INLEIDING IN DE CELBIOLOGIE
Inleiding in de celbiologie
De cel is de kleinste structurele eenheid van de levende wezens. Veel organismen (bv. bacteriën en gisten)
bestaan slechts uit één enkele cel en worden daarom ééncellige organismen genoemd. Bij bijna alle meercellige
organismen krijgen groepen van cellen specifieke functies en zijn ze georganiseerd in weefsels (zoals bv. de
spieren) en organen (zoals het hart, een nier). Verschillende organen die samenwerken, vormen op hun beurt
een orgaanstelsel.
Prokaryoot
Geen celkern (en ook geen andere membraangebonden organellen zoals mitochondriën). Het DNA ligt los in het
cytoplasma, in een gebied dat nucleoïd heet. Voorbeelden: bacteriën en archaea.
Eukaryoot
Wel een celkern, met een kernmembraan eromheen die het DNA scheidt van de rest van de celkern. Eukaryote
cellen hebben ook wel membraangebonden organellen (mitochondriën, ER, Golgi-apparaat etc.). Voorbeelden:
menselijke cellen (dus ook je mondepitheelcellen), planten, schimmels, protozoa.
Kort onthouden:
- Prokaryoot: géén celkern, géén membraangebonden organellen, DNA vrij in nucleoïd → bacteriën,
archaea
- Eukaryoot: wél celkern (met kernmembraan) én membraangebonden organellen → mens, dier, plant,
schimmel, protozoa
Blauwwieren
“Blauwwieren” is een verouderde/misleidende naam – beter gezegd: cyanobacteriën. Het zijn namelijk geen
echte wieren (algen), maar bacteriën die fotosynthese kunnen uitvoeren, net zoals planten.
Echte wieren/algen daarentegen zijn wél eukaryoot: die hebben een celkern en chloroplasten
(membraangebonden organellen) waarin de fotosynthese plaatsvindt. De indeling in pro- versus eukaryoot gaat
dus over celbouw, niet over functie. Cyanobacteriën “doen” hetzelfde als algen (fotosynthese), maar horen qua
bouw bij de bacteriën.
Kort onthouden:
- Blauwwieren = cyanobacteriën = fotosynthetische bacteriën, géén echte algen
- Ondanks fotosynthese (functie zoals algen) toch prokaryoot qua bouw: geen celkern, geen organellen,
DNA los in nucleoïd
- Echte algen zijn wél eukaryoot (celkern + chloroplasten)
- Indelingscriterium pro-/eukaryoot = celbouw, niet functie
Werking van penicilline op de prokaryote celwand
Penicilline en verwante antibiotica (de bèta-lactams) grijpen aan op de celwandsynthese van bacteriën.
Specifiek remmen ze de vorming van peptidoglycaan – dat kruisverbonden netwerk van suikers en aminozuren
dat de prokaryote celwand zijn stevigheid geeft. Zonder een goed opgebouwde celwand kan de bacterie de
osmotische druk van binnenuit niet weerstaan: de cel neemt water op, zwelt en barst uiteindelijk (lyse). Zo wordt
groei en deling geblokkeerd en sterft de bacterie.
,Waarom dit selectief is voor bacteriën
Menselijke cellen hebben geen celwand (alleen een celmembraan), dus penicilline heeft daar geen
aangrijpingspunt – dat is precies waarom het relatief veilig is voor de mens.
Waarom “goede” bacteriën ook sterven
Het probleem is dat penicilline niet kan onderscheiden tussen pathogene bacteriën (ziekteverwekkers) en
commensale bacteriën (de nuttige, bijvoorbeeld in je darmflora of ook in je mondflora). Alle bacteriën met een
peptidoglycaancelwand zijn gevoelig voor het middel, ongeacht of ze schadelijk of juist nuttig zijn. Vandaar
bijwerkingen zoals diarree of verstoorde microbiota bij antibioticagebruik – en dit is ook relevant voor jouw
vakgebied: hetzelfde risico geldt voor de orale microbiota bij langdurig of herhaald antibioticagebruik.
Kort onthouden:
- Penicilline remt peptidoglycaansynthese → celwand faalt → bacterie zwelt en barst (lyse)
- Werkt selectief omdat menselijke cellen géén celwand hebben
- Niet selectief tussen pathogeen en commensaal (nuttig) → darmflora/microflora wordt ook geraakt
- Gevolg: bijwerkingen zoals gestoorde microflora (bv. diarree)
Mitochondriën De “energiecentrales” van de cel. Hier vindt de cellulaire ademhaling
plaats, waarbij glucose en zuurstof worden omgezet in ATP (energie).
Hebben een dubbele membraan en eigen DNA.
Chloroplasten Komen alleen voor in plantencellen en algen, niet bij mens of dier. Hier
vindt fotosynthese plaats: lichtenergie wordt omgezet in chemische
energie (glucose), met chlorofyl als pigment. Ook dubbele membraan
en eigen DNA.
Golgi-apparaat De “postsorteercentrale” van de cel. Verwerkt, verpakt en sorteert
eiwitten en lipiden (afkomstig van het ER) en stuurt ze naar hun juiste
bestemming, binnen of buiten de cel.
Endoplasmatisch reticulum Een netwerk van membranen, twee typen:
- Ruw ER (met ribosomen): synthese van eiwitten
- Glad ER (geen ribosomen): synthese van lipiden en ontgifting
Lysosomen De “afvalverwerking” van de cel. Bevatten spijsverteringsenzymen die
afgedankte celonderdelen, bacteriën en ander afvalmateriaal
afbreken.
Vacuole Een met vloeistof gevulde opslagplaats. Bij plantencellen vaak één
grote centrale vacuole (voor waterhuishouding en druk/stevigheid), bij
dierlijke cellen kleiner en met meer diverse functies (opslag,
transport).
Peroxisomen Breken vetzuren af en ontgiften schadelijke stoffen (o.a. via het enzym
catalase, dat waterstofperoxide onschadelijk maakt).
Glyoxisomen Een speciaal type peroxisoom, alleen in planten (met name in
klemende zaden). Zetten opgeslagen vetten om in suikers als
energiebron voor de kiemende plant.
Kort onthouden:
- Mitochondrium – energiefunctie (ATP)
- Chloroplast – fotosynthese (alleen planten)
- Golgi-apparaat – sorteren en verpakken van eiwitten/lipiden
- ER (ruw/glad) – eiwitsynthese/lipidensynthese-ontgifting
- Lysosoom – afbraak van afvalstoffen
- Vacuole – opslag (water, stoffen)
- Peroxisoom – vetzuurafbraak, ontgifting
- Glyoxisoom – vetten → suikers (alleen klemende planten)
,HOOFDSTUK 1 – STRUCTUUR VAN DE BIOMOLECULEN
Chemische samenstelling van de cel
- Water – 70%
Het grootste bestanddeel van de cel (ca. 70-80%). Dient als oplosmiddel voor chemische reacties,
transportmedium en houdt de cel op temperatuur.
- Anorganische ionen – 1%
Dit zijn de zouten/mineralen (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻, etc.) die je al kende, maar hier apart benoemd als
“ionen” omdat ze in opgeloste (geladen) vorm in de cel voorkomen.
- Kleine moleculen – samen ca. 6%
Dit zijn de bouwstenen (precursoren = voorlopers/grondstoffen) waaruit macromoleculen worden
opgebouwd:
• Suikers en precursoren (3%) → bouwstenen van polysachariden
• Aminozuren en precursoren (0,4%) → bouwstenen van eiwitten
• Nucleotiden en precursoren (0,4%) → bouwstenen voor DNA/RNA
• Lipiden en precursoren (2%) → bouwstenen voor membranen
• Overige kleine moleculen (0,2%) → o.a. vitaminen, metabolieten
- Macromoleculen – 23%
De grote, opgebouwde polymeren: eiwitten, nucleïnezuren (DNA/RNA) en polysachariden. Dit zijn dus
de “afgewerkte producten” die zijn samengesteld uit de kleine moleculen hierboven.
Het logische verband: kleine moleculen zijn de losse bouwstenen (zoals kralen), macromoleculen zijn
de aaneengeregen ketens (zoals een kralenketting).
Kort onthouden:
- Water: 70% (oplosmiddel)
- Anorganische ionen: ~6% totaal → suikers (3%), lipiden (2%), aminozuren (0,4%), nucleotiden (0,4%),
overig (0,2%) = bouwstenen
- Macromoleculen: 23% → eiwitten, nucleïnezuren, polysachariden = opgebouwd uit kleine moleculen
- Merkregel: kleine moleculen = losse kralen, macromoleculen = kralenketting
Suikers (koolhydraten)
Monosachariden (zoals glucose) die aaneengeschakeld worden tot polysachariden. Functie: energiebron én
bouwmateriaal (bv. celwand).
Lipiden (vetten)
Opgebouwd uit glycerol + vetzuren, hydrofoob (stoot water af). Vormen daardoor het celmembraan en dienen
als energieopslag.
Eiwitten
Ketens van aminozuren die vouwen tot een specifieke 3D-vorm. Functioneren als enzym, bouwstof, transporteur
of afweerstof.
Nucleïnezuren
Opgebouwd uit nucleotiden. DNA bewaart de erfelijke info, RNA stuurt de eiwitsynthese aan.
, Inleiding tot de koolstofchemie
Dit zijn de zes belangrijkste elementen (CHNOPS) waaruit organische moleculen in de cel zijn opgebouwd.
C (koolstof) H (waterstof) O (zuurstof) N (stikstof) P (fosfor) S (zwavel)
De ruggengraat Overal Nodig voor Essentieel in Zit in Zit in bepaalde
van alle aanwezig o.a. in water, en in aminozuren fosfaatgroepen aminozuren
organische water en aan bijna alle (eiwitten) en – cruciaal voor (cysteïne,
moleculen – koolstofketens organische stikstofbasen nucleotiden methionine),
kan langs gebonden. moleculen (bv. (DNA/RNA). (DNA/RNA) en belangrijk voor
ketens en -OH-groepen). ATP (energie), de 3D-vouwing
ringen vormen. en in van eiwitten
fosfolipiden (zwavelbruggen).
(membraan).
Onderscheid tussen polaire en apolaire stoffen
Polaire stoffen - hebben een ongelijke verdeling van Apolaire stoffen - hebben een gelijkmatige
elektrische lading binnen het molecuul (door verschil ladingsverdeling, geen duidelijke plus- of minkant.
in elektronegativiteit tussen atomen), waardoor er Apolaire stoffen mengen niet met water (hydrofoob),
een licht positieve en licht negatieve kant ontstaat. maar wel met elkaar (bv. oliën onderling).
Polaire stoffen zijn oplosbaar in water (hydrofiel),
omdat water zelf ook polair is – “gelijk lost gelijk op”. Voorbeelden: vetzuren, de staarten van fosfolipiden,
cholesterol.
Voorbeelden: water, suikers, aminozuren, de
fosfaatkop van een fosfolipide.
Kort onthouden:
- Polair = ongelijke ladingsverdeling → wateroplosbaar (hydrofiel) → bv. water, suikers, aminozuren
- Apolair = gelijke ladingsverdeling → niet wateroplosbaar (hydrofoob) → bv. vetzuren, fosfolipide-staarten
- Merkregel: “gelijk lost gelijk op”
- Belang: bepaalt opbouw celmembraan (polaire kop naar water, apolaire staart ervan af)
Hydratatiemantel
Wanneer een polaire of geladen stof (bv. een ion zoals Na⁺ of Cl⁻, of een polair molecuul zoals een suiker) in
water terechtkomt, gaan watermoleculen zich er met hun polaire kant omheen oriënteren. Water is zelf polair
(licht positieve kant bij de H-atomen, licht negatieve kant bij het O-atoom), dus de watermoleculen richten zich
zo dat hun tegengesteld geladen kant naar de opgeloste stof wijst. Zo ontstaat er een “schil” van watermoleculen
rondom die stof – dit is een hydratatiemantel.
Deze mantel houdt de stof als het ware in oplossing en voorkomt dat bijvoorbeeld ionen weer samenklonteren
(zoals terug tot een zoutkristal). Dit is de reden waarom polaire/geladen stoffen zo goed oplosbaar zijn in water.
Kort onthouden:
- Hydratatiemantel = schil van watermoleculen rondom een polaire/geladen stof (bv. een ion)
- Ontstaat doordat water zich met zijn polaire kant naar de stof richt
- Functie: houdt de stof in oplossing, voorkomt samenklontering
- Alleen bij polaire/geladen stoffen (niet bij apolaire, hydrofobe stoffen)
Biochemische verbindingen in de cel
De suikers, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren zijn de organische moleculen die van belang zijn voor de cel. Deze
(macro)moleculen worden vanwege hun belang voor het leven ook biomoleculen genoemd.
Suikers (koolhydraten)
Suikers dienen als brandstof voor de cel (bv. glucose), als bouwstof (bv. cellulose in de celwand) en zijn een
bestanddeel van het erfelijke materiaal.