Hoofdstuk 1: inleiding A preview of the cell
The Cell Theory: A brief history
In het eerste hoofdstuk wordt er uit de doeken gedaan hoe de evolutie van de ontdekking van
de cel verliep (historisch kader). Wat de celtheorie precies inhoud en hoe de hedendaagse
moleculaire celbiologie ontstaan en geëvolueerd is.
1. Historisch kader:
- Robert Hooke (1665): cellula (kamertje): 30 x vergroting
- Antonie van Leeuwenhoek: 300 x vergroting, zag levende cellen
- Ca 1830: microscopen met twee lenzen (1μM)
- Matthias Schleiden: alle planten bestaan uit cellen
- Thomas/Theodor Schwann: alle dieren bestaan uit cellen
Resolutie: de afstand tussen twee punten waarop je ze nog kan onderscheiden van elkaar.
2. De Celtheorie:
- Alle organismen bestaan uit 1 of meerdere cellen
- De cel is de basiseenheid van het leven
- Alle cellen ontstaan uit andere cellen
Cellen komen voor in allerhande vormen, structuren, grotes. We werken met
modelorganismen omdat die gemakkelijk (gebruiksvriendelijk) zijn om mee te werken. Ze
krijgen zo bijvoorbeeld gemakkelijk nakomelingen… Dit wil dus helemaal niet zeggen dat
alle cellen altijd eenzelfde structuur hebben. Ze zijn zeer divers en dit meestal omdat ze
aangepast zijn aan hun levensomgeving en hun functie binnen een organisme.
The Emergence of Modern Cell Biology
1. Cytologie
Cytologie: beschrijving van celstructuur en organellen (optische technieken) m.b.v.
microscopen. Hoe zien cellen eruit?
Soorten microscopie:
Lichtmicroscopie
Invallend licht breken via lenzen en zo een voorwerp vergroot weergeven. Het oog heeft
een resolutie van 0.25 mm. Een lichtmicroscoop 0,25 micrometer. En kan een cel 1000x
vergroten.
, Hoe korter de golflengte is hoe groter de resolutie. Dit zie je op
onderstaande afbeelding. Hoe groter je het voorwerp maakt (bv. een
grote bal) met hoe meer golflengtes hij zal interfereren (inwerken op).
Maar als je een kleine bal hebt moet je zelf je golflengtes heel klein
maken zodat ook de kleine bal met heel wat golflengtes interfereert.
Daarnaast ontwikkelden men ook een belangrijke techniek om weefsel te
kunnen onderzoeken nl. Microtoom: Men maakt met een instrument zeer
fijne sneedjes van een stukje weefsel. Zo kon men heel duidelijk cellen
onderzoeken. Door deze technieken en betere lenzen kwam men tot de
fysische limiet die de golflengtes van het licht op legt om nog meer in
detail en met betere resolutie te kunnen kijken.
Helderveld-microscopie:
Men kijkt met wit licht naar een stuk weefsel gewonnen m.b.v. microtoom.
Het nadeel daarbij is dat het dood moet zijn en chemisch bewerkt om er echt
naar te kunnen kijken. Het heeft weinig contrast want de meeste cellen
hebben geen kleur. Daarom kleuren ze vaak de cellen.
Fase-contrast en differentiële interferentie-contrast microscopie:
Men vergroot de verschillen in de refractie-index. (= maat van de verandering van snelheid
van het licht).
Fluorescentie-microscopie:
Detecteren van fluorescente kleurstoffen. Het UV-licht wordt geabsorbeerd en zichtbaar licht
wordt uitgezonden. Een groot nadeel van deze soort microscopie is dat de kijker slechts
1stukje weefsel tegelijk kan bekijken want het GFP moet er doorlopen. Dit is een probleem
die ze oplossen met confocale microscopie.
Confocale microscopie:
Een laser verlicht een vlak van een fluorescent gemerkt specimen.
Elektronenmicroscopie (1930)
Lichtmicroscopie blijft toch altijd zitten met de limiet die resolutie oplegt door de
golflengte van zichtbaar licht. Elektronenmicroscopie omzeilt dat door te werken met
een bundel elektronen i.p.v. licht. Omdat de golflengte van de elektronenbundel zoveel
kleiner is dan dat van zichtbaar licht is de resolutie ook veel beter. Tot 0,1-0,2 nm.
Zo’n 100000x vergroten. De meeste microscopen kan je op twee manieren afstellen:
- TEM (transmissie elektronenmicroscopie) elektronen gaan door het specimen. (vlakke
structuren)
- SEM (scanning elektronenmicroscopie) de oppervlakte van het specimen wordt
gescand door detectie van elektronen die terugkaatsen van de oppervlakte. (3D)
Een nadeel van elektronenmicroscopie is dan wel weer dat je naar dood materiaal moet
kijken.
EX. Rangschik structuren van groot naar klein.
, 2. Biochemie
Biochemie: onderzoekt de chemie van de cel. Bekijkt de processen binnenin cellen zoals
metabolisme, signaaltransductie maar bestudeert ook macromoleculen,…
Hulpmiddelen:
- radioactieve isotopen = zelfde aantal protonen, verschillend aantal neutronen bv. C12
en C14 specifieke stoffen laten interageren in een proces en zo het verloop bepalen.
- Subcellulaire fractionatie-technieken bv. centrifuge
- Chromatografie = scheiding van biomoleculen op basis van grootte, lading of
affiniteit (sterkte van de binding) voor ligand. Bv. gelfiltratie (op basis van grootte en
vorm), ionenwisselaarschromatografie (lading), affiniteitschromatografie
- Elektroforese = scheiding in een elektrisch veld op basis van lading en/of grootte.
- Massaspectrometrie = precieze bepaling van de massa van moleculen.
3. Genetische streng
Genetica: efelijke informatie DNA
Hulpmiddelen:
- Hybridisatie
- Restrictie-enzymen
- Recombinant DNA technologie
- DNA sequentiebepaling
- Bio-informatica
Facts and the scientific Method
Modelorganismen
Ze worden gebruikt om dat ze handig zijn in omgang. Ze zijn gemakkelijk te manipuleren,
hebben heel rap nakomelingen, zijn eenduidige organismen….
We gebruiken ze om nieuwe hypothesen te testen.
! de voorbeelden kennen !
E.coli bacterie : onderzoek naar synthese van macromoleculen 4000 genen
Bakkersgist: onderzoek naar genen en celcyclus 6000 genen
->fluorescentie, ontdekken hoe cel wordt geregeld
Fruitvliegjes (drosophila): onderzoek naar de ontwikkelingsbiologie 13000 genen
-> werken met allerhande mutaties bv. facetogen
C.elegans (wormpje): onderzoek naar de ontwikkelingsbiologie 19000 genen
De rat: onderzoek naar humane pathologiën 25000 genen
-> groei van tumoren tegen gaan
Zandraket: onderzoek naar genetische manipulatie 25000 genen
De wetenschappelijke methode
1. Altijd vertrekken van een hypothese
The Cell Theory: A brief history
In het eerste hoofdstuk wordt er uit de doeken gedaan hoe de evolutie van de ontdekking van
de cel verliep (historisch kader). Wat de celtheorie precies inhoud en hoe de hedendaagse
moleculaire celbiologie ontstaan en geëvolueerd is.
1. Historisch kader:
- Robert Hooke (1665): cellula (kamertje): 30 x vergroting
- Antonie van Leeuwenhoek: 300 x vergroting, zag levende cellen
- Ca 1830: microscopen met twee lenzen (1μM)
- Matthias Schleiden: alle planten bestaan uit cellen
- Thomas/Theodor Schwann: alle dieren bestaan uit cellen
Resolutie: de afstand tussen twee punten waarop je ze nog kan onderscheiden van elkaar.
2. De Celtheorie:
- Alle organismen bestaan uit 1 of meerdere cellen
- De cel is de basiseenheid van het leven
- Alle cellen ontstaan uit andere cellen
Cellen komen voor in allerhande vormen, structuren, grotes. We werken met
modelorganismen omdat die gemakkelijk (gebruiksvriendelijk) zijn om mee te werken. Ze
krijgen zo bijvoorbeeld gemakkelijk nakomelingen… Dit wil dus helemaal niet zeggen dat
alle cellen altijd eenzelfde structuur hebben. Ze zijn zeer divers en dit meestal omdat ze
aangepast zijn aan hun levensomgeving en hun functie binnen een organisme.
The Emergence of Modern Cell Biology
1. Cytologie
Cytologie: beschrijving van celstructuur en organellen (optische technieken) m.b.v.
microscopen. Hoe zien cellen eruit?
Soorten microscopie:
Lichtmicroscopie
Invallend licht breken via lenzen en zo een voorwerp vergroot weergeven. Het oog heeft
een resolutie van 0.25 mm. Een lichtmicroscoop 0,25 micrometer. En kan een cel 1000x
vergroten.
, Hoe korter de golflengte is hoe groter de resolutie. Dit zie je op
onderstaande afbeelding. Hoe groter je het voorwerp maakt (bv. een
grote bal) met hoe meer golflengtes hij zal interfereren (inwerken op).
Maar als je een kleine bal hebt moet je zelf je golflengtes heel klein
maken zodat ook de kleine bal met heel wat golflengtes interfereert.
Daarnaast ontwikkelden men ook een belangrijke techniek om weefsel te
kunnen onderzoeken nl. Microtoom: Men maakt met een instrument zeer
fijne sneedjes van een stukje weefsel. Zo kon men heel duidelijk cellen
onderzoeken. Door deze technieken en betere lenzen kwam men tot de
fysische limiet die de golflengtes van het licht op legt om nog meer in
detail en met betere resolutie te kunnen kijken.
Helderveld-microscopie:
Men kijkt met wit licht naar een stuk weefsel gewonnen m.b.v. microtoom.
Het nadeel daarbij is dat het dood moet zijn en chemisch bewerkt om er echt
naar te kunnen kijken. Het heeft weinig contrast want de meeste cellen
hebben geen kleur. Daarom kleuren ze vaak de cellen.
Fase-contrast en differentiële interferentie-contrast microscopie:
Men vergroot de verschillen in de refractie-index. (= maat van de verandering van snelheid
van het licht).
Fluorescentie-microscopie:
Detecteren van fluorescente kleurstoffen. Het UV-licht wordt geabsorbeerd en zichtbaar licht
wordt uitgezonden. Een groot nadeel van deze soort microscopie is dat de kijker slechts
1stukje weefsel tegelijk kan bekijken want het GFP moet er doorlopen. Dit is een probleem
die ze oplossen met confocale microscopie.
Confocale microscopie:
Een laser verlicht een vlak van een fluorescent gemerkt specimen.
Elektronenmicroscopie (1930)
Lichtmicroscopie blijft toch altijd zitten met de limiet die resolutie oplegt door de
golflengte van zichtbaar licht. Elektronenmicroscopie omzeilt dat door te werken met
een bundel elektronen i.p.v. licht. Omdat de golflengte van de elektronenbundel zoveel
kleiner is dan dat van zichtbaar licht is de resolutie ook veel beter. Tot 0,1-0,2 nm.
Zo’n 100000x vergroten. De meeste microscopen kan je op twee manieren afstellen:
- TEM (transmissie elektronenmicroscopie) elektronen gaan door het specimen. (vlakke
structuren)
- SEM (scanning elektronenmicroscopie) de oppervlakte van het specimen wordt
gescand door detectie van elektronen die terugkaatsen van de oppervlakte. (3D)
Een nadeel van elektronenmicroscopie is dan wel weer dat je naar dood materiaal moet
kijken.
EX. Rangschik structuren van groot naar klein.
, 2. Biochemie
Biochemie: onderzoekt de chemie van de cel. Bekijkt de processen binnenin cellen zoals
metabolisme, signaaltransductie maar bestudeert ook macromoleculen,…
Hulpmiddelen:
- radioactieve isotopen = zelfde aantal protonen, verschillend aantal neutronen bv. C12
en C14 specifieke stoffen laten interageren in een proces en zo het verloop bepalen.
- Subcellulaire fractionatie-technieken bv. centrifuge
- Chromatografie = scheiding van biomoleculen op basis van grootte, lading of
affiniteit (sterkte van de binding) voor ligand. Bv. gelfiltratie (op basis van grootte en
vorm), ionenwisselaarschromatografie (lading), affiniteitschromatografie
- Elektroforese = scheiding in een elektrisch veld op basis van lading en/of grootte.
- Massaspectrometrie = precieze bepaling van de massa van moleculen.
3. Genetische streng
Genetica: efelijke informatie DNA
Hulpmiddelen:
- Hybridisatie
- Restrictie-enzymen
- Recombinant DNA technologie
- DNA sequentiebepaling
- Bio-informatica
Facts and the scientific Method
Modelorganismen
Ze worden gebruikt om dat ze handig zijn in omgang. Ze zijn gemakkelijk te manipuleren,
hebben heel rap nakomelingen, zijn eenduidige organismen….
We gebruiken ze om nieuwe hypothesen te testen.
! de voorbeelden kennen !
E.coli bacterie : onderzoek naar synthese van macromoleculen 4000 genen
Bakkersgist: onderzoek naar genen en celcyclus 6000 genen
->fluorescentie, ontdekken hoe cel wordt geregeld
Fruitvliegjes (drosophila): onderzoek naar de ontwikkelingsbiologie 13000 genen
-> werken met allerhande mutaties bv. facetogen
C.elegans (wormpje): onderzoek naar de ontwikkelingsbiologie 19000 genen
De rat: onderzoek naar humane pathologiën 25000 genen
-> groei van tumoren tegen gaan
Zandraket: onderzoek naar genetische manipulatie 25000 genen
De wetenschappelijke methode
1. Altijd vertrekken van een hypothese
