Hoofdstuk 1: inleiding
1. De celtheorie
Robert Hooke zag als eerst een “cel”: cellula
was kurk: dood plantenweefsel
had slechte lens
Doorheen de tijd werden de lenzen beter: men zag dat dieren en planten uit hetzelfde opgebouwd
waren
De celtheorie:
1. Alle organismen bestaan uit één of meerdere cellen
2. De cel is de basiseenheid van de structuur van alle organismen
3. Alle cellen komen voort van bestaande cellen
Bacteriën hebben geen celorganellen dus verschillen zo van planten en dieren maar chemische
processen in bacteriën lijken wel heel hard op planten en dieren
Hedendaagse moleculaire biologie ontstaan uit drie takken:
1. Cytologie: beschrijving van celstructuur en organellen (microscopisch)
2. Biochemie: bestudeert chemie van biologische structuren
3. Genetica: bestudeert het doorgeven van informatie
2. Het belang van moderne celbiologie
Cytologische streng
Verschillende types lichtmicroscopie
Helderverld microscopie: weinig contrast omdat meeste cellen geen kleur hebben Eventueel
fixatie + kleuring/microtoom
Fase-contrast en differentiële interferentie-contrast microscopie: verhogen contrast door
verschillen in refractie-index (= maat van verandering van snelheid van licht) te vergroten
Fluorescentie microscopie: detecteert fluorescente kleurstoffen (absorptie UV en emissie
zichtbaar licht)
Confocale microscopie: laser verlicht een vlak van een fluorescent gemerkt specimen
Immunofluorescentie
Primaire immunofluorescentie
Antilichamen worden gelabeled met fluorescente dye gelabelede antilichamen worden
toegevoegd aan de cel en binden de antigenen van het doelwit molecule fluorescerend
Secundaire immunofluorescentie
Antilichamen worden toegevoegd en binden de antigenen van het doelwit molecule gelabelede
antilichamen worden toegevoegd en binden op de primaire antilichamen
veel feller fluorescerend
1
,Elektronenmicroscopie
Gebaseerd op bundel van electronen i.p.v. licht: Focus door electromagnetisch veld ipv lens
Limiet van resolutie is 0.1-0.2 nm: tot 100.000 x vergroting.
• Transmissie electronen-microscopie (TEM): electronen gaan door het specimen
• Scanning electronen-microscopie (SEM): de oppervlakte van het specimen wordt gescand door
detectie van electronen die terugkaatsen van de oppervlakte
Biochemische streng
Ureum kan worden gevormd in vitro vanuit ammonium cyanaat = bio-chemisch
Gist zet glucose om in ethanol
Gistextracten doen hetzelfde = enzymen
Glycolyse en citroenzuurcyclus
Belangrijke biochemische hulpmiddelen:
Radioactieve isotopen = zelfde aantal protonen, verschillend aantal neutronen
Volgen van specifieke moleculen (bv. C12 vs C14)
Subcellulaire fractionatie-technieken (= centrifuges)
Chromatografie: scheidingen van biomoleculen op basis van grootte, lading of affiniteit voor
ligand
Electroforese: scheiding in een elektrisch veld op basis van lading en/of grootte
Massaspectrometrie: precieze bepaling van massa van moleculen
biochemie en cytologie vullen elkaar mooi aan: basis van huidige celbiologie
Genetische streng
bestudeert de overerving van eigenschappen van generatie op generatie
Mendel: wetmatigheden van erfelijkheid
Chromosomen zijn drager van erfelijk materiaal DNA opgebouwd uit 4 nucleotiden
Ontrafeling van genetische code (1960)
Belangrijke genetische technieken:
Hybridisatie, restrictie-enzymen, recombinant DNA technologie
DNA sequentiebepaling
Bio-informatica (in silico analyse): duizenden genen tegelijk onderzoeken
Cytologie, biochemie en genetica vullen elkaar aan moet alle drie begrijpen om celbiologie te
leren
3. Hoe weten we wat we weten?
Wetenschap is niet een collectie van feiten maar een process van ontdekken en vragen
beantwoorden vaak nog meer vragen creëren
Een “feit” = het best mogelijke antwoord dat men kan vinden
Modelorganismen = een soort dat veel bestudeerd, goed gekarakteriseerd en makkelijk te
manipuleren is veel voordelen: nuttig bij experiment
2
, E. Coli
Bakkersgist = S. cerevisiae
eencellig
Drosofila = D. melanogaster
Rondworm = C. Elegenas
Huismuis = M. musculus voor zoogdieren
meercellig
Mosterd plant = A. Thaliana voor planten
belangrijk om dingen over cellen te weten te komen (DNA synthese, polymerase,…)
Human connections
HeLa cellen = eerste lijn van cellen die eeuwig leven en delen
Afkomstig van baarmoeder kanker blijven in vitro groeien: telomerase erg uitgesproken
telomeren breken niet af
De wetenschappelijke methode
Feiten zijn waar tot het tegendeel wordt bewezen
Hypothese:
Testen van hypothese (in vitro, in vivo, in silico)
Slechts 1 variabele
Hypothese theorie wet
3
, Hoofdstuk 2: chemie van de cel
Vijf basisfundamenten:
1. Karakteristieken van koolstof
2. Karakteristieken van water
3. Selectieve permeabiliteit van membranen
4. Synthese van macromoleculen door polymerisatie
5. Zelfassemblage van complexen van macromoleculen
C, H en O komen het meest voor bij organismen
1. Karakteristieken van koolstof
BI 2.2: binnen een groep hebben elementen gelijke eigenschappen, binnen periode totaal andere
Alle elementen streven naar edelgasconfiguratie (door opnemen of afgeven)
(bv chloor = eenwaardig negatief)
H: 1 elektron buitenste schil valentie = 1 (moet nog 1 elektron krijgen = 1 binding vormen)
C: 4 buitenste schil valentie = 4
N: 5 buitenste valentie = 3
O: 6 buitenste valentie = 2
covalente binding = binding waarbij elektronen gedeeld worden = sterk
Figure 2.4:
Koolstof bindt met zichzelf via dubbele en driedubbele covalente bindingen
Vormt benzeen en cyclische bindingen maakt zeer stabiele aromatische verbindingen
Kan vier bindingen aangaan: valentie = 4
Bindingsenergie = de energie vereist om 1 mol van bindingen te breken
Uitgedrukt in kcal/mol
hoe hoger bindingsenergie hoe stabieler
Bindingsenergie om covalente bindingen te breken: ongeveer gelijk
dubbele of driedubbele binding veel hoger (van C) = stabieler
Figure 2.3:
Uv-licht = energetischer dan zichtbaar licht
Koolstofbindingen stabiel: zichtbaar licht en infrarood licht
Uv-licht breekt C-bindingen
Polaire bindingen door hoge electronegativiteit van O en S in vergelijking met C en H
hoge wateroplosbaarheid
Electronegativiteit = affiniteit voor elektronen hoger: harder elektronen aantrekken
4
1. De celtheorie
Robert Hooke zag als eerst een “cel”: cellula
was kurk: dood plantenweefsel
had slechte lens
Doorheen de tijd werden de lenzen beter: men zag dat dieren en planten uit hetzelfde opgebouwd
waren
De celtheorie:
1. Alle organismen bestaan uit één of meerdere cellen
2. De cel is de basiseenheid van de structuur van alle organismen
3. Alle cellen komen voort van bestaande cellen
Bacteriën hebben geen celorganellen dus verschillen zo van planten en dieren maar chemische
processen in bacteriën lijken wel heel hard op planten en dieren
Hedendaagse moleculaire biologie ontstaan uit drie takken:
1. Cytologie: beschrijving van celstructuur en organellen (microscopisch)
2. Biochemie: bestudeert chemie van biologische structuren
3. Genetica: bestudeert het doorgeven van informatie
2. Het belang van moderne celbiologie
Cytologische streng
Verschillende types lichtmicroscopie
Helderverld microscopie: weinig contrast omdat meeste cellen geen kleur hebben Eventueel
fixatie + kleuring/microtoom
Fase-contrast en differentiële interferentie-contrast microscopie: verhogen contrast door
verschillen in refractie-index (= maat van verandering van snelheid van licht) te vergroten
Fluorescentie microscopie: detecteert fluorescente kleurstoffen (absorptie UV en emissie
zichtbaar licht)
Confocale microscopie: laser verlicht een vlak van een fluorescent gemerkt specimen
Immunofluorescentie
Primaire immunofluorescentie
Antilichamen worden gelabeled met fluorescente dye gelabelede antilichamen worden
toegevoegd aan de cel en binden de antigenen van het doelwit molecule fluorescerend
Secundaire immunofluorescentie
Antilichamen worden toegevoegd en binden de antigenen van het doelwit molecule gelabelede
antilichamen worden toegevoegd en binden op de primaire antilichamen
veel feller fluorescerend
1
,Elektronenmicroscopie
Gebaseerd op bundel van electronen i.p.v. licht: Focus door electromagnetisch veld ipv lens
Limiet van resolutie is 0.1-0.2 nm: tot 100.000 x vergroting.
• Transmissie electronen-microscopie (TEM): electronen gaan door het specimen
• Scanning electronen-microscopie (SEM): de oppervlakte van het specimen wordt gescand door
detectie van electronen die terugkaatsen van de oppervlakte
Biochemische streng
Ureum kan worden gevormd in vitro vanuit ammonium cyanaat = bio-chemisch
Gist zet glucose om in ethanol
Gistextracten doen hetzelfde = enzymen
Glycolyse en citroenzuurcyclus
Belangrijke biochemische hulpmiddelen:
Radioactieve isotopen = zelfde aantal protonen, verschillend aantal neutronen
Volgen van specifieke moleculen (bv. C12 vs C14)
Subcellulaire fractionatie-technieken (= centrifuges)
Chromatografie: scheidingen van biomoleculen op basis van grootte, lading of affiniteit voor
ligand
Electroforese: scheiding in een elektrisch veld op basis van lading en/of grootte
Massaspectrometrie: precieze bepaling van massa van moleculen
biochemie en cytologie vullen elkaar mooi aan: basis van huidige celbiologie
Genetische streng
bestudeert de overerving van eigenschappen van generatie op generatie
Mendel: wetmatigheden van erfelijkheid
Chromosomen zijn drager van erfelijk materiaal DNA opgebouwd uit 4 nucleotiden
Ontrafeling van genetische code (1960)
Belangrijke genetische technieken:
Hybridisatie, restrictie-enzymen, recombinant DNA technologie
DNA sequentiebepaling
Bio-informatica (in silico analyse): duizenden genen tegelijk onderzoeken
Cytologie, biochemie en genetica vullen elkaar aan moet alle drie begrijpen om celbiologie te
leren
3. Hoe weten we wat we weten?
Wetenschap is niet een collectie van feiten maar een process van ontdekken en vragen
beantwoorden vaak nog meer vragen creëren
Een “feit” = het best mogelijke antwoord dat men kan vinden
Modelorganismen = een soort dat veel bestudeerd, goed gekarakteriseerd en makkelijk te
manipuleren is veel voordelen: nuttig bij experiment
2
, E. Coli
Bakkersgist = S. cerevisiae
eencellig
Drosofila = D. melanogaster
Rondworm = C. Elegenas
Huismuis = M. musculus voor zoogdieren
meercellig
Mosterd plant = A. Thaliana voor planten
belangrijk om dingen over cellen te weten te komen (DNA synthese, polymerase,…)
Human connections
HeLa cellen = eerste lijn van cellen die eeuwig leven en delen
Afkomstig van baarmoeder kanker blijven in vitro groeien: telomerase erg uitgesproken
telomeren breken niet af
De wetenschappelijke methode
Feiten zijn waar tot het tegendeel wordt bewezen
Hypothese:
Testen van hypothese (in vitro, in vivo, in silico)
Slechts 1 variabele
Hypothese theorie wet
3
, Hoofdstuk 2: chemie van de cel
Vijf basisfundamenten:
1. Karakteristieken van koolstof
2. Karakteristieken van water
3. Selectieve permeabiliteit van membranen
4. Synthese van macromoleculen door polymerisatie
5. Zelfassemblage van complexen van macromoleculen
C, H en O komen het meest voor bij organismen
1. Karakteristieken van koolstof
BI 2.2: binnen een groep hebben elementen gelijke eigenschappen, binnen periode totaal andere
Alle elementen streven naar edelgasconfiguratie (door opnemen of afgeven)
(bv chloor = eenwaardig negatief)
H: 1 elektron buitenste schil valentie = 1 (moet nog 1 elektron krijgen = 1 binding vormen)
C: 4 buitenste schil valentie = 4
N: 5 buitenste valentie = 3
O: 6 buitenste valentie = 2
covalente binding = binding waarbij elektronen gedeeld worden = sterk
Figure 2.4:
Koolstof bindt met zichzelf via dubbele en driedubbele covalente bindingen
Vormt benzeen en cyclische bindingen maakt zeer stabiele aromatische verbindingen
Kan vier bindingen aangaan: valentie = 4
Bindingsenergie = de energie vereist om 1 mol van bindingen te breken
Uitgedrukt in kcal/mol
hoe hoger bindingsenergie hoe stabieler
Bindingsenergie om covalente bindingen te breken: ongeveer gelijk
dubbele of driedubbele binding veel hoger (van C) = stabieler
Figure 2.3:
Uv-licht = energetischer dan zichtbaar licht
Koolstofbindingen stabiel: zichtbaar licht en infrarood licht
Uv-licht breekt C-bindingen
Polaire bindingen door hoge electronegativiteit van O en S in vergelijking met C en H
hoge wateroplosbaarheid
Electronegativiteit = affiniteit voor elektronen hoger: harder elektronen aantrekken
4
