Celbiologie
Hoofdstuk 1: Oorsprong van het leven
INLEIDING
● ‘wat is leven’ → geen eenvoudig antwoord
- ‘Leven is een speciale vorm van materie, die in een bepaald stadium tijdens
de historische ontwikkeling ontstaan is’
- ‘Het levende onderscheidt zich van het levenloze door zijn organisatie, zijn
chemische samenstelling, zijn werking en zijn vermogen tot voortplanten’
(C. Bernard, 1813-1878)
● algemene eigenschappen leven:
- cellulaire organisatie: alle organismen zijn samengesteld uit 1 of meerdere
cellen
- groei & metabolisme: alle levende wezens nemen energie op & gebruiken
deze voor gecontroleerde groei
- voortplanting
- homeostasis: evenwicht van interne orde, door het reageren op inwendige en
uitwendige prikkels
- erfelijkheid: adaptatie/evolutie
(! probleem virussen: bestaan uit DNA of RNA, maar geen cellulaire structuur, groeien niet,
planten zich niet zelfstandig voort)
● panspermieleer = hypothese die stelt dat de oorsprong v/h leven ontstaan is op
andere planeten
UNIEKE EIGENSCHAPPEN VAN KOOLSTOF
● C,H,O,N,P,S,Ca = 92% v/d levende materie
● C (koolstof) → belangrijke rol:
- groot bindingsvermogen met andere elementen (heteronuclear) & zichzelf
(homonuclear) dmv. covalente bindingen
= basis voor leven op aarde
WAAR KOMT ACTIEF LEVEN VOOR
● biosfeer = dunne mantel tussen ca. 11 km onder en 9 km boven het zeeniveau
(ook niet-actieve (ingekapselde) levensvormen hier buiten)
● water in vloeibare toestand
→ spin van onze aarde is snel genoeg zodat de nachtelijke afkoeling niet te
aanzienlijk is
,EXTREMOFIELEN
= levensvormen in extreme omstandigheden (>< mesofielen)
● barofielen = extreme druk voorwaarden (bv: diepzee)
● halofiele = extreem hoge zoutconcentraties
● acidofielen & alkalofielen = extreme pH voorwaarden (zeer zuur of zeer alkalisch)
● thermofielen = extreem hoge temperaturen
● psychrofielen = extreem lage temperaturen
KOSMISCHE EVOLUTIE - PREBIOTISCHE ERA
● 4.6 miljard jaar geleden: ontstaan Aarde & andere hemellichamen
→ afkoeling gassen tot vloeibare massa
→ hoge druk: grootste deel blijft vloeibaar, enkel dunne korst stolt tot vast gesteente
● condensatie van waterdamp: aanhoudende stormen
→ enorme energie-ontlading dmv. bliksem
→ regen erodeert korst → oplossing van mineralen in de oceaan
● afkoeling aarde: vrijkomen van gassen & materiaal-uitstoot door vulkanen
→ ontstaan wolk rond Aarde vastgehouden door zwaartekracht → eerste atmosfeer
- atmosfeer = water (H2O), stikstof (N2), koolstofdioxide (CO2), waterstof (H2),
methaan (CH4), ammoniak (NH3), waterstofsulfide (H2S)
● geen vrije zuurstof aanwezig: zeer reactief → reageert onmiddellijk met H2 om H2O te
vormen & met aardkorst om silicaten enz. te vormen
→ gedurende 1 miljard jaar = prebiotische era (reducerende atmosfeer)
CHEMISCHE EVOLUTIE
Ontstaan belangrijke moleculen
● voor ozonlaag Aarde beschermde tegen UV-straling: zeer sterke flux van UV-energie
→ moleculen reageren tot vorming van eenvoudige organische verbindingen
- blauwzuur (HCN)
- formaldehyde (HCOH)
→ overvloedige energie werd vastgelegd onder de vorm van chemische energie
● 1953: belangrijk experiment Miller & Urey
= reactieprocessen van de vroege atmosfeer werden nagebootst
(2 kamers):
- bovenste = nabootsing oeratmosfeer
- onderste = nabootsing zeeën
- 2 elektroden: elektrische vonken door
gasmengeling = nabootsing bliksem
=> resultaat: 15% v/h methaangas was terug te
vinden in complexere moleculen (bv: aminozuren)
,Ontstaan eerste cellen
● vele moleculen eigenschap om zich in water te verzamelen → microsferen
● oplossing van eiwitten & polysacchariden in water → stabiel druppels in 2 fasen:
- inwendige kern van eiwitten & polysacchariden
- rond kern: oplossing van eiwitten & polysacchariden in lagere concentratie
● coacervaten = microsferen met verschillende buiten- & binnenkant
- lipiden toegevoegd: vormen buitenste begrenzing, bestaande uit 2 lagen
- groeien door opname van moleculen
- doen aan knopvorming
- bevatten vaak enzymen
→ splitsen in nieuwe generaties met uiteenlopende eigenschappen → eigenschap
van erfelijkheid verworven → ontstaan eerste leven
ONTSTAAN EERSTE LEVENDE WEZENS
Generatio spontanea
● = levende wezens kunnen zich ontwikkelen uit levenloze materie
● synoniem: abiogenesis
Zelf-replicerende RNA moleculen
● replicators = structuren die zichzelf kunnen vermenigvuldigen
● RNA = eerste replicator
- zichzelf vermenigvuldigen
- katalytische werking
● in oersoep genoeg nucleotiden aanwezig zodat polymerisatie van nucleïnezuren kon
doorgaan → in oersoep eerder door onmogelijk door waterig mileu
→ wel in organische bezinksels in ondiepe uitgedroogde poeltjes
=> RNA wereld
● RNA kom eiwitten maken, maar eiwitten begonnen functies over te nemen van RNA
→ RNA onstabiel → stevigere vorm: DNA, nam genetische functie van RNA over
(DNA enkel in een stabiel hydrofoob milieu → DNA kon zich pas ontwikkelen als
cellen gevormd waren)
● LUCA (last universal common ancestor) = primitiefste cel waarbij genetische
informatie werd bewaard door DNA
De vroegste cellen
● -3.5 miljard jaar: eerste fossielen vondsten van eenvoudige cellen
→ prokaryoten (geen celkern) (nu: bacteriën) → enige levensvorm gedurende 2
miljard jaar
● sommige specialiseerde in methaanproductie = anaërobe bacteriën
→ essentiële componenten werden schaars in oersoep → noodzaak om zelf
substanties op te bouwen → fotosynthese
, ● fotosynthese = capteren van zonne-energie (adhv. pigmenten) om die te gebruiken
voor de omzetting H2O & CO2 in ATP met O2 als bijproduct
● Cyanobacteriën (= blauw-groenwieren): deden aan fotosynthese adhv. het pigment
chlorofyl
→ 3 miljard jaar geleden: overgang van reducerende naar oxiderende atmosfeer
- stromatolieten = gefossiliseerde kolonies cyanobacteriën
● opstapeling O2 → organismen passen zich aan en ontwikkelde respiratie
● ontstaan eukaryoten: 2 miljard jaar na prokaryoten
- kern met erfelijk materiaal
- complexere structuur → meer aanpassingen aan omgeving mogelijk
- specialisaties → grote verscheidenheid aan eencelligen → verenigen &
aggregeren → aanleiding tot meercelligen
Hoofdstuk 1: Oorsprong van het leven
INLEIDING
● ‘wat is leven’ → geen eenvoudig antwoord
- ‘Leven is een speciale vorm van materie, die in een bepaald stadium tijdens
de historische ontwikkeling ontstaan is’
- ‘Het levende onderscheidt zich van het levenloze door zijn organisatie, zijn
chemische samenstelling, zijn werking en zijn vermogen tot voortplanten’
(C. Bernard, 1813-1878)
● algemene eigenschappen leven:
- cellulaire organisatie: alle organismen zijn samengesteld uit 1 of meerdere
cellen
- groei & metabolisme: alle levende wezens nemen energie op & gebruiken
deze voor gecontroleerde groei
- voortplanting
- homeostasis: evenwicht van interne orde, door het reageren op inwendige en
uitwendige prikkels
- erfelijkheid: adaptatie/evolutie
(! probleem virussen: bestaan uit DNA of RNA, maar geen cellulaire structuur, groeien niet,
planten zich niet zelfstandig voort)
● panspermieleer = hypothese die stelt dat de oorsprong v/h leven ontstaan is op
andere planeten
UNIEKE EIGENSCHAPPEN VAN KOOLSTOF
● C,H,O,N,P,S,Ca = 92% v/d levende materie
● C (koolstof) → belangrijke rol:
- groot bindingsvermogen met andere elementen (heteronuclear) & zichzelf
(homonuclear) dmv. covalente bindingen
= basis voor leven op aarde
WAAR KOMT ACTIEF LEVEN VOOR
● biosfeer = dunne mantel tussen ca. 11 km onder en 9 km boven het zeeniveau
(ook niet-actieve (ingekapselde) levensvormen hier buiten)
● water in vloeibare toestand
→ spin van onze aarde is snel genoeg zodat de nachtelijke afkoeling niet te
aanzienlijk is
,EXTREMOFIELEN
= levensvormen in extreme omstandigheden (>< mesofielen)
● barofielen = extreme druk voorwaarden (bv: diepzee)
● halofiele = extreem hoge zoutconcentraties
● acidofielen & alkalofielen = extreme pH voorwaarden (zeer zuur of zeer alkalisch)
● thermofielen = extreem hoge temperaturen
● psychrofielen = extreem lage temperaturen
KOSMISCHE EVOLUTIE - PREBIOTISCHE ERA
● 4.6 miljard jaar geleden: ontstaan Aarde & andere hemellichamen
→ afkoeling gassen tot vloeibare massa
→ hoge druk: grootste deel blijft vloeibaar, enkel dunne korst stolt tot vast gesteente
● condensatie van waterdamp: aanhoudende stormen
→ enorme energie-ontlading dmv. bliksem
→ regen erodeert korst → oplossing van mineralen in de oceaan
● afkoeling aarde: vrijkomen van gassen & materiaal-uitstoot door vulkanen
→ ontstaan wolk rond Aarde vastgehouden door zwaartekracht → eerste atmosfeer
- atmosfeer = water (H2O), stikstof (N2), koolstofdioxide (CO2), waterstof (H2),
methaan (CH4), ammoniak (NH3), waterstofsulfide (H2S)
● geen vrije zuurstof aanwezig: zeer reactief → reageert onmiddellijk met H2 om H2O te
vormen & met aardkorst om silicaten enz. te vormen
→ gedurende 1 miljard jaar = prebiotische era (reducerende atmosfeer)
CHEMISCHE EVOLUTIE
Ontstaan belangrijke moleculen
● voor ozonlaag Aarde beschermde tegen UV-straling: zeer sterke flux van UV-energie
→ moleculen reageren tot vorming van eenvoudige organische verbindingen
- blauwzuur (HCN)
- formaldehyde (HCOH)
→ overvloedige energie werd vastgelegd onder de vorm van chemische energie
● 1953: belangrijk experiment Miller & Urey
= reactieprocessen van de vroege atmosfeer werden nagebootst
(2 kamers):
- bovenste = nabootsing oeratmosfeer
- onderste = nabootsing zeeën
- 2 elektroden: elektrische vonken door
gasmengeling = nabootsing bliksem
=> resultaat: 15% v/h methaangas was terug te
vinden in complexere moleculen (bv: aminozuren)
,Ontstaan eerste cellen
● vele moleculen eigenschap om zich in water te verzamelen → microsferen
● oplossing van eiwitten & polysacchariden in water → stabiel druppels in 2 fasen:
- inwendige kern van eiwitten & polysacchariden
- rond kern: oplossing van eiwitten & polysacchariden in lagere concentratie
● coacervaten = microsferen met verschillende buiten- & binnenkant
- lipiden toegevoegd: vormen buitenste begrenzing, bestaande uit 2 lagen
- groeien door opname van moleculen
- doen aan knopvorming
- bevatten vaak enzymen
→ splitsen in nieuwe generaties met uiteenlopende eigenschappen → eigenschap
van erfelijkheid verworven → ontstaan eerste leven
ONTSTAAN EERSTE LEVENDE WEZENS
Generatio spontanea
● = levende wezens kunnen zich ontwikkelen uit levenloze materie
● synoniem: abiogenesis
Zelf-replicerende RNA moleculen
● replicators = structuren die zichzelf kunnen vermenigvuldigen
● RNA = eerste replicator
- zichzelf vermenigvuldigen
- katalytische werking
● in oersoep genoeg nucleotiden aanwezig zodat polymerisatie van nucleïnezuren kon
doorgaan → in oersoep eerder door onmogelijk door waterig mileu
→ wel in organische bezinksels in ondiepe uitgedroogde poeltjes
=> RNA wereld
● RNA kom eiwitten maken, maar eiwitten begonnen functies over te nemen van RNA
→ RNA onstabiel → stevigere vorm: DNA, nam genetische functie van RNA over
(DNA enkel in een stabiel hydrofoob milieu → DNA kon zich pas ontwikkelen als
cellen gevormd waren)
● LUCA (last universal common ancestor) = primitiefste cel waarbij genetische
informatie werd bewaard door DNA
De vroegste cellen
● -3.5 miljard jaar: eerste fossielen vondsten van eenvoudige cellen
→ prokaryoten (geen celkern) (nu: bacteriën) → enige levensvorm gedurende 2
miljard jaar
● sommige specialiseerde in methaanproductie = anaërobe bacteriën
→ essentiële componenten werden schaars in oersoep → noodzaak om zelf
substanties op te bouwen → fotosynthese
, ● fotosynthese = capteren van zonne-energie (adhv. pigmenten) om die te gebruiken
voor de omzetting H2O & CO2 in ATP met O2 als bijproduct
● Cyanobacteriën (= blauw-groenwieren): deden aan fotosynthese adhv. het pigment
chlorofyl
→ 3 miljard jaar geleden: overgang van reducerende naar oxiderende atmosfeer
- stromatolieten = gefossiliseerde kolonies cyanobacteriën
● opstapeling O2 → organismen passen zich aan en ontwikkelde respiratie
● ontstaan eukaryoten: 2 miljard jaar na prokaryoten
- kern met erfelijk materiaal
- complexere structuur → meer aanpassingen aan omgeving mogelijk
- specialisaties → grote verscheidenheid aan eencelligen → verenigen &
aggregeren → aanleiding tot meercelligen
