Hoofdstuk 1: de oorsprong van de aarde en het ontstaan van leven (13 − 16)
1 Hoe is leven ontstaan op aarde?
1.1 Ontstaan van het heelal
− Wanneer: ± 13 miljard jaar geleden.
− Theorie: ‘big bang’-theorie (Lemaître): geen ontploffing maar uitdijende materie, een geconcentreerde vorm van
energie, het was de start van een nooit eindigende ketting van energie omzettingen ontstaan van
chemische elementen door kernfusies in sterren (= gaswolken).
− Nabootsing: experiment (in Geneve) met deeltjesversneller (protonenbotsing)
1.2 Ontstaan van de aarde
− Wanneer: ± 4,6 miljard jaar geleden.
− Hoe: planeten zijn steraggregaten v brokstukken die door exploderende sterren i/d ruimte werden geslingerd
− Gloeiende bol: door meteorietinslagen kwam er impact warmte vrij, temperatuur steeg zeer hard, door vermindering
van meteorenregen koelde de aarde af (na ± 700-800 miljoen jaar)
− Water: ontstond door inslag van twee grote ijsmeteorieten
− Atmosfeer: ontstond door vulkaanuitbarstingen en gloeiende magma, CO2 kwam vrij en dit zorgde voor een ‘mantel’
rond het aardoppervlak, de zonnewarmte werd opgeslagen en de aarde warmde terug een beetje op.
− Evolutie aarde: 1) aarde was een watermassa
2) het aardoppervlak begon te bewegen/drijven en er ontstond één groot continent ‘Pangea’
3) opsplitsing van continent in deelcontinenten
4) deelcontinenten dreven weg en botsen met elkaar, ontstaan van aardbevingen en gebergten
(= continentendrifttheorie)
− Leven op aarde: vanaf het moment dat water op aarde vloeibaar werd (± 3,2 miljard jaar geleden)
1
,2 De organische bouwstenen van de levende materie
− Oorspronkelijk: geen zuurstof in de atmosfeer (enkel anaerobe organismen)
− Bouwstenen: de bouwstenen v/d levende materie is ongeveer gelijk aan de bouwstenen v/d niet-levende materie
levende materie gebruikte enkel elementen die ze nodig hadden: C, H, O, N, S, P, F.
om organische moleculen functioneel te maken: I, Zn, Fe, Cu, Mg en Mn
belangrijkste moleculen: nucleïnezuren (DNA en RNA), proteïnen of eiwitten, polysachariden of
koolhydraten en vetten (lipiden)
− Ontstaan organische moleculen:
‘Millerexperiment’: een experiment waarbij oorspronkelijke situatie op aarde nagebootst werd in een labo vormen van
eenvoudige moleculen is mogelijk gezien de aarde omstandigheden.
− De basiskarakteristieken van leven:
cellulaire organisatie = wanneer het plasmalemma het intracellulaire kan afschermen van het extracellulaire, en
wanneer er communicatie en interactie tussen beide compartimenten mogelijk is.
metabolisme (heterotroof >< autotroof): complex van chemische en fysische processen die zich voordoen bij de opbouw,
de afbraak en de instandhouding van de weefsels alsmede bij de productie van energie.
reproductie (erfelijkheid/ variabiliteit/ evolutie)
3 DNA niet de oorspronkelijke genetische informatiedrager
Waarom neemt men aan dat DNA niet de oorspronkelijke genetische informatiedrager kan geweest zijn?
Celdelingen worden voorafgegaan door S-fase waarbij DNA-verdubbeling optreedt, hierbij is DNA-polymerase vereist is (= katalytisch
eiwit gecodeerd door een gen van DNA) kip-ei probleem
− Ribozymen: ribozymen zijn katalytische RNA- enzymen die
fosfodiesterbindingen kunnen knippen
aminotransferase1activiteit op ribosomen kunnen vertonen
kunnen instaan voor hun eigen synthese (net zoals RNA-polymerase)
− Theorie: “de eerste levende organismen bestonden uit RNA en niet uit DNA”
het was niet zo moeilijk om over te stappen naar de stabiele DNA-wereld
− Voorbeeld: RNA-virussen zetten hun RNA-genoom2 over in DNA m.b.v. het enzym reverse transcriptase
(= dit enzym wordt vandaag nog gebruikt om mRNA over te schrijven naar intronloze cDNA)
1 Transferase: enzymen die een chemische groep van één verbinding op een andere overdraagt
2 Genoom: gehele complex van erfelijke factoren die aanwezig zijn in een haploïd stel chromosomen
2
,Hoofdstuk 2: inleiding (17 − 24)
1 Van prokaryoot naar eukaryoot
Prokaryoot Eukaryoot
cel met primitieve kern zonder kernmembraan organisme met celkern
genetisch materiaal in cytoplasma genetisch materiaal in kernmembraan
genoom verdeeld in chromosomen
celorganellen (membraanomgevend)
Ontstaan van de eukaryote cel door endosymbiosetheorie en hypothetische invaginatie:
Endosymbiosetheorie (Lynn Margulis):
Verklaring voor: mitochrondriën en chloroplasten in eukaryoten
Hoe: verschillende prokaryoten (met cellulaire ademhaling + fotosynthetiserend) werden
gefagocyteerd3 (= symbiotische versmeltingen van progenoot met prokaryoot)
Bewijs: dubbele plasmalemma + beschikken over eigen genen
Invaginaties van het plasmalemma:
Verklaring voor: kernmembraan en SER/RER in eukaryoten.
Wat: instulpingen van het plasmalemma met zakvormige instulpingen in het cytoplasma
2 Tijdsspiraal van de evolutie van het leven op aarde
2 miljard autotrofe fotosynthetiserende prokaryoten
1 miljard eencellige eukaryoten
600 miljoen meercellige protostomia (land + zoet- en zoutwater)
500 miljoen chordaten + vertebraten
300 miljoen landdieren
200 – 100 miljoen zoogdieren + vogels (reptilia voorouders)
2 miljoen mens (Afrika)
3 Fagocytose: opnemen van exogene vaste partikels via het celmembraan naar het inwendige van de cel
3
,3 Het vijf-regna-systeem (Whittaker)
Prokaryoten Indeling:
− Archaebacterie: prokaryote celorganisatie, geen peptidoglycanen in celwand, functionele verwantschap
(introns in genen) met eukaryoten, leven in extreme omstandigheden (sommige leven in heetwaterbronnen,
zure milieus, zoute concentraties, …)
− Eubacterie: omgeven door bacteriële celwand (met peptideglycaan)
Bacillen (staafvormig): diplobacille (2), streptobacille (4)
Coccen (bolvormig): monococcen (1), diplococcen (2), streptococcen (snoer), staphilococcen (trosvorm)
Spirillen: groeien meestal individueel
− Cyanobacterie: in staat tot fotosynthese (endosymbiosetheorie: chloroplasten ontstaan uit blauwwieren)
Planten Eigenschappen:
− autotroof
− wel chloroplasten, wel celwand, wel grote vacuole
− geen lisosomen, geen centriolen (wel poolkapjes + spoelfiguur)
− celscheiding met behulp van celplaat
Dieren Eigenschappen:
− heterotroof
− geen chloroplasten, geen celwand, geen/kleine vacuole (vetcellen)
− wel lisosomen, wel centriolen
− celscheiding door insnoering
Zwammen Eigenschappen:
− heterotrofe eukaryoten
− aseksuele voortplanting door sporen en knopvorming
Voorkomen:
− meercellige organismen (paddenstoelen): hyphen (draden) = mycelia
− eencellige organismen (gisten: broodbereiding, alcoholbereiding)
Protisten Eigenschappen:
− beweging door undulipodia
Voorkomen:
− eencellige algen: amoebe, paramaecium (pantoffeldiertje), euglema
− meercellige wieren en slijmzwammen
− de Protozoa
− waterschimmels
4
,Gramkleuring is een methode om bacteriën te kleuren om ze onder een lichtmicroscoop zichtbaar te maken en als hulpmiddel bij het
herkennen van soorten.
“Het is zo dat Gram-negatieve bacteriën een extra membraan hebben. Maar het belangrijkste is dat celwand bestaande uit
peptidoglycanen vele malen dikker is bij Gram-positieve bacteriën dan bij Gram-negatieve bacteriën. De eerste kleuring (met crystal
violet) blijft dan ook vastgehecht in deze laag en wordt bij de Gram-positieve bacteriën niet weggewassen, terwijl dit bij de Gram-
negatieve wel gebeurd. Na het wegwassen zijn de Gram-positieve bacteriën dus nog steeds paars gekleurd, terwijl de Gram-
negatieve bacteriën terug kleurloos zijn. Zij krijgen hun rode kleur bij de tweede en laatste kleuring. Bij de Gram-positieve bacteriën
heeft deze kleuring geen effect meer.”
4 Houding tegenover genetische manipulatie
Wat is eerste vereiste bij opzetten van een wetenschappelijk correct experiment?
Controle experiment is absoluut noodzakelijk
Genetisch gemanipuleerde organismen: argumentatie
Voorbeelden biotechnologie:
gen doping voor betere prestaties
genetisch gemanipuleerd eten
voedseltekorten oplossen?
genderselectie bij babies
indien medische (sowieso borstkanker indien meisje) of sociale redenen (éénkind-gezinnen)?
cloning van dieren (verboden)
eiwitten aanmaken voor medicatie?
cloning van mensen
orgaantransplantatieproblematiek?
transgene mensen (mag momenteel nog niet)
somatische cellen omvormen: elimineren van taaislijm ziekte of suikerziekte?
Proefdiergebruik: argumentatie
Vrijwel alle argumenten tegen het gebruik van proefdieren kloppen, maar wat als er niets beters is te verzinnen? Wiens leven telt
meer, dat van een mens of dat van een dier? Allerlei ziektes hadden niet met succes kunnen worden bestreden zonder het gebruik
van dieren.
5
,5 Tekeningen:
Prokaryoot
Protocista: amoebe
Fungus
6
,Dierlijke cel
Plantaardige cel
7
, Hoofdstuk 3: de cel; morfologische en functionele eenheid van leven (25 − 54)
1 Grootteorde van cellen en subcellulaire structuren
Planten- en dierlijke cellen: 100 µm tot 10 µm, kern: 7 µm, meeste bacteriën: 5 µm, mitochondriën: 2 µm,
kleine bacteriën: 100 nm, virussen: 50-100 nm, ribosomen: 20 nm, proteïnen: 3-10 nm, lipiden:1-3 nm,
kleine moleculen: 0,5-1 nm, atomen: 0,1 nm
Grotere en kleinere eenheden
10-12 picometer pm
10-10 ångström Å
-9
10 nanometer nm
-6
10 micrometer µm
10-3 millimeter mm
10-2 centimeter cm
-1
10 decimeter dm
0
10 meter m
101 decameter dam
102 hectometer hm
3
10 kilometer km
106 megameter Mm
109 gigameter Gm
12
10 terameter Tm
8
1 Hoe is leven ontstaan op aarde?
1.1 Ontstaan van het heelal
− Wanneer: ± 13 miljard jaar geleden.
− Theorie: ‘big bang’-theorie (Lemaître): geen ontploffing maar uitdijende materie, een geconcentreerde vorm van
energie, het was de start van een nooit eindigende ketting van energie omzettingen ontstaan van
chemische elementen door kernfusies in sterren (= gaswolken).
− Nabootsing: experiment (in Geneve) met deeltjesversneller (protonenbotsing)
1.2 Ontstaan van de aarde
− Wanneer: ± 4,6 miljard jaar geleden.
− Hoe: planeten zijn steraggregaten v brokstukken die door exploderende sterren i/d ruimte werden geslingerd
− Gloeiende bol: door meteorietinslagen kwam er impact warmte vrij, temperatuur steeg zeer hard, door vermindering
van meteorenregen koelde de aarde af (na ± 700-800 miljoen jaar)
− Water: ontstond door inslag van twee grote ijsmeteorieten
− Atmosfeer: ontstond door vulkaanuitbarstingen en gloeiende magma, CO2 kwam vrij en dit zorgde voor een ‘mantel’
rond het aardoppervlak, de zonnewarmte werd opgeslagen en de aarde warmde terug een beetje op.
− Evolutie aarde: 1) aarde was een watermassa
2) het aardoppervlak begon te bewegen/drijven en er ontstond één groot continent ‘Pangea’
3) opsplitsing van continent in deelcontinenten
4) deelcontinenten dreven weg en botsen met elkaar, ontstaan van aardbevingen en gebergten
(= continentendrifttheorie)
− Leven op aarde: vanaf het moment dat water op aarde vloeibaar werd (± 3,2 miljard jaar geleden)
1
,2 De organische bouwstenen van de levende materie
− Oorspronkelijk: geen zuurstof in de atmosfeer (enkel anaerobe organismen)
− Bouwstenen: de bouwstenen v/d levende materie is ongeveer gelijk aan de bouwstenen v/d niet-levende materie
levende materie gebruikte enkel elementen die ze nodig hadden: C, H, O, N, S, P, F.
om organische moleculen functioneel te maken: I, Zn, Fe, Cu, Mg en Mn
belangrijkste moleculen: nucleïnezuren (DNA en RNA), proteïnen of eiwitten, polysachariden of
koolhydraten en vetten (lipiden)
− Ontstaan organische moleculen:
‘Millerexperiment’: een experiment waarbij oorspronkelijke situatie op aarde nagebootst werd in een labo vormen van
eenvoudige moleculen is mogelijk gezien de aarde omstandigheden.
− De basiskarakteristieken van leven:
cellulaire organisatie = wanneer het plasmalemma het intracellulaire kan afschermen van het extracellulaire, en
wanneer er communicatie en interactie tussen beide compartimenten mogelijk is.
metabolisme (heterotroof >< autotroof): complex van chemische en fysische processen die zich voordoen bij de opbouw,
de afbraak en de instandhouding van de weefsels alsmede bij de productie van energie.
reproductie (erfelijkheid/ variabiliteit/ evolutie)
3 DNA niet de oorspronkelijke genetische informatiedrager
Waarom neemt men aan dat DNA niet de oorspronkelijke genetische informatiedrager kan geweest zijn?
Celdelingen worden voorafgegaan door S-fase waarbij DNA-verdubbeling optreedt, hierbij is DNA-polymerase vereist is (= katalytisch
eiwit gecodeerd door een gen van DNA) kip-ei probleem
− Ribozymen: ribozymen zijn katalytische RNA- enzymen die
fosfodiesterbindingen kunnen knippen
aminotransferase1activiteit op ribosomen kunnen vertonen
kunnen instaan voor hun eigen synthese (net zoals RNA-polymerase)
− Theorie: “de eerste levende organismen bestonden uit RNA en niet uit DNA”
het was niet zo moeilijk om over te stappen naar de stabiele DNA-wereld
− Voorbeeld: RNA-virussen zetten hun RNA-genoom2 over in DNA m.b.v. het enzym reverse transcriptase
(= dit enzym wordt vandaag nog gebruikt om mRNA over te schrijven naar intronloze cDNA)
1 Transferase: enzymen die een chemische groep van één verbinding op een andere overdraagt
2 Genoom: gehele complex van erfelijke factoren die aanwezig zijn in een haploïd stel chromosomen
2
,Hoofdstuk 2: inleiding (17 − 24)
1 Van prokaryoot naar eukaryoot
Prokaryoot Eukaryoot
cel met primitieve kern zonder kernmembraan organisme met celkern
genetisch materiaal in cytoplasma genetisch materiaal in kernmembraan
genoom verdeeld in chromosomen
celorganellen (membraanomgevend)
Ontstaan van de eukaryote cel door endosymbiosetheorie en hypothetische invaginatie:
Endosymbiosetheorie (Lynn Margulis):
Verklaring voor: mitochrondriën en chloroplasten in eukaryoten
Hoe: verschillende prokaryoten (met cellulaire ademhaling + fotosynthetiserend) werden
gefagocyteerd3 (= symbiotische versmeltingen van progenoot met prokaryoot)
Bewijs: dubbele plasmalemma + beschikken over eigen genen
Invaginaties van het plasmalemma:
Verklaring voor: kernmembraan en SER/RER in eukaryoten.
Wat: instulpingen van het plasmalemma met zakvormige instulpingen in het cytoplasma
2 Tijdsspiraal van de evolutie van het leven op aarde
2 miljard autotrofe fotosynthetiserende prokaryoten
1 miljard eencellige eukaryoten
600 miljoen meercellige protostomia (land + zoet- en zoutwater)
500 miljoen chordaten + vertebraten
300 miljoen landdieren
200 – 100 miljoen zoogdieren + vogels (reptilia voorouders)
2 miljoen mens (Afrika)
3 Fagocytose: opnemen van exogene vaste partikels via het celmembraan naar het inwendige van de cel
3
,3 Het vijf-regna-systeem (Whittaker)
Prokaryoten Indeling:
− Archaebacterie: prokaryote celorganisatie, geen peptidoglycanen in celwand, functionele verwantschap
(introns in genen) met eukaryoten, leven in extreme omstandigheden (sommige leven in heetwaterbronnen,
zure milieus, zoute concentraties, …)
− Eubacterie: omgeven door bacteriële celwand (met peptideglycaan)
Bacillen (staafvormig): diplobacille (2), streptobacille (4)
Coccen (bolvormig): monococcen (1), diplococcen (2), streptococcen (snoer), staphilococcen (trosvorm)
Spirillen: groeien meestal individueel
− Cyanobacterie: in staat tot fotosynthese (endosymbiosetheorie: chloroplasten ontstaan uit blauwwieren)
Planten Eigenschappen:
− autotroof
− wel chloroplasten, wel celwand, wel grote vacuole
− geen lisosomen, geen centriolen (wel poolkapjes + spoelfiguur)
− celscheiding met behulp van celplaat
Dieren Eigenschappen:
− heterotroof
− geen chloroplasten, geen celwand, geen/kleine vacuole (vetcellen)
− wel lisosomen, wel centriolen
− celscheiding door insnoering
Zwammen Eigenschappen:
− heterotrofe eukaryoten
− aseksuele voortplanting door sporen en knopvorming
Voorkomen:
− meercellige organismen (paddenstoelen): hyphen (draden) = mycelia
− eencellige organismen (gisten: broodbereiding, alcoholbereiding)
Protisten Eigenschappen:
− beweging door undulipodia
Voorkomen:
− eencellige algen: amoebe, paramaecium (pantoffeldiertje), euglema
− meercellige wieren en slijmzwammen
− de Protozoa
− waterschimmels
4
,Gramkleuring is een methode om bacteriën te kleuren om ze onder een lichtmicroscoop zichtbaar te maken en als hulpmiddel bij het
herkennen van soorten.
“Het is zo dat Gram-negatieve bacteriën een extra membraan hebben. Maar het belangrijkste is dat celwand bestaande uit
peptidoglycanen vele malen dikker is bij Gram-positieve bacteriën dan bij Gram-negatieve bacteriën. De eerste kleuring (met crystal
violet) blijft dan ook vastgehecht in deze laag en wordt bij de Gram-positieve bacteriën niet weggewassen, terwijl dit bij de Gram-
negatieve wel gebeurd. Na het wegwassen zijn de Gram-positieve bacteriën dus nog steeds paars gekleurd, terwijl de Gram-
negatieve bacteriën terug kleurloos zijn. Zij krijgen hun rode kleur bij de tweede en laatste kleuring. Bij de Gram-positieve bacteriën
heeft deze kleuring geen effect meer.”
4 Houding tegenover genetische manipulatie
Wat is eerste vereiste bij opzetten van een wetenschappelijk correct experiment?
Controle experiment is absoluut noodzakelijk
Genetisch gemanipuleerde organismen: argumentatie
Voorbeelden biotechnologie:
gen doping voor betere prestaties
genetisch gemanipuleerd eten
voedseltekorten oplossen?
genderselectie bij babies
indien medische (sowieso borstkanker indien meisje) of sociale redenen (éénkind-gezinnen)?
cloning van dieren (verboden)
eiwitten aanmaken voor medicatie?
cloning van mensen
orgaantransplantatieproblematiek?
transgene mensen (mag momenteel nog niet)
somatische cellen omvormen: elimineren van taaislijm ziekte of suikerziekte?
Proefdiergebruik: argumentatie
Vrijwel alle argumenten tegen het gebruik van proefdieren kloppen, maar wat als er niets beters is te verzinnen? Wiens leven telt
meer, dat van een mens of dat van een dier? Allerlei ziektes hadden niet met succes kunnen worden bestreden zonder het gebruik
van dieren.
5
,5 Tekeningen:
Prokaryoot
Protocista: amoebe
Fungus
6
,Dierlijke cel
Plantaardige cel
7
, Hoofdstuk 3: de cel; morfologische en functionele eenheid van leven (25 − 54)
1 Grootteorde van cellen en subcellulaire structuren
Planten- en dierlijke cellen: 100 µm tot 10 µm, kern: 7 µm, meeste bacteriën: 5 µm, mitochondriën: 2 µm,
kleine bacteriën: 100 nm, virussen: 50-100 nm, ribosomen: 20 nm, proteïnen: 3-10 nm, lipiden:1-3 nm,
kleine moleculen: 0,5-1 nm, atomen: 0,1 nm
Grotere en kleinere eenheden
10-12 picometer pm
10-10 ångström Å
-9
10 nanometer nm
-6
10 micrometer µm
10-3 millimeter mm
10-2 centimeter cm
-1
10 decimeter dm
0
10 meter m
101 decameter dam
102 hectometer hm
3
10 kilometer km
106 megameter Mm
109 gigameter Gm
12
10 terameter Tm
8
