Cursus 1e semester - College Essen 101

Cursus 1e semester
Cursus 1e semester ...................................................................................................................... 1
1 De cel .............................................................................................................................. 2
1.1
Wat is leven? .......................................................................................................... 2
1.2
De cel als bouwsteen .............................................................................................. 2
1.3
Elektronenmicroscoop (fig. 1.4 p11) ...................................................................... 2
1.4
Enkele cellen nader bekeken .................................................................................. 2
1.5
De cel gezien door een elektronenmicroscoop ....................................................... 3
1.6
Een cel aan het werk ............................................................................................... 8
1.7
Vergelijking plant.- en dierl. cel ............................................................................. 9
2 Uitwisseling tussen cel en omgeving ........................................................................... 10
2.1
De structuur van het celmembraan ....................................................................... 10
2.2
Chemische samenstelling van een cel .................................................................. 12
2.3
Transport door een membraan .............................................................................. 15
3 Fotosynthese legt zonne-energie vast ........................................................................... 15
3.1
De bouw van een chloroplast ............................................................................... 15
3.2
Het fotosyntheseproces ........................................................................................ 16
3.3
De opslag van fotosyntheseproducten .................................................................. 18
4 De spijsvertering .......................................................................................................... 19
4.1
Overzicht van het METABOLISME .................................................................... 19
-1-
1
De cel
1.1
Wat is leven?
- leestekst p 10
==> zich in stand houden en voor nakomelingen zorgen.
1.2
De cel als bouwsteen
-
Afmetingen?  microscopisch klein: gemid. 10–40 μm (1 μm = 1.10-6m)
bacteriën: 1-10 μm
virussen < bacteriën
eiwitten en vetten: 1-10 nm (1nm = 1.10-9m)
atoom = 0,1 nm
Wat is er van een cel zichtbaar met een lichtmicroscoop? (fig. 1.3)
- kern
- celwand
- cytoplasma
- celmembraan
- chloroplasten (= bladgroenkorrels)
1.3
Elektronenmicroscoop (fig. 1.4 p11)
-> beelden fig. 1.1 en 1.2
- zichtbaar: < 200 nm (200 nm = 0,2.10-6m)
1.4
Enkele cellen nader bekeken
Welke cellen / typen organismen ken je nog?
-> Prokaryoten (= bact.)
-> Protisten -> heterotrofe protisten = protozoa
Planten
->
-> Fungi = schimmels = zwammen
->
Eukaryoten
Dieren
-2-
Vergelijking
Plantencel
- celwand + celmembraan
- cytoplasma met chloroplasten
(fotosynthese)
- 1 of 2 grote vacuolen **
---
Dierlijke cel
- celmembraan
- cytoplasma zonder chloroplasten
- Vele kleine vacuolen (= blaas gevuld
met celvocht)
- vele tonoplasten
- TONOPLAST (= membraan/vlies van
vacuole)
- vacuole en celwand zorgen voor
- grillige vorm
stevige vorm
- kern opzij gedrukt door vacuole
- kern meestal in het midden
- kern = NUCLEUS
- kern = NUCLEUS
- kernmembraan
- idem
- kernplasma
- idem
- kernlichaampje = NUCLEOLUS
- idem
- chromatinenetwerk
- idem
- leertekst p. 13
Fig. 1.8: Plantencel
- bladgroenkorrels
- stevige vorm
- regelmatige vorm
1.5
Fig. 1.9: dierlijke cel
- kern in het midden
- grillige vorm
De cel gezien door een elektronenmicroscoop
- In het cytoplasma (= cytosol) bevinden zich organellen = “orgaantjes” v.d. cellen
↓
allemaal begrensd met membraan
↓
onderling contact,
onrechtstreeks met kern en
via celmembraan met
buitenwereld.
-3-
1.5.1 Nucleus
(p. 20 fig. 1.25)
- kernmembraan:
- dubbel membraan
∟ het buitenste membraan gaat over in het ER
- veel kernporiën
- chromatinenetwerk
- in het kernplasma
- bestaat uit DNA en eiwitten
∟ =Desoxyribonucleïnezuur (zuur = acid)
- DNA blijft in de kern
- bevat genetische code (= welke eiwitten je
cellen moeten bouwen, ~ “bouwinstructies”)
- aantal chromatinedraden is per soort een constante. (mens: 46)
Opm.: voor de celdeling verdubbelt het aantal
chromatinedraden en spreken we van chromosomen. (zie
tekening cursus)
- nucleolus / kernlichaampje
- korrelige materie zonder membraan
- produceert RNA
∟=Ribonucleïnezuur
∟= soort kopie v. DNA dat wel de kern verlaat en
zo de genetische code buiten de kern brengt.
-4-
1.5.2 ER = endoplasmatisch reticulum
∟= hol, driedimensionaal netwerk van blaasjes, kanalen en “afgeplatte
zakken” (= CISTERNEN)
fig. 1.26 – 1.27 – 1.28
ER
glad ER
-> SER (smooth)
= ER zonder ribosomen
ruw ER
-> RER (rough)
= ER bezet met ribosomen ( dichtst bij kern)
||
eiwitfabriekjes (2 subeenheden, zie
tekening cursus)
eiwit -> ketens van aminozuren (AZ)
verkl. De ribosomen krijgen de code van het RNA en “weten” dus welke
AZ, hoeveel, en in welke volgorde ze deze aan elkaar moeten plakken.
* Functie ER: intracellulair eiwittransport.
* vb. van eiwitten:
- opbouw van spieren
- pigmenten
- enzymen: hulpstoffen die bepaalde processen in het lichaam (bv.
spijsvertering) beter laten verlopen.
- bv. speeksel, maagsap
- hormonen: worden geproduceerd door klieren, en worden geloosd
in het bloed. Bv. testosteron, oestrogeen, adrenaline, insuline
1.5.3 Golgi-apparaat (= Golgi-complex)
p. 21 fig. 1.29; zie tekening cursus
Van het ER snoeren zich blaasjes af, deze bevatten eiwitten en
versmelten met cisternen van het Golgi-apparaat.
-5-
p.21 fig. 1.30: Blaasjes snoeren zich vervolgens af v.h. Golgi-apparaat en
versmelten met het celmembraan waardoor de inhoud aan de buitenkant
van de cel geloosd wordt. = EXOCYTOSE p.29 fig. 2.9
* vb. - lozen van maagsap, speeksel
- afscheiden van hormonen
||
SECRETIE
(<-> EXCRETIE = uitscheiding)
- aanmaak v.e. celwand bij plantaardige cellen, fungi, wieren,
prokaryoten. (GEEN dieren; dierlijke cellen: geen celwand)
* tekening cel:
- Primaire celwand: ontstaan door exocytose van cellulose en pectine
- cellulose: polysacharide van glucose
- pectine: plantaardige stof verwant aan polysacharide dat in
oplossing een stevige gel vormt.
- Secundaire celwand: de primaire celwand kan verder verdikt
worden door nog meer afzettingen van cellulose en pectine en houten kurkstoffen.
* functie Golgi:
- inpak, stockering en exocytose
- ev. verder afwerking van de eiwitten (geen extra AZ,
wel vetstructuren of suikers erbij)
1.5.4 Lysosomen
Dit zijn afgesnoerde blaasjes van het Golgi-apparaat die niet onmiddellijk met
het celmembraan versmelten omdat ze afbraakenzymen bezitten.
∟> afbraak van verouderde clorganellen
= intracellulaire vertering = AUTOFAGIE
∟> afbraak van stoffen afkomstig van buiten de cel = HETEROFAGIE
-6-
p. 29 fig. 2.7; zie tekening cursus
=> Door cytoplasmastromingen wordt een vreemd deeltje omsloten. Het
deeltje dat nu binnen in de cel zit, noemt men een ENDOSOOM.
 ENDOCYTOSE (<-> exocytose)
vb.
van vaste stoffen
= FAGOCYTOSE
- amoebe
(= heterotrofe protist)
- witte bloedcel
van vloeistoffen
= PINOCYTOSE
vb. opname van vetdruppels vanuit de dunne darm
=> Het lysosoom versmelt met het endosoom; de afbraakenzymen doen hun
werk; de afvalstoffen komen door exocytose buiten de cel.
1.5.5 Mitochondriën
p. 22 fig. 1.31; 1.32; 1.33; zie tekening cursus.
Functie:
-> Energieproductie d.m.v. verbranding
||
oxidatie
||
celademhaling
1.5.6 Chloroplasten
zie tekening cursus.
Functie: fotosynthese: glucose maken  later pas zetmeel
p. 23 fig. 1.35 , p.39 fig. 3.3 -> 3.6
-7-
Opm.: Chloroplasten behoren tot de PLASTIDEN planten + wieren
gekleurd: chloroplasten
- chloroplasten:
∟chlorofyl
niet gekleurd
“witte” plastiden
= LEUCOPLASTEN
- CHROMOPLASTEN
bv. kroonbladeren
bv. vruchten
opm: rijpende vruchten:
niet rijp: chloroplasten
rijp: chromoplasten
vb. zetmeelkorrels
= AMYLOPLASTEN
bv. in aardappels, wortels
1.5.7 Het CYTOSKELET (enkel dierlijke cellen)
- bestaat uit MICROTUBULI = kleine holle buisjes
+
MICROFILAMENTEN = plaatjes bestaande uit volle buisjes
- Functie:
- steun; vormgeving
- beweging: voorb. - cytoplasmastromingen
- spiercellen (p. 22 fig. 1.32)
- zweep- en trilharen
∟= flagel
1.5.8 Het CENTROSOOM (enkel dierlijke cellen)
- zie tekening cursus (verschil centrosoom – CENTRIOOL)
- Functie: bij celdeling (zie later)
1.6
Een cel aan het werk
∟ = eiwitten maken = eiwitsynthese (zie p. 15 fig. 1.12)
-8-
1.7
Vergelijking plant.- en dierl. cel
p. 16 fig. 1.13 – 1.14
Celwand
celmembraan
Nucleus
ER
Ribosomen
Golgi-apparaat
Lysosomen
Chloroplasten
Mitochondriën
Cytoskelet
Grote vacuole
Centrosoom
Plantaardige cel
X
X
X
X
X
X
-----X
X
-----X
------
Dierlijke cel
-----X
X
X
X
X
X
-----X
X
-----X
Opm. - plant. cel: geen lysosomen, geen afval?
 taak wordt overgenomen door de grote vacuole.
- cytoskelet: bij plant. cellen zorgt grote vacuole en celwand voor
stevigheid (zie functie cytoskelet)
- autotrofe protisten: (= wieren) hebben cellen vergelijkbaar met plant.
cellen: ze hebben chloroplasten, celwanden; ze hebben geen cytoskelet.
- heterotrofe protisten: best vergelijkbaar met dierlijke cellen: ze
hebben wel een cytoskelet; geen chloroplasten en geen celwand.
- lysosomen: wetensch. litteratuur onduidelijk: bronnen spreken elkaar
tegen.
-9-
2
Uitwisseling tussen cel en omgeving
2.1
De structuur van het celmembraan
- zie tekening cursus.
- Meercellige organismen zijn opgebouwd uit gespecialiseerde cellen:
vb.
– witte bloedcel: veel lysosomen: afbraak
- hartspiercel: veel mitochondriën: energie
- veel cellen (bv. spiercellen) -------> weefsels (bv. spierweefsels)
orgaan (bv. maag)
stelsel (bv. spijsverteringsstelsel)
organisme
 Er moet transport zijn tussen cellen, en deze gebeurt via het celmembraan:
 = INTERCELLULAIR transport.
p. 26 fig. 2.1; 2.3
- 3 lagen: donker – wit – donker: bouw
 eenheidsmembraan = sandwich-model

brood: eiwitten
beleg: fosfolipiden
---------------------> cholesterol
beleg: fosfolipiden
brood: eiwitten
- 10 -
* fosfolipiden: vetmolecule met fosforzuurrest (H3PO4)
- zie tekening cursus
- kop: polair (zie chemie): wateraantrekkend = HYDROFIEL
- staart: apolair: waterafstotend = HYDROFOOB
* cholesterol: de aantallen cholesterolmoleculen bepalen de stroperigheid en dus
de doorlaatbaarheid van een celmembraan.
* eiwitten
- zie tekening cursus
- aan buitenkant: receptoreiwitten (vgl. receptie hotel)
 volgens “sleutel-slot-principe” (zie hoofdstuk 4)
∟> juiste chemische reactie
- aan binnenkant + dwars doorheen: transport- en kanaaleiwitten
* GLYCOCALIX  enkel bij dierlijke cellen
- glycolipen + gycoproteïnen
||
||
suikers + vetten suikers + eiwitten
- soort van herkenning voor buurcellen
 elk type cel heeft eigen unieke glycocalix
- beschadiging glycocalix: cellen “herkennen” elkaar niet meer  groei /
vermenigvuldiging stopt niet  woekering (kwaadaardig: kankergezwel)
- 11 -
2.2
Chemische samenstelling van een cel
- zie blad (getallen niet kennen)
lichaam =
water + droge stof
C-verbindingen
- proteïnen
= eiwitten (C,H,N,O)
mineralen = anorganische zouten (ionen)
Ca, Na, K, Cl, P, Fe, S, Mg
- lipiden = vetten
- sachariden = suikers
≈ koolhydraten
 Wat maakt koolstof zo speciaal?
zie tekening in cursus + leertekst p. 17
A.
Proteïnen
- functies:
-
opbouw spieren
enzymen = BIOKATALYSATOREN
hormonen
pigmenten
receptoreiwitten (zie vorige)
kanaal- en transporteiwitten (zie vorige)
neurotransmitters
antistoffen (zie hoofdstuk 7)
- proteïnen = ketens van AZ
- opbouw AZ: zie tekening cursus
- in voeding: - vlees
- peulvruchten
- vis
- eiwit
- zuivelproducten
- leertekst p. 17-18: hoe zijn eiwitten opgebouwd?
- 12 -
B.
Sachariden / Suikers
- Opm.: - autotrofe organismen maken uit anorganische verbindingen d.m.v.
fotosynthese sachariden.
- wij (heterotrofe organismen) gaan ze verbranden om energie te krijgen.

Monosachariden = bouwstenen
- vb. glucose = druivensuiker  C6H12O6
- vb. fructose = vruchtensuiker  C6H12O6
HEXOSEN = 6C’s
↓
zelfde brutoformule, verschillende
ruimtelijke structuur
- glucose: 6-ring (zie cursus: tekening + soorten glucose + galactose)
- fructose: 5-ring (zie cursus: tekening + soorten fructose)
- voeding: fruit en groenten
 Disachariden
C6H12O6 + C6H12O6  H2O + C12H22O11 = brutoformule disachariden
- vb. sacharose (= sucrose): riet- of bietsuiker
∟> 1-2 –verbinding tussen α-glucose en β-fructose
- tekeningen + schematische voorstellingen: zie cursus
- vb. maltose : moutsuiker
∟> 1-4 –verbinding van α-glucose en glucose
indien α
 α-maltose
indien β
 β-maltose
- vb. lactose : melksuiker
∟1-4 – verbinding van β-galactose en glucose
indien α
 α-lactose
indien β
 β-lactose
- 13 -
- in voeding: - zuivelproducten
- graangewassen (zaden)
- fruit en groenten

Polysachariden (“poly-“: minstens 3)
(C6H10O5)n : brutoformule
- vb. zetmeel (= amylose )
- knollen, zaden (noten), wortels
- polysacharide van 1-4 –verbindingen tussen α-glucose
- zie tekeningen en schema’s cursus
- vb. cellulose
- polysacharide van 1-4 –verbindingen tussen β-glucosen
- zie tekeningen en schema’s cursus
Opm. Tussen 2 moleculen wordt een zo kort mogelijke afstand overbrugd. We
stellen dit echter wel voor met diagonale bruggen.
- vb. glycogeen: een polysacharide van glucoseverbindingen waarin 1-4
verbindingen en 1-6 verbindingen voorkomen.
 in spieren
 in lever
leertekst p. 18
C.
Vetten of lipiden
- functie:
- isolatie (lichaamstemperatuur op punt houden)
- energiereserve
- belangrijk bestanddeel van celmembranen: FOSFOLIPIDEN
1 vetmolecule = glycerol + max. 3 vetzuren
∟> COOH groep
tri-alcohol
= 3x OH-groep
OH-groep
schema’s opbouw: zie cursus
- 14 -
- vetmolecule met 3 vetzuren = TRIGLYCERIDE
- vetmolecule met 2 vetzuren = DIGLYCERIDE
- vetmolecule met 1 vetzuur = MONOGLYCERIDE
- fosfolipide?
-> diglyceride met fosforzuurrest (= H2PO4)
-> tekening: zie cursus
-> leertekst HB p. 19: wat hebben vetten en fosfolipiden gemeen?
2.3
Transport door een membraan
zie bladen: Diffusie en osmose + actief transport en blaasjestransport
Oefeningen i.v.m. transport door een membraan: zie bladen
3
Fotosynthese legt zonne-energie vast
- Wie?
- planten
echte chloroplasten
- wieren
- cyanobacteriën: blauw-groen pigment (voorloper chlorofyl)
3.1
De bouw van een chloroplast
- boek p. 39 + zie vroeger
- 15 -
3.2
Het fotosyntheseproces
6CO2 + 6H2O ---UV + chloroplasten---> C6H12O6 + 6O2
via huidmondjes
via wortels
of thallus
energierijke
organische stof
via huidmondjes
anorg. stoffen
energiearm
Leertekst p. 36
Bladgroen = chlorofyl a en b + CAROTENOÏDEN
(groen)
(geel – oranje – rood)
rood (650 nm) en blauw
(450 nm) licht wordt
geabsorbeerd, het groen
licht wordt gereflecteerd.
absorberen blauw licht en reflecteren de
rest. (groen wordt minder gereflecteerd
dan geel en rood)
Opm.: herfst: aantal zonne-uren daalt  chlorofyl niet hersteld en aangemaakt
 reflectie groen daalt  reflectie carotenoïden enkel zichtbaar
A.
De lichtreactie
∟> onder invloed van juiste golflengte licht
∟> in de thylakoïden en grana v.d. chloroplasten wordt uiteindelijk het
licht opgevangen.
- zonnelicht:
∟> FOTOLYSE: splitsing van H2O m.b.v. enzymen onder invloed van
lichtenergie.
 2 H 2O  O 2 + 4 H + + 4 e per molecule H2O  ½ O2 + 2 H+ + 2 eAlle pigmenten vangen mee het licht op en geven deze lichtenergie door aan
chlorofyl a. Hierdoor geraken per molecule chlorofyl a 2 e- in aangeslagen
toestand die in een transfer-keten terechtkomen, waarbij de gedeeltelijke
- 16 -
energie van deze e- (zie 1) of de volledige energierijke e- (zie 2) gebruikt worden.
De vrijgekomen e-plaatsen in chlorofyl a worden opgevuld door nieuwe eafkomstig van de fotolyse. Zolang de zon schijnt, geraken chlorofyl a moleculen
telkens in aangeslagen.
- transfer-keten
1) FOTOFOSFORYLATIE: opname van een fosfaatgroep m.b.v. energie
onrechtstreeks afkomstig van licht.
H3PO4  H+ + H2PO4ADP + P + En. -------> ATP = ADP ~ P (P = H2PO4-)
<---------= REVERSIBELE reactie (omkeerbare reactie)
ADP = ADENOSINEDIFOSFAAT ( ≈ lege batterij)
ATP = ADENOSINETRIFOSFAAT ( ≈ volle batterij)
Opm.:
* En. = energie van de aangeslagen e* ADP ~ P is een energierijke binding.
leestekst p. 36
2) NADPH – productie
NADP+
+
≈ lege vrachtwagen
= H –acceptor
2H+ + 2e- ------> NADPH, H+
<------ ≈ volle vrachtwagen
∟> reversibele reactie
+
welke H wordt
vervoerd?
 Fotolyse: H2O  ½ O2 + 2 H+ + 2 e-
- Vermits per glucose 6O2’s worden geproduceerd, gebeurt de fotolyse van H2O
per glucose 12x.  12H2O  6O2 + 24 H+ + 24 eB.
Donkerreactie
(gebeurt wel overdag)
∟> dit stuk van de fotosynthese heeft geen UV nodig.
∟> gebeurt in het stroma
- 17 -
(14)
CO2 opnemen via huidmondjes
+ ATP
+ NADPH
(14): isotopen: zie chemie (niet kennen)
C-ASSIMILATIE (opname)
in de CALVINCYCLUS
 C6H12O6
Samenvatting:
12 H2O + 6 CO2 -------> 6 O2 + C6H12O6 + 6 H2O
3.3
De opslag van fotosyntheseproducten
Fotosynthese: Zonne-energie wordt omgezet in chemische energie die
vastgelegd wordt in energierijke organische verbindingen,
bv. glucose.
Foto-autotrofe organismen: PRODUCENTEN (* *)
uitwerpselen en urine + dood organisch materiaal
Heterotrofe org.: dit zijn org. die rechtstreeks of onrechtstreeks
afhankelijk zijn v.h. fotosyntheseproces; nl. zij verbruiken de
sachariden, proteïnen en lipiden die door de autotrofe org.
geproduceerd zijn.
= CONSUMENTEN
spijsvertering
de macromoleculen of polymeren worden afgebroken tot
bouwstenen of monomeren (zie hoofdstuk 4)
Deze bouwstenen (bv. glucose) worden naar bloed gebracht, vervolgens naar
de cellen waar ze verbrand worden. = OXIDATIE = CELADEMHALING
Bij verbranding komt chemische energie terug vrij en wordt tijdelijk
opgeslagen in ATP. (Ook planten verbranden dit)
- 18 -
REDUCENTEN? (fungi + bacteriën)
∟> ook autotroof  niet foto-autotroof, wel CHEMO-AUTOTROOF
 chemosynthese: De chemische energie uit de afbraak van anorganische
stoffen (vb. NH3 , H2S) wordt gebruikt om vast te leggen in energierijke
organische verbindingen, bv. glucose.
O2
O2
stikstof voor eiwitten (*)
NH4+  NH3
nitrietbact.
NO2-
nitraatbact.
NO3- (goed voor producenten)
H2S: afkomstig van verrotting d.m.v. anaërobe bact.
O2
|
H2S --------> SO42- (*) goed voor producenten
sulfaatbact.
4
De spijsvertering
= afbraak van macromoleculen tot bouwstenen
4.1
Overzicht van het METABOLISME
∟> = geheel van stofwisselingsreacties
↓
↓
afbraak
opbouw
= KATABOLISME
= ANABOLISME
↓
↓
netto: productie En.
verbruik En.
- 19 -
bij teveel aan sacharide: omzetting tot lipiden
SACHARIDEN
LIPIDEN
PROTEÏNEN
↓
- afbraak tot monosachariden
in spijsverteringsbuis
↓
- afbraak tot glycerol en VZ in
spijsverteringsbuis
↓
- afbraak tot AZ
 absorptie monosachariden
in bloed t.h.v. dunne darm
 absorptie in het bloed en
lymfe (voor lange VZ)
-> onmidd. verbranding tot
productie van energie
-> ombouw tot lichaamseigen
vetten
-> opstapeling onderhuids
 absorptie in bloed
 ombouw in lever tot glucose
+ verder transport
-> verbranding tot prod.
energie = oxidatie (hfdst 5)
-> ombouw tot glycogeen in
spieren en lever m.b.v. insuline
-> bij En. behoefte:
glycogeenafbraak
 ombouw tot lichaamseigen
eiwitten
Opm. : proteïnen: minder
goede energiebron (dienen
voor opbouw)
↓ : afbraak: de chemische afbraak van macromoleculen tot bouwstenen is
noodzakelijk zodat de bouwstenen getransporteerd kunnen worden door het
semipermeabele celmembraan ter hoogte van de dunne darm. Deze afbraak
gebeurt d.m.v. enzymen (= lichaamseigen eiwit)
-------------------------------------------leerstof kerstexamen.
- 20 -