1. DE CEL www.toelatingsexamen

Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 1 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
1. DE CEL
INLEIDING
In dit eerste hoofdstuk behandelen we de essentiële structuren en eigenschappen
van de cel. We bestuderen achtereenvolgens de algemene eigenschappen van een cel, de
lichtmicroscopische bouw van plant- en diercellen, de submicroscopische structuur van
eukaryote cellen, de celorganellen met hun specifieke locatie, functie en bouw, de
belangrijkste biomoleculen en tenslotte de energiewinning en energieopslag van de cel,
met als centrale verbinding ATP.
Een goede kennis van de bovenstaande thema’s is essentiële kennis voor de studie
geneeskunde. Ook is het zo dat er dikwijls kennisvragen verschijnen op het
toelatingsexamen over dit onderdeel.
ALGEMENE ASPECTEN VA N DE CEL
De cel is de centrale eenheid in het leven. Het is zo dat elk levend wezen is
opgebouwd uit één of meerdere cellen. Een cel is een functionele eenheid die een enorm
groot scala van functies kan uitvoeren. De uiteindelijke basisfunctie van de cel is het
repliceren van zichzelf (alleen of in samenwerking met andere cellen) en zo zijn
genetische code te verspreiden in de natuur.
In alle cellen kunnen we een gemeenschappelijk aantal structuren aanduiden.
Eerst komen we de celmembraan tegen. Deze membraan omgeeft het cytoplasma en de
kern (uitzondering: bacteriën). Het cytoplasma kan verder worden opgedeeld in het
cytosol en de celorganellen. Het cytosol is dus hetgeen overblijft na het verwijderen van
de membraan en alle andere organellen. Op de onderstaande figuur is dit in schemavorm
weergegeven.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 2 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
FIGUUR 1: OPDELING VAN DE CEL IN CYTOPLASMA EN CELKERN, OPDELING IN CYTOSOL
EN ORGANELLEN
Bij de bacteriën, schimmels en planten zien we bovendien nog de aanwezigheid
van een celwand. Een celwand is een sterkere structuur die de cel beschermt tegen
fysische krachten. Deze wand speelt ook een belangrijke rol bij het tot stand laten komen
van turgor (de druk van de celinhoud op de celwand).
DE LICHTMICROSCOPISCHE BOUW VAN PLANT- EN
DIERCELLEN
PROKARYOTEN EN EUKARYOTEN
Vooreerst maken we de opdeling tussen de prokaryoten en de eukaryoten.
Prokaryoten hebben hun naam te danken aan het afwezig zijn van een echte kern.
Tot deze structuur behoren onder andere de bacteriën.
De eukaryoten hebben wel een echte kern. Tot de eukaryoten behoren onder
andere de planten en de dieren.
Je kan je misschien afvragen waarom er levende organismen zijn die een kern
hebben, terwijl anderen er geen nodig hebben. Het is zo dat we kunnen vaststellen dat
bacteriën relatief eenvoudige wezens zijn. Hierdoor volstaat het dat hun genetisch
materiaal “ergens” in de cel circuleert. Eukaryoten zijn meer ontwikkeld (lees:
gecompliceerder). Een kern heeft als voordelen dat er een extra bescherming voor het
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 3 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
genetisch materiaal dat hier veel omvangrijker is, dat het genetisch materiaal op een
duidelijke plaats gelokaliseerd is, dat er meer controle kan plaatsvinden tegen fouten (de
kernmembraan laat selectief moleculen toe),…
Het is zo dat de kern eigenlijk wordt gebruikt als een bibliotheek met daarin (bijna) alle
genetische informatie. Het zijn de ribosomen die deze informatie verwerken.
DE PLANTENCEL
In dit onderdeel geven we een schematische voorstelling van een plantencel. Let er
wel op dat dit slechts een schema is om in deze beknopte cursus te passen. Hierdoor zijn
enkele onderdelen die niet relevant zijn voor deze uiteenzetting weggelaten (zie bijschrift
figuur ).
FIGUUR 2:PLANTENCEL, LICHTMICROSCOPISCH (SCHEMA, VEREENVOUDIGD). IN DEZE
FIGUUR ZIJN ONDER ANDERE GEEN ACTINEFILAMENTEN EN MICROTUBULI OPGENOMEN
(BEPALEN VORM EN STRUCTUUR VAN DE CEL)
De verschillende organellen/structuren die we kunnen onderscheiden zijn:
 1) Golgi-apparaat
 7) Peroxisoom
 2) Nucleolus
 8) Lysosoom
 3) Nucleus
 9) Plasmamembraan
 4) Chloroplast
 5) Ruw endoplasmatisch reticulum
 10) Celwand
 11) Vacuole
 6) Mitochondrion
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 4 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
DE DIERENCEL
Een dierlijke cel onderscheidt zich tegenover de plantencel als men kijkt naar de
aanwezigheid van organellen, maar ook bijvoorbeeld de begrenzing van de cel. Hieronder
wordt er weer een schematische voorstelling gegeven van een dierlijke cel en worden de
verschillende waar te nemen organellen vermeld. In het volgende deel vergelijken we
beide celtypes en kijken we naar de belangrijkste verschillen.
FIGUUR 3: DIERLIJKE CEL, LICHTMICROSCOPISCH (SCHEMA, VEREENVOUDIGD).
ACTINEFILAMENTEN, INTERMEDIAIRE FILAMENTEN EN MICROTUBULI ZIJN NIET
WEERGEGEVEN.
De verschillende organellen/structuren die we kunnen onderscheiden zijn:
 1) plasmamembraan
 2) peroxisoom
 5) golgi-apparaat
 6) ruw endoplasmatisch reticulum
 3) lysosoom
 4) mitochondrion
 7) nucleolus in de nucleus
 8) chromatine in de nucleus
Verder zien we ook nog vrije ribosomen op dit schema (de zwarte puntjes). We
vermelden nog even dat er een membraan rond de kern aanwezig is en dat deze poriën
heeft waardoor bepaalde moleculen kunnen passeren en anderen niet. Hierdoor wordt het
mogelijk om een gereguleerd, selectief transport te voorzien.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 5 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
DE VERSCHILLEN TUSSEN EEN PLANTENCEL EN EEN DIERENCEL
Na de vorige 2 topics in beschouwing te hebben genomen kunnen we enkele
belangrijke verschillen opsommen tussen de plantaardige en dierlijke cel.
Om te beginnen zien we dat de plantaardige cel een celwand heeft, en dat de
dierlijke cel deze niet heeft. Een plantencel heeft meestal 1 of enkele grote vacuolen, waar
een dierlijke cel meerdere en (veel) kleinere vacuolen heeft. Tenslotte valt het op dat de
plantencel bladgroenkorrels en chloroplasten heeft en de dierlijke cel niet.
Er zijn nog veel meer verschillen, maar deze vallen buiten het bestek van deze
cursus. Het is voldoende te weten wat de verschillen zijn tussen de twee gegeven types cel,
en welk functioneel belang dit heeft (zie verder bij de bespreking van de functies van de
verschillende organellen).
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 6 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
DE SUBMICROSCOPISCHE STRUCTUUR VAN EUKARYOTE
CELLEN
De structurele en functionele eenheid van elk organisme is de cel. Er zijn 2 soorten
cellen: de prokaryote en de eukaryote cel. Tot de organismen met prokaryote cellen
behoren enkel de bacteria en de archaea. Tot de eukaryoten behoren de protisten, fungi,
dieren (mensen) en planten.
Indien je vorige onderdelen bestudeerd hebt, weet je eigenlijk wat de structuur is
van een eukaryote cel, want zowel de plantencel als de dierencel zijn eukaryoot. We zien
in de eukaryoten een grotere ordening van organellen, en de aanwezigheid van een kern
met een nucleaire envelope er omheen. In de volgende onderdelen worden de functies van
de verschillende organellen uitvoerig besproken zodat je een goed beeld hebt van wat er
zich allemaal afspeelt in de cel.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 7 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
DE CELORGANELLEN MET HUN EIGENSCHAPPEN
Dit onderdeel is zeer belangrijk naar het toelatingsexamen toe. Er worden zeer
frequent vragen gesteld om te peilen of je de functies kent van de verschillende organellen
in de eukaryote cel. Daarom hebben we dit onderdeel uitgebreider gemaakt dan de rest.
Bestudeer het goed en zorg dat je van elk organel weet welke functie het uitoefent in de
cel, en eventueel ook wat zijn karakteristieke eigenschappen zijn.
DE NUCLEUS (KERN): DE BIBLIOTHEEK VAN HET GENETISCH
MATERIAAL
De nucleus of kern bevat bijna al het genetisch materiaal in de cel. Het is zo dat
er een aantal genen zijn die gelokaliseerd zijn in de mitochondria of chloroplasten. De kern
word omgeven door een nucleaire envelope. Hiermee bedoelen we dat er een dubbele
membraan met poriën rond zit. De kern scheidt zijn inhoud van het cytoplasma. Door de
poriën blijft de snelle transportmogelijkheid van relatief grote moleculen mogelijk. Dit
transport wordt gecontroleerd door grote eiwitcomplexen.
In de nucleus vinden we het DNA terug. Dit DNA is onderverdeeld in
chromosomen. Elke chromosoom is opgebouwd uit chromatine, een complex van
proteïnen en DNA. Lichtmicroscopisch kunnen we chromatine eigenlijk niet zeer duidelijk
onderscheiden. Het is pas wanneer een cel zich klaarmaakt om te delen en de
chromatinedraden gaat oprollen dat deze structuren (nu chromosomen genaamd)
duidelijk worden.
In de natuur heeft elke soort heeft een eigen aantal van deze chromosomen dat
constant is in alle cellen. De mens heeft 46 chromosomen (23 paar) in de nucleus van
een gewone diploïde cel. Onder de niet gewone cellen verstaan we onder andere de zaaden eicellen die haploïd zijn (zie verder).
Soms kunnen we in een nucleus ook een nucleolus onderscheiden. Dit is een
massa in een ronde of ovale vorm die iets donkerder kleurt dan de rest van de inhoud van
de nucleus. Soms is het ook mogelijk dat er meerdere nucleoli aanwezig zijn. In de
nucleolus vindt een groot scala van activiteiten plaats, bijvoorbeeld het aanmaken van
rRNA.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 8 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
FIGUUR 4: VOORSTELLING VAN DE STRUCTUUR VAN DE KERN MET ZIJN NUCLEOLUS EN
GEASSOCIEERD RUW ENDOPLASMATISCH RETICULUM
De hoofdfunctie van de nucleus is het controleren van proteïnesynthese door het
maken van mRNA. De opdrachten voor deze activiteiten liggen gecodeerd in het DNA.
Vervolgens wordt het mRNA naar het cytoplasma gebracht doorheen de poriën van de
nucleus. Eenmaal aangekomen in het cytoplasma gaan ribosomen het ‘bericht’ van het
mRNA vertalen in een basisstructuur van een polypeptide. Je zou al moeten weten dat dit
het proces van transcriptie respectievelijk translatie is. Indien dit niet het geval is dien je
dit extra aandachtig te bestuderen in het desbetreffende hoofdstuk.
DE RIBOSOMEN: AANMAAK VAN PROTEÏNEN
Ribosomen zijn complexen die gemaakt zijn van ribosomaal RNA (rRNA) en
andere eiwitten (proteïnen). Hun functie is het synthetiseren van eiwitten. We kunnen
twee vormen van ribosomen aanduiden: de vrije ribosomen en de gebonden ribosomen.
De vrije ribosomen vinden we los terug in het cytosol. We kunnen eigenlijk
stellen dat de eiwitten die gemaakt worden op vrije ribosomen later gaan functioneren in
het cytosol.
De gebonden ribosomen vinden we terug aan het endoplasmatisch reticulum
(ER) of aan de nucleus. De eiwitten die worden gemaakt op de ribosomen gaan later
functioneren in organellen, op een membraan (van organellen of celmembraan) of worden
uit de cel verwijderd (voorbeeld: eiwitsecretie).
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 9 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
FIGUUR 5: VOORSTELLING VAN DE STRUCTUUR VAN RIBOSOMEN EN
ENDOPLASMATISCH RETICULUM
HET ENDOPLASMATISCH RETICULUM (ER): BIOSYNTHESE
Het endoplasmatisch reticulum (reticulum = netwerk) is een uitgebreid en
complex netwerk, bestaande uit tubuli en kleine vesikels (kleine “zakjes”). Het membraan
van het ER is continu met dat van de nucleus. We kunnen 2 soorten ER onderscheiden:
Ruw Endoplasmatisch Reticulum (RER) en het Gladde (smooth) Endoplasmatisch
Reticulum (SER). Het verschil is dat het SER geen gebonden ribosomen heeft, en het RER
wel.
De belangrijkste functies van het glad endoplasmatisch reticulum zijn de
synthese van lipiden (vetten) en het metaboliseren van suikers.
De belangrijkste functie van het ruw endoplasmatisch reticulum is zoals eerder
gezien het produceren van eiwitten voor secretie, of met als bestemming een membraan
van de cel.
HET GOLGI-APPARAAT: TRANSPORTCONTROLE
De eiwitten die op het ruw endoplasmatisch reticulum worden gemaakt worden in
de zogenaamde vesikels (kleine “blaasjes”, “zakjes”) getransporteerd. Deze vesikels
komen van het RER bij het golgi-apparaat aan. Het is zo dat er in het RER dikwijls een
primaire (inactieve) vorm van een eiwit wordt gemaakt. Dikwijls wordt deze vorm in het
golgi omgezet tot een actieve vorm. Het golgi gaat ook “markers” toevoegen die bepalen
waar het eiwit naartoe zal gaan. Ook dit transport gebeurd weer via vesikels. Het golgi
functioneert voornamelijk als sorteercentrum en doet ook nog aan de modificatie van
eiwitten.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 10 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
FIGUUR 6: VOORSTELLING VAN DE STRUCTUUR VAN HET GOLGI-APPARAAT
LYSOSOMEN: AFBRAAKCOMPARTIMENT
In een lysosoom vinden we hydrolytische enzymes. In het lysosoom is er
bovendien een lage pH, wat de afbraak vergemakkelijkt. Het is zo dat deze hydrolytische
enzymes niet of nauwelijks actief zijn bij een neutrale pH, dus het openbarsten van een
lysosoom betekent niet dat de cel zichzelf zou vernietigen (autodigestie).
De hydrolytische enzymen worden gemaakt door het RER en worden dan naar het
golgi gebracht. Initieel is de pH in een lysosoom niet zo laag. Het lysosoom moet als het
ware ‘groeien’ door het verwijderen van basische en het inbrengen van zure
componenten, of door het fuseren met reeds “volwassen” lysosomen. Het lysosoom
verwerkt oude organellen van de cel (bijvoorbeeld oude mitochondriën) die via vesikels
naar het lysosoom worden gebracht.
VACUOLEN: OPSLAG
Vacuolen vinden we niet (of toch in elk geval niet in diezelfde vorm) terug in de
dierlijke cel, maar wel in de plantencel. Een cel kan één of meerdere vacuolen hebben.
Enkele functies zijn: opslag van allerlei belangrijke stoffen, pigmenten, afvalstoffen en
giftige stoffen zodat bepaalde dieren de plant niet zouden eten. Een andere functie is het
bieden van een ondersteuning. Vacuolen voorzien dus ook in de structurele behoeften
van de cel.
MITOCHONDRIËN: ENERGIE
In nagenoeg alle eukaryote cellen kan je mitochondriën terugvinden. Het
mitochondrion is omgeven door een dubbele membraan. De buitenste membraan is
mooi effen, maar de binnenste is sterk gekronkeld (functie: oppervlaktevergroting). In het
mitochondrion kunnen we bijgevolg 2 compartimenten aanduiden: tussen de eerste en
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 11 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
tweede membraan zien we de intermembranaire ruimte, en binnen de tweede
membraan zien we de mitochondriale matrix.
FIGUUR 7: OPBOUW VAN EEN MITOCHONDRION
De belangrijkste functie van dit organel is de cellulaire ademhaling. Hierdoor
wordt energie uit verbindingen zoals suikers en vetten omgezet in ATP (zie verder).
We duiden er ook nog even op dat het mitochondrion ook genen heeft. Daarom
noemen we dit organel semi-autonoom. Het feit dat dit organel ook genen heeft, heeft een
evolutionaire betekenis waar we hier niet verder op in gaan.
CHLOROPLASTEN: LICHTENERGIE EN KLEUR
Chloroplasten bevatten het pigment chlorofyl waardoor ze een groene kleur
geven. Deze organellen vinden we terug in de bladeren van planten, of in algen. Ook de
chloroplast heeft (net zoals het mitochondrion) twee membranen om zich heen.
Hun belangrijkste functie is het “vangen” van lichtenergie, en dit omzetten in
energie die voor de cel en het organisme bruikbaar is.
PEROXISOMEN: VERBRANDING
Een peroxisoom bevat enzymes die waterstof overzetten van een verbinding naar
een zuurstofmolecule , en zo waterstofperoxide vormen. Deze reactie kan verschillende
functies hebben, maar algemeen kunnen we twee belangrijke functies aanduiden: het
breken van vetten in kleinere onderdelen zodat deze kunnen worden getransporteerd
naar mitochondria en het ontgiften (ze breken bijvoorbeeld ook alcohol af).
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 12 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
BIOMOLECULEN
In dit onderdeel bespreken we de basisstructuur en de betekenis van
biomoleculen. De moleculen die we besprek zijn sachariden, lipiden, proteïnes en
nucleïnezuren. Elke molecule bespreken we in een apart onderdeeltje zodat dit alles
overzichtelijk blijft.
SACHARIDEN (= SUIKERS, CARBOHYDRATEN)
De meest eenvoudige van deze soort zijn de monosachariden, maar deze kunnen
eveneens aan elkaar worden gemaakt tot ze disachariden of zelfs lange polymeren vormen
(polysachariden).
MONOSACHARIDEN
De meest voorkomende monosacharide is glucose (C6H12O6). Deze groep (en in
het speciaal dan ook glucose) is een van de belangrijkste voedingsstoffen voor cellen. In
het proces van de cellulaire ademhaling wordt de energie uit glucose omgezet in
energierijke verbindingen zoals ATP.
FIGUUR 8: DE STRUCTUUR VAN DE BELANGRIJKSTE MONOSACHARIDEN. HET KAN
NUTTIG ZIJN DEZE NAMEN TE MEMORISEREN.
DISACHARIDEN
Een disacharide bestaat uit twee monosachariden die aan elkaar zijn gemaakt
door een glycosidische verbinding. Dat is een covalente verbinding die gevormd wordt in
een dehydratatiereactie (bij een dehydratatiereactie wordt water afgesplitst). De meest
voorkomende disacharide is sucrose (de gewone tafelsuiker). Deze bestaat uit glucose en
fructose, 2 monosachariden. Tenslotte geven we nog het voorbeeld van lactose, de suiker
die aanwezig is in melk en bestaat uit een verbinding van glucose en galactose.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 13 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
FIGUUR 9: STRUCTUUR VAN SUCROSE, BETER BEKEND ALS TAFELSUIKER.
POLYSACHARIDEN
Polysachariden zijn zeer grote (lange) verbindingen van honderden tot
duizenden monosachariden, verbonden door glycosidische verbindingen. Deze
verbindingen kunnen 2 functies hebben: oftewel dienen ze als reserve en worden ze later
afgebroken in kleinere deeltjes (zoals zetmeel en glycogeen voor energie in de cel), oftewel
dienen ze als structuurelement (zoals cellulose)
Zetmeel is een opslagvorm van glucose in planten. Al deze glucose
monosachariden zijn dus door middel van glycosidische verbindingen met elkaar
verbonden. Zetmeel wordt bijvoorbeeld opgeslagen in vacuolen.
Glycogeen is de opslagvorm van glucose bij dieren. Bij de mens wordt de grootste
hoeveelheid van het glycogeen opgeslagen in de lever.
Cellulose wordt in planten als structureel element gebruikt voor bijvoorbeeld de
celwand. Cellulose bestaat ook enkel uit glucose, maar de verbindingen tussen de
monosachariden zijn anders gevormd.
LIPIDEN
Lipiden zijn dikwijls zeer grote moleculen die door hun chemische samenstelling
en structuur weinig of geen affiniteit voor water vertonen. De biologisch meest
belangrijke lipiden zijn de vetten, fosfolipiden en steroïden.
VETTEN
Vetten zijn samengesteld uit twee componenten: glycerol en vetzuren. Glycerol is
een alcohol met 3 koolstofatomen. Een vetzuur heeft een lange koolstofketting met op het
einde een carboxylgroep, de reden waarom we ‘vetzuur’ zeggen. De ketting bestaat uit
koolstofatomen aan elkaar met waterstofatomen aan de zijkanten gebonden. Deze
configuratie is hydrofoob, waardoor vetten en water niet mengen.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 14 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Tussen glycerol en de drie vetzuren komt een verbinding van het type
esterverbinding. Het vet dat daaruit resulteert is een triacylglycerol (of triglyceride).
Het is zo dat de zonet besproken vetzuren dezelfde kunnen zijn (dus even lang) of
verschillend. De algemene structuur van een vet staat hieronder afgebeeld. Op het plaatje
staat de letter R voor de restgroep, de rest van de koolstofketting met als structuur CH 3CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- en als enige variabelen de lengte van de ketting en het
al dan niet aanwezig zijn van dubbele bindingen.
FIGUUR 10: DE ALGEMENE STRUCTUUR VAN EEN VET. WE KUNNEN TWEE DELEN
ONDERSCHEIDEN: HET GLYCEROLGEDEELTE EN HET VETZUUR, VERBONDEN DOOR EEN
ESTERVERBINDING
In de vetten kunnen we verder de verzadigde en de onverzadigde vetten
onderscheiden. Als er geen dubbele bindingen aanwezig zijn in de vetzuurketting noemen
we het vet verzadigd. Een onverzadigd vet heeft een of meerdere dubbele verbindingen
ergens in de ketting. Als gevolg van deze dubbele binding ontstaat er een hoek op die
plaats. Als gevolg hiervan gaat de vetzuurstaart er niet recht uitzien maar gaat een ‘knik’
vertonen.
De meeste dierlijke vetten zijn verzadigd. Deze vetten hebben op
kamertemperatuur meestal een vaste vorm. De reden hiervoor ligt in de structuur van de
vetzuurstaarten: deze zijn allemaal mooi recht en kunnen dus parallel langs elkaar worden
geschikt.
De meesten plantaardige vetten echter zijn onverzadigd: ze hebben een of
meerdere dubbele bindingen ergens in de vetzuurstaart. Deze vetten zijn bij
kamertemperatuur meestal vloeibaar en ook hier ligt de verklaring daarvoor in de
structuur. De vetzuurstaarten zijn namelijk geknikt waardoor ze niet mooi rechtlijnig
langs elkaar kunnen gaan liggen en bijgevolg een minder solide structuur vormen.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 15 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Voor de naar gezondheid gerichte studies is het belangrijk te weten dat de
verzadigde vetten in verband worden gebracht met cardiovasculaire ziekten (hart &
bloedvaten) zoals atherosclerose.
FOSFOLIPIDEN
Een fosfolipide lijkt op een vet maar in dit geval zijn er maar twee vetzuren
verbonden met de glycerolmolecule in plaats van drie. Op de open gebleven plaats is er
nu een fosfaatgroep. Een fosfaatgroep heeft een negatieve lading, waardoor deze kant nu
wel polaire kenmerken gaat vertonen. We zeggen dat deze moleculen een ‘ambivalent’
karakter hebben: 1 kant van de molecule is hydrofoob terwijl de andere kant hydrofiel is.
Deze configuratie maakt deze moleculen zeer geschikt om te functioneren in een
membraan, dewelke een zogenaamde ‘lipide bilayer’ is.
STEROÏDEN
Steroïden zijn lipiden die gekenmerkt worden door een koolstofskelet bestaande
uit vier ringen. Een belangrijk biologisch steroïd is cholesterol. Deze molecule is
hieronder weergegeven.
FIGUUR 11: STRUCUUR VAN CHOLESTEROL.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 16 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
PROTEÏNES
INLEIDING
Er zijn heel veel verschillende soorten proteïnen (=eiwitten). Ze tellen voor
ongeveer 50% van de droge massa van een cel. Er zijn bijvoorbeeld proteïnen die
chemische reacties sneller kunnen laten verlopen, er zijn er die dienen voor structurele
ondersteuning van de cel,communicatie tussen cellen,…
De belangrijkste groep van proteïnen zijn de enzymen. De functie van enzymen is
het katalyseren van reacties in het lichaam en zo mee het metabolisme bepalen. Een
belangrijke eigenschap hierbij is dat het enzym zelf niet verbruikt wordt.
In het menselijke lichaam zijn er enorm veel soorten enzymen, met elk een zeer
complexe opbouw en specifieke functie.
PROTEÏNEN ZIJN POLYPEPTIDEN OPGEBOUWD UIT AMINOZUREN EN ZE
HEBBEN EEN SPECIFIEKE RUIMTELIJKE OPBOUW DIE WE DE CONFORMATIE
NOEMEN
Proteïnen zijn in wezen allemaal polymeren die opgebouwd zijn uit afzonderlijke
aminozuren.
Een aminozuur is een organische molecule die zowel een carboxyl als een
aminogroep bevat. Cellen gebruiken slechts 20 verschillende aminozuren om alle
proteïnen mee op te bouwen, en dat zijn er werkelijk enorm veel.
Aminozuren polymeriseren om proteïnen te vormen. Deze aaneenschakeling
gebeurt door middel van een enzym. Deze zal een dehydratatiereactie doen, en een
peptidebinding vormen tussen de twee aminozuren. Zo zal er uiteindelijk een lange
keten ontstaan die in zijn functionele vorm een proteïne wordt genaamd. Aan het ene
uiteinde heeft zo een proteïne een vrije aminogroep, en aan de andere kant een vrije
carboxylgroep. Deze gegevens kunnen we onder andere gebruiken om de volgorde van
aminozuren correct weer te geven.
De opeenvolging van de verschillende aminozuren noemen we de sequentie. De
20 te onderscheiden aminozuren hebben bovendien nog een specifieke afkorting van 3
letters. Zo kan op een eenvoudige manier de sequentie worden genoteerd. Voorbeeld: TyrSer-Leu-Ser-Asn. In de bijgevoegde tabel kan u de naam en afkorting van de 20
aminozuren terugvinden.
Naam
Afkorting
Alanine
Ala
Arginine
Arg
Asparagine
Asn
Asparaginezuur
Asp
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 17 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
We hebben net gezien dat aminozuren aan
elkaar moeten worden gekoppeld om een proteïne te
vormen. Nu is het zo dat een correcte sequentie nog niet
leidt tot een werkzaam proteïne. Eerst moet het
proteïne nog een specifieke conformatie krijgen. Een
conformatie is de specifieke 3D-structuur die het
proteïne moet krijgen om zijn uiteindelijke functie te
Cysteïne
Cys
Glutamine
Gln
Glutaminezuur
Glu
Glycine
Gly
Histidine
His
Isoleucine
Ile
kunnen uitoefenen. We spreken van een polypeptide als Leucine
Leu
het gaat over de sequentie, en van een proteïne als het
Lysine
Lys
zijn specifieke conformatie heeft gekregen. Het
Methionine
Met
functionele nut van een conformatie ligt in zijn
Fenylalanine
Phe
uiteindelijke functie. Zo zal een correct opgevouwen
Proline
Pro
proteïne kunnen binden aan bepaalde stoffen, terwijl
een verkeerd gevouwen proteïne dit niet zal kunnen.
Serine
Ser
Threonine
Thr
Tryptofaan
Trp
Tyrosine
Tyr
Valine
Val
Indien je vorige deeltjes hebt geleerd en je nog
wat meer wil weten over de opbouw van proteïnen kan je
volgend onderdeeltje ook nog leren. Het geeft meer
gedetailleerde informatie over de verschillende
structuren die een proteïne in zijn ontwikkeling zal tegenkomen.
We onderscheiden 4 structuren: een primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire
structuur.
De primaire structuur is de specifieke sequentie van aminozuren die het proteïne
heeft. Dit geeft dus enkel de opeenvolging van de verschillende aminozuren weer.
De secundaire structuur ontstaat wanneer de voorgaande structuur door het
repetitief voorkomen van dezelfde structuren een bepaalde vorm gaat krijgen. Als voorbeeld
kunnen we de helixvorm beschrijven. Dit is een gewonden structuur rondom 1 as. Er zijn nog
andere vormen zoals een plaatvorm. Het proteïne zal dan op een geordende wijze in een
aantal vlakken repetitief structuren ontwikkelen. (voorbeeld).
De tertiaire structuur ontstaat door het nog verder vorm krijgen van het proteïne.
Hieronder vallen bijvoorbeeld de vorming van disulfide verbindingen. Dit heeft een
functioneel belangrijke waarde omdat dit dikwijls het wel of niet correct werken van het
proteïne bepaalt. Zo zien we regelmatig dat een proteïne zich zó heeft gewonden dat er een
kant hydrofiel is terwijl de andere hydrofoob is.
De quaternaire structuur tenslotte wanneer verschillende proteïnen samenkomen om
één functioneel geheel te vormen. Het meest frequente voorbeeld dat hierbij wordt gegeven is
hemoglobine, een proteïne in rode bloedcellen dat zuurstof bindt. Dit proteïne bestaat uit vier
zogenaamde subunits (allemaal afzonderlijke eiwitten), die samen één geheel vormen.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 18 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Een proteïne kan zijn specifieke vorm ook verliezen. Dit proces noemen we
denaturatie van het proteïne en kan verschillende oorzaken hebben. Als je een spiegelei
bakt zal zullen de talrijke eiwitten in het eiwit gaan denatureren als gevolg van de intense
hitte van de pan. Dit leidt tot een ruimtelijke, vaste structuur die bovendien onomkeerbaar
is. In fysiologische omstandigheden (omstandigheden zoals we ze in de cel vinden) vindt
er ook regelmatig denaturatie plaats (bijvoorbeeld door een pH die verandert) maar dit is
meestal wel omkeerbaar. Denaturatie betekent dat het eiwit niet meer zijn juiste
conformatie heeft en bijgevolg dus niet meer kan functioneren.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 19 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
NUCLEÏNEZUREN
We hebben net gezien hoe een proteïne is opgebouwd uit aminozuren. Maar wat
bepaalt hoe de sequentie van die aminozuren moet zijn? Deze informatie ligt opgeslagen in
de genetische code. Het is deze code die we nu van nader bij gaan bekijken. De informatie
die de cel nodig heeft om structuren te synthetiseren ligt opgeslagen in het zogenaamde
DNA. DNA is een nucleïnezuur dat opgebouwd is uit afzonderlijke nucleotiden.
Nucleotiden op hun beurt zijn dan weer opgebouwd uit een aantal structuren. In dit
onderdeel is er getracht een duidelijk maar kort overzicht te geven over deze structuren.
Indien je niet alle termen begrijpt is dat geen probleem, deze terminologie en processen
komen nog uitgebreid aan bod bij het proces ‘transcriptie’.
We bespreken eerst de functie van de nucleïnezuren. Vervolgens bespreken we de
structuur van de nucleïnezuren. We gaan kijken uit welke elementen ze zijn opgebouwd.
Hierbij besteden we het meeste aandacht aan DNA. Het is echter wel belangrijk te beseffen
dat ook RNA zeer essentieel is in de cel. Tenslotte bekijken we het plaatje in zijn geheel: de
gepolymeriseerde vorm zoals hij in de cel terug te vinden is.
FUNCTIE VAN NUCLEÏNEZUREN
Vooreerst kunnen we twee soorten nucleïnezuren onderscheiden: DNA
(desoxyribonucleïnezuur) en RNA (ribonucleïnezuur). Het zijn deze moleculen die
toelaten informatie te dragen en te dupliceren. Informatie uit deze codes kan
uiteindelijk worden omgezet in nagenoeg alle proteïnen die een organisme nodig heeft om
te kunnen leven en groeien.
Het grootste deel van het DNA vinden we terug in de nucleus (kern) van de cel.
DNA beschouwen we best als de bibliotheek van de cel. Hierin ligt alle informatie
gecodeerd. Deze informatie kan worden overgeschreven en zo een functionele betekenis
uitoefenen. Wanneer dergelijke informatie wordt overgeschreven zal dit zijn op het
zogenaamde m-RNA (messenger of boodschapper RNA). Meer hierover vind je in de
onderdelen die gaan over de celdeling.
STRUCTUUR EN BOUWSTENEN VAN NUCLEÏNEZUREN
Een nucleïnezuur is een polymeer die bestaat uit bouwstenen. Die bouwstenen
zijn de nucleotiden. Een nucleotide is opgebouwd uit een stikstofbase, een
pentosesuiker (suiker bestaande uit 5 C-atomen) en tenslotte een fosfaatgroep. Een
nucleotide zonder de fosfaatgroep is een nucleoside. Het is de stikstofbase die gaat
bepalen welk nucleotide of nucleoside er is. Deze is dus de specifieke groep. De
pentosecomponent alsook de fosfaatgroep is in elk van deze structuren identiek. De
verschillende stikstofbasen zijn: cytosine, thymine, uracyl, adenine en guanine. We
kunnen, afhankelijk van hun chemische structuur ook nog een onderscheid maken tussen
pyrimidines en purines. De pyrimidines zijn C, T en U. De purines A en G.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 20 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
FIGUUR 12: IN DEZE FIGUUR ZIEN WE DE VOORSTELLING VAN DE VERSCHILLENDE
STIKSTOFBASEN, DIE DE VERSCHILLENDE NUCLEOTIDEN BEPALEN IN DNA.
De atomen van de pentosecomponent hebben een nummer meegekregen. Op
onderstaande figuur wordt deze nummering weergegeven. Deze nummering is belangrijk
als we kijken naar de opbouw van DNA. Het is zo dat het ene 5’ einde met het 3’ einde van
het volgende nucleotide bindt. Uiteindelijk heeft de DNA-streng dan aan de ene kant een
3’-eind en aan de andere kant een 5’-eind.
FIGUUR 13: VOORSTELLING VAN HET DEOXYRIBOSE EN RIBOSE. DIT IS DE
PENTOSECOMPONENT VAN DE NUCLEOTIDEN. OOK DE NUMMERING IS ZICHTBAAR.
Als we spreken over het volledige nucleïnezuur dan zijn de namen die we
gebruiken een beetje anders. Zo spreken we dan van cytidine in plaats van cytosine (zie
onderstaande figuur). Een volledige tabel van de verschillende namen is hieronder
weergegeven.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 21 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
FIGUUR 14: STRUCTUUR CYTIDINE
Afkorting
Stikstofbase Nucleosidenaam
Naam in DNA
A
Adenine
Adenosine
Adenosinemonofosfaat
T
Thymine
Thymidine
Thymidinemonofosfaat
G
C
Guanine
Cytosine
Guanosine
Cytidine
Guanosinemonofosfaat
Cytidinemonofosfaat
Hun voorkomen verschilt afhankelijk of men met DNA of RNA te maken heeft. In
onderstaande tabel wordt dit weergegeven.
Structuur
Gebruikte nucleotiden
DNA
Cytosine, Thymine, Adenine, Guanine
RNA
Cytosine, Uracyl, Adenine, Guanine
POLYMERISATIE VAN NUCLEÏNEZUREN: DNA
Zoals eerder vermeld zijn DNA en RNA polymeren. Hier bespreken we kort de
opbouw van DNA. Zoals u waarschijnlijk wel weet is DNA opgebouwd in een structuur die
we een helix noemen. 2 strengen van aan elkaar gekoppelde nucleotiden winden rond
elkaar. Zoals je uit het bovenstaande reeds hebt kunnen zien, is er aan een DNA-streng een
3’-einde en een 5’-einde. Het 3’-einde heeft een hydroxylgroep op zich, en het 5’-einde
een koolstof. In de DNA structuur zien we aan het uiteinde dat er één streng is met een 3’eind en een andere streng met een 5’-eind. De twee strengen zijn wel complementair aan
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 22 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
elkaar. Het is namelijk zo dat bepaalde nucleotiden met elkaar gaan binden. De bindende
paren zijn A-T en C-G in DNA, en A-U en C-G in RNA.
FIGUUR 15: WEERGAVE VAN DE VERBINDINGEN DIE WORDEN GEVORMD TUSSEN
COMPLEMENTAIRE BASENPAREN. HET IS BELANGRIJK GOED TE MEMORISEREN WELKE BASEN
AAN ELKAAR COMPLEMENTAIR ZIJN EN ALDUS PAREN GAAN VORMEN.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 23 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Uiteindelijk leidt dit tot de volgende structuur:
FIGUUR 16: STRUCTUUR VAN DNA. MERK OP DAT EEN STRENG EEN 3’ EINDE HEEFT AAN
DE ENE KANT, WAAR DE COMPLEMENTAIRE STRENG DAT HEEFT AAN DE 3’-KANT.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 24 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
HET WAT EN HOE VAN ENERGIE IN DE CEL
In dit deel gaan we kijken hoe de cel aan zijn energie komt. Concreet gaan we
kijken hoe de glycolyse ineen zit . We zullen dus leren hoe suikers worden afgebroken
(glycolyse) en hoe de energie van deze molecule vervolgens wordt omgezet in de
hoogenergetische molecule ATP of adenosinetrifosfaat.
DE OMZETTING VAN GLUCOLSE NAAR ATP VIA HET PROCES
GLYCOLYSE
Glucose is de universele energiebron voor menselijke cellen. De cellen in het
lichaam zijn immers in staat om de energie uit deze molecule om te zetten in ATP
(adenosinetrifosfaat) via het proces glycolyse. Dit is een zeer ingewikkeld proces. Hier
wordt het schematisch en aldus onvolledig voorgesteld. Glycolyse kan altijd plaatsvinden
als er glucose is en de cel behoefte heeft aan energie. Er is geen zuurstof nodig voor dit
proces, maar de afwezigheid van zuurstof beperkt wel enorm de energetische opbrengst
van de reactie, en zorgt er ook voor dat de cel dit niet kan volhouden. De glycolyse vind
plaats in het cytosol van de cel. Glucose wordt afgebroken tot twee moleculen pyruvaat. Er
worden tegelijkertijd ook nog twee moleculen NADH gevormd en twee moleculen ATP.
De reactievergelijking is aldus:
Glucose + 2 NAD+ + 2Pi + 2 ADP  2 Pyruvaat + 2 NADH + 4 H+ + 2 ATP + 2 H2O
Glucose ken je reeds, NAD+ is een molecule die eigenlijk ook een deel van de
energie van glucose zal krijgen, en NADH vormt (de energie wordt dus opgeslagen in de
vorm van elektronen). Deze energie wordt later in de mitochondriën omgezet via de
elektronentransportketen indien er zuurstof beschikbaar is. Vervolgens zien de 2
anorganische (inorganic) fosfaatmoleculen en 2 moleculen ADP (adenosinedifosfaat) die
samen ATP gaan vormen. Er worden ook twee moleculen water gevormd maar dit is nu
niet belangrijk.
Het is hier vooral belangrijk te beseffen dat glucose wordt afgebroken in het
cytosol van de cel. Het moet ook duidelijk zijn dat de glycolyse zowel aeroob (er is zuurstof
aanwezig) als anaeroob (er is geen zuurstof) kan plaatsvinden, en dat de situatie waarin er
zuurstof is de meest gunstige is.
Onderstaand schema geeft dit proces kort weer.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
Hoofdstuk 1: De Cel
-
Pagina 25 van 25
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be
FIGUUR 17: HET PROCES GLYCOLYSE. MERK OP DAT DE GLYCOLYSE ENKEL HET PROCES
IS BIJ DE OMZETTING VAN GLUCOSE NAAR PYRUVAAT (REACTIE VIND PLAATS IN HET CYTOSOL).
HET SCHEMA GEEFT VERDER NOG WEER WAT ER MET PYRUVAAT ZAL GEBEUREN IN DE
SITUATIE WAARIN ER RESPECTIEVELIJK WEL OF GEEN ZUURSTOF IN DE CEL BESCHIKBAAR IS.
www.toelatingsexamen-geneeskunde.be