4. Cells and organelles
4.1 Waar kwamen de eerste cellen vandaan?
Experimenteel bewijs à in 4 fases
1. Abiotisch (niet levende) synthese van simpele organische componenten, zoals
aminozuren en stikstofhoudende basen
2. Abiotische polymerisatie van die monomeren tot macromoleculen, zoals proteïnen en
nucleïnezuren
3. Opkomst van een macromoleculen dat is staat is om genetische info te dragen en te
repliceren
4. Inkapseling van deze ‘levende’ molecule in een membraan à eerste cel
Simpele organische moleculen hebben misschien abiotisch leven gevormd
Energie is nodig voor synthese van moleculen
à 2 vragen
- Waar kwam de energie van
- Van welk ruw materiaal werden moleculen gesynthetiseerd
Stanley Miller experiment
à Hypothese: elektrische energie van bliksem à productie van simpele organische
componenten
Experiment: gassen van vroege atmosfeer
- H2, CH4, NH3, H2O
à Na een week bekomt hij aminozuren glycine en alanine
RNA was misschien de eerste informatische molecule
Huidige cellen
à Informatie verloopt van DNA naar RNA
DNA kan niet reproduceren zonder RNA
à Wetenschappers denken dat RNA eerst was
Hoe replicatie zonder enzymen?
RNA kan vouwen à gelijkend op enzymen = biokatalysatoren
= Ribozymen
à Kunnen korte delen RNA synthetiseren
Liposomen waren misschien de eerste primitieve cellen
Aanwijzing à alle cellen zijn omgeven door dubbellaag membraan rond een waterig milieu
Gebruik maken van lipiden à wetenschappers proberen liposomen te maken
Liposoom = hol membraan omgeven vesikel die spontaan worden gevormd door lipiden in
water
27/09/19 Celbiologie II 1
,4.2 Eigenschappen en strategieën van cellen
Hoe functioneren cellen in hun specifieke context?
Door variaties in algemene karakteristieken
- Complexiteit
- Moleculaire componenten
DNA, RNA, eiwitten, suikers, lipiden
- Grootte en vorm
Bol, kubus, vertakt
- Specialisatie
Contractie, secretie, communicatie, metabolisme
Alle organismen zijn bacteria, archaea of eukaryoten
Klassieke opdeling
Prokaryoten ó eukaryoten
à Op basis van aan of afwezigheid van membraanomgeven kern
à Niet goed
- Te sterke nadruk op morfologisch kenmerk
- Geen rekening gehouden met complexiteit van prokaryoten
Huidige opdeling
- Bacteria
- Archaea
- Eukarya
à Op basis van ribosomen (grootte, aantal, type eiwitten)
à Fylogenie = studie afstammingsgeschiedenis
27/09/19 Celbiologie II 2
,Gemeenschappelijke voorouder = oercel
à Evolutie van alle levensvormen
Groen = archaea
Rood = eukarya
Blauw = bacteria
à Allemaal even verwant met oercel
Oercel = 4 . 109 jaar geleden ontstaan
Er zijn beperkingen in celgrootte
Celgrootte is enorme variant
à Sommige bacteriën 0,2 μm
à Sommige neuronen 1 m lang
Hoe groter de cel
- Hoe meer nood aan moleculen
- Hoe meer afvalstoffen
Algemeen
- Bacteriën en archaea à 1-5 μm
- Planten en dierencellen à 10-100 μm
Waarom zo klein?
1. Oppervlakte/volume verhouding
à Capaciteit van membraantransport
2. Diffusiesnelheid van moleculen
à Verspreiding in de cel
3. Voldoende hoge concentraties van moleculen
à Snelheid van enzymatische reacties
Oppervlakte/volume verhouding
Oppervlakte = nodig voor uitwisseling tussen intra en
extracellulair milieu
Volume à bepaald hoeveel voedingsstoffen er nodig zijn en
hoeveel afvalstoffen afgevoerd
27/09/19 Celbiologie II 3
, Oppervlakte van de cel à bepaald hoeveel stoffen uitgewisseld kunnen worden via
membraan (transportcapaciteit, communicatiecapaciteit)
DUS grotere cel à kleinere oppervlakte/volume verhouding
à Proportioneel kleinere transportcapaciteit
à Cellen zijn klein
Sommige cellen à op andere manieren membraantransport vergroten
à Door uitstulpingen
Microvilli in cellen met absorptiefunctie
- Darmepitheel, nierepitheel…
Diffusiesnelheid van moleculen
Moleculen in het cytoplasma bewegen door diffusie
= passief proces waarbij moleculen van hoge naar lage concentratie bewegen à neutraliteit
te bekomen
Hoe groter de cellen à hoe trager diffusie
! Significant voor macromoleculen à proteïnen en nucleïnezuren
Veel membranen van eukaryote cellen à speciale transporteiwitten
Sommige organismen
à Cytoplasmatische stroming (cyclosis genoemd bij plantencellen)
= Vorm van actief transport en mixen van cytoplasmatische inhoud
Andere cellen
à Bewegen moleculen in vesikels die getransporteerd worden door proteïnevezels in het
cytoplasma
ð In afwezigheid van deze mechanismen à cel is gelimiteerd door diffusiesnelheid
De nood aan behouden van voldoende hoge concentraties
Voldoende hoge concentratie à enzymen en belangrijke componenten
à Reagentia en enzymen = noodzakelijk voor elementaire chemische reacties in cel
Hoe hoger concentratie, hoe meer kans op succesvolle bindingen van reagentia op enzymen
Als de diameter verdubbeld à nood aan 8 keer hogere concentraties
Concentraties in stand houden bij grotere celvolumes
à Compartimentering van activiteiten d.m.v. celorganellen
Regio’s met hoge concentraties ionen, enzymen…
à Functionele specialisatie
27/09/19 Celbiologie II 4
4.1 Waar kwamen de eerste cellen vandaan?
Experimenteel bewijs à in 4 fases
1. Abiotisch (niet levende) synthese van simpele organische componenten, zoals
aminozuren en stikstofhoudende basen
2. Abiotische polymerisatie van die monomeren tot macromoleculen, zoals proteïnen en
nucleïnezuren
3. Opkomst van een macromoleculen dat is staat is om genetische info te dragen en te
repliceren
4. Inkapseling van deze ‘levende’ molecule in een membraan à eerste cel
Simpele organische moleculen hebben misschien abiotisch leven gevormd
Energie is nodig voor synthese van moleculen
à 2 vragen
- Waar kwam de energie van
- Van welk ruw materiaal werden moleculen gesynthetiseerd
Stanley Miller experiment
à Hypothese: elektrische energie van bliksem à productie van simpele organische
componenten
Experiment: gassen van vroege atmosfeer
- H2, CH4, NH3, H2O
à Na een week bekomt hij aminozuren glycine en alanine
RNA was misschien de eerste informatische molecule
Huidige cellen
à Informatie verloopt van DNA naar RNA
DNA kan niet reproduceren zonder RNA
à Wetenschappers denken dat RNA eerst was
Hoe replicatie zonder enzymen?
RNA kan vouwen à gelijkend op enzymen = biokatalysatoren
= Ribozymen
à Kunnen korte delen RNA synthetiseren
Liposomen waren misschien de eerste primitieve cellen
Aanwijzing à alle cellen zijn omgeven door dubbellaag membraan rond een waterig milieu
Gebruik maken van lipiden à wetenschappers proberen liposomen te maken
Liposoom = hol membraan omgeven vesikel die spontaan worden gevormd door lipiden in
water
27/09/19 Celbiologie II 1
,4.2 Eigenschappen en strategieën van cellen
Hoe functioneren cellen in hun specifieke context?
Door variaties in algemene karakteristieken
- Complexiteit
- Moleculaire componenten
DNA, RNA, eiwitten, suikers, lipiden
- Grootte en vorm
Bol, kubus, vertakt
- Specialisatie
Contractie, secretie, communicatie, metabolisme
Alle organismen zijn bacteria, archaea of eukaryoten
Klassieke opdeling
Prokaryoten ó eukaryoten
à Op basis van aan of afwezigheid van membraanomgeven kern
à Niet goed
- Te sterke nadruk op morfologisch kenmerk
- Geen rekening gehouden met complexiteit van prokaryoten
Huidige opdeling
- Bacteria
- Archaea
- Eukarya
à Op basis van ribosomen (grootte, aantal, type eiwitten)
à Fylogenie = studie afstammingsgeschiedenis
27/09/19 Celbiologie II 2
,Gemeenschappelijke voorouder = oercel
à Evolutie van alle levensvormen
Groen = archaea
Rood = eukarya
Blauw = bacteria
à Allemaal even verwant met oercel
Oercel = 4 . 109 jaar geleden ontstaan
Er zijn beperkingen in celgrootte
Celgrootte is enorme variant
à Sommige bacteriën 0,2 μm
à Sommige neuronen 1 m lang
Hoe groter de cel
- Hoe meer nood aan moleculen
- Hoe meer afvalstoffen
Algemeen
- Bacteriën en archaea à 1-5 μm
- Planten en dierencellen à 10-100 μm
Waarom zo klein?
1. Oppervlakte/volume verhouding
à Capaciteit van membraantransport
2. Diffusiesnelheid van moleculen
à Verspreiding in de cel
3. Voldoende hoge concentraties van moleculen
à Snelheid van enzymatische reacties
Oppervlakte/volume verhouding
Oppervlakte = nodig voor uitwisseling tussen intra en
extracellulair milieu
Volume à bepaald hoeveel voedingsstoffen er nodig zijn en
hoeveel afvalstoffen afgevoerd
27/09/19 Celbiologie II 3
, Oppervlakte van de cel à bepaald hoeveel stoffen uitgewisseld kunnen worden via
membraan (transportcapaciteit, communicatiecapaciteit)
DUS grotere cel à kleinere oppervlakte/volume verhouding
à Proportioneel kleinere transportcapaciteit
à Cellen zijn klein
Sommige cellen à op andere manieren membraantransport vergroten
à Door uitstulpingen
Microvilli in cellen met absorptiefunctie
- Darmepitheel, nierepitheel…
Diffusiesnelheid van moleculen
Moleculen in het cytoplasma bewegen door diffusie
= passief proces waarbij moleculen van hoge naar lage concentratie bewegen à neutraliteit
te bekomen
Hoe groter de cellen à hoe trager diffusie
! Significant voor macromoleculen à proteïnen en nucleïnezuren
Veel membranen van eukaryote cellen à speciale transporteiwitten
Sommige organismen
à Cytoplasmatische stroming (cyclosis genoemd bij plantencellen)
= Vorm van actief transport en mixen van cytoplasmatische inhoud
Andere cellen
à Bewegen moleculen in vesikels die getransporteerd worden door proteïnevezels in het
cytoplasma
ð In afwezigheid van deze mechanismen à cel is gelimiteerd door diffusiesnelheid
De nood aan behouden van voldoende hoge concentraties
Voldoende hoge concentratie à enzymen en belangrijke componenten
à Reagentia en enzymen = noodzakelijk voor elementaire chemische reacties in cel
Hoe hoger concentratie, hoe meer kans op succesvolle bindingen van reagentia op enzymen
Als de diameter verdubbeld à nood aan 8 keer hogere concentraties
Concentraties in stand houden bij grotere celvolumes
à Compartimentering van activiteiten d.m.v. celorganellen
Regio’s met hoge concentraties ionen, enzymen…
à Functionele specialisatie
27/09/19 Celbiologie II 4
