Samenvatting Cellen en Weefsels - Huid (PDF)

DE HUID 1 INLEIDING Huid = grootste orgaan vh lichaam 16% lichaamsgewicht Functies: o Bescherming onderliggende weefsels o Regeling vd lichaamstemperatuur o Zintuigelijke waarneming van signalen uit de omgeving o Excretie van zweet en talg o Aanpassing aan grote vormveranderingen vb. zwangerschap o Absorptie van ultraviolette straling vh zonlicht Huid = samengesteld uit: o Epidermis = opperhuid = opgebouwd uit verhoornend meerlagig plaveiselepitheel van ectodermale herkomst o Dermis = lederhuid = bestaande uit bindweefsel van mesodermale herkomst o = cutis Dermis wordt verbonden door een laag van losmazig bindweefsel (hypodermis) met omliggende weefsels hypodermis bevat isolerende vetlaag (panniculus adiposus) Grens tus. epidermis en dermis = golvend -> bindweefselpapillen = uitstulpingen id dermis -> epidermiskammen = uitstulpingen vd dermis 2 EPIDERMIS Het verhoornende meerlagige plaveiselepitheel vd epidermis = 4 verschillende celtypen: o Keratinocyten o Melanocyten o Cellen van Langerhans o Cellen van Merkel 2.1 KERATINOCYTEN Onderste laag keratinocyten in stratum basale = mitotische activiteit -> nieuwgevormde cellen schuiven langzaam op -> aan bovenkant schilferen cellen af + worden vervangen door daaropvolgende cellen = proces van 2 – 5 weken Jonge keratinocyten = veel intermediaire = cytokeratinefilamenten = tonofilamenten Stratum basale / stratum germinativum o Onderste laag keratinocyten + grenst aan de dermis o Kubische cellen zijn onderling + met hoger gelegen cellen van stratum spinosum verbonden via desmosomen o hemidesmosomen zijn aan lamina basalis gehecht 1 Stratum spinosum o = dikste laag vd epidermis -> polygonale cellen worden geleidelijk platter naar boven toe o Bouw van cellen komt overeen met die vd basale cellen + bevatten keratinefilamenten o Bundels van keratinefilamenten stralen vd perinucleaire regio uit naar de desomosomen (id cytoplasmatische uitlopers van 2 aangrenzende cellen) Stratum granulosum o 2 – 5 lagen van platter wordende cellen -> bevatten basofiele keratohyaliene granula -> hebben geen omringende membraan o Naarmate cel opschuift: granulen nemen in aantal + grootte toe o Korrels = verschillende eiwitten => filaggrine o Langgerekte korrels = lamellair gestapelde lipidenmembranen = lamellar granules -> korrels fuseren met cekmembraan + geven lipidenrijke inhoud door exocytose af Stratum lucidum o = dunne heldere laag van afgeplatte cellen + ligt boven granulosum o Cytoplasma = dicht opeengepakte keratinefilamenten die parallel aan het oppervlak georiënteerd zijn desmosomen hechten de cellen aan elkaar Stratum corneum o = 10 – 15 lagen afgeplatte cellen, zonder kern of organellen o Cellen hebben een lossere samenhang + samengehouden door lipiden en resten van desmosomen o In laatste stadium schilferen de keratinocyten vd huid af = desquamatie Dikte vd huid kan verschillen: o Een dunne (behaarde) huid met een epidermis: 0.1 mm en een dermis: 1 – 2 mm -> epidermis wordt gekenmerkt door dun stratum corneum + gn stratum lucidum -> dermis bevat haarfollikels, musculi arrectores pilorum, zweet- en talgklieren o Een dikke (onbehaarde) huid met epidermis: 1.5 mm en een dermis: +- 3 mm -> epidermis heeft de 5 lagen -> mist adnexa (haar, nagels, apocriene zweet- en talgklieren) -> eccriene zweetklieren vinden we wel terug 2.2 MELANOCYTEN In stratum basale vd epidermis -> lange uitlopers steken uit tussen de keratinocyten Met hemidesmosomen zijn ze aan de lamina basalis gehecht 600 – 1200 cellen per mm2 van de huid Produceren het bruine pigment melanine -> geeft kleur aan de huid Caroteen + vulling vd bloedvaten -> dragen bij aan kleur van de huid Afkomstig uit neurale lijsten -> tijdens 12e en 14e week vd embryonale ontwikkeling komen ze in de epidermis te liggen 2 Melanine wordt gevormd mbv tyrosinase => wordt geproduceerd in het RER + Golgi-apparaat en getransporteerd naar melanosomen -> tyrosinase zet tyrosine via 3,4-dihydroxyfenylalanine (DOPA) en dopaquinon om in melanine Als melaninekorrels gereed zijn -> getransporteerd naar uitlopers vd melanocyt Keratinocyten maken zelf geen melanine aan -> krijgen het van de melanocyten -> de snelheid waarmee de pigmentatie vd huid tot stand komt: o Snelheid vd aanmaak van nieuwe melanosomen o Snelheid van overdracht van melanosomen naar de keratinocyt Melaninekorrels hopen zich op aan de zonzijde vd kern vd keratinocyten -> afscherming tegen schadelijke invloed op DNA Uiteindelijk: in keratinocyten = meer melanine dan in melanocyten Elke melanocyt kan een groep van rondom liggende keratinocyten van melanine voorzien = epidermale melanine-eenheid 2.3 CELLEN VAN LANGERHANS = dendritische cellen, gelokaliseerd in het stratum spinosum met lange uitlopers tus. keratinocyten Cellen zijn van mesenchymale oorsprong + geïmmigreerd in epidermis maken 2 – 8% vd epidermale celpopulatie Onregelmatig gelobde kern + weinig elektronendicht cytoplasma dat gn keratinefilamenten bevat Birbeck-granula = lysomale functie: o Bacteriën die doordringen tot id epidermis -> alarmeren de Langerhans-cellen -> immuunreactie o Cellen van Langerhans = belangrijk bij immuunrespons vd huid o Tot groep vd histiocyten gerekend 2.4 CELLEN VAN MERKEL Beschreven als ‘Tastzellen’ door Friedrich Siegismund Merkel In geringe # id basale laag vd epidermis vd dikke huid Voorkomen: behaarde huid rond haarfollikels Cellen lijken op keratinocyten maar in cytoplasma hebben ze kleine elektronendichte korrels -> fct is niet bekend Zenuwvezels die ih epitheel doordringen -> brede schijfvormige uiteinden ad onderzijde vd cellen van Merkel Merkel-cellen registreren lichte aanrakingen 3 DERMIS 3 = lederhuid -> dicht bindweefsel dat samen met de epidermis -> stevigheid Verschilt in dikte -> maximum is 4 mm De papillen vd dermis interdigiteren met epitheelkammen vd epidermis = lamina basalis met daaronder een laag van reticulaire vezels Dermis = verschillende lagen: o Stratum papillare ▪ Vormt de papillen vd dermis + veel verder dan diepste epitheelkammen ▪ BW = fijne collagene vezels van type III+ netwerken van elastische vezels ▪ BW = fibroblasten + histocyten + dendritische cellen + mestcellen + leukocyten + lymfocyten + plasmacellen ▪ = dicht gevasculariseerd -> zeer reactief + belangrijke rol bij ontstekingsproces, overgevoeligheidsreacties + blozen o Stratum reticulare ▪ Veel dikkere laag van BW + grote hvlheid vezelmaterial + minder cellen ▪ Vervlochten vezelbundels met zekere voorkeursrichting ▪ Incisie in de huid loodrecht door deze voorkeursrichting = lijnen van Langer -> slecht genezende wonde ▪ Grove elastinevezels vormen een ruimtelijk netwerk te midden vd collagene bundels ▪ Gehalte glycosaminoglycanen is verschillende van plaats tot plaats ▪ Waterbindend vermogen vd dermis = dermatansulfaat, chondroïtinesulfaat en hyaluronzuur ▪ Met toenemen vd leeftijd -> collagene vezels dikker -> hoge leeftijd = huid minder elastisch + brosser -> d. teruggang v elastine + toenemende dwarsverbindingen ih collageen -> amorfe tussenstof verandert -> waterbindend vermogen neemt af 4 HYPODERMIS Onderhuidse bindweefsel = hypodermis = subcutis = losmazig BW dat huid met onderliggend BW verbindt Huid blijft beweeglijk Plaatsen waar huid niet beweeglijk moet zijn = handpalmen + voetzool dermis is met dikke collagene vezelbundels vast met onderlaag verbonden Subcutis bevat veel vetcellen -> hvlheid hangt af vd voedingstoestand vh individu 5 HAREN Ontwikkelen zich uit specialisaties vd epidermis die uitsteken id onderliggende dermis Follikels = embryonaal diffuus over hele lichaam aangelegd -> na geboorte worden er geen nieuwe follikels aangemaakt -> voor geboorte = ongepigmenteerde lanugobeharing -> kort voor geboorte wordt deze grotendeels afgestoten behalve op de schedel, wenkbrauwen en oogleden 4 -> na geboorte groeit id follikels geleidelijk een fijn haarkleed vd vellusbeharing -> tijdens puberteit; oiv hormonen ontwikkelen dikke haren in sommige follikels id oksels + schaamstreek -> geheel samen met dikker geworden haren op overige huid (schedel, extremiteiten, oogharen) = terminale haarkleed Haren groeien met snelheid van 0.3 – 0.7 mm/dag -> groei ≠ constant perioden van groei worden afgewisseld met stilstand -> haarschacht kan soms uitvallen -> follikel blijft wel bestaan + kan na verloop van tijd terug nieuw haar groeien -> cycli die hormonaal beïnvloed worden zijn niet constant + verschillen per lichaamsregio -> aan einde vd haarfollikel = verdikking = bulbus -> bevat celmateriaal waaruit haarschacht -> steekt buiten de huid = met omhulling wordt gevormd -> centrum vd bulbus wordt ingenomen door bindweefselpapil -> dicht capillairnet voert de grondstoffen aan = nodig voor groei van het haar -> verlies van bloedtoevoer of vitaliteit vd bulbus -> afsterven vd haarfollikel Aan de haarschacht = musculus arrector pili gehecht -> verbonden met gladde spiervezels -> musculus arrector pili = kippenvel effect: dus haartje komt recht te staan -> spiertje = aangehecht ongeveer halverwege de haarschacht -> loopt ad kant vd talgklier naar stratum basale -> gaat over in uitwaaierend elastisch peesje dat ontspringt in stratum papillare -> samentrekking = aanleiding tot kippenvel -> biologisch als reflex om dikte van een warmte-isolerende vacht te vergroten -> bij contractie: spiertjes oefenen druk uit op talgklieren = talg wordt uitgedreven -> epitheliale laag rond papil ih centrum = haarwortel -> buitenste lagen = continu met de epidermis -> binnenste lagen = haarschacht die buiten de huid uitsteekt In perioden vd groei zijn de epitheelcellen vd bulbus equivalent met stratum basale vd epidermis -> ze delen frequent + differentiëren id volgende celtypen: o Cellen die centraal liggen id bulbus -> grote + gevacuoliseerde en licht verhoornde cellen -> liggen in centrum vd haarschacht -> vormen hier het merg vd haar o Cellen die rond centrale deel vd haarwortel liggen: -> differentiëren tot lange spoelvormige id lengterichting vd haar liggende cellen -> verhoornen sterk -> vormen de schors vd haar o Cellen die iets naar buiten liggen + vormen cuticula -> een laag van cellen die later worden afgeplat tot schubvormige hoornplaatjes -> die buitenkant vd haarschacht bekleden -> zijn stevig aan elkaar gehecht o Nog meer naar buiten gelegen laag van cellen -> vormen de inwendige wortelschede -> omgeeft het onderste deel vd haarschacht -> laag degenereert + functioneert als smeermiddel voor de haar tot op niveau van talgklieren 5 o Daarbuiten gelegen uitwendige wortelschede -> = blijvende laag die continu is met epidermis -> schuift niet mee op met de haargroei Haarfollikel is vd dermis gescheiden door glasmembraan (membrana vitrea) = verdikte transparante basaal membraan Id dermis ligt tegen deze basaal membraan = laag van wat dichter bindweefsel = bindweefselschede Kleur vd haren berust op melanine = afkomstig vd melanocyten die id haarwortel liggen -> daar geven ze hun pigment af aan de cellen vh merg en de schors -> kleur van rood haar berust op variant van melanine = feomelanine -> activiteit van melanocyten neemt af op latere leeftijd = grijs haar 6 NAGELS = platen van verhoornd materiaal -> liggen op dorsale zijde vd terminale falanx van vingers + tenen -> rusten op nagelbed = verdikte laag vd epidermis -> gaat over in dieper liggende brede plooi = nagelmatrix -> id matrix = processen van vermenigvuldiging en differentiatie tot stadium v stratum spinosum -> Uit de celmassa -> proximale deel vd nagelplaat = nagelwortel -> nagelwortel is gelegen id nagelgroeve -> aan basis wordt nieuwe hoornstof toegevoegd want oppervlakkige cellen vd nagelmatrix gaan over in hoornmassa waarin gn cellen herkenbaar zijn -> nagelplaat groeit vanuit de wortel over nagelbed + geleidelijk tevoorschijn onder vrije rand vd epitheelplaat = eponychium Het nagelbed bestaat uit een epitheel -> bestaat uitsluitend uit: Stratum basale + Stratum spinosum -> dicht opeenliggende smalle epitheelkammen m daartus bindweefselpapillen m capillairlussen -> lussen + geringe dikte vh epitheel = roze kleur vd nagels -> bleker halvemaanvorming bij eponychium (= lunula) = epitheel is dikker -> nabij vrije rand vd nagel: nagelbed = verhoornend hyponchium -> groei vd nagelplaat = continu proces (0.1 -.2 mm per dag) -> gezonde matrix -> extractie vd nagel leidt tot volledige regeneratie 7 TALGKLIEREN = glandulae sebaceae Komen voor id dermis + verbinding met haarfollikels Klieren = acini met een gemeenschappelijke uitvoergang -> mondt uit ih bovenste deel van een haarfollikel Op areola mammae, de glans penis, de glans clitoridis, het lippenrood, rond anus uitvoergang mondt rechtstreeks op oppervlak van epidermis uit = vrije talgklieren Talg o Fungeert als smeermiddel voor de huid o Beschermt tegen uitdrogen 6 o Vergroot waterbestendigheid o Antibacteriële werking Acini van gewone talgklieren -> basale laag van ongedifferentieerde epitheelcellen = kunnen intensief vermenigvuldigen Dochtercellen differentiëren + vullen ruimte vd acinus met ineenpassende afgeronde cellen (= sebocyten) -> naarmate dat ze naar uitvoergang opschuiven, worden ze gevuld met vetdruppels -> de kern schrompelt + organellen gaan verloren + cel barst open -> vettige secreet (= sebum) = afgevoerd naar haarfollikel + schuift langs haarschacht op + vermengt met inwendige wortelschede -> vet verspreidt zich over oppervlak vd haren en epidermis Secretie van talgklieren = holocriene secretie -> product is sebum/talg -> product bestaat uit cellen die in hun secreet zijn opgegaan -> productie = continu -> bestaat uit mengsel van triglyceriden, vrije vetzuren + cholesterol en de esters ervan Secretie wordt geregeld door: o MANNEN: testosteron uit de Testis o VROUWEN: combinatie van androgenen uit ovarium en bijnier 8 ZWEETKLIEREN = onvertakte tubulaire klieren met sterk gewonden secretorische eindstukken 2 soorten: o Eccriene (merocriene) zweetklieren: ▪ Vrijwel overal id huid ▪ Totale massa = zeer omvangrijk -> gezamenlijk gewicht = nier ▪ produceren meer dan 0.7 l/uur ▪ afvoergangen splitsen niet + dunner dan secretorische gedeelten ▪ onvertakte buisjes die als kluwen ineengestrengeld diep id dermis liggen ▪ klieren worden begrens door dikke basaal membraan -> myo-epitheelcellen wiens contractie het secreet uit de klierbuisjes helpt te drijven 7 ▪ 2 typen cellen: Donkere cel -> door RER e, secretiegranula komt deze overeen met sereuze kliercel -> cel ligt steeds aan het lumen vd klierbuis Lichte cel -> gn secretiegranula + weinig ontwikkeld RER -> talrijke mitochondriën + diepe invaginaties id basale plasmamembraan ionentransporterende cel ▪ Klieruitvoergang = tweelagig kubisch epitheel -> cellen kleuren vele donkerder dan secretorische cellen -> uitvoergang loopt licht gedraaid door dermis naar secundaire kam -> gang loopt als sterk gewonden afzonderlijk traject naar opp vd dermis ▪ Secreet van eccriene klieren = waterig + eiwitarm ▪ Ionensamenstelling is variabel maar uiteindelijke secreet = hypotoon tov bloed id uitvoergangen worden Na+-ionen en Cl—ionen teruggeresorbeerd uit oorspronkelijke isotone primaire secreet ▪ Zweet = ionen, verschillende zouten, metabolieten (ureum en melkzuur) ▪ Na uitscheiding ah opp. verdampt het zweet -> opp. koelt af ▪ Eccriene klieren = door cholinerge zenuwvezels geïnnerveerd o Apocriene zweetklieren: ▪ = beperkt tot oksel + gebied rond de anus ▪ = gewonden enkelvoudige buizen + grotere diameter dan eccriene klieren ▪ Diep id hypodermis gelegen pakketten van 3 – 5 mm doorsnede -> kluwen niet groter dan 0.5 mm doorsnede ▪ Uitvoergangen monden uit in haarfollikels + secretieproduct w langs haren afgevoerd ▪ Bij ontwikkeling -> klieren ontstaan door uitgroei uit haarfollikel ▪ Secreet = viskeuzer + speelt gn rol bij warmteregulatie + verspreiding lichaamsgeur secreet is geurloos mbv huidbacteriën vormt er een geur ▪ Epitheelcellen vormen uitstulpend apicaal cytoplasma -> naam ‘apocrien’ eigenlijk = gn apocriene klier want uitstulpingen zijn niet afgesnoerd ▪ Oiv hormonen ▪ VROUWEN: id okselhuid zels verandering adhv menstruele cyclus apocriene klieren bevatten adrenerge uiteinden 9 VATEN EN ZENUWEN VD HUID Dermis = uitgebreid bloed- en lymfevatennet 8 Op grens van stratum papillare en stratum reticulare = dicht vaatnet = rete subpapillare -> vaatlissen w afgegeven naar papillen tot onder epidermis = belang voor voeding vd opperhuid Arterioveneuze anastomosen = zorgen voor warmteregulatie -> open verbinding = capillair systeem is minder doorbloed + weinig warmte wordt afgegeven -> bleke huid bij koude 2e vaatnet = grens van cutis en subcutis = rete cutaneum -> venen liggen op niveau van beide arteriële netten met 3e net id hypodermis Lymfevaten volgen arteriële ligging op 2 niveaus -> ontspringen blind id bindweefselpapillen Huid = belangrijke functie bij ontvangen van prikkels uit omgeving -> sterk geïnnerveerd Buiten zenuwuiteinden id epidermis -> talrijke receptoren id dermis en hypodermis vooral in bindweefselpapillen Om de bindweefselschede vd haarfollikel = dicht netwerk van zenuwvezels -> belangrijk voor registreren + doorgeven van tactiele prikkels 10 REGENERATIE VD HUID Beschadiging vd huid genezen -> migratie, proliferatie en differentiatie v epitheelcellen totdat oorspr. fct hersteld kan worden -> beschadiging van BW = regeneratieprocessen zorgen ervoor dat dermis 1 geheel vormt -> bindweefselreparatie = vorming vaatrijk granulatieweefsel Epithelialisatie -> vanuit wondranden, door migratieproces van epitheelcellen over dermisondergrond mag niet necrotisch zijn -> keratinocyten maken desmosomen los (zodat ze kunnen migreren) -> epitheel beweegt onder korstje van gestold bloed -> als korstje weg is, de nog weinig stabiele dunne laag van epitheelcellen wordt meegetrokken want nog gn goede hechting ad dermis -> in beste geval = regeneratie begint opnieuw -> na genezing: wond bedekt met epitheel -> gerimpeld door contractie vh nieuwe grofvezelige BW 9 11 SAMENVATTINKJE 11.1 INLEIDING Huid = o epidermis o oppervlakkig gelaagd plaveiselepitheel o dermis o dikkere laag bindweefsel die aansluit op hypodermis (subcutis) -> contact wordt gemaakt met onderliggende lagen 11.2 EPIDERMIS Epidermis = opgebouwd uit keratinocyten gelegen ih stratum basale -> keratinocyten delen de onderste laag vd epidermis -> schuiven daarna op + keratiniseren in toenemende mate Epidermis beschermt tegen vochtverlies + uitdroging + overvloedige wateropname + bacteriën -> beschermt onderliggende organen tegen wrijving en stoten Keratinisatie = stapsgewijs -> lagen van cellen in eenzelfde stadium van differentiatie vormen Cellen van stratum basale = met hemidesmosomen vastgehecht op lamina basalis -> talrijke desmosomen zorgen voor aanhechting met naburige cellen Stratum spinosum = verscheidene cellagen dik + vormt massa vd epidermis -> zeer talrijke desmosomen zijn aanwezig in cytoplasmabruggetjes tus. cellen = stekelachtig uiterlijk -> desmosomen zijn verbonden met sterk ontwikkeld netwerk van tonofibrillen opgebouwd uit keratine = doorkruisen de cel Stratum granulosum = volgende laag -> cellen worden platter -> bevatten keratohyaliene granula Startum lucidum = dunne laag na een laag zonder celkernen en granula -> stratum lucidum wordt meteen opgevolgd door stratum corneum (verschillende diktes) Epidermis = stevig aangehecht aan dermis -> dermispapillen dragen bij als uitstekels id epidermis Epidermis = geen vascularisatie -> voeding en onderhoud verloopt via dermis # zeer verschillende celtypen komen voor tussen de keratinocyten = melanocyten, cellen van Langerhans en cellen van Merkel Melanocyten = met uitlopers liggen ze tus. de cellen vh stratum basale -> maken melanine aan, donkere kleur die ze overdragen op keratinocyten -> opperhuid wordt gekleurd + bescherming van DNA tegen UV van zonlicht 10 Langerhans-cellen = vertakte cellen die als antigeenpresenterende cellen fungeren -> verwerken antigenen + presenteren deze aan lymfocyten in drainerende lymfeknoop Merkel-cellen = komen voor id epidermis + tastfunctie 11.3 DERMIS Bovenste stratum papillare (losmazig BW) met goede doorbloeding -> ligt op dikkere + stevigere onderlaag vh stratum reticulare -> grotere bloedvaten 11.4 ZINTUIGEN Id epidermis = vrije zenuwuiteinden voor registratie van pijn + temperatuur + reeds genoemde Merkel-cellen voor tastgewaarwording Id dermispapillen liggen mechanoreceptoren -> = de lichaampjes van Meissner -> iets lager id dermis = grote lichaampjes van Vater Pacini -> = mechanoreceptoren voor druk + stevige aanrakingen 11.5 HAREN, KLIEREN EN NAGELS Haren groeien uit follikels -> kunnen diep id dermis uitsteken -> haarwortels/bulbus = groep keratinocyten die delen + kleuren met melanine + vormen lagen zoals merg, cortex, cuticula en inwendige/uitwendige wortelschede Id bulbus steekt een bindweefselpapil uit -> bloedvaatjes zitten hierin die de haarwortel voeden Haarwortel wordt omgeven door dicht BW -> ook een spiertje is aangehecht = musculus arrector pili -> kan haar overeind zetten Talgklieren liggen naast haarwortel id dermis -> holocriene klieren die vettige stof talg afscheiden -> talg speelt rol ih smeren vd haren en de huid + maakt deze waterafstotend Id huid liggen ook tubulaire gewonden eccriene zweetklieren -> kunnen vocht uitscheiden op de epidermis -> bij verdamping = afkoeling vd huid Apocriene zweetklieren komen voor rond de anus + oksels -> produceren viskeuzer zweet dat ter plaatse wordt uitgescheiden id haarwortels -> bacteriën die daarop leven verspreiden onaangename lichaamsgeur Nagels worden op vergelijkbare manier gevormd -> in nagelwortel delen keratinocyten -> differentiëren tot harde massa keratine id nagelplaat -> bij de wortel worden ze door kleine huidplooien bedekt = epo- en hyponychium 11 CYTOLOGIE – INLEIDING 12 HET ONTSTAAN VAN EEN IDEE Celtheorie = geformuleerd in 1838 – 1839 door Theodor Schwann = alle levende organismen zijn opgebouwd uit cellen + nieuwe cellen kunnen slechts ontstaan uit reeds bestaande cellen Concept van generatio spontanea (= ontsaan van leven uit niet-levende voortgangers) = lang aangehouden 13 CELLEN Niet alle cellen zijn gelijk! Verschillen tus. prokaryote en eukrayote en dierlijke en plantaardige cellen Afhankelijk vd functie -> verschillen op vlak van grootte, vorm, organellen en moleculaire noden !! eukaryote cellen = gecompartimentaliseerd 14 DE EUKARYOTE CEL Genetische info (DNA) zit in de nucleus Nucleus = omgeven door een kernmembraan Celdeling: o DNA = verdubbeld + doorgegeven aan dochtercellen o DNA = opgebouwd uit lineaire sequenties van nucleotiden o DNA-code wordt overgeschreven naar RNA = transcriptie o RNA wordt vertaald in ander type polymeer = translatie 12 o DNA-code bevat info voor zowel lineaire sequenties als 3D structuur van eiwitten Celdelen: o Cel is omgeven door celmembraan o Cytoplasma = deel vd cel buiten de kern maar binnen de celmembraan (plasmamembraan) o Cytosol = vloeibare gedeelte = neemt +- helft van het celvolume in beslag -> duizenden enzymen + andere stoffen = in actieve en inactieve vorm -> activering en deactivering = hangt samen met fosforylering en defosforylering Structurele elementen van het cytoplasma = organellen, insluitsels en cytoskelet Macromoleculaire structuren = gevormd uit subeenheden Membranen groeien dmv expansie van reeds bestaande membranen 15 ORGANELLEN + FUNCTIES (KORT) Organellen bevatten: specifieke enzymen + biochemische systemen -> ondersteunen functie o Mitochondriën = leveren energie o Endoplasmatisch reticulum = verzorgt eiwitsynthese o Golgi-complex = rol bij secretie van lysosomen -> verantwoordelijk intracellulaire vertering membraan-omgeven organellen membranen ontstaan uit vooraf bestaande membranen -> organellen ontstaan uit reeds bestaande organellen Cellulaire bestanddelen = naar juiste locatie binnen cel geleid dmv signaal-receptor interacties -> bewegen door diffusie, moleculaire pompen en motor-proteïnen Insluitsels = tijdelijke bestanddelen vh cytoplasma -> Bestaan uit: o Ophopingen van lipiden, koolhydraten of pigmentkorrels Cytoskelet = centriolen, microfilamenten, intermediaire filamenten en microtubuli Receptoren + signaal-transductiemechanismen => cel kan zich aanpassen aan de omgeving 13 Moleculaire feedback-mechanismen controleren de moleculaire samenstelling, groei + differentiatie van een cel Cellen kunnen vervangen worden + voortdurend bezig met vervanging van organellen en opbouwende bestanddelen (lipiden, eiwitten, koolhydraten en comb. van deze moleculen) Eencelligen = alle functies worden uitgevoerd door 1 cel Meercelligen = cellen kunnen zich door de expressie van verschillende delen van hun genoom differentiëren -> meer dan 200 in het menselijke lichaam 16 EXTRA PUNTEN! Meeteenheden: o Plantaardige cel 20 x 30 µm o Dierlijke cel 20 µm o Bacterie 1 x 2 µm o Bacterieel ribosoom 25 nm o Typisch membraan 7 – 8 nm o Microtubuli 25 nm o DNA-helix 2 nm o Microfilament 7 nm CYTOLOGIE – NUCLEUS 17 NUCLEUS Nucleus = in eurkaryote cellen = het controlecentrum van alle activiteit Celkern = o Chromosomaal DNA o Systeem voor RNA-synthese o Omgeven d. dubbel kernmembraan (kernenvelop) met kernporiën -> inhoud vd kern (karyoplasma) gescheiden houden van cytoplasma o Eiwithoudende vloeistof = karyolymfe -> rol als transportmedium o Kernmatrix bestaat uit fibreuze eiwitten + verlenen steun aan genetisch materiaal 14 !! celkernen = variabele morfologie Meeste dierlijke cellen = 1 kern (5 – 25 µm) Sommige cellen vb. leverparenchymen/ eicellen -> kunnen 2 kernen hebben -> samensmelten v kernen tijdens ontwikkeling => polykaryocyten (meerkernige reuzencellen) Sommige cellen bij mammalia = erg gespecialiseerd in hun functie + volledige celinhoud is voorbehoud voor deze functie uit te voeren kernloos -> als ze vervangen moeten worden, moeten stamcellen hiervoor gebruikt worden Pathologische aandoeningen -> kern zal als 1ste vd subcellulaire structuren sneuvelen Bacteriën = geen kern -> nucleoïd of genefoor 18 OPSLAG VAN GENETISCH MATERIAAL Kern van elke eukaryote cel = gecodeerde info voor de synthese van eiwitten in ons lichaam -> leven is afhankelijk vd mogelijkheid van cellen om info op te slaan, te lezen + te vertalen -> erfelijke info wordt doorgegeven van cel – cel tijdens mitotische deling -> erfelijke info wordt doorgegeven van individu – individu tijdens voortplanting Het overerven van eigenschappen = via chromosomen Chromosomen = draadvormige structuren die id nucleus zichtbaar worden bij begin celdeling Elk chromosoom = 1 enkele enorm lange lineaire DNA-molecule = DNA-helix -> worden geplooid + verpakt tot compactere structuur door geassocieerde proteïnen (histonen) Complex van DNA + eiwitten = chromatine 2 groepen van eiwitten in een chromosoom: o Basische histonen o Non-histon eiwitten Nucleosomen = binnenste gedeelte = 8 histonenen + DNA dubbelstrenghelix van 146 nucleotidenparen dat hierrond gewikkeld ligt Nucleosomen = verbonden via stukje interstitiëel DNA -> uitzicht kralensnoer (11 nm) Nucleosomen worden spiraalsgewijs samengepakt in compactere chromatinefibril (histon H1) o Delen van chromatinefibril = 2 vormen voorkomen ▪ Heterochromatine = meer gecondenseerde vorm ▪ Euchromatine = gedecondenseerde vorm -> genen in euchromatine = beschikbaar voor transcriptie -> tot expressie o Bij aanzet tot celdeling = chromatinefibrillen worden nog meer gecondenseerd -> zeer compacte metafase chromosomen zichtbaar In nucleus = gebieden met veel euchromatine of heterochromatine goed onderscheiden Heterochromatine = meer elektronendens dan euchromatine 15 Hydropische kernen = gekenmerkt door aanwezigheid van veel euchromatine + hoger watergehalte + groter Pycnotische kernen = chromatine is samengepakt tot 1 dichte massa + heterochromatine + weinig tot geen transcriptie Er zijn delen van chromosomen die in de ene cel wel en in de andere cel niet heterochromatisch zijn (facultatief heterochromatine) Er zijn ook delen die in alle cellen heterochromatisch zijn vb. lichaampje van Barr 19 NUCLEOLUS Nucleolus = inclusie vd nucleus (= niet omsloten door membraan) = biochemisch + structureel = duidelijk te onderscheiden vd rest vd kern Bij inactieve cellen = nucleolus meestal niet te onderscheiden Bij actieve cellen = grotere en meerdere nucleoli = de zone waar ribosomale eenheden worden geassembleerd uit ribosomaal RNA (rRNA) en ribosomale eiwitten Transcriptie van rRNA = vanuit genen in het DNA die coderen voor rRNA -> dit DNA zit in gebieden van bepaalde chromosomen = nuclear organising regions (NOR) -> bij celdeling = nucleoli verdwijnen + vanuit NOR woden nucleoli opnieuw opgebouwd Rondom de NOR = elementen nodig voor transcriptie van rRNA -> thv pars fibrosa = eiwitten nemen deel aan het verwerken v rRNA precusoren -> matuur rRNA -> thv pars granulosa = assemblage van ribosomen vindt plaats Thv nucleolus vinden we eiwitten = van belang voor regulatie vd celdelingscyclus 20 KERNENVELOP 16 = kernmembraan -> barrière tus. inhoud vd kern en omringende cytoplasma Kernenvelop zorgt ervoor dat de kern een apart biochemisch compartiment blijft Bestaat uit 2 parallelle membranen: o Binnenste kernmembraan o Buitenste kernmembraan o Hiertussen = perinucleaire ruimte Binnenste kernmembraan: o Bevat eiwitten die zorgen dat chromosomen hieraan kunnen hechten + eiwitten die een ankerplaats zijn voor nucleaire lamina (= lamina densa) o Nucleaire lamina = netwerk van fibreuze intermediaire filamenten + elektronendens o Meestal tegen nucleaire lamina = heterochromatine Buitenste kernmembraan: o Rechtstreeks in verbinding met RER o Bevat ribosomen o Kernenvelop = te beschouwen als een gespecialiseerde cisterne vh RER Kernenvelop = geperforeerd door kernporiën Kernporiën = poorten waarlangs moleculen de kern kunnen binnenkomen of verlaten -> relatief grote structuur (diameter 70 – 130 nm) -> bestaat uit 30-tal verschillende eiwitten -> veel bevatten uitgebreide ongestructureerde regio’s = polypeptideketens vormen een ongeordend gel-achtig netwerk -> vult het centrum vd porie Door de gel worden macromoleculen tegengehouden -> gel kan kleine water-oplosbare vrij en niet-selectief bewegen tus. de kern en het cytosol 17 -> eiwitten vd kernporie oefenen controle uit over het nucleair transport 21 TRANSPORT TUSSEN CYTOSOL EN NUCLEUS Grotere moleculen en macromoleculaire complexen -> doorheen kernporie passeren via receptor-gemedieerd transport -> moeten geschikt sorteersignaal gebruiken = vervat in aminozuursequentie Bij transport in en uit de cel zijn receptoren betrokken: o Importines o Exportines 21.1 TRANSPORT VAN CYTOSOL NAAR DE KERN (= NUCLEAIR IMPORT) Eiwitten bezitten signaalsequenties = nucleaire lokalisatie signalen = NLS Oligopeptiden bestaan uit korte sequenties van enkele aminozuren -> verschillende positief geladen lysines en/of arginines o NLS op eiwit wordt herkend door importines (= nucleaire importreceptoren) 18 o Importreceptoren interageren met tentakel-achtige cytosolische fibrillen = steken uit kernporie + leiden het eiwit naar de kernporie o Importine grijpt vast op het gelachtige netwerk vd nucleaire porie-eiwitten o Eiwitten worden naar binnenkant vd nucleus geloodst o Importine-eiwit complex laat los -> lege receptor kan terugkeren naar het cytosol Importeren van eiwitten id nucleus = veel E -> geleverd door hydrolyse van GTP Sommige eiwitten oefenen hun activiteit uit thv kern -> acties worden gecontroleerd + gereguleerd door de mate waarin ze geïmporteerd worden id nucleus Nucleaire porie-eiwitten = zeer snel macromoleculen in beide richtingen pompen door kernporie 21.2 TRANSPORT VD KERN NAAR HET CYTOSOL (= NUCLEAIR EXPORT) Transport van eiwitten vanuit de kern naar het cytoplasma -> eiwitten = nucleaire export signalen (NES) -> aminozuursequenties = rijk aan leucine o NES op eiwitten worden herkend door exportines (= nucleaire exportreceptoren) o Eiwit/exportine-complex kan kernporie passeren Dezelfde kernporiecomplexen die gebruikt worden voor export van eiwitten worden ook gebruikt voor export van RNA en ribosomale subunits Zowel mRNA, rRNA als tRNA moeten uit de kern geëxporteerd worden om rol te vervullen id eiwitsynthese Meeste RNAs -> zullen complexen aangaan met eiwitten ie NES bezitten -> worden dus als ribonucleoproteïne-complexen doorheen de kernporie geëxporteerd CYTOLOGIE – CELORGANELLEN 22 RIBOSOMEN Ribosomen = plaatsen waar cellulaire eiwitsynthese plaatsgrijpt Mature ribosomen = altijd verbonden met mRNA 1 stuk mRNA = verbonden met verschillende ribosomen Meestal terug te vinden in groepjes = polyribosomen o Vrij in cytosol o Vast in RER 19 In eukaryote cel kan tot 10 miljoen ribosomen bevatten Elk ribosoom = 2 subeenheden die benoemd worden met hun S-waarden S-waarden = sedimentatiegraad in de ultracentrifuge o Kleine subeenheid = 40 S o Grote subeenheid = 60 S Centraal id subeenheid = rRNA o 60 S = 5 S rRNA (120 nucleotiden) + 28 S RNA (5000 nucleotiden) + 5.8 S rRNA (160 nucleotiden) compact gevouwen tot een 3D structuur dat het hart vormt vd subeenheid o 40 S = 18 S rRNA (2000 nucleotiden) -> verbonden met 30-tal proteïnen 23 ENDOPLASMATISCH RETICULUM Endoplasmatisch reticulum = cytoplasmatisch component van alle eukaryote cellen + bestaat uit membranen die onregelmatig doolhof van ruimten omlijnen = plaats waar alle celmembraancomponenten + materiaal dat uit cel w geëxporteerd aangemaakt w ER = nauw verbonden met Golgi-complex -> zowel functioneel als morfologisch 23.1 RUW ENDOPLASMATISCH RETICULUM RER = geassocieerd met ribosomen Herkenbaar aan de aanhechting van (poly)ribosomen aan de cytoplasmakant vd ER membranen Synthese van eiwitten = start in cytosol waar vrije ribosomen aan mRNA binden Eiwitsortering = tijdens 1ste moment van translatie wordt bepaald of de zich vormende eiwitten bestemd zijn voor cytoplasma of voor het endoplasmatisch reticulum Voor de sortering = specifieke ‘signaal’sequentie aan aminozuren Eiwitten met ER signaalsequentie = vanuit cytoplasma naar ER-membraan geleid doordat eiwit ‘signal-recognition particle’ SRP bindt ad ER-signaalsequentie op het zich vormende eiwit -> SRP bindt ook aan het ribosoom -> translatie wordt vertraagd -> Eiwit-ribosoom-SRP complex bindt ad SRP-receptor id ER-membraan nabij translatiecomplex -> SRP wordt vrijgesteld + translatie hervat = groeiende eiwit komt terecht in ER mbv translatiecomplex in het lumen Wanneer signaalsequentie wordt afgesplitst door signaapeptidase -> eiwitten worden vrijgezet ih lumen vh ER -> in de cisternen vh ER worden polypeptideketens geplooid tot juiste 3D conformatie -> in ER-lumen ondergaan eiwitten een verder posttranslationele modificatie -> aan eiwitten die in het ER-lumen terechtkomen = toevoeging suikermoleculen = glycosylering Bij eiwitten die ingebouwd worden in membranen = signaalsequenties dirigeren deze inbouw -> integrale eiwitten vd celmembraan, GA of lysosomen worden intiteel ingebouwd id membraan van het ER -> worden naar betreffende bestemming vervoerd in vesikels of transportblaasjes -> residentiële ER-eiwitten = specifieke signaalsequenties = zodat eiwitten terug vh GA naar ER kunnen via recyclerende pathways 20 Na translatie = ribosoom komt terug vrij in het cytosol -> kan opnieuw gebruikt worden voor translatie van mRNA -> moment dat ribosomen binden aan ER => RER -> meestal zullen polyribosomen op ER binden RER = belangrijk in eiwitsynthese + synthese van membraanlipiden en koolhydraten -> moleculen worden gesynthetiseerd door enzymen die integraal deel uitmaken vh RER-membraan 23.2 GLAD ENDOPLASMATISCH RETICULUM SER BIJ SER = AAN DE ER MEMBRANEN GEEN RIBOSOMEN GEHECHT = netwerk van fijne tubuli Functies = divers -> synthese van steroïdhormonen – detoxificatie – synthese van glycogeen – calcium-opslag thv spiercellen biochemische reacties thv SER worden uitgevoerd 21 24 GOLGI-COMPLEX = membraan-omgeven-structuur die een centraal gedeelte bevat dat aan beide zijden verbonden is met een netwerk van tubuli Komt voor in alle kern-houdende cellen -> ligt id buurt vd kern + in gebied waarin centriolen liggen Soms 1 groot GA en soms honderd kleine complexen Golgi-complex: o 1 zijde die tegen het ER aanligt = cis-zijde o 1 zijde naar het plasmamembraan wijst = trans-zijde Centrale deel van elk complex = verzameling van afgeplatte, membraan-omgeven cisternen -> elke stapel = 3 – 20 cisternen Buitenste cisternen = aan elke zijde verbonden met een netwerk van membraan-omgeven buisjes en vesikels = cis-Golgi netwerk + trans-Golgi netwerk in het Golgi-complex worden macromoleculen verder geglycosyleerd + proteolyse + sortering van macromoleculen transportvesikels die oplosbare eiwitten + membranen bevatten -> vanuit ER en GA binnen langs cis-zijde -> worden verder gemodificeerd id opeenvolgende cisternen -> verlaten GA via trans-zijde -> eiwitten worden doorheen GA getransporteerd op 2 manieren o mbv transportvesikels die afknoppen vd ene cisterne en met de volgende fusioneren o door een maturatieproces, waarbij de Golgi cisternen zelf migreren doorheen de Golgi-stapel Eiwitten verlaten het trans-Golgi netwerk in transportvesikels die bestemd zijn voor het plasmamembraan (exocytose) of voor een vd andere membraan-omgeven celcompartimenten (lysosomen, endosomen en peroxisomen) Golgi-complex = doorgangshuis 22 25 ENDOSOMEN Endosomen = een heterogene groep van membraan-omgeven organellen We onderscheiden: vroege endosomen, multivesiculaire lichaampjes en late endosomen Nog niet duidelijk op welke manier deze structuren in elkaar overgaan + met elkaar communiceren -> te wijten aan beperkte mogelijkheden voor onderzoek 25.1 VROEGE ENDOSOMEN = gelokaliseerd in de buurt van het plasmamembraan Hebben tubulaire structuur + intraluminale pH van 6 – 6.5 Functie (sorterende endosomen): -> Materiaal afkomstig v versch. internalisatieprocessen voor endocytose komen in VE samen -> Kunnen materiaal ontvangen uit GA via anterograad transport Vanuit VE kan inhoud vd vesikels + membraangebonden macromoleculen via versch. pathways worden verwerkt Materiaal in lumen vd VE wordt naar endosomale-lysosomale pathway gestuurd voor degradatie Materiaal = bedoeld om terig te keren naar plasmamembraan -> komt id tubulaire uitstulpingen vd endosomen terecht -> membraanstukje splitst af als kleine vesikel => uiteindelijk versmelten ze m plasmamembraan -> snelle (fast recycling) of trage (slow recycling) manier -> 3e pathway = retrogade transport route = vervoert material naar trans-golgi netwerk 23 25.2 MULTIVESICULAIRE LICHAAMPJES = multivesiculaire endosomen of endosomale carrier vesikels = uniforme sferische structuren met diameter van 0.5 µm Lumen = gevuld met kleine vesikeltjes met doorsnede van 50 nm Intraluminale vesikels (ILVs) ontstaan door invaginaties in het membraan van vroege endosomen -> kleine vesikels splitsen af -> komen in het lumen van de vroege endosomen terecht -> macromoleculen worden gesorteerd in ILVs Bij de vorming van ILVs = ESCRT eiwitten een belangrijke rol (endosomal sorting complex required for transport) Het mechanisme waarop de vroege endosomen omvormen in MVBs = nog niet bekend MVBs ondergaan geen homotype fusie (vroege en late endosomen wel) Materiaal dat in MVBs zit kan via endosomale-lysosomale pathways degraderen -> kan ook worden vrijgesteld door exosomen wanneer er fusie optreedt vh MVB met het plasmamembraan 24 25.3 LATE ENDOSOMEN = pleomorfe structuren + gelegen in de buurt vd nucleus Intraluminale pH = +- 5 o Zure pH ontstaat door aanwezigheid van vesiculair ATP-ase = membranaire protonenpomp die H+ vanuit cytosol ih vesiculair lumen pompt Het onstante intraluminale zure milieu = late endosomen gerekend w tot zure vesikelsysteem Late endosomen ontstaan uit MVBs -> het vesikel krijgt gradueel de nodige kenmerkende eiwitten ingebouwd -> late endosomen kunnen fusioneren met andere late endosomen en met lysosomen -> late endosomen en lysosomen wisselen snel membraancompartimenten en cargo uit = nog niet zeker of dit gebeurd dmv fusie of kort contact Pirmaire pathway vanuit late endosomen = fusie met lysosomen -> vorming endo-lysosoom Vanuit late endosomen kan materiaal naar het trans-golgi netwerk gestuurd worden Late endosomen = functioneel meer overeenkomsten m lysosomen dan m vroege endosomen -> onderscheid op moleculair niveau = vaag omdat er geen enkel lysosomaal eiwit is -> membraaneigenschappen van beide vesikels = erg gelijkaardig 26 LYSOSOMEN = membraan-omgeven sferische organellen = rijk aan 40-tal hydrolytische enzymen (=hydrolasen) -> kunnen eiwitten, nucleïnezuren, oligosaccariden en lipiden kunnen afbreken -> voornaamste hydrolasen = zure fosfatase, ribonuclease, cathepsinen, sulfatase+glucoronidase -> afbraakproducten w doorheen lysosomale membraan getransporteerd + hergebruikt door cel Hydrolasen werken enkel in zuur milieu -> speciale cholesterol-rijke en suiker-rijke membraan die lysosomen omgeeft zorgt voor actieve enzymen het membraan zelf niet zouden aantasten + andere functies 25 Bij ontstaan van lysosoom splitst een golgi-hydrolase-vesikel af vh golgi-complex -> enzymen die in hydrolase-vesikel moeten komen w selectief gelabeld met mannose-6-fosfaat -> zal binden aan mannose-6-fosfaatreceptoren thv lumen vh trans-golgi-netwerk -> in hydrolase-vesikel = enzymen nog niet actief want pH = te hoog -> golgi-hydrolase-vesikel = opslagplaats voor hydrolasen -> hydrolase-vesikel = betrokken bij degradatie lysosoom Van hydrolase-vesikel naar lysosoom -> hydrolase-vesikel zal fusioneren met een laat endosoom = vesikel waarin protonenpomp is ingebouwd = lagere pH -> bij fusie ontstaat een endo-lysosoom = secundair lysosoom = sferische elektronen-dense structuren Lysosomale enzymen kunnen nog steeds worden toegevoegd aan dit endolysosoom door fusionering van hydrolase-vesikels Endolysosomen ontvangen materiaal voor degradatie vanuit verschillende pathways: o Fagocytose o Endocytose o Autofagie o ontstaan van fagolysosomen, gematureerde (endo)lysosomen en autofagolysosomen o indien onverteerbare resten aanwezig = vorming restlichaampjes Genetische afwijking id productie van specifieke zure hydrolasen -> gebrekkige afbraak van specifieke klassen van moleculen -> stapelen zich op in het zure vesikelsysteem -> meeste van deze ziekten = overgeërfd als autosomaal recessieve aandoening -> accumulatie van glycogeen id lysosomen door gebrekkige afbraak = glycogenose -> ziekte van Tay-Sachs = gevolg van deficiëntie van een enzym dat 1 vd sfingolipiden afbreekt hierdoor stapelen zich grote hoeveelheden lipiden op id lysosomen = geeft aanleiding tot ernstige neurodegeneratie Lysosomen = belangrijk voor verwijderen van cellulair afval + rol bij secretie + herstel vh plasmamembraan en energiemetabolisme 26 27 27 EXTRACELLULAIRE VESIKELS Er wordt aangenomen dat de meeste celtypen extracellulaire vesikels kunnen vrijstellen Extracellulaire vesikels kunnen terug gevonden worden in verschillende lichaamsvloeistoffen -> rol in intercellulaire communicatie = uit fosfolipidendubbellaag + kunnen verschillende eiwitten, lipiden en RNA bevatten De inhoud = heel divers + hangt samen de cel waaruit de extracellulaire vesikels w vrijgesteld Welke naam: o Microvesikel = vesikels die direct afknoppen vd plasmamembraan o Exosoom = vesikels worden vrijgesteld wanneer multivesiculaire lichaampjes versmelten met de plasmamembraan Tijdens apoptose worden typische apoptoselichaampjes gevormd -> kunnen ook tot extracellulaire vesikels gerekend worden Exosomen die gesecreteerd w d de ene cel kunnen door een andere cel opgevangen worden -> door rechtstreekse versmelting vd exosomen met de plasmamembraan vd doelcel -> endocytosemechanisme vd doelcel info kan doorgegeven worden exosomen kunnen mRNA en miRNA bevatten dat d translatie id doelcellen tot eiwitten omgezet kan w -> exosomen kunnen gebruikt w om genexpressie in doelcellen te modificeren Gelijkaardige intrinsieke eigenschappen van exosomen en MVs -> moeilijk om EVs van elkaar te onderscheiden Onderzoek naar EVs = momenteel obv isolatiekits of via transmissie-elektronenmicroscopie 28 28 VESICULAIR TRANSPORT Transport tus membraan-omgeven organellen zoals ER, GA, lysosomen en plasmamembranen gebeurt door afsplitsten en fusioneren van transportvesikels Vesikels = belangrijk in processen van endocytose en exocytose Voor optimaal transport = moet elk transportvesikel dat afsplitst van een bep. compartiment enkel de ‘juiste’ eiwitten meenemen naar zijn bestemming -> mag deze enkel versmelten met ‘juiste’ doelmembraan -> elk organel moet zijn eigen identiteit bewaren -> herkenning gebeurt door eiwitten die op opp. vd transportvesikels tot expressie komen Thv Golgi-complex w ervoor gezorgd dat de juiste moleculen id juiste organellen terechtkomen door hen te markeren met signaalmoleculen Vb. sortering van enzymen die uiteindelijk gebruikt wordt in lysosomen 28.1 AFSPLITSEN VAN VESIKELS Vesikels die afsplitsen van membranen -> geholpen door eiwitmantel die zich vormt thv cytoplasmazijde vh membraan Wanneer een vesikel afsplitst van organel -> verliest het de mantel -> membraan kan interageren met membraan waarmee de vesikel zal fusioneren Een klein GTP-bindend eiwit = dynamine = vormt een ring rond nek van elk zich vormend vesikel -> vesikel splitst af van het membraan Om selectief ‘cargo’ in vesikel te krijgen -> cargomoleculen bevatten specifieke transportsignalen -> worden selectief herkend door cargoreceptors op membraan -> receptoren zijn via adaptines verbonden met clathrine Andere klassa van gecoate vesikels = COP-coated vesikels -> rol bij transport vanuit ER naar GA en van cis-zijde naar trans-zijde 28.2 FUSIONEREN VAN VESIKELS MET DOELORGANELLEN Na afsplitsing v transportvesikel v membraan -> moeten ze de juiste weg vinden = inhoud af te leveren -> gebruik van motoreiwitten die bewegen over het cytoskelet Als transportvesikel zijn bestemming heeft bereikt -> moet herkend worden + contact maken met doelorganel -> dan kan het membraan vh vesikel fusioneren met doelmembraan + inhoud afgeven 29 Elk transportvesikel = moleculaire merkers - expressie brengen overeenkomstig met doel + cargo -> merkers moeten herkend worden door complementaire receptoren op opp. doelmembraan -> identificatieproces = afhankelijk van diverse familie aan monomere GTP-asen -> elk organel + elk type transportvesikel brengt unieke combin van Rab eiwitten tot expressie -> Rab eiwitten worden herkend door overeenkomstige tethering eiwitten op cytosolzijde vd doelmembraan Additionele herkenning -> door familie van transmembraaneiwitten (SNAREs) -> als kettingeiwitten een vesikel hebben gecapteerd met Rab eiwit -> SNAREs interageren op vesikel met complementaire SNAREs op doelmembraan zodat vesikel op zijn plaats wordt gebracht -> om membraanfusie te katalyseren -> v-SNARE en t-SNARE omwinden elkaar -> zodat water tus. hydrofobe membranen kan worden geperst + lipiden samen kunnen smelten tot dubbellaag -> inhoud van vesikel kan vrijgesteld worden -> na fusie wordt SNARE complex ontbonden door SNAP eiwitten = veel eiwitten bij betrokken 30 29 ENDOCYTOSE Eukaryote cellen nemen voortdurend vloeistoffen en moleculen op door endocytose -> Plasmamembraan zal eerst instulpen -> plasmamembraan + opgenomen materiaal wordt afgesplitst -> ontstaan van intracellulaire endocytotische vesikel -> materiaal + plasmamembraan worden overgeleverd aan endosomen -> metabolieten kunnen verder door de cel gebruikt worden -> membraan komt terug vrij + keert terug naar celoppervlak 2 soorten: o Pinocytose = cellular drinking o Fagocytose = cellular eating 29.1 PINOCYTOSE Extracellulaire vloeistof wordt gevangen -> plasmamembraan deukt in op een bepaalde plaats -> vervolgens splitst dit af als een vesikel dat vrijkomt in het cytoplasma -> zal fusioneren met lysosoom zodat organische moleculen worden afgebroken door lysosomale enzymen Als er langs cytoplasmazijde geen eiwitmantel is (= non-coated vesicle endocytosis), zal door pinocytose de extracellulaire vloeistof met daarin alle opgeloste stoffen op een niet-selectief wijze worden opgenomen door de cel Vesikels = van het plasmamembraan afsplitsen hebben een gespecialiseerde eiwitlaag aan de cytoplasmazijde = gecoate vesikels Caveolae worden gevormd door cytoplasmatische eiwitmantel met caveolines en cavines -> vorming nanodomeinen van invaginerend plasmamembraan met specifieke lipiden en proteïnen samenstelling -> caveolae kunnen fungeren als endocytotische vesikels Best bestudeerde vesikels = coating met clathrine -> in staat selectief macromoleculen op te nemen 31 -> proces = receptor-gemedieerde endocytose = macromoleculen binden met complementaire membraanreceptorproteïnen en accumuleren zo id coated pits -> door endocytose treden de receptor-macromolecule-complexen de cel binnen, waar vesikels verder verwerkt worden Macropinocytose = pseudopodia kunnen een grote hoeveelheid extracellulaire vloeistof omgeven + zo een vesikel vormen 29.2 FAGOCYTOSE = grotere vaste partikels worden door de cel opgenomen -> bij meeste multicellulaire organismen = enkel gespecialiseerde cellen staan hiervoor in -> cellen die behoren tot immuunsysteem = via fagocytose w invaderende micro-organismen efficiënt verwijderd Opdat micro-organismen kunnen opgenomen w, moeten ze binden aan oppervlaktereceptoren op de fagocyt (=trigger) -> beste triggers zijn antilichamen -> bedekken het oppervlak van het te op te nemen organisme Het binden vd antilichaam-gecoate bacteriën aan de receptoren zorgt ervoor dat fagocyterende cellen bladvormige uitlopers aanmaken = pseudopodiën Vorming van pseudopodiën -> actinefilamenten vh cytoskelet speelt een belangrijke rol -> pseudopodiën omgeven het micro-organisme + fusioneren thv uitstekende tip -> vorming fagosoom -> fagosoom fusioneert met een lysosoom tot fagolysosoom zodat een micro-organisme vernietigd kan worden Fagocytotische cellen = belangrijke rol bij wegvangen van dode en beschadigde cellen en cellulair debris Macrofagen verwijderen zo tot 1011 oude rode bloedcellen per dag 32 30 EXOCYTOSE Exocytose = intracellulaire vesikels smelten samen met het celmembraan + storten hun secreet in de buitenwereld Nieuwgevormde eiwitten, lipiden en koolhydraten zullen vanuit ER via GA naar het oppervlak van de cel worden getransporteerd !! enkel volledig correct gebouwde proteïnen zullen celoppervlak bereiken -> vesiculair transport is noodzakelijk In de constitutieve exocytotische pathway zal constante stroom van vesikels de plasmamembranen van nieuwe lipiden + proteïnen voorzien -> moleculen vervangen kunnen worden -> kunnen dienen voor het uitzetten vd celmembraan tijdens de celdeling = secreterend karakter waarbij sommige moleculen in het extracellulaire milieu terechtkomen = pathway is continu + vereist geen specifieke signaalsequentie 33 Gereguleerde exocytotische pathway -> enkel in secreterende cellen -> produceren grote hoeveelheden aan stoffen die opgeslagen worden in secretorische vesikels om later vrijgesteld te kunnen worden -> vesikels splitsen af vh trans golgi-netwerk + accumuleren aan het plasmamembraan -> wacht op extracellulaire signaal dat hun fusie met plasmamembraan zal stimuleren + zorgt ervoor dat inhoud vh vesikel wordt vrijgesteld in het extracellulair milieu Proteïnen = bedoeld voor gereguleerde secretie zullen gesorteerd worden + verpakt in het trans-golgi-netwerk -> eiwitten hebben specifieke eigenschappen -> zorgen dat ze aggregeren in het trans-golgi-netwerk -> selectieve aggregatie zorgt ervoor dat de [ ] aan het eiwit in deze vesikels erg groot is Toevoegen van membraan door exocytose wordt in evenwicht gehouden door endocytose -> eiwitten en lipiden worden teruggevoerd naar Golgi-complex om daar hergebruikt te worden 31 PROTEASOMEN Lysosomen = afbraak van exogene eiwitten Endogene eiwitten = worden voornamelijk afgebroken door proteasomen Proteasomen = aanwezig is cytosol + nucleus = niet-membraan omgeven organellen die bestaan uit een centrale cilinder die langs beide zijden bedekt wordt door een ‘kap’ van regulatorische peptiden -> in de centrale cilinder = actieve sites van proteasen, de enzymen die eiwitten kunnen afbreken (= proteolyse) -> cilinder bestaat uit 4 ringvormige structuren 34 De kappen = elk uit een eiwitcomplex dat ubiquitine herkent = signaalsequentie die door de cel gegeven wordt aan eiwitten die afgebroken moeten worden -> eiwit dat gelabeld is met ubiquitine zal aan de kap eiwitten binden op ubiquitine-herkenningseenheden Eiwit wordt ontvouwen door ATPasen = in het regulatorische gedeelte Ubiquitine wordt gerecycleerd Het ontrolde eiwit wordt door het centrale kanaal vh proteasoom getransloceerd -> actieve proteasen breken het eiwit af in kleinere peptideketens -> thv cytoplasma kan de verder afbraaak in AZ plaatsvinden 32 MITOCHONDRIËN = aanwezig in alle eukaryote cellen = krachtcentrales vd cel -> leveren E voor metabole activiteiten + structurele veranderingen -> belangrijk bij apoptose, productie van steroïdhormonen en thermogenese 35 In meeste cellen = eivormig of langgerekte structuur -> in staat om hun locatie, vorm en # aan te passen aan de energiebehoeften van de cel Mitochondriën zijn aanwezig op welbepaalde plaatsen (hoog Everbruik) OF mitochondriën fusioneren met elkaar om langgerekte dynamisch tubulaire netwerken te vormen die doorheen het hele cytoplasma verlopen -> netwerken zijn dynamisch door splitsen en fusioneren vd mitochondriën Mitochondriën kunnen tot 2/5 vh cytoplasmavolume innemen Elk individueel mitchondriën bestaat uit: o Binnenste mitochondriale membraan ▪ Sterke plooien = cristae -> oppervlaktevergroting ▪ Omgeeft de matrix o Buitenste mitochondriale membraan o Tus. binnenste en buitenste membraan = intermembranaire ruimte Mitochondriën ontstaan door endosymbiose van eukaryote vooroudercellen met bacteriën -> Buitenste mitochondriale membraan = afkomstig van gastheercel -> Binnenste mitochondriale membraan = afkomstig van symbiont -> hypothese steunt verder op het feit dat mitochondriën eigen DNA bezitten + eigen transcriptie/translatiesysteem -> mitochondriaal DNA kan enkel via moederdier worden overgeërfd Mitochondriën staan in voor eigen onderhoud, groei en vermenigvuldiging -> # en de grootte vd mitochondriën kan gemakkelijk veranderen wanneer Ebehoefte vd cel verandert Slechts 1% vd mitochondriale eiwitten kan worden gecodeerd door mitochondriaal DNA -> meeste mitochondriale eiwitten zijn afkomstig van genen id nucleus -> worden gesynthetiseerd door ribosomen in het cytosol en geïmporteerd in mitochondriën door translocasen vd buitenste mitochondriale membraan 32.1 MITOCHONDRIËN PRODUCEREN GROTE HOEVEELHEDEN ATP 36 1 VD BELANGRIJKSTE TAKEN = OP EFFICIËNTE MANIER VOEDINGSSTOFFEN VANUIT OMGEVING OMZETTEN IN ATP (= ENERGIEBRON VD CEL) Cellen kunnen ATP aanmaken in het cytosol mitochondriën = veel efficiënter ATP aanmaken -> voorziet 95% vd energiebehoefte vd cel -> O2 wordt verbruikt + zal aan ADP een fosfaatgroep worden toegevoegd om ATP te vormen = oxidatieve fosforylatie Vanuit cytosol treden pyruvaat en vetzuren de matrix van mitochondriën binnen -> beiden worden omgezet in acetyl-co-enzyme A (acetyl CoA) -> wordt door citroenzuurcyclus omgezet tot CO2 en NADH -> hoge-energie elektronen van NADH worden gebruikt in elektronentransportketen om protonen over binnenste mitochondriale membraan te pompen -> protonen worden door ATP synthade gebruikt om vanuit ADP, ATP aan te maken -> elektronentransportketen + omzetting van ADP naar ATP = oxidatieve fosforylatie -> ATP wordt in cytosol gebracht voor gebruik ATP kan overal in de cel gebruikt worden voor energieverbruikende processen; osmotische, mechanische, elektrische of chemische arbeid, synthese, ionentransport of signaaltransductie 37 32.2 EIGENSCHAPPEN VD STRUCTUREN BINNEN EEN MITOCHONDRIËN Elk van de membranen + ruimten die ze omgeven = specifieke eigenschappen die de functies vh mitochondriën ondersteunen Buitenste mitochondriale membraan = vele aquaporines -> soort van zeef die moleculen tot 5000 – 10.000 dalton of minder doorlaat -> intramembranaire ruimte = gelijkaardige samenstelling als cytosol -> buitenmembraan = enzymen die nodig zijn voor vetsynthese of die de conversie van bepaalde substraten bewerkstelligen Binnenste mitochondriale membraan = impermeabel -> impermeabel voor ionen en meest kleine moleculen behalve wanneer membraantransporteiwitten zorgen voor doorgang -> mitochondriale matrix = bevat moleculen die selectief naar matrix werden getransporteerd -> bevat enzymen vd elektronentransportketen, protonenpomp en ATP synthase (want oxidatieve fosforylatie vindt hier plaats) -> deel vd enzymen vd citroenzuurcyclus bevinden zich id binnenste mitochondriale membraan -> bevat versch. transporteiwitten die toelaten dat kleine moleculen id matrix w getransporteerd Mitochondriale matrix bevat voornamelijk enzymen nodig voor citroenzuurcyclus -> ook enzymen voor vetzuurcyclus zijn terug te vinden -> donkere matrix granulen = plaatsen waar divalente kationen voorkomen in niet-geïoniseerde vorm -> door divalente kationen weg te vangen = dragen mitochondriën bij aan lage intracellulaire calciumconcentratie 33 PEROXISOMEN = bevatten een of meerdere enzymen die waterstofperoxide produceren -> betrokken bij oxidatieve reacties -> spelen rol in verschillende andere metabole processen -> belangrijk voor onschadelijk maken van giftige stoffen id cel (veelvoorkomend in lever + nier) = membraan-omgeven organellen die de enzymen bevatten die betrokken zijn bij metabole processen -> kunnen herkend worden door centrale kristalloïde insluitsels van uraatoxidase = enzyme belangrijk bij afbraak van urinezuur Lysosomen peroxisomen kunnen histochemisch van elkaar onderscheiden worden door verschillen in enzymen Peroxisomen = minstens 50 verschillende enzymen betrokken bij verschillende biochemische pathways waarbij catalasen en oxidasen het meest voorkomen Lysosomen = voornamelijk zure hydrolasen Functie -> Uitvoeren van oxidatieve reacties die leiden tot productie van waterstofperoxiden 38 -> H2O2 = cytotoxisch -> peroxisomen bevatten enzyme catalse -> enzyme zorgt voor omzetting H2O2 in water OF -> H2O2 gebruikt wordt om andere organische stof te oxideren cel zal zichzelf beschermen tegen moeilijke oxidatieve schade Peroxisomen = rol id lipiden stofwisseling -> stoffen zoals cholesterol + dolichol w in dierlijke cellen gesynthetiseerd in peroxisomen en ER -> stoffen zoals urinezuur + AZ + vetzuur w afgebroken in peroxisomen + omgevormd naar koolhydraten -> peroxisomen v leverparenchymcellen = betrokken bij synthese v galzuren + detoxificatie -> vorming H2O2 = bactericide werking # ziekten = gevolg van niet of slecht functionerende peroxisomale enzymen die verantwoordelijk zijn voor verwerking van lange-ketenvetzuren -> manifesteren zich als metabole aandoeningen geassocieerd met acidose of opslag van abnormale lipiden -> meest ernstige peroxisomale ziekte = Zellweger syndroom -> veroorzaakt door mutaties die de import van eiwitten in peroxisomen blokkeert zodat deze niet meer functioneel zijn -> individuen met deze afwijking = geboren met abnormaliteiten id hersenen, lever en nieren -> de meesten sterven na 6 maanden 33.1 VORMING VAN PEROXISOMEN Bij vorming peroxisomen -> vorming lipide dubbelmembraan -> membraaneiwitten worden geïmporteerd door selectief transport vanuit cytosol Oplosbare eiwitten worden over de membraan tot id peroxisomale matrix getransporteerd -> eiwitten die verantwoordelijk zijn voor peroxisoom biogenese = peroxinen -> worden gecodeerd door PEX genen Peroxisomen bezitten geen eigen genoom -> kunnen zich wel door splitsing vermenigvuldigen CYTOLOGIE – INSLUITSELS 34 INLEIDING Subcellaire insluitsels = niet-levend materiaal dat voorkomt uit metabolische activiteit vd cellen Ze zijn pas zichtbaar adhv specifieke kleuringen -> door de cel geproduceerde pigmenten zijn -> ophopingen van voedingselementen zoals vetten of koolhydraten 35 LIPIDEN Lipiden = voedingsinclusie die als energiebron fungeert bij celmetabolisme Periode tijdens dewelke lipiden in een cel aanwezig blijven = varieert (minuten – maanden) Binnen de cel worde lipiden opgeslagen in vacuolen Verstoring van vetmetabolisme -> aanleiding geven tot vetstapelingsziekten -> vetophopingen vindt plaats in abnormale plaatsen of in abnormale hoeveelheden 36 GLYCOGEEN 39 = OPSLAGVORM VAN GLUCOSE Overvloedig terug te vinden in lever en spiercellen = cytoplasmatische granulen die variëren in grootte tus. 10 – 40 nm Vormen glycogeengrana rozetten Glycogeen = gemakkelijk aan te kleuren met PAS (= perjoodzuur Schifse Base) = histochemische kleuring 37 EIWITTEN Komen vaak voor in RER of in secretiegranula (klieren) In een beperkt # gevallen kunnen eiwitten voorkomen in gekristalliseerde vorm Vb. kristallen van Reinke id zaadbal vd mens 38 PIGMENTEN 38.1 ENDOGENE PIGMENTEN 38.1.1 MELANINE = meest voorkomende biologische pigment -> komt nagenoeg in elke dierlijke stam voor In lichtmicroscopische coupes = melanine = bruine granulaire materiaal in cellen Komt vooral thv de huid en in neuronen voor 38.1.2 LIPOFUSCINE = geel-bruin pigment dat bestaat uit lipide-bevattende residues vd lysomale vertering ‘ouderdomspigment’ = komt vooral voor bij oudere dieren Komt vooral voor in langlevende cellen = neuronen en spiercellen 38.1.3 HEMOSIDERINE = niet-wateroplosbare onverteerbare residu dat achterblijft na afbraak van rode bloedcellen Bestaat +- 37% uit ijzer -> gespecialiseerde kleuringstechnieken = gericht op opsporen van ijzer 38.2 EXOGENE PIGMENTEN Bij verschillende ziekte-processen = insluitsels te zien -> anthracose, silicose en loodintoxicatie, kwikverbindingen en carotenen Cytologie – plasmamembraan en andere membranen in de cel 39 INLEIDING Plasmamembraan = celmembraan = grens tus moleculen binnen in de cel en de buitenwereld Varieert in dikte: 7.5 – 10 nm Plasmamembraan is zelf vrij dun en fragiel -> wordt ondersteund door inwendig skelet = celcortex 40 Elke cel gebruikt een membraan om interne componenten te scheiden vd buitenwereld Zonder membraan, geen cellen, geen leven Functie: o Barrièrefunctie o Dynamische uitwisseling tus. intra- en extracellulair milieu (doel = intracellulair milieu constant houden + verschillende extracellulair milieu) Eukaryote cellen = intracellulaire componenten die omgeven worden door membranen Opbouw van intracellulaire membranen is erg gelijkaardig aan plasmamembraan 40 OPBOUW VAN MEMBRANEN 40.1 LIPIDEN DUBBELLAAG Basisstructuur van membranen = lipiden dubbellaag Ontstaat doordat lipiden 2 erg verschillende eigenschappen in 1 enkele moleculen combineren o Hydrofiel gedeelte = houdt van water o Hydrofoob gedeelte = vreest water Hydrofobe en hydrofiele gedeelte zorgen ervoor dat in waterige milieus de hydrofobe staarten naar elkaar toewijzen en de hydrofiele koppen de buitenbegrenzing vormen = lipiden dubbellaag Lipiden die meest voorkomen = fosfolipiden = fosfaat bevattende hydrofiele kop + 2 hydrofobe staarten Hydrofobe binnenkant = wateroplosbare ionen/moleculen kunnen niet door de dubbellaag dringen Aanmaak van membranen start in endoplasmatisch reticulum Waterig milieu binnen + buiten cel = lipidenmoleculen kunnen nt ontsnappen uit de dubbellaag Membraan gedraagt zich als tweedimensionale vloeistof = essentieel voor functie + integriteit Vloeibaarheid van membraan bepaald door eig. van koolwaterstofketens -> hoe korter de staart, hoe vloeibaarder In dierlijke cellen = vloeibaarheid in samenhang met incorporatie van cholesterol -> cholesterol maakt de membraan stijver door ruimten tus. waterstofketens op te vullen In plasmamembraan = verschillende fosfolipiden asymmetrisch verdeeld over binnen- en buitenbladen Kleine eilandjes van sfingolipiden en cholesterol = heterogene membraannanodomeinen 41 40.2 MEMBRAANEIWITTEN Membraan bevat eiwitten Membraaneiwitten hebben verschillende functies: o Transporteren van nutriënten, metabolieten of ionen doorheen lipiden dubbellaag o Verankeren van macromoleculen aan 1 vd membraanlagen o Werken als receptoren die chem. Signalen detecteren + aan intracellulaire signaaltransductiemechanismen koppelen o Enzymen die bepaalde reacties katalyseren o elk membraan kan een andere set eiwitten bevatten die de functies van dat membraan bepalen Eiwitten kunnen op verschillende manieren met lipiden dubbellaag associëren Perifere membraaneiwitten = los gehecht aan binnen- of buitenzijde van een membraan Integrale membraaneiwitten = op 1 of andere manier vastgebonden id lipiden dubbellaag Een membraan heeft een tweedimensionale vloeibare structuur dus eiwitten kunnen vrij bewegen + interacties met elkaar aangaan -> vloeibare structuur laat toe dat eiwitten die op een bepaalde dubbellaag worden geïntegreerd gemakkelijk naar andere plaatsen kunnen migreren om daar de functie te vervullen !! eiwitten kunnen zich hechten aan binnen- of buitenoppervlak zodat de celmembraan een asymmetrie vertoont in eiwitten en dus ook in hun functie Interacties met lipiden kunnen de functie vd membraaneiwitten beïnvloeden Functioneel gespecialiseerde regio’s ontstaan in de cel = eiwitten groeperen 40.3 DE PLASMAMEMBRAAN IS BEDEKT MET KOOLHYDRATEN Plasmamembraan bevat aan buitenkant koolhydraatlaag = glycocalyx Laag bestaat uit koolhydraten geassocieerd met lipiden (glycolipiden) en eiwitten (glycoproteïnen en proteoglycanen) 42 De koolhydraatlaag = oligosacchariden-ketens gehecht aan glycoproteïnen of glycolipiden + polysacchariden-ketens van membraanproteoglycanen Laag van koolhydraten helpt om de cel te beschermen tegen mechanische beschadiging -> oligosacchariden en polysacchariden absorberen water -> vormen een visceuze laag op de buitenkant vd cellen Belangrijke rol in de herkenning en eventuele adhesie tus. cellen onderling en tus. de cel en extracellulaire matrix 41 ACTIEF EN PASSIEF MEMBRAANTRANSPORT THV DE PLASMAMEMBRAAN Plasmamembraan vormt duidelijke barrière tus. binnenkant vd cel en de extracellulaire omgeving Voor overleving en groei = noodzakelijk dat cellen mogelijkheid hebben om moleculen uit te wisselen met omgeving om ionenconcentraties te reguleren Enkele moleculen (CO2 en O2) kunnen snel diffunderen doorheen lipiden dubbellaag Hoe kleiner de molecule, hoe meer hydrofoob, hoe sneller de molecule doorheen passeert Meeste moleculen die cellen en organellen nodig hebben om te functioneren = hydrofiel en water-oplosbaar -> bij diffusie = niet snel genoeg beschikbaar -> gefaciliteerd transport Voor gefaciliteerd transport = membraantransporteiwitten nodig -> elk vd membraantransporteiwitten = hydrofiel poortje voor kleine wateroplosbare moleculen 2 grote klassen van membraantransporteiwitten: kanalen en carriers o Kanalen = obv grootte en elektrische lading -> wanneer kanaal open is, kan elke molecule die klein genoeg is en de juiste lading heeft passeren o Carrier = enkel die moleculen en ionen doorlaten die aan de specifieke bindingsplaatsen id transporter kunnen hechten = selectief Transportrichting hangt af vd concentraties vd moleculen/ionen aan elke kant vd membraan Moleculen bewegen vd zijde met hoge [ ] naar de zijde met lage [ ] om evenwicht te stellen Passage van moleculen overheen de membraan vereist GEEN energie = passief transport Wanneer moleculen tegen zijn concentratiegradiënt in wordt getransporteerd wel nood aan energie = actief transport 43 42 PASSIEF MEMBRAANTRANSPORT 42.1 DIFFUSIE Proces afhankelijk van de concentratiegradiënt vd moleculen Moleculen bewegen van hoge [ ] naar lage [ ] Diffusiesnelheid wordt beïnvloed door afstand, grootte vd concentratiegradiënt, grootte vd moleculen en de temperatuur Sommige moleculen kunnen doorheen lipiden dubbellaag diffunderen + anderen gebruiken membraantransportkanalen 42.2 OSMOSE Proces waarbij een solvent doorheen een semi-permeabel membraan migreert van een lage [ ] naar een hoge [ ] Semi-permeabel membraan laat watermoleculen vrij passeren maar is selectief voor opgeloste stoffen Cellen bestaan grotendeels (70%) uit water = membraantransport van water is erg belangrijk Watermoleculen kunnen eenvoudig op trage manier doorheen lipiden dubbellaag migreren Sommige cellen hebben een specifiek kanaal = aquaporines Aquaporines = doen watertransport snel verlopen Cellen bezitten een hoge intracellulaire [ ] aan moleculen en ionen In principe = cel moet water aantrekken en opzwellen cel-achtige cytoplasma is resistent aan osmotische zwelling 44 42.3 FILTRATIE Bij filtratie duwt de hydrostatische druk water doorheen een membraan Opgeloste stoffen worden obv hun grootte al dan niet tegengehouden door de membraan Filtratie is een zeer belangrijk proces in het dierlijk lichaam Vb. aanmaak vh primaire urinaire filtraat in de nier 42.4 GEFACILITEERDE DIFFUSIE Bij gefaciliteerde diffusie worden stoffen getransporteerd over celmembraan door specifieke carrier proteïnen zonder nood aan energie Transport is afhankelijk vd concentratiegradiënt + gebeurt met de concentratiegradiënt mee De transportsnelheid kan beïnvloed worden door aanwezigheid van andere stoffen + wordt beperkt door # beschikbare carrierproteïnen 43 ACTIEF MEMBRAANTRANSPORT 43.1 IONENPOMP Actief membraantransport van moleculen tegen hun concentratiegradiënt = essentieel voor de cel om intracellulaire ionenconcentratie te behouden -> om moleculen te importeren die lagere [ ] bezitten dan hun [ ] ih extracellulaire milieu Alle levende dierlijke cellen tonen actief transport voor Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Gespecialiseerde cellen kunnen I-, Cl-, Fe2+ transporteren = via ionenpomp E nodig voor actief transport via ionenpomp kan op verschillende manieren geleverd worden: o Hydrolyse van ATP o Gekoppelde pompen, waarbij 1 molecule getransporteerd wordt id ene richting en uitgewisseld wordt met het transport van een andere molecule id andere richting o E geleverd door licht (bacteriën) In dierlijke cellen = Na+/K+ ionenpomp die ATP gebruikt voor actief transport Hydrolyse van ATP levert energie -> zorgt voor conformatieveranderingen die toelaten dat Na+ id cel wordt getransporteerd en K+ naar buiten Deze [ ] moeten op peil gehouden worden [ ] Na+ is hoog id extracellulaire vloeistof en laag ih cytoplasma (omgekeerd voor K+) Na+/K+ - ATPase pompt Na+ en K+ tegen hun concentratiegradiënt in Carrier proteïnen: 45 o Uniporters = een molecule in een richting o Symporters = o Antiporters = de ene molecule in de ene richting, de andere in de andere richting (Na-K) 44 CELJUNCTIES In meercellige organismen zijn gelijkaardige cellen gegroepeerd in weefsels In deze conformatie staan cellen gewoonlijk in contact met een complex netwerk van gesecreteerde extracellulaire macromoleculen = vormen de extracellulaire matrix In sommige weefsels zijn cellen met elkaar verbonden via gespecialiseerde intercellulaire verbindingen Gespecialiseerde celjuncties komen voor op plaatsen waar er cel-cel en cel-matrix contact is Cellen hechten zich aan elkaar en/of aan extracellulaire matrix door specifieke eiwitten = celadhesiemoleculen of CAMs CAMs kunnen onderverdeeld worden in cel-cel adhesiemoleculen en cel-matrix adhesiemoleculen Vriesbreuk elektronenmicroscopie = weefsel invriezen + klieven + breukvlakken bedampen we met koolstoflaagje of platinumlaagje 44.1 CELADHESIE(CAMS) (COHESIE-EFFECTEN) 44.1.1 CADHERINES Zijn een familie van Ca2+ afhankelijke moleculen m belangrijke rol in celadhesie en morfogenese Vormen de grootste groep CAMs bij vertebraten Meer dan 40 verschillende cadherines Meeste zijn single-pass transmembraanproteïnen van 700 – 750 aminozuren lang 46 E-cadherines o = geconcentreerd id laterale zijde van epitheelcellen -> helpt epitheellagen in stand te houden door verbinding met corticale actineskelet en verbinding tus. betrokken cellen o 1ste cadherine die tot expressie komt tijdens ontwikkeling N-cadherines o Komen voor in neuronen, hart, spierweefsel o Meestal in hechtingsverbindingen en chemische synapsen P-cadherines = placenta , VE-cadherines= vasculair endotheel, T-cadherines Om cellen met elkaar te verbinden = verschillende mogelijkheden Meeste cadherines vormen dimeren door homofiele verbindingen + gaan homofiele verbindingen aan met cadherines vd naastliggende cellen = nood aan Ca2+ Pas als er voldoende cellulair calcium aanwezig is, is er celadhesie Cytoplasmatische domein van cadherines = verbonden met intermediaire filamenten door eiwitten = cateninen -> verbinden het via cateninen aan actineskelet 44.1.2 SELECTINES Zijn ook Ca2+ afhankelijke adhesiemoleculen Behoren tot de familie vd C-type lectines Selectines binden selectief aan specifieke oligosacchariden gebonden aan vetten of eiwitten in de plasmamembraan Moleculaire configuratie vh koolhydraatherkenningsdomein wordt gecontroleerd door Ca2+ Belangrijk in bloedbaan -> functie = binden van witte bloedcellen (leukocyten) aan endotheelcellen -> kans om te migreren uit bloedstroom = diapedese (uittreden van bloedcellen uit bloedbaan) -> rol bij bloedstolling 3 grote klassen van selectines: o L-selectines = teruggevonden op leukocyten o P-selectines = teruggevonden op bloedplaatjes o E-selectines = teruggevonden op geactiveerde endotheelcellen 44.1.3 INTEGRINES Verschillen vd andere CAMs omdat het heterodimeren zijn = gevormd door associatie van α- en β-subunit die gecodeerd worden door verschillende genen Verschillende soorten α- en β-subunits = verschillende integrines worden gevormd 47 Afhankelijk van divalente ionen (Ca2+ of Mg2+) Cytoplasmatisch domein van integrines is verbonden aan corticale actinefilamenten via verbindingsproteïnen = taline, vinculine,.. Extracellulaire domein bindt met de RDG(Arg-Gly-Asp)-sequentie dat aanwezig is in laminine en fibronectine Relatie tus. integrines en extracellulaire matrix = cruciaal belang + kan verbroken worden wanneer migratie noodzakelijk is = desintegrines Desintegrines bevatten RGD-domeinen -> binden aan integrines + interactie van integrines met extracellulaire matrix verhinderen -> metaalproteasedomein zorgt voor degradatie vd matrix-componenten 44.1.4 IG SUPERFAMILIE Leden vd Ig superfamilie zijn onafhankelijk van Ca2+ Kent verschillende leden (N-CAM, I-CAM, V-CAM) Een gemeenschappelijke eigenschap is dat hun extracellulaire domein een segment vertoont dat 1 of meerdere gevouwen domeinen bevat die kenmerken zijn voor immunoglobulines N-CAM (neural cell adhesion molecule) medieert homofiele en heterofiele interacties I-CAM (intercellular adhesion molecule) speelt belangrijke rol in homing proces bij inflammatie V-CAM (vascular cell adhesion molecule) speelt rol in cel-cel interactie van T-lymfocyten en binding van witte bloedcellen aan endotheelcellen 45 CELVERBINDINGEN 48 Celverbindingen (=celjuncties) kunnen geklasseerd worden naargelang hun functie Juncties zorgen ervoor dat moleculen niet kunnen lekken door gaten tus. naburige cellen te verzegelen = afsluitende verbindingen Juncties zorgen voor een goede mechanische aanhechting = hechtingsverbindingen Juncties zorgen voor een communicatie via chemische signalen = communicatieverbindingen Onafhankelijk vd functies -> macula = ronde of puntvormige verbinding -> zonula = bandvormige structuur -> fascia = onregelmatiger verbreide verbinding 45.1 AFSLUITENDE VERBINDINGEN In vertebraten = tight junctions Tight junctions opgebouwd uit eiwit claudine en occludine die in banden rond de apex vd cel liggen = complex patroon van richels Buitenbladen vd celmembraan van naastliggende cellen = versmolten -> soort band rond de cel die de apicale en (baso)laterale kanten vd cel van elkaar afsluiten -> tight junctions = zonula occludens = afsluitende zone Tight junctions houden paracellulair transport tegen (water kan de cellen niet doordringen) Afsluiting tus. naburige cellen = functioneel belang Vb. versch. samenstelling tus. extracellulaire vloeistof en het lumen van organen Vb. selectieve absorberende werking van darmepitheelcellen Naast claudine en occludine bevatten tight junctions eiwitcomplexen = zona occludens eiwitten ZO-1, ZO-2, ZO-3 -> eiwitcomplexen zijn verankerd via cytoplasmatisch actine 45.2 HECHTINGSVERBINDINGEN Komen voor in weefsels die blootgesteld staan aan grote mechanische stress Verschillende klassen van hechtingsverbindingen: o Zonula adhaerens en macula adhaerens = cel-cel verbindingen o Hemidesmosomen en focale adhesies = cel-extracellulaire matrix verbindingen Hechtingsverbindingen zijn telkens opgebouwd uit transmembranaire adhesieproteïnen -> extracellulaire domeinen binden met extracellulaire domeinen van transmemb. adhesieproteïnen van naburige cellen of met de extracellulaire matrix Cytoplasmatische staarten zijn via 1 of meerdere intercellulaire hechtingsproteïnen verbonden met cytoskelet 49 Zonula adhaerentes o = cel-cel verbindingen die voorkomen als bandvormige zone o Komen voor bij epithelen en weefsels o Kunnen specifieke taken vervullen o Zonulae adhaerentes liggen net onder tight junctions of de zonulae occludentes o Transmembranaire adhesieproteïnen = cadherines o Plasmamembranen liggen 15 – 20 nm van elkaar // met adhaerens verbindingen ligt in het cytoplasma van iedere cel een bundel van contractiele actine-filamenten -> actine = vastegemaakt aan transmembranaire adhesieproteïnen door set van intracellulaire ankerproteïnen: cateninen, vinculine en α-actinine -> geheel = uitgebreid transcellulair netwerk Maculae adhaerentes of desmosomen o = drukknoopachtige plaatsen van intercellulair contact o Een andere set van cadherines binden met intermediaire filamenten -> trekvast structureel netwerk o In meeste epitheliale cellen: desmosomen verbonden met keratinefilamenten o In hartspiercellen: desmosomen verbonden met desminefilamenten o Hechtingseiwitten die cadherines aan intermediaire filamenten hechten vormen een elektronendichte intracellulaire plaque Verbindingen tus. epitheelcellen en onderliggende matrix gebeurt door focale adhesies of hemidesmosomen Bij beide cel-matrix verbindingen zullen extracellulaire delen van integrines binden met de proteïnecomponenten van de extracellulaire matrix Focale adhesies o Zorgen ervoor dat in verschillende celtypen intracellulaire actinefilamenten verbonden zijn met de extracellulaire matrix o Intracellulaire ankerproteïnen zijn taline, filamine, vinculine en α-actinine Hemidesmosomen o Lijken morfologisch op een half desmosoom o Komen voor in epithelen o Dense plaque van ankereiwitten is langs intracellulaire zijde verbonden met keratine-filamenten o De extracellulaire domeinen vh desmosoom bestaan uit integrines die binden met de laminine-proteïnen vd basale lamina o Intermediaire filamenten 50 45.3 COMMUNICATIEVERBINDINGEN Verschillende soorten communicatieverbindingen = gap junctions (bekendste) Bij planten: plasmodesmata zorgen voor intercellulaire communicatie !! synaptische contacten tus. zenuwcellen of tus. zenuwcellen en skeletspier = communicatieverbindingen Gap junctions = plaatsen waar 2 celmembranen erg dicht tegen elkaar aanliggen met een ruimte van 2 – 4 nm ertussen ‘gap’ is niet volledig leeg -> overspannen door uiteinden van identieke transmembranaire eiwitcomplexen (connexinen) die id plasmamembranen liggen van naastliggende cellen -> 6 subeenheden vd connexinen = hexameer = connexon Wanneer connexonen van naast elkaar gelegen cellen recht tegenover elkaar staan vormen ze een doorlopend kanaal + communicatie is mogelijk Connexonen houden interagerende plasmamembranen op een vaste afstand van elkaar Kanalen zijn met water gevuld + laten toe dat anorg. Ionen en kleine water-oplosbare moleculen direct vh cytosol vd ene cel naar het cytosol vd andere cel kunnen migreren Cellen verbonden via gap junctions = elektrische en metabool gekoppeld Gap junctions kunnen in vele cellen in geopende of gesloten toestand voorkomen als antwoord op extracellulaire of intracellulaire signalen Dopamine doet de gap junctions sluiten 46 APICALE CELDIFFERENTIATIES Epitheelcellen kunnen een # uitstulpingen vh apicale celoppervlak vertonen = steeds ondersteund door elementen van het cytoskelet 46.1 MICROVILLI EN STEREOCILIA Microvilli = vrij korte uitsteeksels vd cel die het apicale celoppervlak vergroten Microvilli komen voor op plaatsen waar een groot celoppervlak belangrijk is zoals bij absorptie van voedingsstoffen in het darmepitheel of reabsorberende niertubuli 51 Elke microvillus = binnenste gedeelte van actine-filamenten die reiken tot ih cytoplasma vd cel om in het netwerken van corticale actinefilamenten verankerd te worden Terminaal web zal verankerd zitten id zonula adhaerens = de organisatie vd microvilli is gestabiliseerd zodat ze als 1 geheel kunnen ageren Actine-filamenten zitten als stevige bundels id microvilli doordat villine en fimbrine aan actinefilamenten en aan het plasmamembraan kunnen binden Spectrine zal ervoor zorgen dat actine-filamenten vh terminaal web verbonden zijn met celmembraan Aan het oppervlak zijn microvilli bedekt met plasmamembraan en glycocalyx Bijzondere variant van microvilli zijn stereocilia, geen cilia Stereocilia zijn langer en soms vertakt Functie = uiteenlopend maar ze zijn niet beweeglijk Ze hebben niet de typische interne structuur van cilia 46.2 CILIA EN FLAGELLEN Cilia = trilharen = langgerekte uitstulpingen vh oppervlak van epitheelcellen die helpen om sommige luminale inhoud op een gecoördineerd manier over het oppervlak te bewegen 52 Gekend vb. cilia van respiratoir epitheel Elk cilium is bedekt door het plasmamembraan + bevat een bundel van stabiele microtubuli die groeien vanuit een cytoplasmatisch basaal lichaampje Microtubuli zijn nauwkeurig georganiseerd Organisatie hiervan = axonema = centrale unit van 2 volledige microtubuli waarrond 9 doubletten van microtubuli georganiseerd zijn die elk een volledige microtubulus (A) en een onvolledige microtubulus (B) bezitten Verschillende accessoire eiwitten dienen als cross-link om de bundel microtubuli samen te houden, anderen generen krachten die het cilium doen buigen Elke A-tubulus is geassocieerd met ciliair dyeïne Om cilia te laten bewegen = motorische hoofdgroepen vd dyeïnearmen bewegen id richting vh min-uiteinde vd B-tubulus de A-tubulus glijdt van een doublet naar de basis vd naburige B-tubulus beide microtubulus-doubletten zijn verbonden via nexine-verbindingen, dus glijdende beweging zorgt ervoor dat ze gaan doorbuigen proces vereist ATP Basale lichaampjes waaruit een axonema wordt gevormd bestaat uit tripletten van microtubuli Flagellen = in eukaryoten bij de spermacellen Ontworpen om de hele cel te laten bewegen door een vloeistof Axonema-structuur is gelijk aan deze vd cilia maar voortbewegingspatroon is wel verschillend 47 SIGNAALTRANSDUCTIE, RECEPTOREN EN COMMUNICATIE Om meercellige organismen in stand te houden -> communicatie van cellen = belangrijk !! Zo kunnen ze de ontwikkeling van weefsels tot stand brengen, groei en deling regelen + dagelijkse fysiologische functies op elkaar afstemmen 47.1 ALGEMENE PRINCIPES VAN CELCOMMUNICATIE Info kan aangeleverd worden in verschillende vormen: Communicatie betekent dat info wordt overgezet vd ene vorm naar de andere Omzetting = signaaltransductie Cel-cel communicatie betekent dat de cel die signalen uitstuurt een bep. type extracellulaire signaalmolecule (ligand) produceert die door een doelcel wordt gedetecteerd Andere signaalmoleculen kunnen doorheen de plasmamembraan diffunderen en op intracellulaire receptoren binden in het cytoplasma of de nucleus 53 Dierlijke cellen zullen zowel signalen sturen als ontvangen Doelcellen bevatten meestal receptoren die signaalmolecule herkennen en hierop specifiek kunnen reageren Signaaltransductie start wanneer een receptor op een doelcel een extracellulair signaal ontvangt en dit omzet in intracellulaire signaalmoleculen die het gedrag vd cel kunnen aanpassen via intracellulaire signaaltransductiepathways Communicatieproces = 6 grote stappen 1. Synthese van signaalmoleculen 2. Vrijsteling van signaalmoleculen 3. Transport naar doelcel 4. Detectie van signaal door een specifieke receptor proteïne 5. Verandering in celmetabolisme, functie of ontwikkeling getriggerd door signaal 6. Verwijderen van signaal. Cellen in multicellulaire organismen gebruiken 100en extracellulaire signaalmoleculen om te communiceren. Signaalmoleculen kunnen eiwitten, peptiden, AZ, nucleotiden, steroïden, derivaten van vetzuren of zelfs opgeloste gassen zijn 47.2 INTERCELLULAIRE SIGNAALOVERDRACHT Extracellulaire signaalmoleculen kunnen op verschillende manieren gebruikt worden voor communicatie = intracellulaire signaaloverdracht A: bij contact-afhankelijke communicatie zullen cellen fysiek contact met elkaar aangaan -> moleculen die ingebed zitten in beide plasmamembranen interageren met elkaar = direct contact via membraangebonden signaalmoleculen = contact-afhankelijk B/D bij endocriene en paracriene communicatie zullen chemische stoffen uitgescheiden worden die op afstand hun effect uitoefenen op andere cellen D: bij endocriene communicatie produceren endocriene cellen hormonen die terechtkomen id bloedbaan -> zodat zr naar verschillende plaatsen ih lichaam kunnen worden getransporteerd B: bij paracriene communicatie zullen stoffen worden uitgescheiden in extracellulair milieu + id buurt vd cel blijven = lokale mediatoren -> autocriene communicatie is een vorm van paracriene com. waarbij de cel reageert op de stoffen die hij zelf maakt C: de vorming van celverbindingen waarmee directe uitwisseling van kleine moleculen wordt mogelijk gemaakt = synaptische contacten 54 47.3 RECEPTOREN Alle wateroplosbare signalen binden met specifieke receptorproteïnen op het celoppervlak vd cellen die ze beïnvloeden 3 klassen die verschillen ih transductiemechanisme dat ze gebruiken o Ionenkanaal-gebonden receptoren = veranderen permeabiliteit vd plasmamembraan voor bepaalde ionen -> veranderen membraanpotentiaal o G proteïne-gekoppelde receptoren = activeren het membraan-gebonden, trimere GTP-bindende proteïnen (= G proteïnen) -> die activeren enzymen of ionenkanalen waarbij ze een intracellulaire signaalcascade op gang zetten o Enzym-gekoppelde receptoren = werken als enzymen of associëren met enzymen id cel -> wanneer ze geactiveerd worden kunnen deze enzymen verschillende intracelluliare signaalpathways activeren Vetoplosbare moleculen zullen doorheen de fosfolipiden dubbellaag diffunderen en op intracellulaire receptoren bindne ih cytoplasma of de nucleus Het hormoon-receptor complex reguleert vervolgens genexpressie id doelcellen 47.4 (BELANGRIJKSTE SIGNAALTRANSDUCTIEPATHWAYS )

Samenvatting Cellen en Weefsels - Huid (PDF)

Document Details

Tags

Related

Summary

Full Transcript

Upgrade to continue