Module 5: werkloosheid en participatie op de arbeidsmarkt

Het Belang van de Cel

• Een cel is de structurele en functionele eenheid van het leven.
• Het is de kleinste eenheid van een organisme dat als levend wordt beschouwd.
• Cellen zijn de fundamentele bouwstenen van alle levende wezens.
• De studie van cellen wordt cytologie genoemd.
• Het woord cel komt van het Latijnse "cellula", wat kleine kamer betekent.

Ontdekking van de cel

• Robert Hooke was de eerste die cellen beschreef in 1665.
• Hij bekeek een kurkplak door een primitieve microscoop.
• Hij zag alleen de dode celwanden en noemde ze "cellen".
• Anton van Leeuwenhoek was de eerste die levende cellen in micro-organismen observeerde met behulp van een microscoop.

Celtheorie

Ontwikkeling van de celtheorie

• In 1838 concludeerde Matthias Schleiden, een Duitse botanicus, dat alle planten uit cellen zijn opgebouwd.
• In 1839 concludeerde Theodor Schwann, een Duitse zoöloog, dat alle dieren uit cellen zijn opgebouwd.
• In 1855 verklaarde Rudolf Virchow dat alle cellen ontstaan uit reeds bestaande cellen.

Principes van de celtheorie

• Alle organismen zijn samengesteld uit een of meer cellen.
• De cel is de basiseenheid van structuur en organisatie in organismen.
• Alle cellen ontstaan uit reeds bestaande cellen.

Celtypen

Prokaryotische cellen

• Prokaryotisch komt van de Griekse woorden voor pre-nucleus.
• Genetisch materiaal (DNA) is niet omsloten door een membraan-gebonden nucleus.
• Ze missen andere membraan-gebonden organellen.
• Prokaryoten zijn altijd eencellig.
• Ze omvatten bacteriën en archaea.

Eukaryotische cellen

• Eukaryotisch komt van de Griekse woorden voor echte nucleus.
• Genetisch materiaal (DNA) is omsloten door een membraan-gebonden nucleus.
• Bevatten andere membraan-gebonden organellen binnen het cytoplasma.
• Eukaryoten kunnen eencellig of meercellig zijn.
• Ze omvatten protisten, schimmels, planten en dieren.

Celstructuur

Plasmamembraan

• Het plasmamembraan is een selectieve barrière.
• Het laat voldoende passage van zuurstof, voedingsstoffen en afvalstoffen toe om het volume van elke cel te onderhouden.
• Het plasmamembraan is een dubbele laag lipiden met daarin ingebedde eiwitten.
• De meest voorkomende lipiden zijn fosfolipiden.

Nucleus

• De nucleus bevat het grootste deel van de genen van de cel.
• Het is over het algemeen het meest opvallende organel in een eukaryotische cel.
• De nucleus bevat de nucleolus, waar ribosomen worden gemaakt.

Ribosomen

• Ribosomen zijn deeltjes die zijn gemaakt van ribosomaal RNA en eiwit.
• Ribosomen voeren eiwitsynthese uit.
• Vrije ribosomen zijn gesuspendeerd in het cytosol en maken eiwitten die functioneren binnen het cytosol.
• Gebonden ribosomen zijn bevestigd aan de buitenkant van het endoplasmatisch reticulum of het nucleaire membraan en maken eiwitten die in membranen worden ingebracht of worden uitgescheiden.

Endoplasmatisch Reticulum

• Het endoplasmatisch reticulum (ER) is een netwerk van membraneuze tubuli en zakken die cisternae worden genoemd.
• Het ER-membraan is continu met het nucleaire membraan.
• Er zijn twee verschillende regio's van ER:
  • Glad ER, dat geen ribosomen heeft
  • Ruw ER, dat ribosomen heeft bevestigd aan het oppervlak

Golgi-apparaat

• Het Golgi-apparaat is een stapel afgeplatte membraneuze zakken die cisternae worden genoemd.
• Het Golgi-apparaat modificeert, bewaart en verpakt producten van het ER.

Lysosomen

• Een lysosoom is een membraneuze zak met hydrolytische enzymen die macromoleculen kan verteren.
• Lysosomale enzymen kunnen eiwitten, vetten, polysacchariden en nucleïnezuren hydrolyseren.

Vacuolen

• Vacuolen zijn grote blaasjes die zijn afgeleid van het ER en het Golgi-apparaat.
• Vacuolen voeren verschillende functies uit in verschillende soorten cellen.

Mitochondriën

• Mitochondriën zijn de plaatsen van cellulaire ademhaling, een metabolisch proces dat zuurstof gebruikt om de generatie van ATP aan te drijven.
• Mitochondriën hebben een glad buitenmembraan en een binnenmembraan dat is gevouwen in cristae.

Chloroplasten

• Chloroplasten worden gevonden in planten en algen.
• Chloroplasten zijn de plaatsen van fotosynthese.
• Chloroplasten bevatten het groene pigment chlorofyl, evenals enzymen en andere moleculen die functioneren in de fotosynthese.

Cytoskelet

• Het cytoskelet is een netwerk van vezels dat zich door het cytoplasma uitstrekt.
• Het organiseert de structuren en activiteiten van de cel.
• Het is samengesteld uit drie soorten moleculaire structuren:
  • Microtubuli
  • Microfilamenten
  • Intermediaire filamenten

Celfunctie

Celmetabolisme

• Metabolisme is de som van alle chemische reacties die in een cel plaatsvinden.
• Metabolische pathways zijn een reeks chemische reacties die een startmolecuul omzetten in een product.

Celcommunicatie

• Celcommunicatie is het proces waarmee cellen met elkaar kunnen communiceren.
• Cellen kunnen communiceren via direct contact of via chemische signalen.

Celdeling

• Celdeling is het proces waarbij een cel zich deelt in twee nieuwe cellen.
• Celdeling wordt gebruikt voor groei, reparatie en voortplanting.

Diagram van een typische dierlijke cel

• Het diagram toont een typische dierlijke cel met de volgende gelabelde organellen:
  • Plasmamembraan
  • Nucleus
  • Ribosomen
  • Endoplasmatisch reticulum (ER)
  • Golgi-apparaat
  • Lysosomen
  • Vacuolen
  • Mitochondriën
  • Cytoskelet

Diagram van een typische plantencel

• Het diagram toont een typische plantencel met de volgende gelabelde organellen:
  • Plasmamembraan
  • Celwand
  • Nucleus
  • Ribosomen
  • Endoplasmatisch reticulum (ER)
  • Golgi-apparaat
  • Lysosomen
  • Vacuolen
  • Mitochondriën
  • Chloroplasten
  • Cytoskelet

Algoritmische Complexiteit

Wat?

• Maatstaf voor middelen (tijd, ruimte) vereist om een algoritme uit te voeren, als functie van de invoergrootte.
• Big O-notatie: beschrijft de asymptotische bovengrens van de complexiteit.
  • $O(f(n))$ betekent dat het brongebruik van het algoritme niet sneller groeit dan $f(n)$ naarmate $n$ toeneemt.
• Waarom belangrijk? Helpt bij het voorspellen van prestaties en het kiezen van efficiënte algoritmen, vooral bij grote inputs.

Gemeenschappelijke Complexiteiten

Constant - $O(1)$

• De uitvoeringstijd is hetzelfde, ongeacht de invoergrootte.
• Voorbeeld: Toegang tot een element in een array op index.

Logaritmisch - $O(log n)$

• De tijd neemt proportioneel toe met de logaritme van de invoergrootte.
• Voorbeeld: Binaire zoekopdracht in een gesorteerde array.

Lineair - $O(n)$

• De tijd neemt lineair toe met de invoergrootte.
• Voorbeeld: Zoeken naar een element in een ongesorteerde array.

$N \log N$ - $O(n \log n)$

• De tijd neemt proportioneel toe met de invoergrootte maal de logaritme van de invoergrootte.
• Voorbeeld: Merge sort, quicksort (gemiddelde geval).

Kwadratisch - $O(n^2)$

• De tijd neemt proportioneel toe met het kwadraat van de invoergrootte.
• Voorbeeld: Bubble sort, insertion sort.

Exponentieel - $O(2^n)$

• De tijd verdubbelt bij elke toevoeging aan de invoerdataset.
• Voorbeeld: Alle mogelijke combinaties van een set proberen.

Factorieel - $O(n!)$

• De tijd neemt zeer snel toe met de invoergrootte.
• Voorbeeld: Alle permutaties van een reeks genereren.

Visualisatie

• De afbeelding toont een grafiek waarin de groeisnelheden van verschillende tijdscomplexiteiten worden vergeleken.
• De x-as vertegenwoordigt de invoergrootte (n) en de y-as vertegenwoordigt de tijd of het aantal bewerkingen.
  • O(1) - Constant: Een horizontale lijn die aangeeft dat de tijd constant blijft, ongeacht de invoergrootte.
  • O(log n) - Logaritmisch: Een curve die zeer langzaam groeit naarmate de invoergrootte toeneemt.
  • O(n) - Lineair: Een rechte lijn die aangeeft dat de tijd lineair toeneemt met de invoergrootte.
  • O(n log n) - N Log N: Een curve die sneller groeit dan lineair, maar langzamer dan kwadratisch.
  • O(n^2) - Kwadratisch: Een curve die proportioneel groeit met het kwadraat van de invoergrootte, en sneller toeneemt dan de vorige complexiteiten.
  • O(2^n) - Exponentieel: Een curve die extreem snel groeit en een sterke toename van de tijd vertoont naarmate de invoergrootte toeneemt.
  • O(n!) - Factorieel: Dit zou nog sneller groeien dan exponentieel, maar wordt niet duidelijk weergegeven in deze grafiek vanwege de schaal.
• De grafiek illustreert hoe verschillende algoritmen schalen met toenemende invoergroottes, waarbij het belang wordt benadrukt van het kiezen van algoritmen met lagere tijdscomplexiteiten voor grote datasets.