Celbiologie I (M. Baes)
H1: DE STRUCTURELE ORGANISATIE VAN CELLEN
1.1 SOORTEN CELLEN EN EVOLUTIE
PROKARYOTEN <-> EUKARYOTEN
- geen kern - celkern
- geen organellen - verschillende organellen
- geen cytoskelet - cytoskelet (vorm, beweeglijkheid en transport)
- één circulair DNA molecule - circulair-/lineair DNA
- celwand - celmembraan, soms celwand (plantencellen)
- eencellig (wel groepjes/ketens) - een-/meercellig
-> ARCHAEBACTERIËN: extreme omstandigheden (bv. gisten), meer verwant met eukaryoten
-> EUBACTERIËN: onschadelijke en ziekmakende bacteriën in ons lichaam
EVOLUTIE CELTYPES
Associatie prokaryoot + voorloper eukaryoot -> 3 celtypes
Argumenten:
- mitochondriën en chloroplasten zijn even groot en gelijken op bacteriën
- hebben eigen DNA en ribosomen, vermeerderen door te delen
- lijken meer op bacteriën dan eukaryoten
MICROBIOOM
= bacteriën in ons lichaam -> oorzaak bepaalde ziekten/stress/slaapkwaliteit/…
MULTICELLULAIRE ORGANISMEN
- Eencelligen eukaryoten vormen kolonies/cel-aggregaten -> ontstaan taakverdeling -> multicellulaire dieren en planten
- Menselijk lichaam: 200 verschillende celtypes (epitheel-, bind-, spier-, zenuwweefsel en bloed)
1.2 COMPARTIMENTALISATIE VAN EUKARYOTEN
Het zijn geen verschillende entiteiten, maar ze communiceren op verschillende wijzen met elkaar.
bv. contactplaats ER en mitochondriën -> lipiden transfereren
VOORDELEN: NADELEN:
- biochemische omzettingen in optimale pH - transport eiwitten, enzymen…
- reacties op bepaalde plaats - doorlaatbaarheid membranen
- reacties in twee richtingen afgescheiden van elkaar
VERSCHILLENDE STRUCTUREN:
PLASMAMEMBRAAN
- flexibele barrière die bestaat uit fosfolipiden, eiwitten en cholesterol
- midden is hydrofoob -> enkel apolair O2 en N2, sommige hormonen en kleine moleculen kunnen erdoor diffunderen
- transportmechanismen voor grotere moleculen
- wel permeabel voor H2O -> cel in hypotoon milieu zal barsten
-> cel in hypertoon milieu zal krimpen
CELWAND
- dierlijke cel: aaneenschakeling suikermoleculen en korte peptiden
- plantencel: cellulose, polysachariden en eiwitten
- functies: permeabel voor meeste moleculen, stevigheid en voorkomt barsten van cel in hypotoon milieu -> druk = turgor
1
,CYTOSOL
- waterig milieu waarin de celorganellen zich bevinden (gelachtig)
- ribosomen (RNA + eiwitten) -> synthese van eiwitten
KERN
- grootste organel, dubbel membraan (nucleaire enveloppe)
- kernporiën: transport tussen cytosol en kernvocht
- DNA omgeven door eiwitten -> replicatie en transcriptie
- nucleolus: geen membraan, aanmaak ribosomen
MITOCHONDRIËN
- netwerkvorming: splitsen (fissie) en fusioneren -> inhoud uitwisselen
- dubbel membraan, inkepingen binnenste membraan = cristae -> oppervlaktevergroting
cristae
- mitochondriaal DNA
matrix
- functies: synthese ATP (energievoorraad), Krebs cyclus, afbraak vetzuren, stikstofmetabolisme en
apoptose (geprogrammeerde celdood)
(p13)
CHLOROPLASTEN
- in plantencellen en algen, bevatten eigen DNA
- dubbelmembraan + thylakoid membraan -> 3 compartimenten (stroma, p14)
ENDOPLASTMATISCH RETICULUM
- netwerk van membranen die een lumen omgeven
- RER: ribosomen -> eiwitsynthese
- ER: lipidenmetabolisme
GOLGI-APPARAAT
- bestaat uit opeengestapelde langwerpige platen
- cis-Golgi (zijde dichtst bij ER) en trans-Golgi
- functie: eiwitten modificeren en sorteren -> eiwitten blijven ter plaatse, worden opgenomen in lysosomen of getransporteerd
LYSOSOMEN
- vesikels die afsplitsen van het GA
- functie: transport en afbraak van oude celcomponenten/externe substanties
- bevatten afbraakenzymen (DNA, RNA, eiwitten, suikers en lipiden) -> pH = 5 (zuur) pH(cytosol) = 7,4 --> extra beveiliging
PEROXISOMEN/MICROBODIES
- enkelvoudig membraan, variërende functies
- in menselijke cel: lipidenmetabolisme en metabolisme van reactieve zuurstofradicalen
- Patiënt met syndroom van Zellweger of Cerebro-hepato-renaal syndroom -> peroxisomen functioneren niet
CYTOSKELET
- functie: stevigheid en beweging mogelijk maken
- 3 structuren: microfilamenten/actinefilamenten, intermediaire filamenten en microtubuli
H2: DE CHEMIE VAN HET LEVEN
2.1 BIO-ELEMENTEN
- Chemische reacties in levende organisme zijn onderhevig aan temperatuur en waterig milieu.
- belangrijkste elementen: C (basiselement), N, O en H
- sporenelementen: Fe, Zn, Mn, Se…
- 4 belangrijke families van organische moleculen:
Monomeer (bouwsteen) Polymeer
Suikers Polysachariden
Vetzuren Lipiden
Aminozuren Eiwitten
Nucleotiden Nucleïnezuren
2.2 BELANGRIJKSTE SOORTEN KOOLSTOFVERBINDINGEN
1. KOOLWATERSTOFFEN
- (on)vertakte ketens of cyclische structuren
- enkelvoudige- (verzadigde) of dubbele bindingen
- alternerende dubbele bindingen -> resonantiestabilisatie of aromatische ringen
2
, 2. FUNCTIONELE GROEPEN MET ZUURSTOF
A. B. C. D. E.
A. alcohol: -OH (hydroxylgroep)
B. keton: C=O (carbonylgroep
C. aldehyde: C=O (carbonylgroep)
D. carbonzuur: -COOH (carboxylgroep)
E. carbonzuur + alcohol --> ester + H20
3. FUNCTIONELE GROEPEN MET STIKSTOF
amines: base (= protonacceptor) carbonzuur + amine --> amide + H20 N in ringstructuur (bv. cytosine)
4. VERBINDINGEN MET FOSFOR
fosfaat: PO43-
fosfaatesters:
fosfaat + carboxylgroep --> zuur anhydride: fosfaat + fosfaatgroep --> ATP:
2.3 WATER IS HET MEEST VOORKOMENDE MOLECULE IN BIOLOGISCH MATERIAAL
- 70% H20
- netwerk o.b.v. partiële ladingen O en H -> waterstofbruggen (4 per molecule)
-> reden vloeibaarheid water bij kamertemperatuur
- in ijs: permanente H-bruggen
2.4 SOORTEN CHEMISCHE BINDINGEN IN LEVENDE MATERIE
COVALENTE BINDING
- elektronen delen, 1 van elk atoom of 2 van één van de atomen
- polaire covalente binding indien ∆EN
IONISCHE BINDING -> elektronenoverdracht
WATERSTOFBRUGGEN
- niet alleen tussen watermoleculen
- kracht van de binding is klein, wel veel tegelijk -> belangrijke invloed, bv. in DNA
- bv. tussen twee onderdelen van een eiwit
VAN DER WAALS INTERACTIES
- vorm van elektrische attractie die tot stand komt wanneer twee atomen dicht bij elkaar komen
- aantrekking wordt groter tot op bepaald punt = Van der Waals-/optimaal punt
HYDROFOBE INTERACTIES
- niet polaire molecule in water brengen -> structuur wordt verstoord, streeft naar zo gunstig mogelijke energie. De moleculen
worden tot elkaar aangetrokken, om zo een stabieler systeem te maken. (bv. in membranen)
WERKING VAN EEN CEL
- gebaseerd op niet-covalente interacties tussen moleculen -> tijdelijke bindingen
- hydrofiele moleculen: bv. RNA, DNA, suikers en de meeste eiwitten
- hydrofobe moleculen: bv. koolwaterstofketens -> opbouw van membranen
3
H1: DE STRUCTURELE ORGANISATIE VAN CELLEN
1.1 SOORTEN CELLEN EN EVOLUTIE
PROKARYOTEN <-> EUKARYOTEN
- geen kern - celkern
- geen organellen - verschillende organellen
- geen cytoskelet - cytoskelet (vorm, beweeglijkheid en transport)
- één circulair DNA molecule - circulair-/lineair DNA
- celwand - celmembraan, soms celwand (plantencellen)
- eencellig (wel groepjes/ketens) - een-/meercellig
-> ARCHAEBACTERIËN: extreme omstandigheden (bv. gisten), meer verwant met eukaryoten
-> EUBACTERIËN: onschadelijke en ziekmakende bacteriën in ons lichaam
EVOLUTIE CELTYPES
Associatie prokaryoot + voorloper eukaryoot -> 3 celtypes
Argumenten:
- mitochondriën en chloroplasten zijn even groot en gelijken op bacteriën
- hebben eigen DNA en ribosomen, vermeerderen door te delen
- lijken meer op bacteriën dan eukaryoten
MICROBIOOM
= bacteriën in ons lichaam -> oorzaak bepaalde ziekten/stress/slaapkwaliteit/…
MULTICELLULAIRE ORGANISMEN
- Eencelligen eukaryoten vormen kolonies/cel-aggregaten -> ontstaan taakverdeling -> multicellulaire dieren en planten
- Menselijk lichaam: 200 verschillende celtypes (epitheel-, bind-, spier-, zenuwweefsel en bloed)
1.2 COMPARTIMENTALISATIE VAN EUKARYOTEN
Het zijn geen verschillende entiteiten, maar ze communiceren op verschillende wijzen met elkaar.
bv. contactplaats ER en mitochondriën -> lipiden transfereren
VOORDELEN: NADELEN:
- biochemische omzettingen in optimale pH - transport eiwitten, enzymen…
- reacties op bepaalde plaats - doorlaatbaarheid membranen
- reacties in twee richtingen afgescheiden van elkaar
VERSCHILLENDE STRUCTUREN:
PLASMAMEMBRAAN
- flexibele barrière die bestaat uit fosfolipiden, eiwitten en cholesterol
- midden is hydrofoob -> enkel apolair O2 en N2, sommige hormonen en kleine moleculen kunnen erdoor diffunderen
- transportmechanismen voor grotere moleculen
- wel permeabel voor H2O -> cel in hypotoon milieu zal barsten
-> cel in hypertoon milieu zal krimpen
CELWAND
- dierlijke cel: aaneenschakeling suikermoleculen en korte peptiden
- plantencel: cellulose, polysachariden en eiwitten
- functies: permeabel voor meeste moleculen, stevigheid en voorkomt barsten van cel in hypotoon milieu -> druk = turgor
1
,CYTOSOL
- waterig milieu waarin de celorganellen zich bevinden (gelachtig)
- ribosomen (RNA + eiwitten) -> synthese van eiwitten
KERN
- grootste organel, dubbel membraan (nucleaire enveloppe)
- kernporiën: transport tussen cytosol en kernvocht
- DNA omgeven door eiwitten -> replicatie en transcriptie
- nucleolus: geen membraan, aanmaak ribosomen
MITOCHONDRIËN
- netwerkvorming: splitsen (fissie) en fusioneren -> inhoud uitwisselen
- dubbel membraan, inkepingen binnenste membraan = cristae -> oppervlaktevergroting
cristae
- mitochondriaal DNA
matrix
- functies: synthese ATP (energievoorraad), Krebs cyclus, afbraak vetzuren, stikstofmetabolisme en
apoptose (geprogrammeerde celdood)
(p13)
CHLOROPLASTEN
- in plantencellen en algen, bevatten eigen DNA
- dubbelmembraan + thylakoid membraan -> 3 compartimenten (stroma, p14)
ENDOPLASTMATISCH RETICULUM
- netwerk van membranen die een lumen omgeven
- RER: ribosomen -> eiwitsynthese
- ER: lipidenmetabolisme
GOLGI-APPARAAT
- bestaat uit opeengestapelde langwerpige platen
- cis-Golgi (zijde dichtst bij ER) en trans-Golgi
- functie: eiwitten modificeren en sorteren -> eiwitten blijven ter plaatse, worden opgenomen in lysosomen of getransporteerd
LYSOSOMEN
- vesikels die afsplitsen van het GA
- functie: transport en afbraak van oude celcomponenten/externe substanties
- bevatten afbraakenzymen (DNA, RNA, eiwitten, suikers en lipiden) -> pH = 5 (zuur) pH(cytosol) = 7,4 --> extra beveiliging
PEROXISOMEN/MICROBODIES
- enkelvoudig membraan, variërende functies
- in menselijke cel: lipidenmetabolisme en metabolisme van reactieve zuurstofradicalen
- Patiënt met syndroom van Zellweger of Cerebro-hepato-renaal syndroom -> peroxisomen functioneren niet
CYTOSKELET
- functie: stevigheid en beweging mogelijk maken
- 3 structuren: microfilamenten/actinefilamenten, intermediaire filamenten en microtubuli
H2: DE CHEMIE VAN HET LEVEN
2.1 BIO-ELEMENTEN
- Chemische reacties in levende organisme zijn onderhevig aan temperatuur en waterig milieu.
- belangrijkste elementen: C (basiselement), N, O en H
- sporenelementen: Fe, Zn, Mn, Se…
- 4 belangrijke families van organische moleculen:
Monomeer (bouwsteen) Polymeer
Suikers Polysachariden
Vetzuren Lipiden
Aminozuren Eiwitten
Nucleotiden Nucleïnezuren
2.2 BELANGRIJKSTE SOORTEN KOOLSTOFVERBINDINGEN
1. KOOLWATERSTOFFEN
- (on)vertakte ketens of cyclische structuren
- enkelvoudige- (verzadigde) of dubbele bindingen
- alternerende dubbele bindingen -> resonantiestabilisatie of aromatische ringen
2
, 2. FUNCTIONELE GROEPEN MET ZUURSTOF
A. B. C. D. E.
A. alcohol: -OH (hydroxylgroep)
B. keton: C=O (carbonylgroep
C. aldehyde: C=O (carbonylgroep)
D. carbonzuur: -COOH (carboxylgroep)
E. carbonzuur + alcohol --> ester + H20
3. FUNCTIONELE GROEPEN MET STIKSTOF
amines: base (= protonacceptor) carbonzuur + amine --> amide + H20 N in ringstructuur (bv. cytosine)
4. VERBINDINGEN MET FOSFOR
fosfaat: PO43-
fosfaatesters:
fosfaat + carboxylgroep --> zuur anhydride: fosfaat + fosfaatgroep --> ATP:
2.3 WATER IS HET MEEST VOORKOMENDE MOLECULE IN BIOLOGISCH MATERIAAL
- 70% H20
- netwerk o.b.v. partiële ladingen O en H -> waterstofbruggen (4 per molecule)
-> reden vloeibaarheid water bij kamertemperatuur
- in ijs: permanente H-bruggen
2.4 SOORTEN CHEMISCHE BINDINGEN IN LEVENDE MATERIE
COVALENTE BINDING
- elektronen delen, 1 van elk atoom of 2 van één van de atomen
- polaire covalente binding indien ∆EN
IONISCHE BINDING -> elektronenoverdracht
WATERSTOFBRUGGEN
- niet alleen tussen watermoleculen
- kracht van de binding is klein, wel veel tegelijk -> belangrijke invloed, bv. in DNA
- bv. tussen twee onderdelen van een eiwit
VAN DER WAALS INTERACTIES
- vorm van elektrische attractie die tot stand komt wanneer twee atomen dicht bij elkaar komen
- aantrekking wordt groter tot op bepaald punt = Van der Waals-/optimaal punt
HYDROFOBE INTERACTIES
- niet polaire molecule in water brengen -> structuur wordt verstoord, streeft naar zo gunstig mogelijke energie. De moleculen
worden tot elkaar aangetrokken, om zo een stabieler systeem te maken. (bv. in membranen)
WERKING VAN EEN CEL
- gebaseerd op niet-covalente interacties tussen moleculen -> tijdelijke bindingen
- hydrofiele moleculen: bv. RNA, DNA, suikers en de meeste eiwitten
- hydrofobe moleculen: bv. koolwaterstofketens -> opbouw van membranen
3
