H6-6.pdf - Hoofdstuk 6 Eukaryote cel

Hoofdstuk 6 Eukaryote cel 1 Inhoud ! de nummering van de titels zal afwijken van deze in de cursus ! 6.1 De eukaryote cel 6.2 Compartimentalisatie: verdeling in organellen 6.2.1 Kern 6.2.2 Ribosomen 6.2.3 Proteasomen 6.2.4 Endomembraansysteem 6.2.4.1 Endoplasmatisch Reticulum...

Hoofdstuk 6 Eukaryote cel 1 Inhoud ! de nummering van de titels zal afwijken van deze in de cursus ! 6.1 De eukaryote cel 6.2 Compartimentalisatie: verdeling in organellen 6.2.1 Kern 6.2.2 Ribosomen 6.2.3 Proteasomen 6.2.4 Endomembraansysteem 6.2.4.1 Endoplasmatisch Reticulum (ER) 6.2.4.2 Golgi apparaat 6.2.4.3 Lysosomen 6.2.4.4 Peroxisomen 6.2.4.5 Vacuolen 6.2.5 Energieomzettende organellen 6.2.5.1 Mitochondriën 6.2.5.2 Plastiden 6.2.6 Cytoskelet 6.2.7 Cytosol 6.2.8 Celwand 2 6.1 De eukaryote cel Eukaryote versus prokaryote cel Nucleus / Karyon / Kern Eukaryote cellen Compartimentalisatie Kernmembranen Groter volume Cytoplasma & Kleiner membraanoppervlak organellen per volume-eenheid gecompenseerd door intern Nucleoplasma membraansysteem Plasmamembraan 6 3 3 6.1 De eukaryote cel Eukaryote versus prokaryote cel Eukaryote cellen Compartimentalisatie Groter volume Kleiner membraanoppervlak per volume-eenheid gecompenseerd door intern membraansysteem 6 3 4 6.1 De eukaryote cel Deze compartimenten/onderdelen zijn NIET terug te vinden bij Dierlijke versus plantencellen dierlijke cellen centrale vacuole cytoskeleton peroxysoom mitochondrion ribosomen RER kern SER Golgi-apparaat chloroplast lysosoom plasmamembraan celwand 5 6.2 Compartimentalisatie Vergroten membraanoppervlak Op biomembranen spelen belangrijke processen af Biochemische processen verlopen in parallel, zonder beïnvloeding Interne membraansysteem verdeeld cel in organellen met specifieke functie 6 6.2 Compartimentalisatie Vergroten membraanoppervlak Op biomembranen spelen belangrijke processen af Biochemische processen verlopen in parallel, zonder beïnvloeding Interne membraansysteem verdeeld cel in organellen met specifieke functie Kern Endoplasmatisch Reticulum (ER) Plastiden Golgi apparaat Vacuolen Mitochondriën Lysosomen Ribosomen Peroxysomen Proteasomen 7 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Alle cellen hebben een kern UITZONDERING: Erytrocyten (RBC) bij zoogdieren Zeefvaatcellen bij planten 8 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Kernlichaampje / nucleolus Synthese ribosomen Nucleaire enveloppe = dubbele membraan met poriën Nucleoplasm, containing Inner & outer membrane 9  6.2.1 Kern / nucleus / karyon Kernlichaampje / nucleolus Synthese ribosomen Nucleaire enveloppe = dubbele membraan met poriën Inner & outer membrane 10 Figuur via https://study.com/learn/lesson/video/nuclear-membrane-function-structure.html 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Kernlichaampje / nucleolus Synthese ribosomen Nucleaire enveloppe = dubbele membraan met poriën Kernskelet Kernporiëncomplex Dichte eiwitlaag = steunlaag Eiwitdraden of kernfilamenten 11 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Kernlichaampje / nucleolus → Synthese ribosomen Nucleaire enveloppe = dubbele membraan met poriën Kernskelet Kernporiëncomplex Dichte eiwitlaag = steunlaag Eiwitdraden of kernfilamenten 12 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Genetisch materiaal (zie H8) Chromatine – histoneiwitten & DNA 20-30% positief geladen aminozuren ‘relaxed’ compact 13 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Genetisch materiaal (zie H8) Chromatine – histoneiwitten & DNA solenoïde structuur 14  6.2.1 Kern / nucleus / karyon Genetisch materiaal (zie H8) Chromatine – histoneiwitten & DNA ‘nucleosoom’ 8 histoneiwitten (octameer) DNA helix (140 bp) Via ‘linker DNA’ verbonden (60 bp) 15 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Genetisch materiaal (zie H8) Chromatine – histoneiwitten & DNA 16 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Genetisch materiaal (zie H8) Chromatine – histoneiwitten & DNA Chromosomen – zichtbaar bij celdeling KARYOGRAM 22 paar autosomen 1 paar geslachtschromosomen 17  6.2.1 Kern / nucleus / karyon Chromosomen Chroma ~ kleur Soma ~lichaam 18 Figuur via geeksforgeeks 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Chromosomen Euchromatine (~eu) Lichte banden (Giemsakleuring) Actief DNA (toegankelijk) Heterochromatine Donkere banden (Giemsakleuring) Inactief DNA (sterk gecondenseerd) niet actief, dens actief 19 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Centrale dogma overschrijven vertalen → tijdens celdeling (mitose) verdubbelen 20 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Centrale dogma 21 6.2.1 Kern / nucleus / karyon Centrale dogma Bepaalde eiwitten migreren naar de nucleus om daar functie uit te oefenen Polymerasen, ribosomale eiwitten… 22  6.2.2 Ribosomen Vrij in cytoplasma Gebonden aan ER Enorm klein (EM) Assemblage in nucleolus 23 Figuur via https://images.app.goo.gl/GZBmXbosthoAEdGTA  6.2.2 Ribosomen Vrij in cytoplasma Nucleoplasm, containing Gebonden aan ER Enorm klein (EM) Aanmaak in nucleolus 24 Figuur via https://images.app.goo.gl/GZBmXbosthoAEdGTA  Ribosomen bezitten geen 6.2.2 Ribosomen compartimentstructuur Bouw 2 subeenheden, opgebouw uit grote subeenheid ribosomaleeiwitten ribosomaal RNA (rRNA) kleine subeenheid 25 Figuur via biorender  Ribosomen bezitten geen 6.2.2 Ribosomen compartimentstructuur Bouw Zeer vroeg in evolutie ontstaan Eukaryoten ~ prokaryoten, maar Meer ribosomale eiwitten Meer & langere rRNAs 26 Figuur via biorender  Ribosomen bezitten geen 6.2.2 Ribosomen compartimentstructuur Bouw Zie ook cursus microbiologie 1 27 Figuur via biorender  Ribosomen bezitten geen 6.2.2 Ribosomen compartimentstructuur Functie Eiwitsynthese translatie ~ vertalen mRNA naar eiwitten 28 Figuur via https://images.app.goo.gl/QNmf2SgkEkZgKhnt9  Proteasomen bezitten 6.2.3 Proteasomen geen membraan Proteasen ~ afbraak van eiwitten Incorrecte vouwing Malfunctie Beschadigd Holle cilindervormige structuur Cytoplasma OF nucleus 29 Figuur via biorender  Proteasomen bezitten 6.2.3 Proteasomen geen membraan Proteasen ~ afbraak van eiwitten Incorrecte vouwing Malfunctie Beschadigd Holle cilindervormige structuur Cytoplasma OF nucleus Afbraakproducten, AZ 30 Figuur via biorender 6.2.4 Endomembraansysteem Kernmembraan Endoplasmatisch reticulum Ruw Glad Golgi apparaat Lysosomen Peroxisomen Vacuolen 31  6.2.4.1 Endoplasmatisch reticulum In verbinding met kernmembraan Ruw endoplasmatisch reticulum Ribosomen Glad endoplasmatisch reticulum 32 6.2.4.1 Endoplasmatisch reticulum Ruw endoplasmatisch reticulum Ribosomen 33 6.2.4.1 Endoplasmatisch reticulum EM beeld RER Ruw endoplasmatisch reticulum Ribosomen 34  6.2.4.1 Endoplasmatisch reticulum Functie Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) Aanmaak secretorische eiwitten Post-translationele modificatie van eiwitten in ER-lumen - Vouwing (chaperone-eiwitten) - Aanhechten koolhydraatketens - … Transport naar Golgi en verder via vesikels Aanmaak van eigen membraanlipiden 35 Figuur via socratic.org  6.2.4.1 Endoplasmatisch reticulum Functie Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) Aanmaak secretorische eiwitten Post-translationele modificatie van eiwitten in ER-lumen - Vouwing (chaperone-eiwitten) - Aanhechten koolhydraatketens - … Transport naar Golgi en verder via vesikels Aanmaak van eigen membraanlipiden 36 Figuur via biologielessen.nl INTERMEZZO: vesikeltransport Secretorische eiwitten: functie buiten cel ER → Golgi → PM Versmelting & afsplitsing vesikels mogelijk dankzij vloeibaarheid Modificatie onderweg 37 INTERMEZZO: vesikeltransport Secretorische eiwitten: functie buiten cel ER → Golgi → PM Versmelting & afsplitsing vesikels mogelijk dankzij vloeibaarheid Modificatie onderweg 38  6.2.4.1 Endoplasmatisch reticulum Functie Glad endoplasmatisch reticulum (SER) Lipidensynthese, vnl. steroïden Koolhydraatmetabolisme detoxificatie giftige stoffen bv. alcohol, geneesmiddelen Aanhechting groepen, verhogen oplosbaarheid… intracellulaire Ca2+ opslag bv. spierwerking … (celspecifiek) 39 Figuur via socratic.org 6.2.4.2 Golgi-apparaat Bouw 40 6.2.4.2 Golgi-apparaat Bouw ‘Afgeplatte zakken’ 41 6.2.4.2 Golgi-apparaat Bouw ‘Afgeplatte zakken’ = dictyosomen EM beeld 42  6.2.4.2 Golgi-apparaat Functie ‘Verdeelcentrum’ van de cel Aanmaak van lysosomen gepolariseerde cel Post-translationele modificatie (glycosylering, fosforylering, …) Stockage Sorteren (naar baso-lateraal of apicaal deel van de cel) Transport Via secretorische vesikels Eiwitten, lipiden, … Figuur via https://images.app.goo.gl/Hp dGa59 d1oe9fUbb8 43  6.2.4.2 Golgi-apparaat Functie ‘Verdeelcentrum’ van de cel Aanmaak van lysosomen gepolariseerde cel Post-translationele modificatie (glycosylering, fosforylering, …) Stockage Sorteren (naar baso-lateraal of apicaal deel van de cel) Transport Via secretorische vesikels Eiwitten, lipiden, … Lysosomen ≠ secretorische vesikels !!! Figuur via https://images.app.goo.gl/Hp dGa59 d1oe9fUbb8 44 6.2.4.2 Golgi-apparaat ER Functie ‘Polariteit’ van het Golgi apparaat onrijp Cis = ‘onrijpe’ zijde ontvangst vesikels ER Medium Trans = ‘rijpe’ zijde afsplitsing secretorische vesikels rijp rest van cel/lichaam 45  6.2.4.2 Golgi-apparaat Functie ‘Polariteit’ van het Golgi apparaat Cis = ‘onrijpe’ zijde ontvangst vesikels ER Medium Trans = ‘rijpe’ zijde afsplitsing secretorische vesikels → Eiwitflow: ER > cis Golgi > trans Golgi > PM 46 Figuur via https://images.app.goo.gl/pyUfodQC4GUBfowZA 6.2.4.2 Golgi-apparaat Functie ‘Exocytose’ = versmelting van de vesikelmembraan met PM waarbij inhoud van de vesikels naar buiten wordt uitgestort → recyclage van membranen 47 6.2.4.2 Golgi-apparaat Functie ‘Exocytose’ = versmelting van de vesikelmembraan met PM waarbij inhoud van de vesikels naar buiten wordt uitgestort 48 6.2.4.2 Golgi-apparaat PM gaat niet ‘loshangen’ owv recuperatie systeem, recyclage 49 INTERMEZZO: van synthese tot exocytose - de weg van een eiwit https://youtu.be/KWQyURdNlDk 50 6.2.4.3 Lysosomen Vesikels gevuld met hydrolytische enzymen Proteasen, sacharidasen, lipasen, nucleasen, zure fosfatasen Lage pH (4-5) voor optimale werking enzymen 51 6.2.4.3 Lysosomen Endocytose ‘Endocytose’ = proces waarbij de cel stoffen opneemt die door de celmembraan werden ingesloten ‘Endosoom’ = gematureerd vesikel dat ontstaat door instulping van de celmembraan bij opname van stoffen (endocytose) 52 6.2.4.3 Lysosomen Endocytose ‘Endocytose’ = proces waarbij de cel stoffen opneemt die door de celmembraan werden ingesloten 53 6.2.4.3 Lysosomen Vertering door lysosomen 1. ‘Primaire lysosomen’ worden afgesnoerd van Golgi apparaat (trans) 2. ‘Secundaire lysosomen’ zorgen voor intracellulaire vertering door samensmelting met endo- en autofagosomen 3. ‘Restlichaampje’ bevat onverteerd materiaal en wordt uit cel verwijderd via exocytose Bv. afbraak pathogenen door macrofagen 54 6.2.4.3 Lysosomen Vertering door lysosomen ‘Autofagie’ = recyclage van eigen celmateriaal bv. organellen ‘Intracellulaire digestie’ = versmelting van endosoom en lysosoom bv. pathogenen 55 6.2.4.3 Lysosomen Vertering door lysosomen ‘Autofagie’ = recyclage van eigen celmateriaal bv. organellen ‘Intracellulaire digestie’ = versmelting van endosoom en lysosoom bv. pathogenen 56 6.2.4.3 Lysosomen Vertering door lysosomen ‘Autofagie’ = recyclage van eigen celmateriaal bv. organellen ‘Intracellulaire digestie’ = versmelting van endosoom en lysosoom bv. pathogenen 57 6.2.4.3 Lysosomen Vertering door lysosomen ‘Autofagie’ = recyclage van eigen celmateriaal bv. organellen ‘Intracellulaire digestie’ = versmelting van endosoom en lysosoom bv. pathogenen 58  6.2.4.3 Lysosomen Vertering door lysosomen ‘Autofagie’ = recyclage van eigen celmateriaal bv. organellen ‘Intracellulaire digestie’ = versmelting van endosoom en lysosoom bv. pathogenen 59 Figuur via https://askabiologist.asu.edu/macrophage 6.2.4.3 Lysosomen Lysosoom-geassocieerde ziekten: stofwisselingsziekten Ontbreken van bepaalde lysosomale enzymen leidt tot ernstige aandoeningen bij de mens Ziekte van Tay-sachs tekort aan ß-hexosaminidase A → geen lipide-afbraaksysteem → ophoping GM2 gangliosiden → zenuwstelsel aangetast 60  6.2.4.3 Lysosomen Lysosoom-geassocieerde ziekten: stofwisselingsziekten Ontbreken van bepaalde lysosomale enzymen leidt tot ernstige aandoeningen bij de mens Ziekte van Pompe tekort aan alpha-1,4- glucosidase → geen enzym voor glycogeenafbraak → afsterven spiercellen, spierzwakte 61 Figuur via Sanofi  6.2.4.4 Peroxisomen Afsnoering van SER Oxidatieve enzymen voor afbraak van vetzuren, EtOH, … → vorming H2O2 Katalasen breken H2O2 af ‘free radical scavenger’ 62 Figuur via biorender  6.2.4.5 Vacuolen Voedselvacuolen Contractiele vacuolen bij ééncelligen pompen teveel aan water uit de cel (zie microbiologie) Centrale vacuole bij planten dient als stockageplaats/stortplaats vacuole 63 Figuur via geeksforgeeks 6.2.5 Energie omzettende organellen Mitochondriën Chloroplasten 64  6.2.5.1 Mitochondriën Bouw vergroten oppervlakte 65 Figuur via biorender 6.2.5.1 Mitochondriën Bouw 66 6.2.5.1 Mitochondriën Bouw EM beeld cristae 67 6.2.5.1 Mitochondriën Autonomie ‘Semiautonoom’ Eigen circulaire DNA dubbelstreng Eigen ribosomen → Eigen eiwitproductie 68 6.2.5.1 Mitochondriën Functie ‘Energiefabriekjes van de eukaryote cel’: Aantal en grootte van mitochondriën afhankelijk van weefseltype Celrespiratie → ATP productie) (Glycolyse in cytoplasma) Krebscyclus in matrix Oxidatieve fosforylering op binnenste membraan → ATP 69  6.2.5.1 Mitochondriën Functie 70 Figuur via encyclopedia brittanica en Biology Online 6.2.5.1 Mitochondriën Functie ‘Energiefabriekjes van de eukaryote cel’: Aantal en grootte van mitochondriën afhankelijk van weefseltype Celrespiratie → ATP productie) (Glycolyse in cytoplasma) Krebscyclus in matrix Oxidatieve fosforylering op binnenste membraan → ATP 38 ATP 71 6.2.5.2 Plastiden Enkel in planten Amyloplasten (leucoplasten) ~ stockage zetmeel bv. aardappel (kleurloos) Chromoplasten ~ pigmentatie (geen chlorofyl) Chloroplasten ~ chlorofyl, fotosynthese 72  6.2.5.2 Plastiden Chloroplasten ‘bladgroenkorrels’ pigment = chlorofyl eigen circulaire DNA en ribosomen → eigen eiwitsynthese 73 Figuur via biorender 6.2.5.2 Plastiden Chloroplasten EM beeld 74  6.2.5.2 Plastiden Chloroplasten FOTOSYNTHESE Planten zijn autotroof 75 Figuur via MrChadd 6.2.5 Energie omzettende organellen Mitochondriën Dubbele membraan ATP-productie Chloroplasten Semiautonoom Eigen circulair DNA Eigen ribosomen Eigen eiwitsynthese 76 6.2.5 Energie omzettende organellen Mitochondriën Dubbele membraan ATP-productie Chloroplasten Semiautonoom Eigen circulair DNA Eigen ribosomen Eigen eiwitsynthese reproduceren onafhankelijk van de kern 77 6.2.5 Energie omzettende organellen Mitochondriën Dubbele membraan ATP-productie Chloroplasten Semiautonoom Eigen circulair DNA Eigen ribosomen Eigen eiwitsynthese …maar gebruiken daarnaast ook nucleair gecodeerde eiwitten 78 6.2.5 Energie omzettende organellen Mitochondriën Dubbele membraan ATP-productie Chloroplasten Semiautonoom Eigen circulair DNA Eigen ribosomen Eigen eiwitsynthese ENDOSYMBIONTTHEORIE 79  ENDOSYMBIONTTHEORIE ‘endosymbiont’ = cel die binnen een andere cel leeft Voordeel voor eukaryote cel: O2 voor energieproductie Aërobe heterotrofe prokaryoten endocytose Voordeel voor bacterie: Bescherming van buitenwereld 1,5 miljard tot 700 miljoen jaar geleden aërobe bacterie 80 Figuur via socratic ENDOSYMBIONTTHEORIE ‘The Origin of Eukaryotic Cells’ – Lynn Margulis Gebaseerd op gelijkenis met bacteriën Eigen cirkelvormig DNA & eigen ribosomen Eigen eiwitsynthese Onafhankelijke vermenigvuldiging (ontdubbeling) Gevoelig voor bepaalde antibiotica Dubbele membraan Buitenste ~instulping PM gastheercel Binnenste ~ overblijfsel PM endosymbiont 81  ENDOSYMBIONTTHEORIE ‘The Origin of Eukaryotic Cells’ – Lynn Margulis Gebaseerd op gelijkenis met bacteriën Eigen cirkelvormig DNA & eigen ribosomen Eigen eiwitsynthese Onafhankelijke vermenigvuldiging (ontdubbeling) Gevoelig voor bepaalde antibiotica Dubbele membraan Buitenste ~instulping PM gastheercel Binnenste ~ overblijfsel PM endosymbiont Later ook o.b.v. DNA sequentie-analyse en clustering 82 Figuur via evolution.berkeley.eu 6.2.6 Cytoskelet Structurele steun Fixeren van organellen Vormgeving cellen Mobiliteit Cellen Organellen (gecontroleerd) 83  6.2.6 Cytoskelet Structurele steun Fixeren van organellen Vormgeving cellen Mobiliteit Cellen Organellen (gecontroleerd) Cytoskelet gekoppeld aan ‘motormoleculen’ Beweging van cilia en flaggelen ‘monorails’ voor organeltransport Figuur via bio.winona.msus.edu/berg/ ANIMTNS/Directry.htm 84 6.2.6 Cytoskelet Bestanddelen Microtubuli Microfilamenten (actine) Intermediaire filamenten Animatie bestanddelen cytoskelet 85 6.2.6 Cytoskelet Microtubuli Holle tube bestaande uit globulaire α- en β-tubuline Diameter: 25nm FUNCTIE Beweging van chromosomen (spoelfiguur H8) Voortbeweging cellen: ciliën- en flagellenbeweging Transport & beweging organellen Vorm van cellen bewaren (drukbestendigheid) 86 6.2.6 Cytoskelet Microtubuli - ciliën en flagellen Draadvormige structuren aan buitenzijde van de cel Ciliën, ciliaten 2-10µm grote aantallen Vloeistof over weefsel laten vloeien Bv. Cilia in trachea (luchtpijp en vertakkingen) Flagellen, flagellata 100-200µm alleen/kleine aantallen Bv. Spermacel met flagel 87  6.2.6 Cytoskelet Microtubuli - ciliën en flagellen Beweging 88 Figuur via https://mmegias.webs.uvigo.es/  6.2.6 Cytoskelet Microtubuli - ciliën en flagellen Structuur 9 doubletten van microtubuli 2 centraal gelegen microtubuli 9 tripletten van microtubuli basaallichaampje 89 Figuur via Mitchell et al. 2007 6.2.6 Cytoskelet Microfilamenten Bestaande uit actine, organiseert zich in lange, dunne draden Diameter: 7nm FUNCTIE Vorm van cellen bewaren (rekkracht) Vorm van cellen veranderen bv. vorming pseudopodia Spiercontractie Cytoplasmatische stroming 90 6.2.6 Cytoskelet Microfilamenten Bestaande uit actine, organiseert zich in lange, dunne draden Diameter: 7nm FUNCTIE Vorm van cellen bewaren (rekkracht) Vorm van cellen veranderen bv. vorming pseudopodia Spiercontractie Cytoplasmatische stroming 91 6.2.6 Cytoskelet Intermediaire filamenten Bestaande uit keratine-achtige eiwitten (draadvormig) Diameter: 8-12 nm FUNCTIE Vorm van cellen bewaren Nucleus en andere organellen fixeren 92 6.2.7 Cytosol Restcompartiment: 70% water, 20% eiwitten Vloeibaar (solfase) / viskeus (gelfase) ½ V bij dierlijke cellen Belangrijke metabole processen 93 6.2.8 Celwanden Geen ~ dieren Cellulose ~ planten Chitine ~ fungi FUNCTIE Bescherming Vormgeving Voorkomen overmatige opname van water 94 VERGELIJKING EU- EN PROKARYOTE CELLEN Structuur of organel Prokaryoot Eukaryoot Grootte klein (1µM) groter (10-100µM) Kern geen kern met dubbel kernmembraan DNA circulair eenvoudig chromatine genoom (soms plasmiden) Ribosomen 70s 80s Plasmamembraan Vloeibare Vloeibare mozaïkmodel met mozaïekmodel met sterolen hopanoïden Geen endo- en Wel endo- en pinocytose, en pinocytose exocytose Interne Afwezig Endoplasmatisch reticulum (ruw membraansystemen en glad) Golgi apparaat Lysosomen en peroxysomen Celwand peptydoglycaanlaag Dieren: geen celwand Planten: cellulose Fungi: chitine Organellen afwezig aanwezig Groei en voorplanting Binaire fisie Mitose & meiose 95 Samenvatting intra- en intercellulair transport Intracellulair transport Diffusie Cytoplasmatische stroming vnl. grote cellen (planten, amoeben, macrofagen) Vesikeltransport bv. ER & Golgi Intercellulair transport Intrinsieke membraaneiwitten - actief transport - passief transport Endo- en exocytose 96