celbiologie en genetica hoofdstuk 1: de organisatie van de cel

Leven=

een open fysico-chemisch systeem dat gebaseerd is op een metabolisme en op erfelijke informatie, en dat door energie en materie uit te wisselen met de omgeving in staat is zich in stand te houden, te groeien en ontwikkelen, zich te vermenigvuldigen en zich aan te passen aan een veranderde omgeving (fysiologische adaptatie en evolutie)

viroiden bestaan enkel uit een stuk

nucleinezuur (DNA/RNA)

biochemische reactiewegen zijn slechts mogelijk door de werking van

biologische katalysatoren, de enzymen

cellen bevatten een bijzonder groot aantal verschillende … die samen het metabolisme van de cel mogelijk maken

enzymen

naast enzymen steunt de cel ook op de aanwezigheid van … die een functie hebben in de structuur en vorm van de cel

structurele proteinen

de celvorm wordt bepaald door

het cytoskelet, een 3d structuur die opgebouwd is door specifieke proteinen

…. en … worden beschouwd als de twee meest typische kenmerken van leven

metabolisme en erfelijke informatie

virussen zijn voor het voltooien van hun levenscyclus afhankelijk van …

cellen en kunnen hierbij de dood van de gastheercel veroorzaken

LUCA

the most recent common ancestor of all living things

homeostase=

het vermogen van een cel/organisme om interne omstandigheden (pH, zoutgehalte, T°) constant te houden, ondanks veranderingen in de omgeving

de oppervlaktestructuur die alle cellen omgeeft noemt men

plasmamembraan

cytoplasma=

alles binnen de celmembraan van een prokaryote cel

protoplasma=

alles binnen de celmembraan van een eukaryote cel

de celmembraan is een barriere die ervoor zorgt dat de chemische samenstelling van het cytoplasma verschillend blijft van de omgeving. het is echter wel

een selectieve barriere

de geringe grootte van de cellen kan verklaard worden door de rol die

de plasmamembraan heeft in de opname uit de omgeving en de uitscheiding uit de cel van verbindingen: voedingsstoffen voor anabolisme en afbraakproducen van de katabolistische reacties

een kritische factor in de bepaling van de celgrootte is ook de

verhouding van het oppervlak van een cel en haar volume.

naarmate de cel groter wordt stijgt haar … volgens een derde machtsfunctie terwijl haar … slechts toeneemt volgens een tweede machtsfunctie

volume, oppervlak

het rijk van de eukaryoten worden onderverdeeld in 4 rijken

fungi (gisten, schimmels en paddenstoelen)

animalia

plantae

protista (protozoa, aglen en slijmzwammen)

zowel … als…. zijn zowel eencellig als meercellig

protista en fungi

de prokaryoten hebben enkel 5 verschillende vormen:

coccus, bacili, vibrios, spirochaeten en spirilla

hoewel prokaryoten weinig variatie vertonen in hun morfologie, vindt men een enorme variatie in hun metabolische eigenschappen:

• onder extreme toestanden overleven

• complexe verbindingen gebruiken als voedingsstof

• produceren van methaan

• fixeren van N2-gas uit de atmosfeer

bij … vinden we vooral een zeer grote diversiteit in zowel de structuur als de activiteit van ellen terug, terwijl het basismetabolisme zeer gelijkaardig is

eukaryoten

het is de totaliteit van de verschillende cellen in weefsels en organen die

de basis vormt voor de overleving van multicellulaire organismen

organismen bestaan uit cellen, maar bevatten ook celproducten. Zo zijn cellen in het organisme niet losjes met elkaar gecombineerd, amar

worden samengehouden door een extracellulair gelegen matrix die opgebouwd wordt door de cellen zelf

net zoals bij eukaroyoten wordt de cel omgegeven door een plasmamembraan. In sommige bacterien heeft dit membraan

plooiingen naar binnen toe, zodat er meer oppervlak ontstaat (handig wegens de biochemische reacties op dat opp gebeuren)

nucleoid=

het gebied in de prokaryote cel waar het DNA zich bevindt

de plasmamebraan is bij prokaryoten bijna altijd omgeven door een celwand, 

een complexe structuur die de vorm en de stevigheid van de cel verzekert.

in het cytoplasma van prokaryoten vindt men … terug voor de eiwitsynthese en …. als opslagmateriaal

ribosomen, granules

de aanwezigheid van organellen bij de eukaryote cellen laat toe

dat in de cel bepaalde biochemische reacties kunnen geisoleerd worden van andere reacties en verhoogd de concentratie van verbindingen waardoor de reacties vlotter kunnen verlopen

kleine uitsteeksel van de cel dat men phili noemt, zijn

dunne eiwitdraadjes die de cel helpen om zich vast te hechten aan oppervlakken of aan andere cellen

de nucleus bevat de genetische informatie. andere organellen staan in voor 

de energievoorziening/productie , transport en/of de secretie van bepaalde producten door de cel

mitochonrien=

een organel dat instaat voor de omzetting van voedingsstoffen in biologisch bruikbare energie

endomembraansysteem=

een groep van membranen en organellen binnen de eukaryote cel die samenwerken om stoffen te maken, te vervoeren, te bewerken en af te breken (bevatten: nucleus, plasmamembraan, kernenveloppe, gladde reticulum, ruwe endoplasmatische reticulum, golgi apparaat, lysosomen, blaasjes en de vacuoles)

de ….. worden niet tot het endomembraansystem gerekend omdat hun membraan van een andere oorsprong zijn en zij onafhankelijk functioneren van de andere membraangeassocieerde organellen

mitochondrien en chloroplasten

bijna alle cellen bevatten slechts 1 nucleus. uitzonderingen zijn verschillende

protozoa en sommige schimmels die meerdere cellen kunnen bevatten (meestal een macro en micronucleus) en de rode bloedcellend at geen nucleus meer bevatten

de nucleaire enveloppe bestaat uit

twee dicht tegen elkaar aangelegen concentrische membranen die het nuceoplasma scheiden van het cytoplasma

de binnenste en buitenste laag van het plasmamembraan liggen slechts… van elkaar en bevtten op verschillende plaatsen nucleaire porien dat materiaal uitwisseld tussen het nucleoplasma en het cytoplasma

20 tot 40 nm

het is ter hoogte van …. dat materiaal kan uitgewisseld worden tussen het nucleoplasma en het cytoplasma (beter gezegd cytoskelet)

de nucleaire porien

DNA=

lineair polymeer van nucleotiden

Twee DNA polymeren, dat men DNA strengen noemt, zijn verbonden met elkaar via

basepaarvorming op basis van waterstofbruggen tussen A en T enerzijds en G en C anderzijds en vormen aldus in de ruimte een dubbele rechtsdraaiende helix.

Het DNA draagt de genen, dit zijn

gebieden van een DNA streng met een bepaalde sequentie die de synthese van bepaalde proteinen mogelijk maken o basis van mRNA dat op basis van het gen wordt gesynthetiseerd

Men zegt dat genen coderen voor bepaalde proteinen. Sommige genen oderen niet voor de synthese van proteinen maar

produceren enkel RNA moleculen die op zich een functie in de cel uitoefenen

RNA=

een variant van DNA dat bestaat uit een lineair, enkelstrengig polymeer van nucleotiden

Nucleinezuren zijn polymeren, dat zijn ketens van

nucleotiden (dit is het monomeer van het nucleinezuur)

de basen van het nucleinezuur zijn

heterocyclisch van structuur ( een ringstructuur)

DNA is opgevouwen samen met speciale eiwitten (vooral histonen). Samen vormen ze een complex dat chromatine heet: in niet-delende cellen zie je chromatine onder de microscoop als

dunne draadjes of korrels (ziet er chaotisch uit maar het is zeer goed verpakt)

er bestaan 2 vomrne van chromatine:

1. euchromatine: losser verpakt, hier wordt DNA actief afgelezen (genexpressie)

2. heterochromatine: strak opgevouwen, genetisch “inactief”

men noemt een situatie waarbij de genetische info per nucleus 2 keer voorkomt , een

diploide toestand (dit betekent dat bij vb. de mens er 2 meter ingepakt moet worden in een nucleoplasma met een diamer van enkel 5 micrometer)

de mens heeft… chromosomenparen

23 (dus 46 chromosomen in totaal)

wanneer een cel zich klaarmaakt om te delen, wordt het chromatine

nog strakker opgerold (zo ontstaan duidelijk zichtbare structuren: de chromosomen): tijdens deze fase is het DNA goed te onderscheiden en kunnen wetenschappers zien hoeveel chromosomen een soort heeft

binnen de nucleus zie je vaak donkere, ronde zones dat de … wordt genoemd

nucleolus

de nucleulus is de plaats waar…. worden gevormd

ribosomen (staan in voor de synthese van de eiwitten van een cel op basis van geneitsche info in het DNA)

de ribosomen, dat werden aangemaakt in de nucleulus in de kern van een cel, verlaat de nucleus via de nucleaire porien:

• sommige blijven vrij in het cytosol(voor eiwitten die in de cel zelf gebruikt worden)

• andere hechten zicha an het ruw endoplasmatisch reticulum (voor eiwitten die geexporteerd of ingebouwd worden in membranen)

….. hebben hun eigen ribosomen die structureel verschillen van de ribosomen in het cytosol of op het endoplasmatisch reticulum

mitochondrien en chloroplasten

de nucleolus is geen

organel (bevat geen membraan)

het organel waar de nucleinezuren worden gesynthetiseerd en waar DNA replicatie plaatsvindt is

de nucleus

de nucleus draagt het chromatine waarin het DNA zich bevindt en het DNA codeert voor de genen. De genen coderen op hun beurt voor

de eiwitten of voor RNA moleculen die een bepaalde functie gaan uitvoeren

transcriptie die leidt tot de productie van RNA´s vindt plaats 

in de nucleus

translatie, het maken van eiwitten, gebeurt

buiten de nucleus

het endoplasmatisch reticulum is 1 groot organel waar

alle membranen met elkaar verbonden zijn

de inhoud van het endoplasmatisch reticulum noemt men

het lumen

het lumen van het endoplasmatisch reticulum is omgeven door 1 enkel membraan en die membraan 

loopt over en is verbonden met de nucleus

naast het endoplasmatisch reticulum, staan alle andere organellen

los van de membranen die de nucleus en het ER omgeven

het glad plasmatisch reticulum bevat

geen ribosomen

het glad endoplasmatisch reticulum speelt een rol in

afbraak van producten die schadelijk zijn en die niet meer nodig zijn in de cel

mRNA gaat richting de ribosomen (degene in het cytosol of degene op het endoplasmatisch reticulum). Het mRNA belandt, afhankelijk van …. op het ribosoom van het ER of in het cytosol

het eiwit waarvoor het mRNA codeert

de translatie start altijd in het cytoskelet. Maar als een element begint met een bepaald keten van aminozuren die herkend kan worden door de eiwitten aanwezig op het ruwe endoplasmatisch reticulum, dan gaat dat mRNA en RNA

via die eerste paar aminozuren van dat eiwit finaal gaan binden op het ribosoom van het ruwe ER

de functie van het begin van het eiwit dat finaal in het ER moet belanden is o.a. om

te binden op het ribosoom op het ER

als een eiwit een bepaalde keten bevat van aminozuren (wegens het bepaalde eigenschappen bevat) dan zal deze

binden aan het ER. als deze geen specifieke aminozuren bevat dan blijft het mRNA gebonden op de vrije ribosomen in het cytosol

… is een dominant organel dat vrijwel al de plaats van de cel inneemt

endoplasmatischr eticulum

het ruwe endoplasmatisch reticulum staat in voor

de synthese van eiwitten

ter hoogte van het ribosoom dat zich op het ER bevindt, bevindt men een porie genaamd …. waardoor dan de groeiende aminozuurketen binnengetrokken gaat worden over het membraan van het ER en gaat het eiwit finaal opgevouwen worden en zich in het lumen bevinden (het kan daar blijven als het daar en functie gaat uitvoeren of het kan naar een ander organel gaan of gesecreteerd worden)

translocator

verschil tussen secretie en excretie:

secretie is het proces waarmee producten uit de cel worden gebracht maar die producten hebben dan altijd een functie, bij excretie worden de producten ook uit de cel gebracht amar hebben ze verder geen functie 

het lumen van het ER zit vol met

chaperonen (dit zijn eiwitten die worden gemaakt door ribosomen op het ruwe ER want de eiwitten moeten finaal in het ER belanden. de chaperon gaan andere eiwitten helpen om correct op te vouwen)

een eiwit kan soms een verkeerde structuur aangaan waardoor … gaat helpen door het eiwit opnieuw open te vouwen zodat het eiwit een nieuwe kans krijgt zich goed te vouwen. Loopt dit echter fout kan het zijn dat het eiwit misschien niet meer goed opgevouwd kan worden en zal het … echter niet verder kunnen helpen. Het ER zal deze eiwitten naar buiten sturen waar het proteasoom zich bevindt.

chaperon

proteasoom =

een groot eiwitcomplex dat als belangrijkste functie heeft andere eiwitten, die overbodig of beschadigd zijn, af te breken

wanneer een eiwit niet goed opgevouwd kan worden en zelfs met hulp van chaperon het niet verbetert, zal het eiwit door … versnippert worden en kunnen de aminozuren gebruikt worden om andere eiwitten op te bouwen

proteasoom

de afgevlakte zakken van het ER noemt men

cisternae

het lumen van het ER, de interne ruimte die afgescheiden wordt van het cytosol staat in de meeste cellen in verbinding met het lumen dat gevormd wordt door

de 2 membranen van de nucleaire embraan

de membranen en het lumen van het ER bevatten

verschillende specifieke enzymen die betrokken zijn in verschillende biochemische reacties. Hierbij zijn de enzymen die gevonden worden aan de twee zijden van de ER membraan verschillend

het ruwe endoplasmatisch reticulum is opgebouwd uit cisternae en heeft een ruw uiterlijk omdat 

het oppervlakte van de membraan aan de cytosol zij de geassocieerd is met massa´s ribosomen die in de TEM als donkere partikels zichtbaar zijn.

talrijke eiwitten die uit de cel geexporteerd worden of die getransporteerd worden naar organellen van het endomembraansysteem (incl. plasmamembraan en excl. nucleoplasma) worden door … gesynthestiseerd

de ribosomen op het ruw ER

de buisvormige structuur, het gladde ER bevat

geen ribosomen maar heeft een productie functie en is betrokken in de synthese van carbohydraten/polysachariden/suikers (hetzelfde) en ook de productie van lipiden

de 4 macromoleculen zijn:

• sachariden (koolhidraten)

• lipiden (vetten)

• proteinen (eiwitten)

• nucleinezuren

na vorming van eiwitten door de ribosomen op het ruw ER, kunnen de eiwitten dat zich nu in het lumen bevinden vervolgens

gemodificeerd worden door gespecialiseerde enzymen door de aanhechting van andere moleculen zoals suikers, suikerpolymeren of lipiden OF kunnen nog andere enzymen in het ER lumen, de moleculaire chaperons, helpen bij het correct ruimtelijk opvouwen van de proteinen met de vorming van 3D-structuren.

het glad ER is betrokken in de synthese van … en de afbraak van…

• synthese van carbohydraten, fosoflipiden, veturen en steroiden

• afbraak van toxische componenten in de lever gevolgd door excretie

ruw ER is betrokken in de productie en modificatie van

eiwitten en hun translocatie naar andere organellen van het andomembraansysteem of hun secretie via transportvesikels

slecht opgevouwen eiwitten worden terug naar het cytosol gestuurd waar ze worden afgebroken worden door grote eiwitcomplexen genaamd

proteasomen

De proteinen in het lumen kunnen, na aanmaak, vervolgens getransporteerd worden naar andere compartimenten in de cel door de vorming van transportvesikels die van het ER afgesnoerd worden. Deze vesikels fusioneren, na transport doorheene het golgi.apparaat, met een finaal doelwitcompartiment

dat behoort tot het endomembraansysteem (exl. het nucleoplasma)

eiwitten die door de nucleaire porien in de nucleus belanden worden

geproduceerd door ribosomen die vrij in het cytosol voorkomen (diezelfde ribosomen in het cytosol produceren ook de eiwitten die in het cytosol vlijven na productie of getransporteerd worden naar de mitochondrien of chloroplasten, of de matrix van het peroxisomen)

de hoeveelheid glad ER in een cel kan varieren

van celtype tot celtype (veel glad ER in levercellen)

het golgi-apparaat bestaat uit

een afzonderlijke reeks van naast elkaar gelegen, afgevlakte membraanzakken (cisternae)

In tegenstelling tot et cisternae van het ER, zijn de cisternae van het Goli-apparaat

niet met elkaar verbonden (afhankelijk van cel zijn er 1 of meerdere golgi-apparaten)

Hoe dat de geproduceerde eitiwtten van het ER hun eindbestemming bereiken is vaak via

het transport doorheen het Golgi apparaat (een organel dat materiaal verzamelt van zowel glad als ruwe ER en gaat dat verder gaan bewerken en finaal het gaan sorteren om het te verdelen over de andere delen van de cel)

deel van het organel van het golgi-apparaat dat het materiaal ontvangt onder de vorm van transport vesikels die door het ruwe ER worden afgesnoerd noemt men

de cis zijde

het gedeelte van het golgi-apparaat dat de producten verder zal gaan bewerken noemt men

het mediale gebied (chemisch gaan wijzigen)

…. is meestal georienteerd naar de plasmamembraan en verpakt moleculen voor een daaropeenvolgend transport uit het Goli-apparaat

de trans zijde

het golgi apparaat is namelijk betrokken in 

het modificeren, sorteren en verpakken van proteinen

golgi-apparaat:

• modificatie, sortering en verpakking van eiwitten voor secretie, stockage of translocatie naar andere delen van het endomembraansysteem (- nucleus)

• productie en secretie van polysacchariden (planten)

• vorming van lysosomen (dieren)

in plantencellen secreteert het golgi-apparaat naast glycoproteinen ook … voor de celwand

polysacchariden