Samenvatting Cel

Cel als eenheid van leven
1. Introduction: Vragen over het leven
Evolutie is het proces van wijzigingen dat het leven op aarde getransformeerd heeft
Biologie is de wetenschappelijke studie van het leven
Biologen stellen vragen zoals:
– Hoe een enkele cel zich ontwikkelt tot een organisme
– Hoe de menselijke hersenen werken
– Hoe levensvormen met elkaar interageren in gemeenschappen
Voor ‘leven’ bestaat geen simpele definitie van 1 zin.
‘Leven’ wordt als dusdanig herkend door wat levende organismen doen.
Het leven kan bestudeerd worden op verschillende niveaus, van molecule tot de gehele
levende planeet.
De studie van het leven kan opgedeeld worden in de verschillende niveaus van
biologische organisatie.
Biologie bestaat uit meer dan feitenkennis studeren.
Thema’s helpen om biologische informatie te organiseren.
Evolutie vinden we terug in alle aspecten van wat we weten over levende wezens.
De organismen die vandaag op aarde leven zijn aangepaste afstammelingen van
vroegere (uitgestorven), gemeenschappelijke, voorouders.
1
1.1 Thema’s verbinden de biologische concepten
Emergent properties = ‘nieuw opduikende eigenschappen’
zijn het resultaat van de organisatie en de interacties van delen binnen een systeem.
Emergent properties karakteriseren ook niet-biologische systemen.
Bijvoorbeeld: een fiets functioneert enkel wanneer alle noodzakelijke onderdelen op de
juiste manier samenwerken.
Reductionisme = de herleiding (reductie) van complexe systemen naar eenvoudige
componenten die gemakkelijker te bestuderen zijn.
Bijvoorbeeld: de moleculaire structuur van DNA.
Het begrijpen van biologie vereist een evenwicht tussen reductionisme en de studie
van emergent properties.
Bijvoorbeeld: de werking van DNA kan men beter begrijpen door de interacties
met andere moleculen te bestuderen.
Een systeem is een combinatie van componenten die samenwerken.
Systeembiologie construeert modellen voor het dynamische gedrag van biologische
systemen.
De systematische benadering brengt vragen mee zoals:
- Hoe beïnvloedt een medicijn tegen hoge bloeddruk andere organen?
- Hoe verandert de toenemende CO2 concentratie de biosfeer?
Elk organisme interageert met zijn omgeving, zowel met abiotische (niet-levende)
factoren als met andere organismen.
Zowel het organisme als de omgeving worden wederzijds beïnvloed door deze
interactie: bv. Een boom neemt water en mineralen op uit de bodem en koolstofdioxide
uit de lucht. De boom geeft zuurstof vrij in de lucht en de wortels helpen de
bodemvorming.
2
De dynamiek van een ecosysteem omhelst 2 grote processen:
 De cyclus van nutriënten, waarbij materiaal dat door de planten wordt
opgenomen, uiteindelijk zal terugkeren naar de bodem
 De energiestromen van de zon naar de energieproducenten naar de
energieconsumenten
3
Arbeid vereist een energiebron. Energie kan worden opgeslagen onder verschillende
vormen, bijvoorbeeld, licht, chemische E, kinetische E, of warmte. De
energieuitwisseling tussen een organisme en de omgeving gaat dikwijls gepaard met
energietransformaties. Energie stroomt door een ecosysteem, meestal intredend als
lichtenergie en uiteindelijk uittredend als warmte.
De structuur (vorm) en functie van levende organismen zijn nauw met elkaar
verbonden. Bv. een blad is dun en vlak, om lichtcaptatie door chloroplasten te
maximaliseren.
4
De cel is het laagste niveau van organisatie dat alle activiteiten kan uitoefenen die
noodzakelijk zijn voor het leven.
Alle cellen: - Zijn begrensd door een membraan
- Gebruiken DNA voor opslag van genetische informatie
De mogelijkheid van cellen tot deling is de basis van elke vorm van voortplanting,
groei, en herstel van multicellulaire organismen.
Een eukaryote cel heeft membraanomsloten organellen, de grootste hiervan is de
celkern.
Een prokaryote cel is eenvoudige en meestal kleiner, heeft geen kern en geen
membraanomsloten organellen.
Bacteriën en Archaea zijn prokaryoten; planten, dieren , schimmels, en alle andere
levensvormen zijn eukaryoten.
Eukaryoot (dierlijk)
Eukaryoot (plant)
Prokaryoot
5
Chromosomen bevatten het merendeel van het genetisch materiaal van een cel in de
vorm van DNA (deoxyribonucleic acid). DNA is de substantie van genen.
Genen zijn de erfelijke eenheden die informatie doorgeven van ouders naar hun
nakomelingen.
Elk chromosoom bestaat uit een lang DNA molecule dat
honderden tot duizenden genen bevat. DNA van de ouders
wordt overgeërfd door de nakomelingen. DNA controleert
de ontwikkeling en de instandhouding van organismen.
Elk DNA molecule bestaat uit 2 lange ketens die een
dubbele helix vormen. DNA bestaat uit 4 chemische
bouwstenen, nucleotiden, die in paren voorkomen.
Genen controleren indirect de productie van eiwitten.
DNA wordt getranscripteerd (overgeschreven) in RNA dat daarna wordt getranslateerd
(vertaald) in een proteïne. Het genoom van een organisme is het geheel van zijn
genetische instructies.
Het menselijke genoom en dat van vele andere organismen is ondertussen
gesequeneerd door DNA-sequencing machines. Kennis over de genen en proteïnen van
een cel kan geïntegreerd worden door een systematische benadering.
6
Vooruitgang in de systeembiologie op cellulair en moleculair niveau is afhankelijk van:
– “High-throughput” technologie, waardoor enorme hoeveelheden data
gegenereerd worden.
– Bioinformatica, het gebruik van informaticatools om een grote hoeveelheid
biologische data te verwerken.
– Interdisciplinaire research teams.
Feedback mechanismen stellen biologische processen in staat om zichzelf te reguleren.
Negatieve feedback betekent dat wanneer een product accumuleert, het proces dat dit
product creëert wordt afgeremd en er dus minder van gemaakt wordt.
Positieve feedback betekent dat wanneer een product accumuleert, het proces dat dit
product creëert versterkt wordt en er dus nog meer van gemaakt wordt.
(Animatie op Campbell site)
NEGATIEVE FEEDBACK

7
NEGATIEVE FEEDBACK
POSITIEVE FEEDBACK
8
1.2 Het kernthema: Evolutie is verantwoordelijk voor
de eenheid en voor de verscheidenheid van het
leven




“Nothing in biology makes sense except in the light of evolution”—Theodosius
Dobzhansky.
Evolutie verenigt biologie op verschillende niveaus van grootte doorheen de
geschiedenis van leven op aarde.
Ongeveer 1.8 miljoen species (soorten) zijn geïdentificeerd en benoemd;
duizenden komen er elk jaar nog bij.
Schattingen van het werkelijke aantal bestaande soorten op aarde variëren van 10
tot meer dan 100 miljoen.
Taxonomie is de tak van de biologie die zich bezighoudt met de benaming en
classificatie van species in groepen.
Domeinen, gevolgd door de rijken, zijn de breedste eenheden van classificatie.
Het drie-domeinensysteem wordt momenteel gebruikt en vervangt het oudere vijfrijkensysteem.
Domein Bacteria en domein Archaea omvatten de prokaryoten.
Domain Eukarya omvat alle eukaryote organismen.
9
Het domein van de Eukarya omvat drie multicellulaire rijken:
- Plantae
- Fungi
- Animalia
De andere eukaryote organismen werden vroeger gegroepeerd in het rijk van de
Protista, maar zijn nu ondergebracht in vele afzonderlijke rijken.
Fossielen en ander bewijsmateriaal documenteren de evolutie van het leven op aarde
over een tijdspanne van miljarden jaren.
Charles Darwin publiceerde On the Origin of Species by Means of Natural Selection
in 1859.
Darwin stelde 2 zaken duidelijk:
- Species dragen het bewijs van “afstamming met aanpassing” vanuit
gemeenschappelijke voorouders
- Natuurlijke selectie is het mechanisme achter “descent with modification”
Darwin’s theorie verklaarde de dualiteit en de eenheid van die biologische diversiteit.
Darwin observeerde en merkte op:
- Individuen binnen een populatie hebben variërende kenmerken.
- Vele van deze kenmerken zijn erfelijk (overgedragen van ouders naar
nakomelingen).
- Er worden meer nakomelingen geproduceerd dan er overleven.
- Competitie is onvermijdelijk.
- Species passen zich aan aan hun omgeving.
Darwin leidde daaruit af:
- Individuen die het best aangepast zijn aan hun omgeving hebben meer kans om
te overleven en nakomelingen te produceren.
- Over een langere tijdspanne zullen hierdoor meer individuen binnen een
populatie die ‘voordelige’ kenmerken vertonen.
M.a.w., de natuurlijke omgeving “selecteert” op voordelige kenmerken.
10
Natuurlijke selectie is dikwijls evident in adaptaties van organismen aan hun manier
van leven en aan hun omgeving. Vb. van adaptie: de vleugels van een vleermuis.
“Unity in diversity” komt voort uit “descent with modification”.
Bijvoorbeeld, de voorste ledematen van vleermuis, mens, paard en walvis delen
een gemeenschappelijke architectuur van het skelet.
Fossielen leveren bijkomend bewijsmateriaal van anatomische eenheid voor “descent
with modification”.
Darwin stelde voor dat natuurlijke selectie kon veroorzaken dat een voorouder-species
aanleiding kon geven tot het ontstaan van 2 of meer afstammende species.
Bijvoorbeeld, de vinkenspecies van de Galápagos Eilanden.
Evolutionaire verwantschappen worden meestal voorgesteld als boomstructuren die
voorouders en hun afstammelingen voorstellen.
11
1.3 Wetenschappers gebruiken twee
onderzoeksmethoden in hun studie van de natuur
Het woord ‘Science’ is afgeleid van het Latijn en betekent “weten”.
Inquiry (onderzoek) is de zoektocht naar informatie en verklaringen.
Er zijn twee hoofdvormen van wetenschappelijk onderzoek: ontdekkingswetenschap en
hypothese-gebaseerde wetenschap.
Discovery science (wetenschap door ontdekkingen) beschrijft natuurlijke structuren
en processen. Deze aanpak is gebaseerd op observatie en data-analyse.
Data zijn beschreven observaties of items van informatie. Data kunnen in 2 categorieën
geplaatst worden:
- Qualitatieve data, of beschrijvingen (eerder dan metingen).
- Quantitatieve data, of geregistreerde metingen, die meestal in tabellen en
grafieken worden georganiseerd.
Inductieve redeneringen trekken besluiten door het logische proces van inductie.
Herhaalde specifieke observaties kunnen leiden tot belangrijke veralgemeningen.
Bijvoorbeeld: “de zon komt altijd op in het oosten”.
Observaties kunnen ons leiden tot het stellen van vragen en het voorstellen van
hypothetische verklaringen, hypotheses.
Een hypothese is een voorlopige aanzet (voorstel) tot een antwoord op een goed
geformuleerde vraag.
Een wetenschappelijke hypothese leidt tot voorspellingen die getest kunnen worden
door observatie of door experimenten.
vb.
- Observation: Your flashlight doesn’t work
- Question: Why doesn’t your flashlight work?
- Hypothesis 1: The batteries are dead
- Hypothesis 2: The bulb is burnt out
Both these hypotheses are testable
Deductieve redeneringen gebruiken algemene premissen om specifieke
voorspellingen te maken.
Bijvoorbeeld: als organismen zijn opgebouwd uit cellen (premise 1), en mensen
zijn organismen (premise 2), dan bestaan mensen uit cellen (deductieve
predictie)
12
Een hypothese moet testbaar en verwerpbaar zijn.
Hypothese gebaseerde wetenschap maakt dikwijls gebruik van 2 of meerdere
alternatieve hypothesen. Als het niet lukt om een hypothese te verwerpen, zal dat niet
noodzakelijk de hypothese bewijzen…
Bijvoorbeeld, je vervangt de lamp, en het werkt; dit ondersteunt de hypothese dat
de lamp kapot was, maar bewijst het niet (misschien was de eerste lamp niet
goed vastgedraaid)
De wetenschappelijke methode is een geïdealiseerd proces van onderzoek.
Hypothese gebaseerde wetenschap stoelt op de tekstboek wetenschappelijke methode
maar zal zelden alle opeenvolgende stappen volgen. Ontdekkingswetenschap heeft een
belangrijke bijdrage geleverd, vrij onafhankelijk van de zogenaamde wetenschappelijke
methode.
Een gecontroleerd experiment vergelijkt een experimentele groep met een
controlegroep. In het ideale geval zal alleen de variabele van interesse veschillen tussen
de 2 experimentele groepen. Een gecontroleerd experiment betekent dat er
controlegroepen gebruikt worden om de effecten van ongewenste variabelen uit te
sluiten. Een gecontroleerd experiment betekent niet dat alle ongewenste variabelen
constant gehouden worden.
In wetenschappelijk onderzoek moeten observaties en experimentele resultaten
herhaalbaar zijn. Wetenschap kan bovennatuurlijke verklaringen (buiten het domein
van de wetenschap) noch ondersteunen, noch verwerpen.
In de context van wetenschap, is een theorie:
- Breder van opzet dan een hypothese.
- Algemeen, en kan leiden tot nieuwe testbare hypothesen.
- Ondersteund door een grote hoeveelheid bewijsmateriaal, in vergelijking met een
hypothese.
Modellen zijn voorstellingen van natuurlijke fenomenen en kunnen de vorm aannemen
van:
- Diagrammen
- Driedimensionale objecten
- Computerprogramma’s
- Wiskundige vergelijkingen
De meeste wetenschappers werken in teams, waarin zowel masters als professionele
bachelors hun plaats hebben. Een goede communicatie is belangrijk om resultaten te
delen door seminaries, publicaties en websites.
Het doel van wetenschap is het begrijpen van natuurlijke fenomenen.
Het doel van technologie is wetenschappelijke kennis toe te passen voor specifieke
doeleinden.
Wetenschap en technologie zijn interafhankelijk.
13
Biologie wordt gekenmerkd door “ontdekkingen,” terwijl technologie wordt gekenmerd
door “uitvindingen”.
De combinatie van wetenschap en technologie heeft verstrekkende gevolgen op de
maatschappij.
Bijvoorbeeld: de ontdekking van het DNA door James Watson en Francis Crick
maakte vooruitgang mogelijk in de DNA-technologie zoals het testen op erfelijke
aandoeningen.
Ethische vragen kunnen zich stellen bij nieuwe technologieën, maar deze hebben
dikwijls ook te maken met politiek, economie, en culturele waarden.
14
2. De chemische betekenis van leven
3. Water en de geschiktheid van het milieu
4. Koolstof en de moleculaire diversiteit van
het leven
5. de structuur en functie van grote
biologische moleculen
15
6. A Tour of the Cell
De Fundamentele Eenheden van Leven
De cel is net zo belangrijk voor de levende systemen van biologie, als het atoom is voor
de chemie. Alle organismen bestaan uit cellen.
Een cel is de eenvoudigste compositie van stoffen die kan leven.
Celstructuur is gecorreleerd aan de celfunctie. Alle cellen (vandaag op aarde) zijn met
elkaar verwant door hun afstamming van evolutionair vroeger ontwikkelde cellen.
6.1 Om cellen te bestuderen gebruiken biologen
microscopen en biochemische technieken
Cellen kunnen zeer complex zijn, en zijn meestal te klein om met het blote oog waar te
nemen. Wetenschappers gebruiken microscopen om cellen te visualiseren die te klein
zijn om met het blote oog waar te nemen.
Oplossend vermogen van het menselijke oog:
Lichtmicroscoop:
Elektronen microscoop:
tot 200 µm
tot 200 nm
tot 200 pm
Lichtmicroscoop LM
Bij een lichtmicroscoop valt er licht doorheen een specimen
en daarna doorheen een systeem van glazen lenzen die het
beeld vergroten. De lenzen buigen het licht, zodat er een
vergroot beeld van het specimen naar het oog geprojecteerd
wordt. Vergroot van 0.5 cm tot 200nm, kan levende cellen
bestuderen.
Een LM kan de werkelijke grootte van een specimen tot 1000
maal vergroten in het beeld. Verschillende technieken
kunnen het contrast verbeteren en celcomponenten kleuren
of labelen. De meeste subcellulaire structuren, zoals
organellen (membraanomsloten celcompartimenten), zijn te
klein om met een LM waar te nemen.
16
Elektronen Microscoop EM
Twee basistypes van electronenmicroscopen worden gebruikt om subcellulaire
structuren te bestuderen.
Scanning elektronenmicroscoop SEM’s
Ze focuseren een electronenstraal op het oppervlak van een specimen, waardoor er een
3-D beeld ontstaat.
Deze techniek is zeer geschikt voor de gedetailleerde studie van de oppervlakte van een
specimen. De elektronenstraal scanned de oppervlakte van het specimen af, waar
meestal een dunne film goud opzit. De straal exiteerd elektronen op het oppervlak en
deze worden gedetecteerd door een toestel die deze elektronen vertaalt naar een
elektronisch signaal op het scherm. Het resultaat is een beeld van de topografie van het
specimen.
Voordelen: geschikt voor studie van oppervlaktes, 3D beeld.
Nadelen: dood cellen.
Transmissie elektronenmicroscoop TEM’s
Ze focuseren een electronenstraal doorheen een specimen. TEMs worden hoofdzakelijk
gebruikt om de interne structuur van cellen te bestuderen.
Deze techniek is zeer geschikt voor de interne ultrastructuur van cellen. TEM gebruikt
een elektronenstraal op een heel dun stukje specimen. Op het specimen zijn atomen van
zware metalen aangebracht, die zich op zekere celstructuren vasthechten, en zo de
elektronendichtheid op sommige plekken verhogen. De elektronen die dan door het
specimen gaan, wijken in de hogere concentratie van elektronen meer af, en worden er
minder elektronen uitgezonden. Zo ontstaat er een beeld van uitgezonden elektronen.
De TEM gebruikt elektromagneten als lenzen om paden te buigen, en elektronen te
focussen.
Voordelen: goed voor studie van interne ultrastructuur van cellen.
Nadelen: dood cellen.
17
3 belangrijke parameters
De kwaliteit van een beeld hangt af van:
- Vergroting / Magnification
= de verhouding tussen de grootte van het beeld van het object en zijn werkelijke
grootte.
- Oplossend vermogen /Resolution
= een maat voor de duidelijkheid van het beeld, of de kleinste afstand tussen 2
punten die nog afzonderlijk kunnen worden waargenomen.
- Contrast
= zichtbare verschillen tussen delen van het staal.
18
Celfractionering
Het isoleren van organellen kan door celfractionering.
Celfractionering haalt cellen uit elkaar en scheidt de belangrijke organellen van
elkaar.
- Ultracentrifuges fractioneren cellen in hun samenstellende onderdelen.
- Celfractionering stelt wetenschappers in staat om de functie van organellen te
achterhalen.
- Biochemie en cytologie helpen om celfunctie en celstructuur met elkaar te
verbinden.
Cellen uiteenhalen en onderscheiden van de grote organellen door het gebruik van
centrifuges:
 Een stuk weefsel zit in een proefbuis (het weefsel bevat verschillende cellen)
 Dit wil je dan homogeniseren door de proefbuis in een soort van blender te stoppen
om de celwanden te breken (van alle cellen).

De gehomogeniseerde cellen ga je dan centrifugeren. Dit is de deeltjes van de cellen
opdelen in hun dichtheid. Aan verschillende snelheden en tijd wordt het
homogenaat dan gecentrifugeerd.

Onder in de proefbuis blijft er dan een pellet achter (celdelen met de grootste
dichtheid zitten als eerste vanonder in de pellet)
De andere celdeeltjes zitten nog in oplossing: het supernatans.
Het supernatans kan je dan weg pipetteren en dan opnieuw centrifugeren aan een
andere snelheid.


19
6.2 Eukaryote cellen hebben interne membranen die
hun functies compartimentaliseren
De structurele en functionele eenheid van elk organisme bestaat uit één van deze
celtypes: prokaryoot of eukaryoot.
Enkel organismen uit de domeinen van de Bacteria en de Archaea bestaan uit
prokaryote cellen.
Protisten, schimmels, dieren en planten bestaan allemaal uit eukaryote cellen.
Basiseigenschappen van alle cellen:
- Plasmamembraan
- Halfvloeibare substantie: cytosol
- Chromosomen (bevatten de genen)
- Ribosomen (maken proteïnen)
Prokaryote cellen
Afwezigheid van een kern (nucleus)
DNA in een niet duidelijk begrensde regio
= nucleoid
Afwezigheid van membraangebonden
organellen
Cytoplasma begrensd door de
plasmamembraan
Eukaryote cellen
Aanwezigheid van een kern
DNA in een kern die begrensd is door een
kernmembraan
(membranous nuclear envelope)
Membraanomsloten organellen
Cytoplasma in de regio tussen de
plasmamembraan en de kern
Prokaryote cel = oudere cel, voor de kern bestond.
Eukaryote cellen zijn meestal veel groter dan prokaryote cellen.
PROKARYOOT
20
EUKARYOOT
Dier
In dierencel maar niet in plantencel:
- Lysosomen
- Centrosomen, met centriolen
- Flagella (soms aanwezig in sommige planten hun zaadcellen)
Plant
In plantencellen maar niet in dierencellen:
- Chloroplasten
- Centrale vacuole
- Celwand
- Plasmodesmates
21
De plasmamembraan is een selectieve barrière die voldoende uitwisseling van
zuurstof, nutriënten en afvalstoffen mogelijk maakt om het hele volume van de cel te
voorzien.
De basisstructuur van een biologische membraan is een fosfolipidendubbellaag.
Fosfolipiden:
Polaire kop = hydrofiel
Apolaire staart = hydrofoob
Glycocalix = glycoproteïnen = suikerketen.
22
6.3 De genetische instructies van een eukaryoot zijn
gevestigd in de kern, en worden uitgevoerd door de
ribosomen
De kern (nucleus) bevat het merendeel van de genen van een cel is meestal het
opvallendste organel.
De kernmembraan (nuclear envelope) omsluit de kern, waardoor deze van het
cytoplasma gescheiden wordt. De kernmembraan is een dubbele membraan, elk
membraan bestaat uit een fosfolipidendubbellaag.
23
Kernporiën zorgen ervoor dat moleculen de kern binnen kunnen en andere de kern
kunnen verlaten. De vorm van de kern wordt in stand gehouden door de nucleaire
lamina, die bestaan uit proteïnen.
In de kern zit een diffuus complex van DNA en proteïnen die het genetische materiaal
vormen: chromatine.
Chromatine kan condenseren tot duidelijke chromosomen. Het kernlichaampje
(nucleolus) zit in de kern en is de plaats waar de synthese van ribosomaal RNA (rRNA)
plaatsvindt.
Ribosomen zijn partikels die bestaan uit ribosomaal RNA en proteïnen.
Ribosomen voeren eiwitsynthese uit op 2 locaties:
- In het cytosol (vrije ribosomen)
- Op de buitenzijde van het endoplasmatisch reticulum en de kernmembraan
(gebonden ribosomen)
6.4 Het endomembraansysteem reguleert het verkeer
van eiwitten en voert verschillende metabole
functies uit in de cel
Componenten endomembraan systeem:
– Kernmembraan
– Endoplasmatisch reticulum
– Golgi apparaat
– Lysosomen
– Vacuolen
– Plasma membrane
Deze componenten staan in direct contact met elkaar of zijn indirect verbonden via
vesikels.
24
Het endoplasmatisch reticulum (ER) bevat meer dan de helft van de
membraanhoeveelheid in vele eukaryote cellen.
Het ER membraan is continu met de kernmembraan.
Er zijn 2 duidelijk onderscheiden delen van ER:
- Glad (Smooth) ER, zonder ribosomen
- Ruw (Rough) ER, met ribosomen op het
oppervlak
Het glad ER
- Synthetiseert lipiden
- Metaboliseert carbohydraten
- Detoxificeert schadelijke stoffen (gif)
- Slaat calcium op
Het ruw ER
- Heeft gebonden ribosomen, die
glycoproteïnen secreteren(eiwitten die
covalent met carbohydraten gebonden zijn)
- Distribueert transport vesikels, proteïnen
die door membranen omsloten zijn
- Is een membraanfabriek voor de cel
Het Golgi apparaat bestaat uit afgeplatte membraanzakjes:
cisternae
Functies van het Golgi apparaat:
– Modificeert producten van het ER
– Maakt bepaalde macromoleculen
– Sorteert en verpakt materialen in transportvesikels
Een lysosoom is een membraanzakje met hydrolytische enzymen die macromoleculen
kunnen verteren. Lysosomale enzymen kunnen eiwitten, vetten, polysacchariden en
nucleïnezuren hydrolyseren.
Sommige cellen kunnen andere cellen ‘opslokken’ door fagocytose; daarbij wordt een
voedselvacuole gevormd. Een lysosoom fusioneert met de voedselvacuole en verteert de
moleculen. Lysosomen gebruiken ook enzymen om celcomponenten te recycleren
(organellen, macromoleculen); dit proces heet autofagie.
25
Een plantencel of schimmelcel kan één of meerdere vacuolen hebben.
Verschillende vacuoles:
• Voedselvacuoles, gevormd door fagocytose.
• Contractiele vacuoles, aanwezig bij vele zoetwater protisten, die het teveel aan
water uit de cel pompen.
• Centrale vacuoles, aanwezig bij vele volwassen plantencellen, slaan organische
componenten en water op.
Het endomembraansysteem is een complexe en dynamische speler in de
gecompartimentaliseerde organisatie van de cel.
26
6.5 Mitochondriën en chloroplasten zetten energie om
van de ene vorm in de andere
Mitochondriën zijn de sites van cellulaire ademhaling, een metabool proces dat ATP
genereert.
Chloroplasten, voorkomend bij planten en algen, zijn de sites van fotosynthese.
Peroxisomen zijn oxidatieve organellen.
Mitochondriën en chloroplasten:
- Behoren niet tot het endomembraansysteem
- Hebben een dubbele membraan
- Hebben eiwitten die door vrije ribomen gemaakt worden
- Bevatten hun eigen DNA
Mitochondriën zitten in bijna alle eukaryote cellen. Ze hebben een gladde
buitenmembraan en een binnenmembraan met vouwstructuur, die vouwen zijn cristae.
De binnenmembraan creëert 2 compartimenten:
de intermembranaire ruimte en de
mitochondriale matrix.
Sommige metabole stappen van de celademhaling
worden gekatalyseerd in de mitochondriale matrix.
Cristae bieden een groot oppervlak voor enzymen.
De chloroplast is een lid van de familie van organellen die men plastiden noemt.
Chloroplasten bevatten het groene pigment chlorofyl, en ook enzymen en andere
moleculen die een functie hebben bij fotosynthese. Chloroplasten zitten in bladeren en
andere groene plantenorganen en ook in algen.
De structuur van een chloroplast omvat:
- Thylakoïden, membraanzakjes, die
gestapeld zijn tot een granum
- Stroma, the interne vloeistof
Peroxisomen zijn gespecialiseerde metabole
compartimenten die begrensd zijn door een enkelvoudige
membraan. Peroxisomen produceren waterstofperoxide en
zetten dit om in water. Zuurstof wordt hierbij gebruikt om
verschillende moleculen af te breken.
27
6.6 Het cytoskelet is een netwerk van vezels dat
structuren en activiteiten in de cel organisereert
Het cytoskelet is a netwerk van vezels dat zich doorheen het cytoplasma uitstrekt
Het organiseert de structuren en activiteiten van de cel, en verankert vele organellen
Het bestaat uit 3 types van moleculaire
structuren:
- Microtubuli
- Microfilamenten
- Intermediaire filamenten
Het cytoskelet helpt om de cel te ondersteunen en de vorm te behouden. Het interageert
met motor proteïnen om beweging te veroorzaken. Binnen in de cel kunnen vesikels
over “monorails” getransporteerd worden, voorzien door het cytoskelet. Recent
bewijsmateriaal suggereert dat het cytoskelet biochemische activiteiten mee reguleert.
Drie vezeltypes bouwen het cytoskelet op:
- Microtubuli, zijn de dikste van de drie
componenten van het cytoskelet
- Microfilamenten, ook actine filamenten
genoemd, zijn de dunste componenten
- Intermediaire filamenten, zijn vezels met een
diameter daartussen
28
29
Microtubuli zijn holle cilinders van ongeveer 25 nm in diameter en ongeveer 200 nm
tot 25 µm lang
Functie van microtubuli:
- Vormgeving van de cel
- De beweging van de organellen geleiden
- De chromosomen tijdens de celdeling uit elkaar trekken (vorming spoelfiguur)
In vele cellen groeien microtubuli vanuit een centrosoom nabij de nucleus.
Het centrosoom is een “microtubuli-organisatiecentrum”. In dierlijke cellen bestaat het
centrosoom uit een paar centriolen, die elk bestaan uit negen tripletten van
microtubuli, georganiseerd in een ring.
Microtubuli controleren de beweging van cilia en flagellen, locomotorische
aanhangsels van sommige cellen. Cilia en flagellen verschillen in slagpatroon.
30
Cilia en flagellen hebben dezelfde ultrastructuur:
- Een kern van microtubuli, omhuld door de plasmamembraan
- Een basaal lichaam dat cilium of flagel verankert op het cytoskelet
- Een motorproteïne, dyneïne, dat de buigbewegingen van cilium of flagel
aandrijft
Hoe dyneïne “walking” flagellen en cilia doet bewegen:
- Dyneïnearmen zullen alternatief de buitenste microtubuli grijpen, bewegen en
loslaten
- Proteïne cross-links beperken de mogelijkheid van de microtubuli om t.o.v.
elkaar te verschuiven
- De krachten, uitgeoefend door de dyneïnearmen, zorgen dat de doubletten
krommen, waardoor cilium/flagel zal buigen
31
Microfilamenten zijn volle staafjes van ongeveer 7 nm in
diameter, opgebouwd als een in elkaar gedraaide dubbele
keten van actine subunits (eenheden). De structurele rol
van microfilamenten is om spanning te verdragen,
weerstand te bieden aan trekkrachten die in de cel worden
uitgeoefend. Ze vormen een a 3-D netwerk, de cortex, juist
binnen de plasmamembraan om de celvorm te
ondersteunen. De kern van de microvilli van darmcellen,
bestaat uit bundels van microfilamenten.
Microfilamenten die een functie hebben bij de beweging van cellen bevatten, naast
actine, ook het eiwit myosine. In spiercellen liggen duizenden actinefilamenten parallel
met elkaar. Dikkere filamenten, bestaande uit myosine, interageren met de dunnere
actinevezels.
32
Locale contracties, veroorzaakt door actine en myosine, zorgen ook voor amoeboïde
beweging. Pseudopodia (schijnvoetjes, cellulaire extenties) strekken zich uit en en
trekken terug door de omkeerbare assemblage van actinesubunits in microfilamenten.
Cytoplasmatische stroming is een circulaire stroming van het cytoplasma in cellen.
Deze stroming versnelt de distributie van stoffen in de cel. In plantencellen zullen
actine-myosine interacties en sol-gel transformaties de cytoplasmatische stroming
aandrijven.
Intermediaire filamenten hebben een diameter tussen 8–12 nanometer, groter dan die
van microfilamenten, maar kleiner dan die van microtubuli. Ze ondersteunen de celvorm
en houden organellen op hun plaats. Intermediaire filamenten zijn meer permanente
structuren in het cytoskelet dan de microtubuli en microfilamenten (die makkelijker
opgebouwd en afgebroken worden).
6.7 Extracellulaire componenten en celverbindingen
helpen cellulaire activiteiten te coördineren
De meeste cellen synthetiseren en secreteren materialen extern van de
plasmamembraan.
Deze extracellulaire structuren omvatten:
- Celwanden bij planten
- De extracellulaire matrix (ECM) bij dierlijke cellen
- Intercellulaire verbindingen (junctions)
De celwand is een extracellulaire structuur die plantencellen van dierlijke cellen
onderscheidt. Prokaryoten, fungi, en sommige protisten hebben ook celwanden. De
celwand beschermt de plantencel, behoudt de celvorm, en voorkomt massale
wateropname. Plantaardige celwanden bestaan voornamelijk uit cellulosevezels,
ingebed tussen andere polysacchariden en proteïnen.
Plantencelwanden bestaan meestal uit verschillende lagen:
- Primaire celwand: relatief dun en flexibel
- Middenlamel: dunne laag tussen de primaire
celwanden van naburige cellen
- Secundaire celwand (in sommige cellen): tussen de
plasmamembraan en de primaire celwand afgezet
Plasmodesmata zijn kanaaltjes tussen naburige plantencellen.
33
Dierlijke cellen hebben geen celwanden maar zijn aan hun buitenzijde bedekt met een
uitgebreide extracellulaire matrix (ECM). De ECM bestaat uit glycoproteïnen zoals
collageen, proteoglycanen, en fibronectine. ECM proteïnen binden op receptorproteïnen
in de plasmamembraan: integrins.
Functies van de ECM:
- Steun
- Adhesie
- Beweging
- Regulatie
Naburige cellen in weefsels, organen of orgaanstelsels zullen dikwijls aan elkaar hechten
en met elkaar interageren en communiceren door direct fysisch contact. Intercellulaire
juncties bevorderen dit contact.
Er zijn verschillende types van intercellulaire verbindingen:
- Plasmodesmata
- Tight junctions (afsluitgordels)
- Desmosomen
- Gap junctions
Plasmodesmata zijn kanaaltjes die de celwand perforeren. Doorheen die
plasmodesmata kunnen water en kleine moleculen (en soms eiwitten en RNA)
doorgegeven worden van cel naar cel (cytoplasmatisch continuüm).
34
Ter hoogte van tight junctions worden membranen van naburige cellen zeer dicht
tegen elkaar gedrukt, om zo lekken van extracellulair vocht te verhinderen.
Desmosomen (anchoring junctions) vormen trekvaste verbindingen (stevig!) tussen
cellen.
Gap junctions (communicating junctions) zijn cytoplasmatische kanaaltjes tussen
naburige cellen.
Cellen zijn afhankelijk van de integratie van hun structuren en organellen om goed te
kunnen functioneren (emergent properties).
Bijvoorbeeld: de mogelijkheid van een macrofaag om bacteriën te vernietigen is
afhankelijk van de hele cel, waarbij de werking van componenten zoals cytoskelet,
lysosomen, en plasmamembraan gecoördineerd moeten zijn.
35
SAMENVATTING hfst 6
36