Biochemie en moleculaire biologie BWC1
Hoofdstuk 1: introductie celbiologie
Korte geschiedenis van de celtheorie
Historisch overzicht
- Robert Hooke (1665): cellula (kamertje): 30x vergroting
- Antonie van Leeuwenhoek (eind 17e eeuw): zag voor het eerst levende cellen: 300x
vergroting.
- Rond 1830: 1 µm onderscheidbaar: microscopen met twee lenzen (oogdeel en objectief)
- 1838: Matthias Schleiden: alle planten bestaan uit cellen.
- 1839: Theodor Schwann: alle dieren bestaan uit cellen.
De celtheorie, Schwann, 1839
1. Alle organismen bestaan uit één of meerdere cellen.
2. De cel is de basiseenheid van het leven.
3. Alle cellen ontstaan uit andere cellen (omnis cellula e cellula)
(1855).
Diversiteit in vorm en grootte
Ontstaan van de moderne celbiologie
- Cytologie: beschrijving van celstructuur en organellen (optische technieken)
- Biochemie: chemie van de cel (macromoleculen + bouwstenen), metabolisme,
signaaltransductie
- Genetica: erfelijke informatie (DNA)
Cytologische streng: microscopie
Algemeen
Lichtbron (of elektronenbundel), specimen, serieel georganiseerde lenzen (of elektromagnetisch veld)
Principe
Een beeld wordt gevormd doordat het specimen de fysische karakteristieken van een fotonen- of
elektronenbundel wijzigt.
De graad van interactie tussen de ‘lichtbron’ en het specimen hangt af van het verband tussen de
grootte van het object en de golflengte van de ‘lichtbron’.
Resolutie
Hoe ver moeten objecten gescheiden zijn om ze afzonderlijk waar te nemen? Resolutie is recht
evenredig met de golflengte van de lichtbron.
Lichtmicroscopie: > 200 nm (vergroting: < 1000x)
Elektronenmicroscopie: > 0,2 – 2 nm (vergroting: 100 000x)
Oog: > 0,2 mm
1
,Lichtmicroscopie
Helderveld-microscopie
weinig contrast omdat meeste cellen geen kleur hebben. Eventueel fixatie, kleuring (→ dood)
Fase-contrast en differentiële interferentie-contrast microscopie
contrast verhoogt door verschillen in dikte en refractie-index (maat van verandering van snelheid van
licht) in verschillende regio’s van de cel te exploiteren (levende cellen).
Fluorescentie microscopie
- fluorescentie: absorptie UV en emissie zichtbaar licht
- kan de aanwezigheid van specifieke moleculen detecteren.
- fluorescente ‘probes’: gelabelde antilichamen, fluorescente kleurstoffen (vb.
DAPI), van nature fluorescente eiwitten (vb. GFP, phalloidin)
Confocale microscopie
een laser verlicht telkens één vlak van een fluorescent gemerkt specimen: structuren in
het midden van een weefsel kunnen onderscheiden worden van degene eronder en
erboven.
Key technique: het gebruik van antilichamen
primaire immunofluorescentie
Secundaire immunoflurescentie
2
,Elektronenmicroscopie
- Transmissie elektronen-microscopie (TEM): elektronen gaan doorheen het specimen.
- Scanning elektronen-microscopie (SEM): de oppervlakte van het specimen wordt gescand
door detectie van elektronen die terugkaatsen van de oppervlakte.
Biochemische streng
- Fredrich Wöhler (chemist, 1828): ureum kan worden gesynthetiseerd in vitro uitgaande van
ammonium cyanaat = bio-chemisch.
- Louis Pasteur (chemist, bioloog, 1860): gist zet glucose om in ethanol.
- Buchners (bacteriologen, 1897): gistextracten doen hetzelfde; biokatalysatoren aanwezig =
enzymen (‘zyme’ = gist)
- Embden, Meyerhof, Warburg, Krebs (interbellum): individuele stappen van de glycolyse en
de citroenzuurcyclus werden beschreven
- Lipmann: ATP is de belangrijkste drager van energie
Genetische streng
- Gregor Mendel (1866) legt de wetmatigheden van erfelijkheid bloot.
- 1900: Chromosomen als dragers van het erfelijk materiaal
- Friedrich Miescher (1869): isoleert DNA (nuclein).
- DNA: component van chromosomen (1914), opgebouwd uit 4 nucleotiden (1930)
- DNA: drager van erfelijk materiaal (1940)
- 1953: Watson and Crick beschrijven de dubbel-helix structuur van DNA.
- 1960s: ontrafeling van de genetische code
3
, Wetenschappelijke methode
- Feiten zijn waar tot het tegendeel wordt bewezen.
- Hypothese (model)
Testen van hypothese (in vitro, in vivo, in silico)
Slechts 1 variabele (temperatuur, mutant, specifieke inhibitor, …)
Hypothese → theorie (celtheorie, evolutietheorie) → wet
Gebruik van isotopen om metabole paden te ontrafelen
Isotopen
- zelfde aantal protonen (p), verschillend aantal neutronen (n) vb. 13C, 15N, 18O, 2H, 14C, ….
- zelfde chemische eigenschappen
- radio isotoop vs stabiele isotoop
- natuurlijke abundantie
toepassing: opvolgen van atoom in component doorheen reeks chemische reacties
detectie: NMR, MS, α, β, γ counter
Hoe weten we wat we weten?
Modelorgansimen
4
Hoofdstuk 1: introductie celbiologie
Korte geschiedenis van de celtheorie
Historisch overzicht
- Robert Hooke (1665): cellula (kamertje): 30x vergroting
- Antonie van Leeuwenhoek (eind 17e eeuw): zag voor het eerst levende cellen: 300x
vergroting.
- Rond 1830: 1 µm onderscheidbaar: microscopen met twee lenzen (oogdeel en objectief)
- 1838: Matthias Schleiden: alle planten bestaan uit cellen.
- 1839: Theodor Schwann: alle dieren bestaan uit cellen.
De celtheorie, Schwann, 1839
1. Alle organismen bestaan uit één of meerdere cellen.
2. De cel is de basiseenheid van het leven.
3. Alle cellen ontstaan uit andere cellen (omnis cellula e cellula)
(1855).
Diversiteit in vorm en grootte
Ontstaan van de moderne celbiologie
- Cytologie: beschrijving van celstructuur en organellen (optische technieken)
- Biochemie: chemie van de cel (macromoleculen + bouwstenen), metabolisme,
signaaltransductie
- Genetica: erfelijke informatie (DNA)
Cytologische streng: microscopie
Algemeen
Lichtbron (of elektronenbundel), specimen, serieel georganiseerde lenzen (of elektromagnetisch veld)
Principe
Een beeld wordt gevormd doordat het specimen de fysische karakteristieken van een fotonen- of
elektronenbundel wijzigt.
De graad van interactie tussen de ‘lichtbron’ en het specimen hangt af van het verband tussen de
grootte van het object en de golflengte van de ‘lichtbron’.
Resolutie
Hoe ver moeten objecten gescheiden zijn om ze afzonderlijk waar te nemen? Resolutie is recht
evenredig met de golflengte van de lichtbron.
Lichtmicroscopie: > 200 nm (vergroting: < 1000x)
Elektronenmicroscopie: > 0,2 – 2 nm (vergroting: 100 000x)
Oog: > 0,2 mm
1
,Lichtmicroscopie
Helderveld-microscopie
weinig contrast omdat meeste cellen geen kleur hebben. Eventueel fixatie, kleuring (→ dood)
Fase-contrast en differentiële interferentie-contrast microscopie
contrast verhoogt door verschillen in dikte en refractie-index (maat van verandering van snelheid van
licht) in verschillende regio’s van de cel te exploiteren (levende cellen).
Fluorescentie microscopie
- fluorescentie: absorptie UV en emissie zichtbaar licht
- kan de aanwezigheid van specifieke moleculen detecteren.
- fluorescente ‘probes’: gelabelde antilichamen, fluorescente kleurstoffen (vb.
DAPI), van nature fluorescente eiwitten (vb. GFP, phalloidin)
Confocale microscopie
een laser verlicht telkens één vlak van een fluorescent gemerkt specimen: structuren in
het midden van een weefsel kunnen onderscheiden worden van degene eronder en
erboven.
Key technique: het gebruik van antilichamen
primaire immunofluorescentie
Secundaire immunoflurescentie
2
,Elektronenmicroscopie
- Transmissie elektronen-microscopie (TEM): elektronen gaan doorheen het specimen.
- Scanning elektronen-microscopie (SEM): de oppervlakte van het specimen wordt gescand
door detectie van elektronen die terugkaatsen van de oppervlakte.
Biochemische streng
- Fredrich Wöhler (chemist, 1828): ureum kan worden gesynthetiseerd in vitro uitgaande van
ammonium cyanaat = bio-chemisch.
- Louis Pasteur (chemist, bioloog, 1860): gist zet glucose om in ethanol.
- Buchners (bacteriologen, 1897): gistextracten doen hetzelfde; biokatalysatoren aanwezig =
enzymen (‘zyme’ = gist)
- Embden, Meyerhof, Warburg, Krebs (interbellum): individuele stappen van de glycolyse en
de citroenzuurcyclus werden beschreven
- Lipmann: ATP is de belangrijkste drager van energie
Genetische streng
- Gregor Mendel (1866) legt de wetmatigheden van erfelijkheid bloot.
- 1900: Chromosomen als dragers van het erfelijk materiaal
- Friedrich Miescher (1869): isoleert DNA (nuclein).
- DNA: component van chromosomen (1914), opgebouwd uit 4 nucleotiden (1930)
- DNA: drager van erfelijk materiaal (1940)
- 1953: Watson and Crick beschrijven de dubbel-helix structuur van DNA.
- 1960s: ontrafeling van de genetische code
3
, Wetenschappelijke methode
- Feiten zijn waar tot het tegendeel wordt bewezen.
- Hypothese (model)
Testen van hypothese (in vitro, in vivo, in silico)
Slechts 1 variabele (temperatuur, mutant, specifieke inhibitor, …)
Hypothese → theorie (celtheorie, evolutietheorie) → wet
Gebruik van isotopen om metabole paden te ontrafelen
Isotopen
- zelfde aantal protonen (p), verschillend aantal neutronen (n) vb. 13C, 15N, 18O, 2H, 14C, ….
- zelfde chemische eigenschappen
- radio isotoop vs stabiele isotoop
- natuurlijke abundantie
toepassing: opvolgen van atoom in component doorheen reeks chemische reacties
detectie: NMR, MS, α, β, γ counter
Hoe weten we wat we weten?
Modelorgansimen
4
