Celbiologie
HOOFDSTUK 1 – BWC4
DE CEL ALS BASISEENHEID VAN LEVENDE WEZENS
Leerresultaten
De verschillende levensdomeinen (eukarya, bacteria, archae) onderscheiden op
basis van (sub)cellulaire kenmerken
Onderscheid maken tussen cellulaire levensvormen en virussen
De cellulaire dimensie (= micrometerschaal) begrijpen
De cellulaire architectuur (plasmamembraan, kern, cytoplasma) kennen
De belangrijkste celorganellen herkennen aan de hand van
(elektron)microscopische kenmerken
4.1 DE OORSPRONG VAN DE EERSTE CELLEN
Ontstaan van cellulair leven (tijdlijn)
4,6 miljard jaar geleden
Ontstaan van planeet aarde
Prebiotisch: eenvoudige organische moleculen (bv aminozuren)
Prebiotisch: macromoleculen (bv RNA, eiwitten)
Prebiotisch: macromoleculen als informatiedrager + vermenigvuldiging
Initieel een ‘RNA wereld’
Oercellen: macromoleculen worden ingesloten in een membraan
4 miljard jaar geleden
4.2 BASISEIGENSCHAPPEN VAN CELLEN
Cellulaire evolutie
Elke cel op aarde kan je in een van volgende drie domeinen toewijzen:
- Bacteria -> kleine unicellaire organismen
- Archaea (leven in zeer extreme levensomstandigheden) -> kleine unicellaire
organismen zonder kern
- Eukarya -> zoogdieren, planten
Bacteriën en archae vormen samen de prokaryoten.
Deze drie levensdomeinen vertonen onderling gelijkenissen en verschillen. (zie tabel
4.1)
Maar wat maakt nu het onderscheid tussen de drie? De samenstelling van de
ribosomen en het aantal
ribosomale eiwitten is in elke categorie anders. Dat is ook het kenmerk dat ze
gebruiken om een cel onder
te verdelen.
Indeling van cellen op basis van …
> Moleculaire samenstelling
- DNA en RNA
, - Eiwitten
- Suikers
- Lipiden
> Morfologie
- Groot, klein, bol, kubus, vertakt, …
> Functie
- Contractie, secretie, communicatie, metabolisme, afweer, informatieverwerking,
…
(tabel 4.1)
Algemene eigenschap: celgrootte
=> Cellen zijn typisch micrometer orde (m)
Waarom micrometer schaal?
- Oppervlakte/volume verhouding: capaciteit van membraantransport
> volume van de cel: hoe groter de cel, hoe meer moleculen uitgewisseld
moeten worden
> oppervlakte van de cel: bepaalt de transportcapaciteit voor uitwisseling met
extracellulaire ruimte
+ bepaalt de communicatiecapaciteit met signaalmoleculen, naburige cellen,
…
=> Een grotere cel heeft een kleinere A/V: proportioneel een kleinere
transportcapaciteit in
vergelijking met de cellulaire nood. Met de micrometerschaal hebben we een
goed evenwicht.
De capaciteit van membraantransport kan vergroot worden door uitstulpingen of
microvilli.
- Diffusiesnelheid van moleculen: verspreiding van moleculen in de cel
Moleculen in het cytoplasma bewegen door diffusie
> Dit is een passief proces: van hoge naar lage concentratie
> Hoe groter de afstand, hoe groter de diffusietijd
Met t = diffusietijd
X = de verplaatsing
D = de diffusiecoëfficient (afhankelijk van de
grootte van het molecule)
- Voldoende hoge concentraties van moleculen: snelheid van enzymatische
reacties
Vergelijking van bacteria en archaea vs. eukarya
Bacteria en Archae: Eukarya:
- Geen membraanomgeven kern - Membraanomgeven kern
- Circulair DNA (nucleoid; geen histonen) - Lineair DNA
(chromosomen; histonen)
- Expressie: beperkte mRNA processing - Expressie: uitgebreide
mRNA processing
, - Geen membraanomgeven organellen - ER, Golgi, lysosomen,
peroxisomen, …
- Geen intracellulaire vesikels - intracellulaire vesikels voor
vesiculair
transport tussen organellen of
met het
plasmamembraan (exo- en
endocytose)
indeling van de eukaryote cel
Compartimenten van een typische dierlijke cel
- Plasmamembraan
- Membraanomgeven kern
- Cytoplasma = het interne volume van de cel, behalve de kern
> Cytosol: semifluide vloeistof
> Organellen: compartimenten met specifieke functies
> Cytoskelet
4.3 OVERZICHT VAN DE EUKARYOTE CEL: STRUCTUUR EN FUNCTIE
Het plasmamembraan (BWC7)
= de grens tussen het intracellulair en extracellulair comportiment
Samenstelling: membraanlipiden die een dubbellaag vormen + membraaneiwitten
De kern (BWC18)
-> bevat DNA, chromosomen, chromatione in interfase
=> omgeven door een kernenveloppe met een dubbel membraan en kernporiën (voor
transport)
> in de nucleoli: rRNA synthese (transcriptie) + ribosoom assemblage
Mitochondria
-> plaats van energiesynthese
=> dubbel membraan, matrix, cristae of instulpingen (oppervlaktevergroting)
> functie: cellulaire ademhaling (synthese van ATP)
Het endomembraansysteem
= het geheel van een dynamisch systeem van membraanomgeven compartimenten
die met elkaar in
verbinding staan via vesiculair transport
- Endoplasmatisch reticulum
- Golgi apparaat
- Secretorische vesikels
- Endosomen
- Lysosomen
-> Twee belangrijke functionele transportroutes: secretorische route (ofwel eiwitten en
lipiden afgeven) en
endocytotische route (materiaal opnemen in de cel om af te breken)
Endoplasmatisch reticulum
Structuur
- Netwerk verspreid over ganse cytoplasma
, - Omgeven door enkelvoudige membraan
> Membraan is continu met het buitenste membraan van de kernenveloppe
> Lumen: interne ruimte omgeven door ER membraan
Twee functionele types
- Ruw ER: bekleed met ribosomen
> Synthese van membraaneiwitten en secretorische/luminale eiwitten
secretorische route
- Glad ER: zonder ribosomen
> Synthese van lipiden en steroiden
> Detoxificatiereacties: inactivering van toxische stoffen
> Opslagplaats van Ca2+ signaaltransductie
> Metabolisme
Golgi apparaat
Structuur
- Stapel van cisternae = platte vesikels met enkele membraan
- Perinucleair gelegen
- Onderverdeling in cis-, mediaal- en trans-Golgi
Functie
- Onderdeel van secretorische route
- Modificering van secretorische en membraaneiwitten
Voorbeeld: afwerken van glycosylering
- Sortering van eiwitten in functie van bestemming: plasmamembraan,
endosomen, lysosomen
Secretorische route
1. Ruw ER
Synthese van secretorische/luminale eiwitten en membraaneiwitten +
modificatie
2. Golgi complex
Modificatie van eiwitten en sortering van eiwitten
3. Secretorische vesikels
Opslag en transport van eiwitten
4. Plasmamembraan
Exocytosis: afgave van eiwitten in extracellulaire ruimte of aan
plasmamembraan
5. Endolysomaal compartiment
Lysosoom
Structuur
- Vesikels met enkelvoudige membraan
- Lumen
> pH: 4,5 (in cytosol: pH: 7,2) -> bevat zure hydrolasen
Functie
- Eindpunt van endocytotische en (auto)fagocytotische route
- Afbraak van DNA, RNA, eiwitten, lipiden, suikers,…
- Metabole sensor van de cel
Peroxisoom
Structuur
- Vesikels met enkele membraan
HOOFDSTUK 1 – BWC4
DE CEL ALS BASISEENHEID VAN LEVENDE WEZENS
Leerresultaten
De verschillende levensdomeinen (eukarya, bacteria, archae) onderscheiden op
basis van (sub)cellulaire kenmerken
Onderscheid maken tussen cellulaire levensvormen en virussen
De cellulaire dimensie (= micrometerschaal) begrijpen
De cellulaire architectuur (plasmamembraan, kern, cytoplasma) kennen
De belangrijkste celorganellen herkennen aan de hand van
(elektron)microscopische kenmerken
4.1 DE OORSPRONG VAN DE EERSTE CELLEN
Ontstaan van cellulair leven (tijdlijn)
4,6 miljard jaar geleden
Ontstaan van planeet aarde
Prebiotisch: eenvoudige organische moleculen (bv aminozuren)
Prebiotisch: macromoleculen (bv RNA, eiwitten)
Prebiotisch: macromoleculen als informatiedrager + vermenigvuldiging
Initieel een ‘RNA wereld’
Oercellen: macromoleculen worden ingesloten in een membraan
4 miljard jaar geleden
4.2 BASISEIGENSCHAPPEN VAN CELLEN
Cellulaire evolutie
Elke cel op aarde kan je in een van volgende drie domeinen toewijzen:
- Bacteria -> kleine unicellaire organismen
- Archaea (leven in zeer extreme levensomstandigheden) -> kleine unicellaire
organismen zonder kern
- Eukarya -> zoogdieren, planten
Bacteriën en archae vormen samen de prokaryoten.
Deze drie levensdomeinen vertonen onderling gelijkenissen en verschillen. (zie tabel
4.1)
Maar wat maakt nu het onderscheid tussen de drie? De samenstelling van de
ribosomen en het aantal
ribosomale eiwitten is in elke categorie anders. Dat is ook het kenmerk dat ze
gebruiken om een cel onder
te verdelen.
Indeling van cellen op basis van …
> Moleculaire samenstelling
- DNA en RNA
, - Eiwitten
- Suikers
- Lipiden
> Morfologie
- Groot, klein, bol, kubus, vertakt, …
> Functie
- Contractie, secretie, communicatie, metabolisme, afweer, informatieverwerking,
…
(tabel 4.1)
Algemene eigenschap: celgrootte
=> Cellen zijn typisch micrometer orde (m)
Waarom micrometer schaal?
- Oppervlakte/volume verhouding: capaciteit van membraantransport
> volume van de cel: hoe groter de cel, hoe meer moleculen uitgewisseld
moeten worden
> oppervlakte van de cel: bepaalt de transportcapaciteit voor uitwisseling met
extracellulaire ruimte
+ bepaalt de communicatiecapaciteit met signaalmoleculen, naburige cellen,
…
=> Een grotere cel heeft een kleinere A/V: proportioneel een kleinere
transportcapaciteit in
vergelijking met de cellulaire nood. Met de micrometerschaal hebben we een
goed evenwicht.
De capaciteit van membraantransport kan vergroot worden door uitstulpingen of
microvilli.
- Diffusiesnelheid van moleculen: verspreiding van moleculen in de cel
Moleculen in het cytoplasma bewegen door diffusie
> Dit is een passief proces: van hoge naar lage concentratie
> Hoe groter de afstand, hoe groter de diffusietijd
Met t = diffusietijd
X = de verplaatsing
D = de diffusiecoëfficient (afhankelijk van de
grootte van het molecule)
- Voldoende hoge concentraties van moleculen: snelheid van enzymatische
reacties
Vergelijking van bacteria en archaea vs. eukarya
Bacteria en Archae: Eukarya:
- Geen membraanomgeven kern - Membraanomgeven kern
- Circulair DNA (nucleoid; geen histonen) - Lineair DNA
(chromosomen; histonen)
- Expressie: beperkte mRNA processing - Expressie: uitgebreide
mRNA processing
, - Geen membraanomgeven organellen - ER, Golgi, lysosomen,
peroxisomen, …
- Geen intracellulaire vesikels - intracellulaire vesikels voor
vesiculair
transport tussen organellen of
met het
plasmamembraan (exo- en
endocytose)
indeling van de eukaryote cel
Compartimenten van een typische dierlijke cel
- Plasmamembraan
- Membraanomgeven kern
- Cytoplasma = het interne volume van de cel, behalve de kern
> Cytosol: semifluide vloeistof
> Organellen: compartimenten met specifieke functies
> Cytoskelet
4.3 OVERZICHT VAN DE EUKARYOTE CEL: STRUCTUUR EN FUNCTIE
Het plasmamembraan (BWC7)
= de grens tussen het intracellulair en extracellulair comportiment
Samenstelling: membraanlipiden die een dubbellaag vormen + membraaneiwitten
De kern (BWC18)
-> bevat DNA, chromosomen, chromatione in interfase
=> omgeven door een kernenveloppe met een dubbel membraan en kernporiën (voor
transport)
> in de nucleoli: rRNA synthese (transcriptie) + ribosoom assemblage
Mitochondria
-> plaats van energiesynthese
=> dubbel membraan, matrix, cristae of instulpingen (oppervlaktevergroting)
> functie: cellulaire ademhaling (synthese van ATP)
Het endomembraansysteem
= het geheel van een dynamisch systeem van membraanomgeven compartimenten
die met elkaar in
verbinding staan via vesiculair transport
- Endoplasmatisch reticulum
- Golgi apparaat
- Secretorische vesikels
- Endosomen
- Lysosomen
-> Twee belangrijke functionele transportroutes: secretorische route (ofwel eiwitten en
lipiden afgeven) en
endocytotische route (materiaal opnemen in de cel om af te breken)
Endoplasmatisch reticulum
Structuur
- Netwerk verspreid over ganse cytoplasma
, - Omgeven door enkelvoudige membraan
> Membraan is continu met het buitenste membraan van de kernenveloppe
> Lumen: interne ruimte omgeven door ER membraan
Twee functionele types
- Ruw ER: bekleed met ribosomen
> Synthese van membraaneiwitten en secretorische/luminale eiwitten
secretorische route
- Glad ER: zonder ribosomen
> Synthese van lipiden en steroiden
> Detoxificatiereacties: inactivering van toxische stoffen
> Opslagplaats van Ca2+ signaaltransductie
> Metabolisme
Golgi apparaat
Structuur
- Stapel van cisternae = platte vesikels met enkele membraan
- Perinucleair gelegen
- Onderverdeling in cis-, mediaal- en trans-Golgi
Functie
- Onderdeel van secretorische route
- Modificering van secretorische en membraaneiwitten
Voorbeeld: afwerken van glycosylering
- Sortering van eiwitten in functie van bestemming: plasmamembraan,
endosomen, lysosomen
Secretorische route
1. Ruw ER
Synthese van secretorische/luminale eiwitten en membraaneiwitten +
modificatie
2. Golgi complex
Modificatie van eiwitten en sortering van eiwitten
3. Secretorische vesikels
Opslag en transport van eiwitten
4. Plasmamembraan
Exocytosis: afgave van eiwitten in extracellulaire ruimte of aan
plasmamembraan
5. Endolysomaal compartiment
Lysosoom
Structuur
- Vesikels met enkelvoudige membraan
- Lumen
> pH: 4,5 (in cytosol: pH: 7,2) -> bevat zure hydrolasen
Functie
- Eindpunt van endocytotische en (auto)fagocytotische route
- Afbraak van DNA, RNA, eiwitten, lipiden, suikers,…
- Metabole sensor van de cel
Peroxisoom
Structuur
- Vesikels met enkele membraan
