Les 1 - De cel PDF

HOOFDSTUK 1. DE CEL (hoofdstuk 4 in boek)  Celtheorie Cellen ontdekt in 1665 door Robert Hooke Eerste studies op cellen uitgevoerd door - Volwasse Mathias n...

HOOFDSTUK 1. DE CEL (hoofdstuk 4 in boek)  Celtheorie Cellen ontdekt in 1665 door Robert Hooke Eerste studies op cellen uitgevoerd door - Volwasse Mathias n mens Schleiden (1838) & Theodor Schwann (1839) Celtheorie - Kippenei 1. Alle organismen zijn samengesteld uit - Kikkerei cellen - Paramecium 2. Cellen zijn de kleinst levende eenheid - Menselijk ei 3. Cellen onstaan alleen uit reeds bestaande - Menselijke rode cellen bloedcel - Prokaryoot - Chloroplast alle vandaag levende cellen vormen een - Mitochondrië continue lijn van afstammelingen vanuit n de eerst Celgrootte levende cellen is gelimiteerd - Groot virus (HIV) - als celgrootte toeneemt, duurt het langer Ribosoom voor inkomend of uitkomend materiaal - Proteïne om te diffunderen van celmembraan tot - binnen in de cel Aminozuur - Waterstofatoo 2 m  Celtheorie Cellen worden meestal alleen waargenomen met microscopen en na specifieke kleuring lichtmicroscopen onderscheiden structuren die 200nm van elkaar liggen electronenmicroscopen onderscheiden structuren die 0.2nm van elkaar liggen (nog meer in detail) Alle cellen hebben bepaalde structuren gemeen genetisch materiaal – in kern of nucleus (nucleoid) cytoplasma – een semivloeibare matrix (cytosol & organellen) plasmamembraan – een dubbele fosfolipide laag (eiwitten + cholesterol) Proteïne Plasma- membraa n 3  Prokaryote cellen - geen echte kern, genetisch materiaal aanwezig in nucleoid of kernzone - cytoplasma - plasmamembraan (soms organel-achtige functies bvb pigment voor fotosynthese) en celwand - ribosomen - geen membraan-omgeven organellen - eenvoudig cytoskelet - roterend flagellum (beweging) Twee typen van prokaryoten - archaea - geen peptidoglycaan in celwand - bacteria - celwand bestaat uit peptidoglycaan - Gram positief of Gram negatief Studie van prokaryoten = microbiologie 4 (Hoe bacterien bestrijdt kunnen worden) Fig. 4.3 Cytoplasma Ribosomen Nucleoïde (DNA) Plasmamembraan Celwand Capsule 5  Eukaryote cellen - membraan-omgeven nucleus - complexer dan prokaryote cellen - cellulaire functies gecompartimentalizeerd in organellen en het endomembranair systeem (verschillende organellen werken samen) - cytoskelet voor steun en behoud van celstructuur - dierlijke cellen en plantencellen Studie van eukaryote cellen = celbiologie 6 Fig. 4.6 Kern Ribosomen Kernenveloppe Ruw endoplasmatisch reticulum Nucleolus Glad endoplasmatisch reticulum Kernporie Intermediair filament Microvilli Cytoskelet Actine filament Microtubuli Ribosomen Intermediai r filament Cytoplasma Centriool Cytoplasma Lysosoom Exocytose Vesikel Golgi apparaat Plasmamembraan Dierlijke Peroxisoom Mitochondriën 7 cel Fig. 4.7 Ruw endoplasmatisch reticulum Kern Glad endoplasmatisch reticulum Kernenveloppe Nucleolus Ribosomen Kernporie Intermedi air filament Centrale vacuole Cytoskelet Intermediair filament Microtubuli Actine filament Peroxisoom Mitochondriën Golgi apparaat Cytoplasma Vesikel Chloroplast Celwand Celwand Plantenc Plasmamembraan Plasmodesmata 8 el  Celkern - bevat genetisch materiaal in de vorm van vele lineaire chromosomen (DNA vormt samen met eiwitten chromatine (epigenetica)) - omgeven door fosfolipide een nucleaire enveloppe bestaande uit 2 lagen - dubbele nucleaire lamina* celwand - nucleaire porieën** - nucleoli (synthese van rRNA en rRNA-eiwit complexen) intermed. Filamenten; bel voor celvorm; bel. bij kerndeling – vorming nucleaire ** enveloppe voor passage van eiwitten (in) en 9 RNA (uit) Fig. 8.a 4. Kernporie Kernenveloppe Nucleolus Chromatine Nucleoplasma Nucleaire nucleolus = lamina cluster van rRNA genen + rRNA + r proteinen Inwendige membraan Uitwendige membraan Kernporie Ctu me t 10  Ribosomen - cellulaire machines van eiwitsynthese - bestaan uit ribosomaal RNA en eiwitten - in cytosol of cytoplasma, gebonden aan interne membranen - universeel voorkomend in ALLE cellen grote subeenhei d Ribosoom kleine subeenhei d 1 1 Eiwitsynthese: herhaal met boek cfr hoofdstuk 1 (zie ook lessen  Endomembranair systeem - een serie membranen doorheen het cytoplasma -verdeelt cel in compartimenten met verschillende cellulaire functies - bestaat uit: 1. endoplasmatisch reticulum (netwerk van kanalen) 2. Golgi apparaat 3. lysosomen Cisternale ruimte versus cytosol (ruimte binnen het cytosol) 12  Endoplasmatisch reticulum Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) - aanhechting van ribosomen geeft ruw uitzicht - synthese van te secreteren eiwitten (bvb Ab’s), verder gezonden naar lysosomen of plasmamembraan Ruw endoplasmatis Ribosome ch reticulu n m Ruw endoplasmatis ch reticulum Glad endoplasmish reticulum (SER) - relatief weinig ribosomen aangehecht Glad - synthese van (membraan)lipiden endoplasmatis ch reticulu -- Intracellulaire calcium detoxificatie van opslag vreemde substanties(bvb drugs) m cfr lever 13  Golgi apparaat - samengesteld uit Golgi cisternae - platte structuur van geïnterconnecteerde membranen - voorkant = cis face (kant richting kern) - achterkant = trans face (kant richting celwand) - inpakken en distributie van materiaal naar verschillende delen van cel - post-translationele modificaties (bvb glycosylaties) van eiwitten en lipiden voor afgifte via cisternae (soms 14 aanpassingen aan de  Lysosomen - membraan-omgeven vesikels die digestieve enzymes bevatten - afbraak van macromoleculen (= proteinen, nucleinezuur, lipiden, carbohydraten) en oude celorganellen = autofagie - afbraak van vreemde stoffen door cel opgenomen via fagocytose - zure pH via protonpomp activatie - ‘lysosomal storage disorders’ vb Tay- Sachs disease: verlies van 1 lysosomaal enzyme 15 dat membraanglycolipide afbreekt, leidt  Microbodies - membraan-omgeven vesikels die enzymen bevatten - kunnen ontstaan uit fusie van ER vesikels - peroxisomen bevatten oxidatieve enzymen, nevenproductie van H2O2 – wordt afgebroken door catalase tot H2O en O2 (reactieve scheikundige processen) 16  Vacuolen - membraan-omgeven (= tonoplast) structuren met uiteenlopende functies - osmotische balans en opslag - verschillende types: - centrale vacuole in plantencellen - contractiele vacuole in enkele protista (voor voortbeweging) - opslagvacuolen (bvb vetcellen) 17  Mitochondria - bevatten enzymes voor oxidatief metabolisme nodig voor het overbrengen van energie binnen macromolecules naar ATP - komen in alle eukaryote cellen voor - omgeven door 2 membranen - gladde uitwendige membraan -gevouwen inwendige membraan met lagen, cristae - matrix gelegen binnen inwendige membraan - intermembranaire ruimte - bevat eigen DNA - metaboliseren suiker om ATP te genereren - gedragen zich als cellen binnen een cel, 18 zijn niet autonoom Fig. 4.17 ribosoom binnenste membraan intermembranair e ruimte buitenste membraan 19  Chloroplasten - aanwezig in cellen van planten en enkele andere eukaryoten - bevatten chlorofyl voor fotosynthese - omgeven door 2 membranen - gecompartimentaliseerde membranen thylakoiden grana (stapels van thylakoiden) - bevatten eigen DNA - gebruiken licht om suikers en ATP te genereren - Delen zelf voor vermenig- vuldiging Chloroplast + amyloplast + leukoplast = 20 plastiden  Mitochondria & Chloroplasten - geëvolueerd langs dezelfde weg - hypothese: ontstaan door endosymbiose hebben 2 membranen bevatten eigen DNA en ribosomen hebben de grootte van prokaryote cel delen volgens een proces zoals bacteria (splijting) 21  Cytoskelet - netwerk van eiwitvezels - onderhoudt vorm van cel - houdt organellen in een vaste locatie - helpt bij beweging van materiaal in cel – motor proteine (fig. 4.21) - dynamisch systeem (in afbraak en opbouw) - bestaat uit polymeren van identieke Actine eiwitsubeenheden: filamenten actine filamenten = microfilamenten cellulaire contracties, kruipen, “pinching” Microtub microtubuli – alfa, beta tubuline uli organizatie en beweging in cel gevormd vanuit centriolen in centrosoom Intermediaire intermediaire filamenten filamenten 22 structurele stabiliteit (bvb  Extracellulaire structuren - celwand van planten, fungi, en sommige protista; Collagee n bevat cellulose bij planten en protista, chitine Elastin e Fibronectine bij fungi - dierlijke cellen Integrine Proteoglycaan produceren extracellulaire matrix (ECM), een complex van glycoproteïnen en fibreuze eiwitten Actine geconnecteerd filame nt met cytoplasma Cytoplasm via integrines, a aanwezig 2 in 3  Celbewegin g Flagella cili en a Groene alg Paramoeciu m Bij Eukaryoten de typische 2+9 microtubuli struktuur 24 Cel – Cel interacties 25 Cfr ook tabel 4.2 voor overzicht 26 27  HOOFDSTUK 2. CELDELING (hoofdstuk 10-11 in boek) (zelfstudie)  Celdeling bij bacteria Deling door binaire splijting - enkelvoudig, circulair dubbelstrengig DNA wordt gerepliceerd - replicatie begint aan oorsprong en verloopt bidirectioneel - nieuwe chromosomen worden naar tegengestelde einden gebracht - een septum vormt en splits = clonale cel in 2 -reproductie septatie onder controle van eiwitten 29  Eukaryote chromosomen - lineaire chromosomen - elk species heeft een verschillend aantal chromosomen bij mens 46 of 23 paar chromosomen (monosomie - trisomie) - bestaan uit chromatine – complex van DNA en eiwitten -heterochromatine – komt niet tot expressie -euchromatine – regio’s die tot expressie komen -dubbele DNA streng is enorm gepakt (nucleosoom -solenoid - chromatide) - varieren in grootte, locatie van centromeer, lengte van armen, etc. 30 - karyotype: de specifieke array  Eukaryote chromosomen - Homologe chromosomen: de maternale en paternale copijen van eenzelfde chromosoom - Gerepliceerde chromosomen zijn verbonden door kinetochoren en cohesine – - complex van eiwittten Homologe chromosomen Homologe Zusterchromatid chromosomen en: 2 copijen van het gerepliceerde Kinetochoor chromosoom Replicatie Cohesin Centromeer e eiwitten Kinetochore n Zusterchromatiden 3 Zusterchromatid 1 en  Eukaryote celcyclus Verdeeld over 5 stadia: 1. G1 (gap fase 1) metafase interfas prometafase anafase 2. SG2(synthese) 3. (gap fase e profase telofase 2) 4. M (mitose) 5. C (cytokinese) De duur van een complete Interfase celcyclus varieert Mitose Cellen in rust: G0 fase cytokinese 32  Interfase Cohesin Chromati e de eiwitten Centromee r regio van chromosoo G1 of gap fase 1 - m celgroei Kinetocho S fase - synthese van Kinetocho or or DNA DNA replicatie microtubu Metafase productie van 2 li chromosoo m zusterchromatiden G2 of gap fase 2 - chromosomen condenseren - mitochondria & organellen repliceren centromeren repliceren en worden verbonden door cohesine eiwitten kinetochoor eiwitten hechten vast aan centromeren microtubuli hechten aan kinetochoor 33 centriolen (microtubuli-organizerende centra 34  Mitose Verdeeld in 5 fases: 1. profase 2. prometafase 3. metafase 4. anafase 5. telofase 35  Profas chromosomen blijven e condenseren centriolen verplaatsen naar celpolen spoelfiguur wordt gevormd (poolmicrotubuli) nucleaire envelope lost op 36  Prometafase chromosomen hechten aan spoelfiguur via hun kinetochoren een 2de set microtubuli wordt gevormd vanuit de celpolen naar de kinetochoren microtubuli trekken elk chromosoom naar het centrum van de cel 37  Metafase microtubuli trekken en aligneren chromosomen in het celcentrum thv de metafase plaat kinetochoren zijn aan tegengestelde polen van spoelfiguur verbonden via kinetochoor-microtubuli polaire microtubuli verbinden de 2 polen 38  Anafase afbraak van cohesine eiwitten veroorzaakt scheiding van centromeren microtubuli trekken zusterchromatiden naar de celpolen in anafase A worden de kinetochoren uit elkaar getrokken (kinetochoor- microtubuli) in anafase B groeien de polen uit elkaar (poolmicrotubuli) 39  Telofase spoelfiguur verdwijnt nucleaire envelope vormt zich rond elke set van zusterchromatiden chromosomen beginnen te ontvouwen nucleolus verschijnt in elke kern 40  Cytokinese deling van de cel in 2 gelijke delen in dierlijke cellen - constrictie van actine filamenten produceren een contractiele klievingsring in plantcellen - plasmamembraan vormt een celplaat tussen de kernen 41  Meiose Vorm van celdeling die leidt tot productie van gameten Gameten (eicellen en zaadcellen) bevatten de helft van het aantal chromosomen in een adulte cel = haploïd of n Adulte lichaamcellen Sexuele (somatische reproductie includeert de cellen) zijn diploïd of 2n Haploïd fusie van gameten (fertilizatie) e eicel om een diploïde zygote te Haploïde genereren zaadcel Bevruchting De levenscyclus van sexueel reproducerende organismen Diploïd e bestaat uit alternerende zygote Paternaal haploïde en diploïde stadia homoloog Materna al homoloo g 42  Meios e Twee delingsronden: meiose I en meiose II Opeenvolgende celdelingen zonder replicatie van genetisch materiaal ertussen Resultaat: reductie van chromosoomaantal van 2n naar n 43  Meiose Homologe Kinetochoor n Gedurende meiose I, worden homologe chromosomen Zusterchromatid en (homologen) geasocieerd = synaps Eiwitten houden de homologen samen in een synaptonemaal complex Centromeer Crossing-over: genetische recombinatie tussen niet- zusterchromatiden (uitwisseling van regio’s) Chiasmata: plaatsen van crossing- Synaptonema al complex over Plaats van crossing-over 44  Meiose I Profase I: chromosomen condenseren nucleaire envelope lost op homologen assembleren crossing-over Metafase I: terminale chiasmata houden homologen samen na crossing-over microtubuli van tegengestelde polen hechten aan elk homoloog (niet aan zusterchromatiden) homologen aligneren thv de metafaze-plaat orientatie van de homologen is 45 willekeurig 46  Meiose I Profase I: chromosomen condenseren nucleaire envelope lost op homologen assembleren crossing-over Metafase I: terminale chiasmata houden homologen samen na crossing-over microtubuli van tegengestelde polen hechten aan elk homoloog (niet aan zusterchromatiden) homologen aligneren thv de metafase-plaat oriëntatie van de homologen is 47 willekeurig 48  Meiose I Anafase I: microtubuli verkorten homologen worden gescheiden zusterchromatiden blijven aan elkaar via centromeren Telofase I: nucleaire envelopes vormen elke nieuwe kern is haploïd zusterchromatiden verschillen omwille crossing-over 49  Meiose II Meiose II gelijkt op een mitotische deling: profase II: nucleaire envelopes lossen op en spoelfiguur vormt metafase II: chromosomen aligneren aan metafaze-plaat anafase II: zusterchromatiden worden gescheiden telofase II: nucleaire envelope hervormt gevolgd door cytokinese 50 Fig. 11.9(Part- I) 51 Fig. 11.9(Part- II) 52  Meiose vs Mitose Meiose wordt gekenmerkt door: 1. Synapsvorming en crossing-over 2. Zusterchromatiden blijven bij elkaar thv centromeren gedurende meiose I 3. Kinetochoren van zusterchromatiden hechten aan dezelfde pool in meiose I 4. Geen DNA replicatie tussen meiose I en II Mitose produceert 2 identieke cellen Meiose produceert haploïde cellen die verschillend zijn Genetische verschillen veroorzaakt door: crossing-over willekeurige allignering van homologen in metafase I 53 = ‘independent assortment’ zorgt voor Fig. 11.10 Paternale Maternale gameet gameet Homologe paren Diploïde offspring Potentiële gameten 54 55 56 57 58 59