20 november): Geschiedenis microscopie en voorbeelden toepassingen
Lichtgevende eigenschappen is gebaseerd op twee eiwitten:
- Aequorin (bevat een co-factor) > straalt blauw licht uit
- Ca3-Aequorin-coelenterazine > straalt groen licht uit
o Betacan (betabarrel) door beta-strands in eiwit structuur
Er zijn in de loop van de jaren verschillende GFP kleurvarianten ontwikkeld
GFP is het groene fluoresenctie principe
Toepassingen van fluorescente eiwitten:
- Artistieke toepassingen
- Promotor analyse m.b.v genetische manipulatie
- Expressie van GFP in bodembacteriën onder bepaalde omstandigheden (infectie
visualiseren)
- Gebruik van GFP om schimmels te volgen (ontwikkeling)
- Gebruik van GFP om processen van virussen te volgen
- Maken van transgene organismen (speciale vergunning)
o Bestuderen van ziekten
o Medicijnenonderzoek
o Celniveau: zichtbaar maken van afweer, voedsel, embryo, zenuwuitlopers
- GFP als moleculaire sensor bestaande uit drie stukken: betacan, octide, calmoduline.
Het eiwit functioneerd niet meer, maar na binding calcium veranderd calmoduline
van conformatie waardoor een M13 peptide kan binden > eiwit wordt heel en
fluorescentie zal functioneren
-
Tentamenvraag: in plaats van dat gen x wordt vervangen door een GFP gen, wordt het
gefuseerd. Er ontstaat een fusiegen van GFP en genX, waardoor later een fusie-eiwit ontstaat.
In sommige gevallen functioneert het eiwit niet meer nadat het heeft
gefuseerd met GFP, in de meeste gevallen echter wel. Als het niet werkt,
kan het GFP ook nog op verschillende plekken worden geplaats (midden,
uiteinde etc) waardoor het eiwit zijn functie zal behouden.
Toepassingen van fusie-eiwit
- De expressie van een eiwit bestuderen
- Visualiseren van een eiwit (analyse membraaneiwitten,
individuele moleculen detecteren) in een levend organisme
- Werking van een eiwit bestuderen
Nobelprijs voor single molecule microscopie: Donut of Darkness: met een andere soort lazer
worden moleculen donker gemaakt. In het midden van het molecuul ontstaan moleculen die
niet donker zijn gemaakt, die m.b.v een andere lazer bestudeerd kunnen worden. Voordeel:
door combinatie van twee lasers ontstaan er resoluties tot 5 nm
Calcium is een belangrijke signaalstof bij het denken in de hersenen.
Met behulp van single molecule microscopie (met GFP)
- Calcium kan gemeten worden
- Voordelen ten opzichten van MRI:
o Gevoeliger
o Kan al met MRI (niet gevoelig genoeg, niet single molecule microscopie,
MRI ontzettend duur
3
