Cel

Inleiding tot de cel-leer
De Cel
1
2
3
http://www.homepages.hetnet.nl/~b1beukema/celpv.html
Cel : ( Lat. cellula , verkleinwoord van cella = kamer ) de meestal microscopisch kleine
structurele eenheid waarvan elk organisme er één of meer bevat.
(Kort :)
Een cel is de kleinste structurele levende eenheid.
Sommige organismen bestaan uit maar één cel, b.v. amoeben, bacteriën, en eencellige
algen en eencellige schimmels.
Planten en dieren en de meercellige schimmels bestaan uit veel meer cellen, de mens
bijvoorbeeld bestaat uit ongeveer 3.000.000.000.000 (3 miljoen x miljoen) cellen.
Je kunt ze zien met een gewone microscoop.
Hun vorm hangt af van hun functie; bij plantencellen kun je bijvoorbeeld vierkante blokjes
met afgeronde hoeken zien, die strak tegen elkaar liggen.
In een weefsel zitten meerdere cellen met dezelfde vorm.
Organen of structuren. zoals hersenen, lever, botten, vel, blaadjes, vruchten enz. zijn
opgebouwd uit verschillende weefsels.
In een meercellig organisme zijn cellen van elkaar afhankelijk; cellen kunnen specifieke
taken krijgen zoals het maken van enzymen, opslag van suikers en vetten, of het bouwen
van het skelet.
Voor de communicatie in je lichaam heb je zenuwcellen, voor de afweer witte
bloedcellen, of als je een brandnetel zou zijn netelcellen.
Alle cellen van een organisme zijn afkomstig van de ene cel waaruit het is gegroeid, en alle
cellen hebben dus dezelfde genetische informatie.
In (vrijwel) elke cel in een organisme zitten 1 (bacterie) of meer chromosomen.
Organismen met een vader en een moeder krijgen van elke ouder een set chromosomen, en
hebben dus een even aantal chromosomen.
Je krijgt een set van 23 chromosomen van je vader via de zaadcel, en 23 chromosomen van je
moeder via de eicel.
Je hebt dus 2 sets van 23 chromosomen dus in totaal 46 chromosomen.
Een hond heeft 78 chromosomen, en elke soort heeft zo zijn specifieke aantal chromosomen.
Cellen van de hogere organismen (planten en dieren)
zijn samengesteld uit
een CELMEMBRAAN, dat is een vliesje dat om de hele cel heen zit.
Planten hebben bovendien een harde celwand om de celwand die stevigheid geeft,
verschillende ORGANELLEN, dat zijn structuurtjes die qua functie dat vergelijkbaar zijn met de
ingewanden, zoals vertering, opslag en afscheiding,
de CELKERN OF NUCLEUS,
het commandocentrum van de cel.
In (bijna) elke cel zitten chromosomen.
Chromosomen bestaan uit een lange sliert DNA, waarin de genetische code zit. In die code zit alle
informatie die de cel of het hele organisme nodig heeft om te functioneren, te groeien en te
reproduceren.
1. GESCHIEDENIS
De 17de-eeuwse Engelse onderzoeker Robert Hooke bestudeerde onder de microscoop dunne
plakjes flessenkurk.
Het materiaal bleek te zijn opgebouwd uit kamertjes, enigszins vergelijkbaar met de cellen van een
honingraat.
Hij noemde ze (1667) cellulae. In volgende jaren werden overeenkomstige structuren bij ander
plantenmateriaal beschreven.
Bij levend materiaal waren de cellen gevuld met wat beschreven werd als een 'slijmerige vloeistof'.
In 1831 zag Robert Brown hierin een lichaampje, de celkern. Ook bij dierlijk materiaal werden
beide componenten, 'slijmerige vloeistof' en celkern,
4
gevonden. Dit leidde tot het inzicht dat alle organismen uit deze twee eenheden zijn opgebouwd
(de celtheorie van Schleiden en Schwann, 1839).
Voortgezet onderzoek leerde dat de 'slijmerige vloeistof' de drager is van de levensverschijnselen;
zij kreeg de naam protoplasma (Purkinje 1840 voor dieren, von Mohl 1848 voor planten).
Tegenwoordig spreekt men van cytoplasma en wordt de term protoplasma gebruikt voor
cytoplasma plus kern.
Met ectoplasma wordt bedoeld het meest naar buiten gelegen cytoplasma.
2. HOOFDTYPEN
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/index.html
Sommige cellen bezitten geen echte kern. Zij zijn eenvoudig van bouw. Deze noemt
men prokaryoot.
Men treft ze aan bij de bacteriën (inclusief de cyanobacteriën---> blauwwieren ).
Het onderzoek van de prokaryote cellen vormt het gebied van de microbiologie.
http://textbookofbacteriology.net/structure.html
http://www.bact.wisc.edu/Bact303/Bact303mainpage
http://www.ethal.org.my/opencms/opencms/ethal/resources/MedicalGeneral/137rmgProkaryote.htm
l
http://www.carleton.ca/~tpatters/teaching/intro/precambrian/precambrian4.html
http://www.tulane.edu/~dmsander/WWW/109/Prokaryotes.html
http://ghs.gresham.k12.or.us/science/ps/sci/soph/cells/celltheory.htm
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/procaryotes/images/procaryote.jpg
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/bacteriacell.html
5
Alle overige organismen (eencellige en meercellige) bezitten cellen met een kern en een
ingewikkelder bouw.
Deze cellen worden eukaryoot genoemd.
vergelijking prokaryoot eukaryoot
http://earth.usc.edu/~geol150/evolution/images/prepaleozoic/eukaryoteprokaryote.JPG
E Coli
Euglena
6
http://www.vcharkarn.com/magazine/issue5/biophysics/cell_structure.gif
http://ridge.icu.ac.jp/gen-ed/eukaryotic-cell.html
http://www.geog.ouc.bc.ca/conted/onlinecourses/geog_210/210_2_1.html
Het onderzoek van de eukaryote cel wordt beoefend in de celbiologie.
Ligt in een meercellig organisme een groot aantal gelijkvormige cellen bijeen, dan spreekt men van
een weefsel .
De studie van het verband tussen de cellen van een meercellig organisme wordt tot de weefselleer
of histologie gerekend.
3. BOUW
7
(Hierna worden uitsluitend de eukaryote cellen behandeld)
3.1 Grootte
De grootte van cellen is zeer variabel; de kleinste dierlijke cellen zijn ongeveer 4 µm in diameter, de
grootste – bijv. de dooier van een vogelei –
enige centimeters. In geïsoleerde toestand zijn dierlijke cellen gewoonlijk bolrond of spoelvormig; in
weefselverband zijn zij plat prismatisch of langgerekt prismatisch of kubisch; door wederzijdse
samendrukking worden het veelvlakken. Sommige cellen hebben geen vaste vorm, maar zijn
variabel, zoals de amoeboïde cellen uit het bloed.
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/animals/images/animalcellsfigure1.jpg
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/animalcell.html
De cellen van planten lopen in vorm en grootte sterk uiteen.
Gemiddelde afmetingen zijn 15 – 100 µm, maar plantenvezels kunnen zeer lang zijn, bijv. van
katoen, hennep en vlas tot 50 mm.
Bij enkele zeewieren (Valoniaceae) bereiken de cellen een inhoud van 10 ml.
Men vindt bij de hogere planten bolronde, cilindrische, kubus -, plaat - of vezelvormige cellen.
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/plants/images/plantcell.jpg
8
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/plantcell.html
9
Ook de eencelligen vertonen een grote vormverscheidenheid.
10
Protista
3.2 Membranen
MEMBRANEN
http://www.cu.lu/labext/rcms/cppe/membrane/membfr.html
De cellen van eukaryote organismen bevatten verschillende typen membranen.
Tezamen worden deze biomembranen genoemd, dit in tegenstelling tot kunstmatige membranen .
celmembraan
11
De CELWAND
SAMENVATTING
Een beschrijving van de bouw van de celwand. De vraag blijft of de celwand samen met de
plasmamembraan tot de levende cel behoort.
http://www.kennislink.nl/web/show?id=88302
De eigenlijke grens van de cel is het plasmamembraan, aan de buitenkant hiervan vinden we de
celwand en aan de binnenkant het cytoplasma. Terwijl we deze drie delen nader bekijken - we
zullen dat van buiten naar binnen doen - proberen we antwoord te vinden op een aantal
fundamentele vragen: Wat is het strategisch belang van de driedeling? Hoe kan een cel zoiets
ingewikkelds als een celwand opbouwen buiten zijn eigenlijke grens? Waar ligt de grens van leven
(binnen-de-cel) en niet-leven (buiten-de-cel)?
De celwand
De celwand heeft als buitenste afbakening van de cel een verdedigende functie. Zo houdt hij microorganismen die de cel trachten binnen te dringen, tegen. De wanden van cellen aan het oppervlak
van bladeren en stengels, epidermiscellen, verhinderen dat water uit de cel ontsnapt, zodat de
plant niet uitdroogt. Daarnaast geeft de celwand vorm en stevigheid aan de verschillende typen van
cellen en daardoor aan de hele plant.
De celwand bestaat uit kristallijne en amorfe materialen. Beide typen zijn grotendeels opgebouwd
uit lange suikerketens ofwel polysachariden. Het kristallijne materiaal is samengesteld uit bundels
van enkele honderden parallel aan elkaar gelegen ketens waarvan de bouwsteen glucose is.
Waterstofbruggen verbinden de lange ketenmolekulen van dit polysacharide, dat bekendstaat
als cellulose, met elkaar. Die onderlinge samenhang zorgt voor een dichte, geordende structuur en
aldus voor kristallijne eigenschappen. De bundels, met een dikte van een honderdduizendste
millimeter, zijn alleen met een elektronenmicroscoop afzonderlijk zichtbaar. Ze
heten cellulosemicrofibrillen (CMF's). Zij maken de celwand stevig en toch soepel.
Al naar gelang het celtype en de plaats ervan in de plant, kan de ruimtelijke ordening van de
cellulosemicrofibrillen, die we de textuur van de celwand noemen, verschillend zijn. Zo bestaat er
een textuur die we kriskras noemen en ondermeer voorkomt in de celwand cellen met een ronde
vorm en van pollenbuizen. De CMF's liggen ongeveer in alle richtingen verspreid in een dunne laag
evenwijdig aan het celoppervlak. Bij ondermeer wieren en bij hout- en bastvezels komen we een
textuur tegen waarbij de microfibrillen lamellen vormen. Binnen zo'n laag liggen alle CMF's
evenwijdig aan elkaar. Dit zijn de twee meest voorkomende celwandtexturen, die de betreffende
cellen optimale stevigheid verlenen.
Amorfe celwandstoffen
12
Hemicellulose is opgebouwd uit suikers die een hoofdketen vormen waaraan hier en daar korte
zijketens zijn aangehecht.
De hoofdketen bevat meestal maar één soort suiker, maar de zijketens kunnen verschillende
suikers bevatten.
Door variatie in de suikers van de zijketens ontstaat er een groot aantal hemicellulosen. In de
celwand liggen de hemicellulosemolekulen tussen de CMF's.
Voor een deel zijn zij hier zelfs met waterstofbruggen aan gebonden.
Wanneer deze hemicellulosemolekulen tegelijkertijd bindingen aangaan met andere, ontstaat er
een driedimensionaal netwerk van CMF's en hemicellulose.
Pectine is voornamelijk opgebouwd uit de suiker galacturonzuur. De stof kan veel water opnemen
en verkeert daardoor in een geleiachtige toestand.
De 'gelatine' die wij bij het bereiden van jam gebruiken, is een pectinepreparaat.
In de celwand zit tussen de CMF's en de hemicellulosemolekulen overal pectine.
De pectinemolekulen kunnen door calciumbruggen met elkaar worden verbonden en zo hele
netwerken vormen.
Tussen de celwanden van afzonderlijke cellen komt een 'lijmlaag' van voornamelijk pectine voor.
De stof lost op in warm water. Dit feit verklaart dat tijdens het koken van aardappelen het verband
tussen de cellen verloren gaat en de aardappelen gaar worden en uiteindelijk in een papje
veranderen.
13
Naast suikerpolymeren komen in de jonge celwand ook eiwitten voor.
Deze hebben een belangrijke functie bij het aan elkaar hechten van de CMF's. Bij de groei van de
cel zouden de eiwitmolekulen van elkaar los laten waardoor de CMF's vrijer kunnen bewegen en de
celwand
kan meegroeien. De celwandeiwitten staan bekend als extensinen.
Bij bepaalde cellen wordt nog een belangrijke amorfe stof gevormd, namelijk lignine of houtstof.
Lignine is opgebouwd uit drie verschillende aromatische alcoholen die gemakkelijk met elkaar
polymeriseren en een ingewikkeld netwerk vormen.
Door combinatie van deze drie bouwstenen kan een grote verscheidenheid aan ligninen ontstaan.
Vooral de cellen die hout vormen bevatten veel houtstof in hun celwand. Houtstof kan alle ruimte
tussen de CMF's en hemicellulose opvullen, waarbij het pectine langzamerhand verdwijnt.
Als de verhouting is voltooid, wordt de aanvankelijk soepele celwand star en kan de cel niet meer
groeien.
De cel sterft. De druksterkte van de celwand neemt door de verhouting enorm toe, waardoor zelfs
bomen die honderd meter hoog worden, hun enorme eigen gewicht kunnen blijven dragen.
In de evolutie is lignine pas zo'n 400 miljoen jaar geleden ontstaan, toen planten vanuit het water
het land gingen bewonen. Zij misten de steun van het omringende water en konden alleen overeind
blijven met behulp van starre celwanden
De (bovenstaande )foto's die voorbeelden van verschillende texturen laten zien, zijn een beetje
misleidend. Een celwand bestaat immers niet alleen uit kristallijne cellulosemicrofibrillen. In
werkelijkheid liggen de CMF's ingebed in amorf materiaal, waardoor ze ruimtelijk van elkaar
gescheiden zijn. Voor de foto's is het amorfe deel van de celwand verwijderd. De CMF's zijn
daardoor op elkaar gevallen.
Een deel van de amorfe stoffen van de celwand is ook uit polysachariden opgebouwd. Meestal
vormen hier verschillende soorten suikers de bouwstenen en niet één, zoals bij cellulose. De
belangrijkste amorfe suikerpolymeren zijn hemicellulose en pectine. Daarnaast omgeven eiwitten,
die bestaan uit ketens aminozuren, en houtstof de CMF's in de celwand. Houtstof of lignine is een
polymeer van drie soorten aromatische alcoholen en verleent verhoute celwanden hun starheid.
Het plasmamembraan
Twee dunne lagen
Membranen, in het bijzonder het plasmamembraan dat elke levende cel omgeeft, kunnen we
beschouwen als een van de belangrijkste evolutionaire vindingen. Zonder membranen zijn levende
cellen ondenkbaar. Door zijn constructie weet het plasmamembraan het leven van de niet-levende
buitenwereld te scheiden, terwijl de noodzakelijke uitwisseling van stoffen tussen beide toch
mogelijk is.
De structuur van alle membranen in de cel lijkt op het eerste gezicht erg eenvoudig. Twee dunne
lagen van vetmolekulen ofwel lipiden vormen de basis. De lipiden bestaan uit een waterminnende
kop en een waterafstotende staart. De staarten liggen naar elkaar toegekeerd en de koppen
vormen aan weerszijden de buitenkant van het membraan. We moeten ons het membraan
voorstellen als een vloeibare laag. Hier en daar drijven er eiwitten in rond. Sommige eiwitten liggen
in een van de lipidelagen en andere steken door beide lagen heen. Aan de buitenkant van het
plasmamembraan zitten allerlei korte suikerketens die zeer belangrijk zijn bij de communicatie van
de cel met de buitenwereld. Ook allerlei eiwitten - er worden er hoe langer hoe meer bekend - die
aan de binnenkant vastzitten, hebben met het goed functioneren van de cel te maken.
Bij planten neemt het plasmamembraan een bijzondere plaats in bij de opbouw van de celwand. De
bouwstenen die daarvoor nodig zijn, moeten immers via het plasmamembraan naar buiten worden
gesluisd. Ze worden uiteraard allemaal in de cel gemaakt en kunnen slechts als losse molekulen of
als halffabrikaten de cel verlaten. Daarbij worden de bouwstenen voor amorfe stoffen op een
andere manier vervoerd dan de suikers waaruit de kristallijne CMF's ontstaan.
De amorfe stoffen worden in de organellen die bekendstaan als endoplasmatisch
reticulum en Golgi-apparaat, uit verschillende suikers geassembleerd en vervolgens in kleine
blaasjes naar het celoppervlak vervoerd. Daar versmelten de blaasjes met het plasmamembraan
en komt de inhoud buiten de cel vrij. Enzymen die ook in de blaasjes zijn meegekomen, knopen de
polymeren in de celwand aan elkaar en aan andere polymeren vast. We noemen transport per
blaasje van binnen naar buiten de cel exocytose. De membranen van de blaasjes worden daarbij in
14
het plasmamembraan ingebouwd.
Endocytose
Bij een grote aanvoer van blaasjes zou het plasmamembraan te ruim worden. Gelukkig moeten er
ook stoffen de cel in en dat kan via het omgekeerde proces: endocytose. Clathrines zijn de eiwitten
die de endocytose verzorgen. De clathrines gaan binnen tegen het plasmamembraan aanliggen en
trekken het membraan naar binnen, waardoor zij blaasjes (coated vesicles) afsnoeren. Zo worden
stoffen van buiten de cel, verpakt in een stukje plasmamembraan, naar binnen gesluisd en kan
tevens het teveel aan plasmamembraan, dat door exocytose dreigt te ontstaan, opnieuw in de cel
worden gebruikt.
Er is veel onderzoek gedaan om er achter te komen hoe de relatief grote en lange
cellulosemicrofibrillen buiten het plasmamembraan komen. Aanvankelijk werd aangenomen dat ze
eveneens in Golgi-blaasjes zouden worden gemaakt, net als de amorfe stoffen, maar aangezien ze
daarin nooit werden gevonden (op een enkele uitzondering na bij lagere planten), moesten er
andere mogelijkheden bestaan.
Een interessante techniek, het zogenaamde vries-etsen, heeft het membraanonderzoek een grote
impuls gegeven. De techniek is gebaseerd op de ontdekking dat we een bevroren membraan
precies tussen beide lipidelagen kunnen splijten. Met een elektronenmicroscoop kunnen we
vervolgens op die membraanhelften kijken, terwijl we bij een traditionele coupe een dwarse
doorsnede te zien krijgen. In het gelijkmatige lipide-oppervlak vallen eiwitten onmiddellijk op als
uitstekende partikels, of we zien er een afdruk van wanneer ze bij het splijten uit deze
membraanhelft zijn getrokken.
Dankzij de vries-etstechniek kwamen ongeveer tien jaar geleden de eerste aanwijzingen
beschikbaar over de wijze waarop de cellen CMF's maken. Hierin speelt het plasmamembraan een
grote rol. Bij hogere planten bleek dat sommige eiwitten in het membraan vaak in groepjes van zes
bij elkaar liggen en dat een CMF die op het plasmamembraan ligt altijd bij zo'n groepje eindigt. De
conclusie was dan ook dat deze groepjes eiwitmolekulen, rozetten genoemd, met het ontstaan van
de CMF's te maken zouden hebben. Deze en andere aanwijzingen leidden tot de hypothese dat
glucosemolekulen uit het cytoplasma naar de rozetten gaan en daar door een enzymcomplex aan
elkaar worden geknoopt. Vervolgens gaan de lange ketenmolekulen met elkaar verbindingen aan
en vormen op deze manier de kristallijne microfibril. De rozetten zouden daarbij in het vlak van het
membraan bewegen en de CMF's op het plasmamembraan achterlaten.
Een laagje cytoplasma
Beweging in de cel
Volwassen plantencellen worden meestal grotendeels gevuld door één grote centrale vacuole, een
met vocht gevuld celorganel. Er blijft slechts ruimte over voor een dunne laag cytoplasma. In dit
laagje spelen zich alle processen af die voor het leven en de groei van de plant noodzakelijk zijn.
Onder andere vinden we er de elementen die voor de stroming van het cytoplasma en de daarin
voorkomende organellen verantwoordelijk zijn: het cytoskelet. De elementen van het cytoskelet - de
microtubuli, de microfilamenten, de intermediaire filamenten en de clathrines die we al eerder
tegenkwamen - hebben ook te maken met de opbouw van de celwand. We vermoeden dat al deze
eiwitcomplexen bij planten en dieren voorkomen, hoewel de intermediaire filamenten nog niet zijn
aangetoond bij planten.
Zoals de naam al zegt zijn microtubuli kleine buisjes. Ze zijn opgebouwd uit het eiwit tubuline. Aan
de ene kant kunnen de buisjes door toevoeging van tubulines langer worden en aan de andere
kant kunnen tubulines worden afgebroken waardoor de buisjes korter worden. De zogenaamde
corticale microtubuli komen voor in het grensgebied en zitten via andere eiwitten aan het
plasmamembraan vast. In coupes kunnen we ze gemakkelijk op dwarse doorsnede zien en met
een bepaalde prepareermethode zijn ze ook op het plasmamembraan zichtbaar. Alhoewel ze erg
dun zijn, kunnen we deze buisjes dankzij de immuno-fluorescentiemethode ook met een
lichtmicroscoop waarnemen.
In wortelharen van landplanten liggen alle microtubuli in dezelfde richting, evenwijdig aan de
lengteas van de wortelhaar. Deze wandstandige microtubuli worden algemeen in verband gebracht
met het richten van de CMF's. Eerder hebben we vastgesteld dat de rozetten die met de aanmaak
van de cellulosemolekulen te maken hebben, zich tijdens dit proces moeten voortbewegen in het
15
vlak van het membraan. Stellen wij ons nu voor dat er microtubuli aan het plasmamembraan
vastzitten, dan beperken die de rozetten in hun bewegingsrichting. Twee evenwijdig lopende
microtubuli kunnen de rozetten zelfs nauwkeurig geleiden en aldus zouden microtubuli de richting
van de nieuwe CMF bepalen. Het zou ook kunnen dat de rozetten zijn vastgehecht aan slechts één
microtubulus. We kunnen ons in dat geval een soort monorailgeleiding voorstellen.
Wortelharen
Mijn mening is dat een plantecel inderdaad bestaat uit protoplast plus celwand. Dat deze laatste
niet levend is doet niet ter zake. Toen Robert Hooke in 1665 voor het eerst het woord cellula
gebruikte voor kurkcellen van de kurkeik, bedoelde hij hiermee de ruimte die door celwanden werd
omsloten. De ruimte zelf was in dit geval leeg. Mijn conclusie is dat de celwand duidelijk tot de
plantaardige cel moet worden gerekend, zoals muren bij een kamer horen. Bij een dierlijke cel
ontbreekt deze celwand.
Overigens is het de laatste tijd gewoonte geworden om niet meer over celwand maar
over extracellulaire matrix te spreken. Dit is een uit de diercytologie overgenomen term. Biologen
duiden er een netwerk mee aan dat aan de buitenkant van het plasmamembraan voorkomt. Het
bestaat uit suikerketens en eiwitten en het kit de cellen in een weefsel aan elkaar. Deze molekulen
hebben bovendien een taak in de communicatie tussen de verschillende cellen. Zij mogen echter
niet worden verward met de plantaardige celwand, die een totaal andere samenstelling en functie
heeft. Het begrip matrix is bovendien in de celwandterminologie al een ingeburgerde term, die
synoniem is met wat in dit artikel de amorfe stof tussen de kristallijne CMF's is genoemd. Verder
kunnen elementen die tot de cel behoren, en de celwand hoort daarbij zoals ik eerder betoogde,
niet extracellulair (= van buiten de cel) worden genoemd.
_______________________________________________________________________________
_
Eukaryote cellen bestaan steeds uit een door een celmembraan omgeven hoeveelheid cytoplasma,
waar een aantal celorganen (organellen) van verschillende
vorm, grootte en functie in zijn ingebed. Alle organellen (behalve de ribosomen) zijn omgeven door
een membraan: intracellulaire membraan.
Bij sommige organellen is dit membraan in feite een dubbele membraan, hetgeen een aanwijzing is
dat dit organel vroeger zelfstandig leefde en is opgenomen
door de eukaryote cel (zie endosymbiose).
3.2.1 Bouw
In beginsel hebben al deze membranen dezelfde bouw. Alle membranen bestaan uit lipiden en
eiwitten.
De lipiden zijn voornamelijk fosfolipiden, hoewel in
sommige membranen ook cholesterol een belangrijk bestanddeel vormt.
De fosfolipiden vormen een dubbellaag met een dikte van 8–10 nanometer waarbij hun hydrofiele
groepen naar buiten zijn gekeerd terwijl de hydrofobe
vetzuurstaarten naar elkaar toe zijn gericht. Deze dubbellaagstructuur is met behulp van de
elektronenmicroscoop goed waarneembaar.
De eiwitten die deel uitmaken van het membraan worden onderverdeeld in twee groepen.
De intrinsieke of integrale eiwitten bevinden zich geheel of gedeeltelijk in de fosfolipidedubbellaag.
Sommige van deze eiwitten steken zelfs dwars door de dubbellaag heen.
In dat geval spreekt men van een transmembraaneiwit.
Tot voor kort werden de eiwitten in de membraan beschouwd als een vrij homogene groep;
dit is echter maar zeer ten dele het geval.
Er komen veel geconjugeerde eiwitten voor, in het bijzonder eiwitten die geassocieerd zijn met
koolhydraten (glycoprote챦nen) en in mindere mate met
lipiden (glycolipiden).
Koolhydraatketens spelen een belangrijke rol bij de communicatie tussen verschillende cellen
(herkenning, hechting). De laag koolhydraatgroepen speelt een rol bij de totstandkoming van de
celmantel (glycocalyx) aan de buitenzijde van de celmembraan.
16
Zowel de fosfolipidemoleculen als de eiwitten bezitten een zekere beweeglijkheid in het vlak van
het membraan (laterale diffusie).
Er vindt daarbij echter geen uitwisseling van moleculen tussen de beide helften van de dubbellaag
plaats.
Ook de oriëntatie van de eiwitmoleculen ten opzichte van beide helften van de dubbellaag blijft
hetzelfde.
De beide zijden van het membraan zijn dus niet identiek, iets wat direct samenhangt met de
biologische functie van biomembranen.
De mate van vloeibaarheid is afhankelijk van de samenstelling van het membraan. De
aanwezigheid van bijv. onverzadigde vetzuurketens in de fosfolipiden
verhoogt deze vloeibaarheid. De aanwezigheid van cholesterol daarentegen verlaagt de
beweeglijkheid van de moleculen in de dubbellaag.
Ook bij de sterkste vergroting zijn de celmembranen van twee naburige cellen altijd van elkaar
gescheiden door een tussenruimte van ten minste enkele
tientallen nm, terwijl niet altijd duidelijk is of deze ruimte opgevuld is met materiaal. Deze afstand
berust waarschijnlijk mede op een patroon van kleine elektrische ladingen aan de buitenzijde van
het celoppervlak. Waarschijnlijk wordt niet alleen door elektrostatische afstoting van gelijknamige
ladingen verhinderd dat de cellen elkaar raken, maar kan ook door aantrekking van ongelijknamige
ladingen een zeer specifieke onderlinge attractie tussen cellen (cellulaire adhesie) tot stand komen,
die oorzaak is voor de inwendige samenhang van weefsels. Vaak echter is de afstand tussen de
cellen veel groter dan enkele tientallen nm en gevuld met intercellulaire substanties. Deze hebben
vaak een polysacharide karakter (mucopolysacharide, chitine), terwijl ook eiwitvezels kunnen
voorkomen (bijv. collageen) of andere specifieke verbindingen (calciumfosfaat).
In de celmembraan van gespecialiseerde cellen kan men aparte structuren vinden. Cellen van het
dunne-darmslijmvlies bijv., die vooral als functie hebben het opnemen van voedingsstoffen uit de
darmholte, vertonen een groot aantal uitstulpingen van de celmembraan (microvilli), waardoor het
vrij aan de darmholte gelegen celoppervlak zeer sterk vergroot wordt. Lichtmicroscopisch is deze
structuur waarneembaar als borstelzoom. Opperhuidcellen (zie huid), die onderling een sterke
samenhang moeten vertonen, bezitten vaak desmosomen, verdikkingen die brugvormige
verbindingen vormen met dergelijke verdikkingen op andere celmembranen.
De betekenis van de membranen is tweeledig, aan de ene kant die van een scheiding tussen de
cel (het organel) en de omgeving, aan de andere kant juist die van een verbinding tussen beide:
alle stoffen die de cel of het organel in - of uitgaan moeten de membraan passeren. De membranen
zijn selectief permeabel, dwz. zij laten sommige stoffen gemakkelijk, andere moeilijk tot vrijwel niet
door.
3.2.2 Functie
Bepaalde in water oplosbare stoffen (bijv. ionen) kunnen de membraan ongehinderd passeren
(passief transport).
Men neemt aan dat de transmembraaneiwitten, eiwitten die door de hele membraan steken, een
passageplaats vormen voor ionen, die uitgewisseld kunnen worden
tussen het extracellulaire en het intracellulaire compartiment. Deze eiwitkanalen corresponderen
met de membraanpori챘n waarvan het bestaan reeds door celfysiologen was verondersteld.
Voor een groot aantal stoffen vormt de membraan een barrière, zodat aan weerszijden van het
membraan heel verschillende condities heersen,
bijv. wat betreft de concentratie van ionen en van producten van het cellulaire metabolisme. Om
deze verschillen te kunnen handhaven, beschikken membranen over een groot aantal specifieke
transportsystemen, elk bestaande uit één of meer eiwitten, die in staat zijn stoffen tegen een
concentratiegradiënt in door het membraan heen te transporteren. Voor dit actieve transport is
energie nodig, meestal in de vorm van ATP. Op deze manier kunnen bijv. voedingsstoffen zoals
glucose, die in het milieu van de cel vaak in kleine concentratie aanwezig zijn, binnen de cel
geconcentreerd worden. Een ander bekend voorbeeld is de handhaving, ongeacht de
omstandigheden buiten de cel, van een lage concentratie natriumionen (Na+) en een hoge
concentratie kaliumionen (K+) in de cel door de natrium-kalium pomp in het plasmamembraan.
Deze pomp speelt ook een essenti챘le rol in de geleiding van zenuwimpulsen (zie impuls
[fysiologie]). Verder is de energieproductie in de eukaryote cel voor een belangrijk deel afhankelijk
van het handhaven van een verschil in de concentratie van de waterstofionen (H+) ter weerszijden
van de membranen die de mitochondriën omgeven. Ook zijn membranen betrokken bij de
regulering van de cellulaire activiteit door hormonen.
De voor opname van stoffen uit het extracellulaire milieu zo belangrijke receptoren (waaraan een
specifiek op de receptor passende ligand zich kan binden)
zijn veelal ook eiwitten.
Bij de reeds aangeduide transporten, actief dan wel passief, gaat het om stoffen met betrekkelijk
kleine moleculen, zoals ionen, enkelvoudige suikers
(monosachariden).
Grotere moleculen zoals bijv. eiwitten en polysachariden kunnen de celmembraan niet passeren,
17
maar kunnen door vorming en fusie van door membranen omgeven
blaasjes naar binnen of naar buiten worden gesluisd. Het proces waarbij materiaal (bijv. een
secretieproduct) dat in een blaasje is ingesloten naar buiten
wordt gebracht heet exocytose.
Wanneer materiaal wordt opgenomen doordat de celmembraan instulpt en een blaasje vormt,
spreekt men van endocytose. Gaat het hierbij om zekere hoeveelheden
vloeistof, dan spreekt men van pinocytose; betreft het microscopisch waarneembare deeltjes, bijv.
bacteriën, dan spreekt men van fagocytose.
De membranen om de organellen brengen mee dat de cel verdeeld is in compartimentjes
waarbinnen zich biochemische reacties kunnen voltrekken zonder
stoornis door erbuiten aanwezige stoffen.
Zo zijn de enzymen die de opbouw van een stof verzorgen in andere compartimenten aanwezig
dan de enzymen die de afbraak van dezelfde stof verzorgen.
De selectieve permeabiliteit van de membranen is aan het leven gebonden, ze verdwijnt bij
afsterven van de cel, wat leidt tot afbraak van de
celbestanddelen door de eigen enzymen: autolyse van de celinhoud.
3.3 Cytoplasma
Het cytoplasma bevat eiwitten die deels een enzymfunctie hebben;
het heeft in actieve cellen een hoog watergehalte (60–95%, in plantaardige weefsels soms tot
98%).
In het water zijn ionen en tal van laagmoleculaire organische stoffen opgelost, zoals aminozuren en
suikers.
De zijketens van de aminozuren, die de polypeptideketens van de eiwitten opbouwen, zijn zeer
verschillend van aard
(basisch, zuur, neutraal, wateraantrekkend of -afstotend); zij kunnen gemakkelijk met andere
zijketens reacties aangaan en zo bruggen vormen tussen
naburige eiwitmoleculen.
Sommige bruggen zijn zeer gevoelig voor de temperatuur, andere voor de plaatselijke zuurgraad
(pH) of oxidatietoestand (redoxpotentiaal);
kleine veranderingen in deze grootheden kunnen de vorming of het verbreken van die bruggen
sterk be챦nvloeden.
Deze als hechtpuntentheorie bekend staande voorstelling verklaart zowel de bovengenoemde
eigenschappen van het cytoplasma als de grote veranderingen die op
korte termijn in zijn viscositeit kunnen optreden.
In het cytoplasma vinden o.a. de afbraak van glucose tot pyrodruivenzuur (glycolyse) en de
activering van aminozuren plaats.
3.4 Organellen
Het cytoplasma is doortrokken door een netwerk van vertakte buisjes, die door een 'unit membrane'
zijn omgeven, het endoplasmatisch reticulum
(= endoplasmatisch netwerk, veelal afgekort als ER). Deze buisjes staan in verbinding met de
kernmembraan en zijn van belang voor het transport van
stoffen binnen de cel.
Men onderscheidt glad en ruw ER. Het ruwe is bezet met een groot aantal ribosomen, die bij het
gladde ontbreken.
Het gladde ER staat vaak in verbinding met het ruwe ER.
Toch betreft het een geheel ander organelcomplex dat in de meeste cellen minder op de voorgrond
treedt, maar betrokken kan zijn bij zeer uiteenlopende
celfysiologische processen (bijv. de productie van stero챦de hormonen in de schors van de bijnier).
De ribosomen zijn zeer kleine lichaampjes die uit ribonucleïnezuur (RNA) en eiwit
zijn opgebouwd en verantwoordelijk zijn voor de synthese van de eiwitten
(zie eiwitvorming ---> Flash player animatie
http://www.digischool.nl/bioplek/animaties/moleculaire_genetica/sheet_translatie.html
18
19
RIBOSOME February 20, 2009
Deconstructing the Ribosome
Our lives depend on a microscopic tangle of molecules called the ribosome. The job of the
ribosome is to use the sequence of DNA in a gene to build a corresponding protein. Other enzymes
first build a single-stranded copy of the gene from RNA, and then a ribosome grabs onto the RNA
and "reads" it, using the information to decide which building block to grab next in order to build a
protein. (Here's a video of the process.)
http://www.youtube.com/watch?v=D5vH4Q_tAkY&feature=player_embedded
The ribosome has two parts that come together around the RNA like a pair of jaws, and each one is
a fiendish nest of complexity. Each of the jaws, known as subunits, is a mix of protein and RNA.
This animation, created by David S. Goodsell, shows the structure of the large subunit in bacteria. It
contains two RNA molecules in it, a big one here colored orange, and a small one colored yellow.
The proteins wrapped around them are in blue. The big RNA molecule alone is a marvelous
migraine of complexity. It measures 2900 nucleotides long, and it twists and folds in on itself again
and again to form the supreme Gordian knot.
All living things make ribosomes and use them for the same essential purpose. It is a sign of our
common heritage with baobabs and starfish, with plague and mold. But the fact that the ribosome is
everywhere makes its evolution difficult to study. There is no partial ribosome in nature to offer
clues to how it emerged. But in this article in the 19 February issue of Nature, Konstantin Bokov
and Sergey Steinberg, two biochemists from the University of Montreal, offer some new hope: It's
possible that the evolution of the ribosome is recorded in its very own tangles.
20
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/10_large_subunit.gif (click for animation )
Bokov and Steinberg show that the ribosome is like an onion, with outer layers that can be peeled
away from inner ones. The proteins of the ribosome help keep it stable, but they themselves do not
actually weld together new proteins. That's the work of the ribosomal RNA. As I wrote in my
January Origins essay, many researchers now argue that DNA and proteins were not the first
biological molecules to emerge; before they existed, life was based on RNA alone. The origin of the
ribosome, Bokov and Steinberg argue, is really the origin of the ribosomal RNA.
Ribosomal RNA is made up of dozens of loops, and loops upon loops, all folded in on each other.
But Bokov and Steinberg point out that they have an onionlike order of their own. They inspected all
the loops, looking for ones that could be removed without altering the rest of the RNA molecule.
They found 19 of these expendable loops. Next, they looked at the loops that had kept those 19
loops stable but which could be eliminated without affecting the rest of the RNA. They found 11
such loops. Below these two layers, Bokov and Steinberg found yet another layer of loops, and
another, and another, until they had reduced the ribosomal RNA to a tiny fragment, a core on which
all the rest depended.
Bokov and Steinberg propose that the seeming complexity of the ribosome is something of a
mirage. Its evolution was actually pretty simple. It evolved from a tiny piece of RNA, perhaps only
110 nucleotides long. At first, this molecule didn't build proteins; it may have carried out some kind
of reaction on other RNA molecules in RNA-based cells. Then mutations accidentally duplicated the
fragment, building new units that could fold back on the older units. This protoribosome may have
been able to add random building blocks together. New layers of loops evolved, making the
ribosome more precise, able to build specific proteins when it read specific pieces of RNA. Newer
loops made the ribosome even more stable and thus able to crank out proteins even faster. The
last major step in the evolution of the ribosome was the addition of its proteins.
The most practical way to test Bokov and Steinberg's hypothesis will be to build the intermediate
ribosomes and see if they work as predicted. But perhaps we should not give up on nature just yet.
As I have reported, RNA-based life could conceivably still be hiding in refuges somewhere here on
Earth, eking out an existence with ribosomes that are a little less hideous than our own.
21
—Carl Zimmer
Tags:
evolution, origin of life, ribosome, RNA world
http://blogs.sciencemag.org/origins/2009/02/deconstructing-the-ribosome.html
http://evodisku.multiply.com/journal/item/417/Synthetic_life
NOBELPRIJS 2009
Model (Los Alamos )
In ieder mensenlichaam zitten er een miljard maal een miljard. In iedere lichaamscel zijn er al
tienduizenden aan het werk. .
Ribosomen maken eiwitten. En eiwitten zijn bouwsteen, transportmiddel, signaalstof en enzym –
essentieel in alle levende organismen. Een mens maakt tienduizenden verschillende eiwitten, op
basis van de erfelijke informatie die is opgeslagen in ongeveer 20.000 genen.
Ribosomen verzorgen de synthese van eiwitten. Ze zijn onmisbaar voor het leven. Ze zijn ook
vroeg in de evolutie ontstaan: verwante ribosomen komen voor in plant, bacterie en dier. Toch
ontstond pas vanaf 1980 een goed beeld van de ribosomen. En hoewel het om details gaat, het
onderzoek waar Ada Yonath, Thomas Steitz en Venkatraman Ramakrishnan de Nobelprijs 2009
voor kregen is nog niet af. De vraag is bijvoorbeeld hoe de synthese van een eiwitmolecuul wordt
afgerond.
Het duurde zo lang doordat dat een ribosoom te klein is om het in detail met de
elektronenmicroscoop te kunnen bestuderen. En te groot om de structuur ervan met
röntgenkristallografie te bepalen. Althans, dat laatste was lang het geval.
Ribosomen bestaan altijd uit een grote en een kleine subeenheid. In mensen is dat kleine deel
opgebouwd uit 32 eiwitten en een RNA-molecuul. De grote subeenheid bestaat uit 46 eiwitten en
drie RNA-moleculen.
22
De drie prijswinnaars zijn eiwitkristallografen die nieuwe technieken ontwikkelden om ribosomen,
ondanks die complexe samenstelling, op atomair niveau zichtbaar te maken. Met de 3D-structuur
die ze onthulden, konden ze verklaren hoe ribosomen binden aan messenger-RNA (mRNA), het
tussenmolecuul tussen gen en eiwit.
Ook verklaarden ze hoe de bouwstenen (aminozuren) van de eiwitten worden aangevoerd en hoe
een eiwitketen groeit. Die eiwitketen groeit doorgaans met een snelheid van ruim tien aminozuren
per seconde. Het duurt dan minimaal een halve minuut voordat een eiwit af is. Op één mRNA
kunnen tegelijkertijd meerdere ribosomen werken, zodat meerdere exemplaren van hetzelfde eiwit
snel na elkaar klaar kunnen zijn.
Een groot probleem voor eiwitkristallografen is het verkrijgen van goede kristallen waarmee ze de
driedimensionale structuur van het eiwit kunnen bepalen. Eiwitten kristalliseren niet makkelijk,
vooral niet als er veel verschillende in een grote structuur zitten. Zoals in ribosomen.
Ada Yonath zocht natuurlijke oplossingen. In heetwaterbronnen en in de zoute Dode Zee leven
bacteriën die tegen ruwe omstandigheden bestand zijn. Ze ging er van uit die stabiele ribosomen
hebben. Dat was zo. Die kristallen vormden de kiem voor technische vernieuwingen die inzicht
verschaften in een van de cruciale processen in levende cellen. En een Nobelprijs opleverden.
Op de websites van Ramakrishnan en Yonath staan mooie beelden en filmpjes waarin ze proberen
deze voor de microscoop onzichtbare werkelijkheid van de ribosomen te tonen.
http://sandwalk.blogspot.com/2009/10/calling-all-science-writers.html
The pathway of information flow runs from DNA to RNA to proteins.
There are a bunch of fundamentally important steps in this pathway including transcription, RNA
processing, and translation.
Translation, or protein synthesis, is the process that utilizes the information in Messenger RNA
(mRNA) to build a polypeptide (protein).
Over the past few decades this process has been worked out in hundreds of labs all around the
world but recent progress has been quite remarkable.
23
One of the key players in translation is the ribosome.
(The others are mRNA, tRNAs and translation factors.)
The ribosome and the other translation components form a complex molecular machine.
The ribosome itself is complex, consisting of several RNA molecules (ribosomal RNAs) and several
dozen proteins.
Thanks to the work of Harry Noller we now know that one of these ribosomal RNAs is the molecule
that actually catalyzes the formation of a peptide bond. The basic activity in proteins synthesis
doesn't require a protein enzyme, it's an RNA molecule that does the job.
Thanks to this year's (2009) Nobel laureates and Harry Noller, we now know the structure of the
ribosome at the molecular level
and we know where the tRNAs and the translation factors bind.
We've known about these sites—the P and A sites are the most important—for some time but now
we have a real picture of what they look like in
the actual molecule. And it's led to some significant advances in our understanding of this important
biological process.
This is basic science.
It's not some speculative discovery that may or may not be a breakthrough and may or may not
cure cancer (probably not).
This is the stuff that goes into the textbooks.
This is what science is all about.
24
Harry Noller, Nobel Laureates
http://www.lehigh.edu/~inbios/faculty/vware.htm
Ribosomes are complex ribonucleoprotein particles, required for
protein synthesis, and the growth and viability of all cells.
Hence, an evolutionarily conserved structural blueprint for the core components of the
ribosome might be expected given the common functional requirement for ribosomes in
translation.
Indeed, numerous studies have confirmed that a common folding pattern exists across species
for each major ribosomal RNA (rRNA) component, creating a conserved rRNA core
structure. Similarly, several evolutionarily conserved ribosomal protein families also
exist, particularly among the primary rRNA binding proteins.
Yet, for both rRNA and ribosomal proteins, prominent structural differences often exist
between lineages.
Localized regions of primary and secondary structural variation are particularly evident in
the major eukaryotic rRNAs where expansion segments are superimposed on rRNA core
structure.
Within evolutionarily conserved ribosomal protein families, structural variability often occurs as
well between species.
25
In some instances, conserved proteins may carry additional domains of unknown significance,
possibly contributing novel functions for ribosomal proteins in those lineages.
When coincident structural variation is displayed within interacting macromolecular ribosomal
components, several questions arise about the evolutionary history of the components,
including (but not limited to) whether or not the structural changes have co-evolved and if
so, whether or not the changes are compensatory in nature to maintain the macromolecular
interaction for functional purposes.
In general, structural divergence within ribosomal components may ultimately contribute to
interspecific differences in ribosome assembly, ribosome function, or the regulation of
protein synthesis
Eiwitsynthese .
( kort )
----> Alle processen in een organisme worden geregeld door enzymen.
26
Voor iedere scheikundige reactie is een ander enzym nodig.
Een mens heeft in z'n cellen ongeveer meer dan 50.000 verschillende enzymen, die
bepalen hoe hij eruit ziet en wat hij doet.
Enzymen worden net als andere eiwitten gemaakt op de ribosomen.
--->De kern geeft aan de ribosomen de opdracht om op het juiste moment de juiste
enzymen te maken.
---->De gegevens die nodig zijn om een enzym in elkaar te zetten zitten op het DNA.
In februari 2001 is vastgesteld dat een mens minder dan 25.000 verschillende genen
heeft.
Behalve buitenop het ER bevinden de ribosomen zich ook in het cytoplasma (waar enige samen
een polysoom kunnen vormen), in de mitochondriën en bij planten
in de plastiden.
Het zijn de enige organellen die niet door een membraan zijn omgeven.
De eiwitten die in de ribosomen van het ruw ER gemaakt worden, zullen veelal later naar
verschillende celorganellen getransporteerd worden, maar kunnen
door de cel ook naar buiten gebracht worden (transporteiwitten), bijv. in de vorm van een
secretieproduct.
De verdeling van deze eiwitten over hun verschillende eindbestemmingen vindt meestal plaats in
een tussenstation, het Golgi-apparaat, ook wel
dictyosoom genoemd.
Dit is een groepje van door een membraan omgeven kleine holtes waarin de synthese van stoffen
voltooid wordt.
Dit betreft met name het modificeren, sorteren en afleveren van producten die door het ruwe ER
zijn aangevoerd.
Van het Golgi-apparaat kunnen zich kleine transportblaasjes afsnoeren en zich verplaatsen naar de
buitenmembraan, waar zij mee versmelten, onder
uitscheiding van de inhoud naar de buitenzijde van de cel.
Zo worden door kliercellen (pro-)enzymen en andere klierproducten naar het afvoerkanaal
afgescheiden, terwijl bij planten op dezelfde manier bouwstenen
voor de celwand te bestemder plaatse belanden.
Men heeft vroeger onder de naam microsomen vele kleine lichaampjes samengevat waarvan
inmiddels gebleken is dat er enige soorten met verschillende bouw en
biochemische functie onderscheiden kunnen worden, zoals lysosomen, die rijk zijn aan hydrolasen
(een bepaald type enzymen), die vrij komen bij beschadiging
van de cel en dan de afbraak van de eiwitten, nucleïnezuren en andere bestanddelen van de
beschadigde cel katalyseren; fagosomen, die ontstaan door
opname van hoogmoleculair materiaal van buiten de cel, zelf geen enzymen bezitten, maar door
versmelten met lysosomen hydrolyserende enzymen kunnen gaan
bevatten (en dan geen fagosomen meer zijn); peroxisomen met een enzymsysteem dat de oxidatie
van glycolaat katalyseert; glyoxisomen met een enzymsysteem
van belang voor de afbraak van vetten. De laatste bevatten enzymen voor o.a. de glyoxylaatcyclus.
In de mitochondriën wordt de in koolhydraten en vetten aanwezige energie overgebracht via de
vorming van ATP ter beschikking gesteld van energievragende
reacties in de cel.
Het aantal van de hiervoor genoemde soorten organellen per cel is zeer verschillend en hangt
nauw samen met de activiteitstoestand van de cel.
Zo vindt men er in de cellen van rustende plantenzaden weinig en neemt hun aantal bij beginnende
kieming sterk toe.
De celkern (nucleus of karyon)
is het grootste en duidelijkste lichaampje in iedere cel. ( prokaryoten hebben geen
kerncel ) Meestal is de celkern bolrond maar hij jan ook langgerejt zijn
27
bij de meeste organismen is er 챕챕n per cel.
De grootte van de celkern ligt veelal tussen ca. 5 en 20 micrometer, zeer kleine kernen worden
bij schimmels gevonden (tot 0, 5 µm), grote bij veel
vertegenwoordigers van de Leliefamilie (ca. 50 µm), de grootste kernen worden gevonden in de
eicellen van enige palmvarens (tot ca. 600 µm).
Als regel is er één kern per cel, maar er zijn ook lagere planten waar de verdeling in cellen niet
volledig is en waar dan veel kernen in een cel
voorkomen; men spreekt dan van coeloblasten.
( er zijn ook defekten die kunnen leiden tot multi-nucleaire cellen -)
http://www.glycoforum.gr.jp/science/word/glycolipid/GLD02E.html
Fig. 2
Psy-treated cells proceed with nuclear division and cleavage furrow formation. However, the cells
fail to complete cytokinesis and become multinuclear cells.
Dit is bijv. het geval bij het zeewier Caulerpa prolifera, waar elke coeloblast uiterlijk overeenkomst
vertoont met een gehele hogere plant, met blad-, stam- en wortelachtige delen.
De rustende kern is omgeven door een membraan (soms dubbel) waar poriën in voorkomen.
De membraan omsluit de kernvloeistof (karyolymfe), waar zich de chromosomen en een of meer
kernlichaampjes (nucleoli, enkelv. nucleolus) in bevinden.
28
de nucleolinus, onderdeel van de celkern, hier duidelijk paars
Herontdekt:
aangekleurd.
Vergeten deel van cel is nodig bij celdeling
Gepubliceerd: 27 juli 2010 08:25 | Gewijzigd: 28 juli 2010 14:46
Hester van Santen
Blijkt er opeens een lang vergeten orgaantje in cellen te zitten. Het is de paarse stip op de foto: de
‘nucleolinus’.
We hebben hem herontdekt, schrijven Amerikaanse biologen in Proceedings of the National
Academy of Sciences. De nucleolinus is nodig voor de celdeling.
De kern is in vaktaal de nucleus. Dan is er de nucleolus: die zit in de kern en maakt de ribosomen
die genen helpen aflezen. Maar tegen die nucleolus aan (of erin, daar is de wetenschap nog niet
uit) zit nóg een orgaantje. De nucleolinus, vertaald het ‘kleine kerntje’. Het organel is 150 jaar
geleden beschreven, en daarna alleen bij vlagen onderzocht. De Amerikanen bestudeerden het
organel in eicellen van de Amerikaanse stevige strandschelp (Spisula solidissima).
Definitief stelden ze vast dat de nucleolinus een apart compartiment van de cel is. Het organel is
gevuld met een RNA dat codeert voor een simpel eiwit. Dat eiwit is voorlopig NLi-1 gedoopt. Ook is
nu duidelijk dat de nucleolinus belangrijk is voor de celdeling. Beschadigden de biologen de
nucleolinus met een laser, dan ging er met de deling vaak iets mis.
De functie heeft iets te maken met de positie van de kernspoelen, zagen ze op filmpjes. De
kernspoelen zijn groepen draden die de chromosomen bij celdelingen uit elkaar trekken. Een
bevruchte strandschelpeneicel deelt zich in een grote cel (het latere embryo) en een heel kleine.
Wat bleek: de kernspoel aan de kant van het embryo verscheen altijd precies op de plaats van de
nucleolinus. ‘Een gebied dat we pas net beginnen te ontdekken’, besluiten de biologen.
De chromosomen bestaan uit nucleoproteïden, verbindingen van nucleïnezuren
(DNA) en eiwitten.
In de nucleïnezuurketens is de erfelijke aanleg van het organisme gecodeerd.
De kern is vrijwel de enige plaats waar de nucleïnezuren (DNA zowel als RNA) aangemaakt
worden.
In de rustende kern zijn de chromosomen meestal niet te zien, maar tijdens de kerndeling zijn ze in
levende toestand onder de
fasecontrastmicroscoop goed waar te nemen; ze zijn het meest bestudeerd in gefixeerde en
daarna met basische kleurstoffen gekleurde preparaten.
Alles wijst erop dat deze chromosomen ook buiten de periode van de kerndeling (de
29
interfase) intact aanwezig zijn, al zijn ze dan onder het lichtmicroscoop
niet zichtbaar.
Het aantal chromosomen is normaliter voor ieder soort organisme vast; zie
evenwel
polyploïdie
Trilharen (ciliën), soms ook zweepharen (flagellen), komen op het
buitenoppervlak van de cel voor bij eencelligen, sommige wieren, in trilhaarepitheel bij dieren en bij
de spermatozoën der dieren en de spermatozoïden van de lagere planten (tot en met de varens en
sommige naaktzadigen).
Alle vertonen een grote overeenkomst in bouw
Het geheel is omgeven door een uitstulping van de celmembraan.
3.5 Stevigheid
De cel moet bestand zijn tegen de vele krachten die binnen en buiten de cel plaatsvinden, bijv. die
welke veroorzaakt worden door stromingen buiten de cel
(bijv. bloed bij vele meercelligen, water bij eencelligen) en door de bewegingen van de organellen
in de cel.
De cel maakt daartoe gebruik van het principe van tensegrity: de wijze waarop deze krachten
worden verdeeld over het celskelet en de celorganellen.
Veranderingen in het celskelet - waaraan enzymen zijn vastgehecht - kunnen verantwoordelijk zijn
voor het in werking stellen van die enzymen.
Mogelijk is de invloed van tensegrity zelfs tot in de celkern aanwezig, waardoor tensegrity kan
leiden tot het mechanisch aan- of uitzetten van genen.
4
. De plantencel
De plantencel verschilt van dierlijke cellen door het bezit van een buiten de celmembraan gelegen
celwand, van plastiden en, in jonge cellen,
van een aantal vochtblaasjes, de alveolen, die bij volwassen cellen veelal tot 챕챕n centrale
vacuole zijn verenigd.
Ribosomen
http://www.williamsclass.com/SeventhScie
nceWork/CellTheoryParts.htm
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/ribosomes
/ribosomes.html
http://rna.ucsc.edu/rnacenter/ribosome.html
http://www.phy.ohiou.edu/~phillips/Colloqu
ium/flyer_08may22.html
http://www.genome.gov/Pages/Hyperion/DIR/VIP/Glossary/Illustration/ribosomes.cfm?key=ribosom
e
30
Het ribosoom is een complex van eiwitten en RNA ketens in de cel dat heel belangrijk is voor de
opbouw van eiwitten. Ribosomen bestaan uit twee delen, een groot en een klein deel. Het
ribosoom bevindt zich in het cytoplasma van de cel, is aanwezig op ruw endoplasmatisch reticulum
en op het kernmembraam.
Wanneer een mRNA (boodschapper-RNA) keten uit de celkern bij het ribosoom komt, dan worden
de basen uit die keten drie aan drie afgelezen en tegelijk een eiwitketen gebouwd die uit de juiste
volgorde van aminozuren bestaat. De aminozuren worden aan het ribosoom aangeleverd
gebonden aan tRNA (overdrachts-RNA).
Een mRNA keten kan door meerdere ribosomen tegelijk gelezen worden, en daarmee tegelijk
meerdere kopieën van het eiwit opbouwen.
Mitochondrion
Electronenmicroscopische afbeelding van een mitochondrium, het energiefabriekje van de cel. Het
mitochondrium is ontstaan uit een bacterie die in de cellen van een meercellig organisme is
binnengedrongen.
Het DNA van een mitochondrium verplaatst zich wel eens naar de celkern: een mooi
voorbeeld van xenologie.
31
Een mitochondrion is een staaf- of bolvormig celorganel dat een dubbel membraan bevat en in het
cytoplasma van de cel ligt. Meerdere mitochondri챘n samen zorgen voor de energievoorziening
binnen de cel door het maken van ATP (=energiebron) bij het omzetten van suikers en vetzuren in
water en CO2. Het mitochondrion is de enige plaats in de cel waar oxidatie met zuurstof (aerobe
stofwisseling) kan plaatsvinden.
http://www.kennislink.nl/web/show?id=108217
http://www.kennislink.nl/web/show?id=162302
Endoplasmatisch reticulum
Netwerk voor de aanmaak en het transport van eiwitten.
Het endoplasmatisch reticulum is een netwerk van platte holten en buizen waar nieuwe eiwitten
worden aangemaakt. Vervolgens worden de eiwitten via het netwerk verder getransporteerd en
behandeld zodat zij hun werk kunnen doen.
http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i004394.html
RIBOSOMEN
32
Moeilijk woord voor transportsysteem (reticulum) binnen (endo) het cytoplasma (-plasmatisch). Het
kan o.a. stoffen vande ribosomen opnemen en naar andere plaatsen binnen de cel transporteren,
waar ze nodig zijn. Ook kan het ongewenste stoffen afgeven aan het Golgi-apparaat, welke ze naar
buiten de cel transporteert.
Golgi-apparaat
Plek in de cel waar aangemaakte eiwitten worden omgevormd tot werkzame
eindproducten.
Het golgi-systeem bestaat uit sterk geplooide blaasjes waar verwerking plaatsvindt van nieuw
aangemaakte eiwitten. Zodra een eiwit klaar is, wordt het herkend door het transportsysteem en
naar de juiste plek in de cel gebracht.
http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i004395.html
In het Golgi-apparaat worden de produkten afkomstig van het Endoplasmatisch Reticulum (ER)
omgebouwd en opgeslagen, om dan later naar andere bestemmingen verscheept te worden.
Transportblaasjes met eiwitten gemaakt door ribosomen op het ruw endoplasmatisch reticulum
worden vervoerd naar het Golgi-apparaat, waar ze hun eiwitten afleveren aan de lumen (de ruimte
binnen het Golgi-apparaat). Hoe dit transport precies werkt is pas kort geleden ontdekt. Het Golgiapparaat vormt zelf nieuwe cisternen en verwijdert de oude waardoor de eiwitten in de oude
cisternen vrijkomen. Als de eiwitten de trans-kant bereiken, vormen ze blaasjes die, als ze een
bepaalde grootte bereiken, als secreetkorrels richting het celmembraam getransporteerd worden
via microtubilii en -filamenten.
Vacuole
33
The Plant Endomembrane System.
The plant endomembrane system contains compartments and trafficking components that are conserved
among all eukaryotes and some that are unique to plants. a) Amino-terminal propeptide
(NTPP)pathway. b) Carboxy-terminal propeptides (CTPP). c) ER-to-vacuole pathway. d) ER-to-PAC-tovacuole pathway. e) Secretion pathway. f) CCV endocytosis. g) Receptor-mediated endocytosis.
CCP, clathrin-coated pit; CCV, clathrin-coated vesicle; CV, central vacuole; DV, dense vesicle; ER,
endoplasmic reticulum; GA, Golgi apparatus; LV, lytic vacuole, N, nucleus; PAC, precursor-accumulating
compartment; PB, protein body; PCR, partially-coated reticulum; PSV, protein-storage vacuole; PVC, prevacuolar compartment; SV, secretory vesicle.
Surpin and Raikhel, 2004) Traffic Jams Affect Plant Development and Signal Transduction. Nature
Reviews/Molecular Cell Biology 5:100-109.
http://www.cepceb.ucr.edu/members/raikhel.htm
Vacuoles zijn grote celcompartementen omringd door een mebraan. Ze komen voor in eurkaryoten
en dienen verschillende doelen: het opvangen van voedselmateriaal of ongewenste 'rommel' in de
omgeving de cel, het insluiten van mogelijk giftige stoffen (zo beschermt het de cel), het houdt de
turgor in een cel in stand en het verplaatst ongewenste stoffen de cel uit.
34
http://www.homepages.hetnet.nl/~b1beukema/celpv.html
5. DE CELCYCLUS
Een van de meest karakteristieke eigenschappen van levende wezens is dat ze zich voortplanten.
De continu챦teit van het leven is gebaseerd op het vermogen van cellen om zich te delen
in genetisch equivalente dochtercellen.
Het proces dat zich afspeelt
vanaf haar ontstaan uit een ouderlijke cel tot haar eigen splitsing, noemt men de celcyclus.
Bij 챕챕ncellige organismen, zoals Amoeba, komt celdeling neer op de vorming van een gans
nieuw organisme.
Bij meercelligen, inclusief de mens, zorgen miljoenen celdelingen ervoor dat een individu zich kan
ontwikkelen uit 챕챕n enkele cel,
de bevruchte eicel.
35
Zelfs bij volledig volgroeide individuen gaan de celdelingen door, om gedeelten van het organisme
te vernieuwen, te herstellen of te vervangen.
Menselijke rode bloedcellen hebben een gemiddelde levensduur van 120 dagen.
Ze bevatten geen celkern en kunnen daardoor niet delen.
Verouderde rode bloedcellen worden verwijderd en in de milt vernietigd door macrofagen.
Om ze te vervangen worden in het beendermerg constant nieuwe rode bloedcellen aangemaakt,
door deling van
stamcellen (de erythroblasten
).
Een volwassen mens produceert dagelijks zo’n 200 miljoen rode bloedcellen, het equivalent
van ca. 100 ml bloed. Een donatie van 500 ml kan op minder dan een week tijd gecompenseerd
worden.
Essentieel bij de celdeling is dat beide dochtercellen de genetische informatie uit de oudercel
moet meekrijgen.
Het ganse genoom (het geheel aan erfelijke informatie vervat in het DNA) moet dus
nauwkeurig gerepliceerd worden en zo verdeeld over de cel dat elke dochter een equivalent deel
ontvangt.
Dit wordt vereenvoudigd doordat het DNA georganiseerd is in een aantal chromosomen
(strengen DNA en bijhorende eiwitten).
In voorbereiding van de eigenlijke celdeling, en na de duplicatie van het genoom, gaat het
chromatine condenseren.
Elke DNA-streng plooit zich vele malen, waardoor de chromosomen zo dik worden dat ze
zichtbaar zijn door een lichtmicroscoop.
Elk chromosoom bestaat uit twee dochterchromatiden.
De twee chromatiden zijn identieke copies van dezelfde DNA-molecule.
Ze zitten aanvankelijk aan elkaar vast, maar zullen tijdens de celdeling uit elkaar getrokken worden,
om uiteindelijk elk in een andere dochtercel te belanden.
De deling van de kern (mitose) wordt meestal onmiddellijk gevolgd door de deling van het
cytoplasma (cytokinese). Mitose en cytokinese geven aanleiding tot de miljarden somatische
cellen waaruit ons lichaam bestaat.
Gameten (eicellen en zaadcellen) komen echter tot stand via een variant van de celdeling, de
meiose. Dit proces speelt zich enkel af in gespecialiseerde organen (de gonaden) en impliceert een
halvering van het aantal chromosomen (zie verder).
5.1. De mitotische celcyclus
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/fluorescencemitosis/index.html
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/mitosisjava/mitosisjava.html
Een celcyclus bestaat essentieel uit twee grote fasen : een korte mitotische fase (of M-fase), tijdens
dewelke zowel de mitose als de cytokinese plaatsvinden; en een langere interfase, tijdens dewelke
de cel groeit en haar chromosomen verdubbelt in voorbereiding van de celdeling. De interfase
wordt vaak ingedeeld in een G1-fase (eerste Gap-fase), gevolgd door een S-fase en tenslotte een
G2-fase. In elk van de drie onderdelen van de interfase groeit de cel door de productie van ewitten
en cytoplasmatische organellen, maar enkel in de S-fase worden de chromosomen verdubbeld.
Het mitotische spoellichaampje speelt een belangrijke rol bij de mitose.
Het bestaat uit microtubuli en bijhorende eiwitten, en wordt waarschijnlijk aangemaakt met
materiaal afkomstig van het cytoskelet. Naarmate de mitose vordert, groeit het spoellichaampje
door de incorporatie van steeds meer eenheden van het eiwit tubuline. De ontwikkeling van het
spoellichaampje begint in het centrosoom.
Bij dierlijke cellen zitten op deze plek in het cytoplasma twee structuurtjes, de centriolen, maar deze
lijken geen onmisbare rol te spelen bij de celdeling. Ze ontbreken bij planten, en wanneer ze bij
dierlijke cellen experimenteel weggenomen worden, kan de celdeling toch perfect doorgaan.
36
Nog tijdens de interfase verdubbelt het centrosoom zich.
De twee centrosomen zullen tijdens de eerste fasen van de mitose uit elkaar bewegen en tussen
beiden ontstaat het spoellichaampje.
Hoewel de mitose een continu, dynamisch proces is, is het gebruikelijk het onder te verdelen in vijf
perioden : de profase, de prometafase, de metafase, de anafase, en de telofase.




37
I to III, prophase
IV, metaphase
V and VI, anaphase
VII and VIII, telophase.
Tijdens de profase condenseert het chromatine zich en worden de afzonderlijke chromosomen
zichtbaar. Ze manifesteren zich als twee identieke zusterchromatiden, die aan elkaar vast zitten.
De nucleoli verdwijnen. In het cytoplasma begint het spoellichaampje zich te vormen.
Tijdens de prometafase verbrokkelt de kernmembraan. De microtubuli van het spoellichaampje
kunnen nu doordringen in de kern en interageren met de chromosomen. Op beide chromatiden van
elk chromosoom ontwikkelt zich t.h.v. het centromeer (een insnoering in het chromosoom) een
structuur van eiwitten (het kinetochoor). Sommige microtubuli van het spoellichaampje hechten zich
hieraan vast. Dit gaat gepaard met schokkerige bewegingen van de chromosomen.
In de metafase bevinden de centrosomen zich aan tegenovergestelde polen van de cel. De
chromosomen situeren zich in een denkbeeldig vlak (de metafaseplaat) halverwege. De
centromeren van alle chromosomen liggen netjes geallinieerd, met elke zusterchromatide aan een
andere kant van de metafaseplaat en via de kinetochoor verbonden aan de tegenovergestelde
polen van de cel.
De anafase start met het uiteenwijken van de gepaarde centromeren van elk chromosoom.
Uiteindelijk komen de zusterchromatiden volledig los van elkaar, en kunnen ze beschouwd worden
als volwaardige, onafhankelijke chromosomen. Naarmate de microtubuli verkorten, bewegen de
zusters zich in tegenovergestelde richting. Aan het einde van de anafase bevatten beide uiteinden
van de cel een volledige set equivalente chromosomen.
Tijdens de telofase ontstaan rond beide sets chromosomen kernmembranen. Ze worden
opgebouwd uit stukken van het ouderlijke kernmembraan, aangevuld met andere cytoplasmatische
membranen. De chromosomen verliezen hun geplooide structuur. Op het moment dat deze laatste
fase van de mitose voltooid is, is de cytokinese gewoonlijk reeds een eind gevorderd.
Bij dierlijke cellen start de cytokinese met het verschijnen van een groef, die eerst zichtbaar wordt
aan de oppervlakte van de cel, ter hoogte van de metafaseplaat. Een ring van actine en myosine
moleculen zorgt ervoor dat de ouderlijke cel volledig ingesnoerd wordt, en uiteindelijk aanleiding
geeft tot twee dochtercellen. Bij plantencellen is er geen sprake van zo’n groef. Tijdens de telofase
bewegen zich hier kleine blaasjes van het Golgi-apparaat naar het midden van de cel, waar ze
samensmelten en een celplaat vormen. De blaasjes brengen materiaal aan voor een nieuw stuk
celwand, dat zich langzaam vormt en uiteindelijk fusioneert met de ouderlijke celwand.
De mitotische celcyclus bij de eukaryoten is waarschijnlijk ge챘volueerd uit het relatief eenvoudige
voortplantingsproces van prokaryoten. Bacteri챘n reproduceren zich door een eenvoudige binaire
celdeling.
5.2. Regulatie van de celcyclus
De timing en de frequentie van de celdeling in de verschillende delen van meercellige organismen
is van het grootste belang voor een normale groei, ontwikkeling en instandhouding. De frequentie
waarmee cellen delen, is sterk afhankelijk van hun functie.
Menselijke huidcellen, bijvoorbeeld, delen zeer regelmatig, terwijl levercellen slechts delen als het
echt nodig is, zoals wanneer er schade moet hersteld worden. Sommige zeer gespecialiseerde
menselijke cellen, zoals zenuwcellen en spiercellen, delen bij volwassen mensen helemaal niet
meer.
Deze differentiatie in de timing van de celcyclus is het gevolg van een regeling op moleculair
niveau. Het doorgronden van dit regulatiesysteem is van het grootste belang, niet alleen om te
begrijpen hoe normale celdelingen gebeuren, maar ook om in te zien hoe kankercellen de normale
controle omzeilen.
De achtereenvolgende stappen in de celcyclus worden gestuurd door een controlesysteem,
bestaande uit een set cyclisch opererende moleculen. Het geheel wordt dikwijls vergeleken met het
controlesysteem van een wasmachine; het celcyclus-controlesysteem loopt door aan een eigen
tempo, maar is toch afhankelijk van een aantal externe en interne clues.
De stappen van de celcyclus worden getimed door ritmische veranderingen in de activiteit van een
bepaald soort enzymen (de cycline-afhankelijke proteïne-kinasen of CdK’s), die andere eiwitten
kunnen activeren of deactiveren. Deze enzymen ontlenen hun naam aan het feit dat ze enkel
werken wanneer ze gebonden zijn aan cycline, een eiwit waarvan de concentratie cyclisch varieert.
De cel zal bijvoorbeeld pas overgaan van de G2-fase naar de M-fase wanneer er voldoende MPF
actief is. MPF (maturation promoting factor, of M-phase promoting factor) ontstaat door de binding
38
van cycline op een CdK. De cycline-concentraties stijgen tijdens de G1, de S en de G2-fase en
vallen drastisch terug tijdens de mitose.
De CdK-concentratie verandert nauwelijks. MPF stimuleert allerlei andere enzymen, onder andere
in de kernmembraan (de juiste werking is nog niet helemaal opgehelderd). In een late fase van de
mitose breekt het zijn eigen cycline-gedeelte af.
Het CdK wordt gerecycleerd.
Voorbeeld van een interne clue is de koppeling van alle chromosomen aan het spoellichaampje.
Zolang dit niet gebeurd is, zal de anafase (het uiteenwijken van de zusterchromatiden) niet
aangevat worden. Dit voorkomt dat de dochtercellen chromosomen zouden missen of op overschot
hebben.
De kinetochoren zenden, zolang ze niet gebonden zijn aan de microtubuli van
het spoellichaampje, signalen uit waardoor het anafase-promoting complex (APC) geïnactiveerd
wordt. Eenmaal alle kinetochoren vastgehaakt zijn, houdt dit signaal op, en wordt het licht voor het
APC op groen gezet.
Ook vele externe chemische en fysische prikkels beïnvloeden de celdeling.
Cellen zullen bijvoorbeeld niet delen wanneer onvoldoende voedingsstoffen aanwezig zijn.
Om de deling van zoogdiercellen te initiëren zijn specifieke groeifactoren noodzakelijk – dit zijn
eiwitten die uitgescheiden worden door andere cellen.
Voorbeeld van zo’n groeifactor is PDGF (platelet-derived growth factor), een eiwit dat
aangemaakt wordt door bloedplaatjes (een soort bloedcellen). PDGF stimuleert de deling van
fibroblasten, bindweefselcellen die instaan voor de heling van wonden.
De nood aan groeifactoren verklaart wellicht ook het verschijnsel van de densiteits-afhankelijke
inhibitie van celdeling. Cellen in artifici챘le culturen houden op met delen wanneer 챕챕n laag
cellen de voedingsbodem bedekt. Blijkbaar wordt de hoeveelheid groeifactoren en voedingsstoffen
te klein wanneer een zekere populatiedensiteit bereikt wordt.
Kankercellen ontsnappen aan het normale controlemechanisme van de celdeling.
Ze delen buitensporig veel en invaderen andere weefsels. In culturen vertonen kankercellen ook
geen densiteits-afhankelijke inhibitie.
Mogelijk hebben ze geen groeifactoren nodig, of maken ze ze zelf aan.
Kankercellen lijken ook ‘onsterfelijk’ : terwijl normale zoogdiercellen in celculturen slechts
20-50 maal delen en vervolgens verouderen en sterven, blijven kankercellen delen en leven.
Eén beroemde lijn (de HeLa lijn, naar Henrietta Lacks, de draagster van de tumor waartoe de
cellen oorspronkelijk behoorden) bestaat reeds sinds 1951.
Het abnormale gedrag van de kankercellen kan catastrofaal zijn.
De problemen kunnen beginnen wanneer 챕챕n cel verandert in een kankercel (transformatie).
Normaal herkent het immuunstelsel de getransformeerde cel als een indringer en vernietigt ze,
maar wanneer de cel hieraan ontsnapt, kan ze zich ontwikkelen tot een tumor, een massa
abnormale cellen in een overigens normaal weefsel.
Blijft de tumor op de oorspronkelijke plaats, dan spreekt men van een goedaardige tumor, en
deze kunnen via een chirurgische ingreep verwijderd worden.
Kwaadaardige tumoren invaderen echter andere weefsels, waardoor 챕챕n of meerdere organen
niet meer normaal kunnen functioneren.
Cellen van kwaadaardige tumoren wijken vaak niet alleen af vanwege hun abnormale proliferatiegedrag, maar door het bezit van een ongewoon aantal chromosomen, en een ontregeld
metabolisme.
Ze functioneren niet meer normaal.
Door afwijkende structuren op hun celwand verliezen ze ook het contact met naburige cellen,
waardoor ze zich kunnen verspreiden. Ze kunnen doordringen in de bloedbanen en het
lymfevatenstelsel, en zo aanleiding geven tot nieuwe tumoren in diverse delen van het lichaam.
Deze spreiding van kankercellen buiten de oorspronkelijke tumor noemt men metastasis.
De behandeling met hoog-energetische straling en chemotherapie is erop gericht om actiefdelende cellen zoveel mogelijk schade te berokkenen.
39
Wetenschappers beginnen nog maar te begrijpen hoe een normale cel transformeert in een
kankercel. De potenti챘le oorzaken van kanker zijn zeer divers, maar steeds lijkt het
controlesysteem van de celcyclus geraakt te worden. Wellicht blijven zovele vragen over
kankercellen nog onbeantwoord omdat onze kennis van de werking van de cel nog zeer beperkt is.
5.3. Meiose en de seksuele levenscycli
E챕ncelligen en sommige meercelligen kunnen zich vermenigvuldigen via de mitotische celcyclus.
Bij 챕챕ncelligen gebeurt dit door eenvoudige splitsing van de ouderlijke cel in twee dochtercellen;
bij sommige meercelligen verlaat een groep cellen het ouderlijke lichaam, en geeft aanleiding tot
een nieuw individu. Deze vorm van voortplanting noemt men aseksueel. Het resultaat van
aseksuele reproductie is een groep genetisch identieke nakomelingen, een kloon.
Vele organismen kennen nog een andere vorm van voortplanting, de seksuele voortplanting.
Deze resulteert in grotere variatie, omdat de nakomelingen een unieke combinatie van de genen
van hun ouders erven.
In tegenstelling tot een kloon, verschillen de producten van seksuele reproductie genetisch
onderling én van hun ouders. Dit type voortplanting vereist een andere celdeling(de
meiose), en het samensmelten van twee cellen (de bevruchting).
5.3.1
De seksuele levenscyclus
De meeste organismen bestaan voornamelijk uit diploïde cellen.
Wanneer de chromosomen van zulke cellen zichtbaar gemaakt worden met microscopische
technieken, blijkt dat er van elk chromosoom een paar bestaat.
Men spreekt van homologe chromosomen.
Homologe chromosomen hebben eenzelfde lengte, hun centromeer zit op dezelfde positie,
en kleuringen zorgen voor een identiek bandenpatroon.
Ze dragen ook telkens dezelfde genen; als bijvoorbeeld één van beide homologen een gen
draagt dat instaat voor oogkleur, bevindt zich op dezelfde plaats (locus) op het andere
homologe chromosoom élk een gen dat instaat voor oogkleur.
Op deze regel vormen de seks-chromosomen een uitzondering.
In tegenstelling tot alle andere chromosomen (de autosomen), lijken de homologen van het sekschromosoom niet altijd perfect op elkaar.
Bij de mens, bijvoorbeeld, hebben enkel vrouwen een homoloog stel seks-chromosomen (het
sekschromosoom wordt aangeduid met de letter X, en vrouwen hebben dus een XX-genoom).
Bij mannen wordt één van beide X-homologen vervangen door een korter chromosoom, het Ychromosoom (mannen worden dus aangeduid met XY).
Dat chromosomen in paren voorkomen, is een rechtstreeks gevolg van de seksuele
voortplanting. Eén lid van een homoloog chromosomenpaar is steeds afkomstig van de
moeder, het andere van de vader.
Zaadcellen en eicellen (gameten of voortplantingscellen) hebben maar 챕챕n set chromosomen.
Ze zijn haploïd.
Een menselijke zaadcel bevat bijvoorbeeld slechts 22 autosomen en een Y-chromosoom;
een eicel 22 autosomen en 챕챕n X-chromosoom.
Bij de bevruchting (fertilisatie, syngamie) worden de maternale en paternale chromosomensets
verenigd en ontstaat de eerste diploïde cel (de zygote), waaruit het nieuwe individu door
opeenvolgende mitotische delingen zal ontwikkelen.
De enige cellen die niet door mitose ontstaan zijn de gameten.
Die ontstaan door een aparte vorm van celdeling, die bij de mens enkel plaatsvindt in de testes en
de ovaria.
40
5.3.2 De meiose
De meiose lijkt sterk op de mitose, maar bij de meiose wordt de replicatie gevolgd door twee
opeenvolgende celdelingen, meiose I en meiose II genaamd.
Dit resulteert in vier dochtercellen, elk met half zoveel chromosomen als de ouderlijke cel.
Zoals de mitotische celdeling, wordt ook de meiose voorafgegaan door een interfase, waarin elk
van de chromosomen zich verdubbelt. Zo ontstaan voor elk chromosoom twee identieke
zusterchromatiden, die aan elkaar vastgehecht blijven t.h.v. het centromeer.
41
De meiotische profase I duurt langer en is complexer dan de mitotische. De chromosomen worden
compacter. Homologe chromosomen, elk bestaande uit twee zusterchromatiden, ontmoeten elkaar
en zijn onder de microscoop zichtbaar als tetraden. Op dit moment wisselen de chromatiden van
homologe paren chromosomen segmenten DNA uit, in een proces dat crossing over genoemd
wordt. Ondertussen ontwikkelt zich de spoelfiguur en naar het einde van de profase I zit elk
chromosoom vast met haar kinetochoor aan de microtubuli. De chromosomen bewegen
vervolgens naar het centrum van de cel.
In de metafase I liggen de chromosomen, nog steeds in homologe paren, in de metafaseplaat.
Microtubuli verbinden 챕챕n lid van een homoloog paar met de ene pool van de cel, en het andere
lid met de andere pool.
Tijdens de anafase I worden de homologe chromosomen uit elkaar getrokken. De
zusterchromatiden blijven echter aan elkaar vastzitten.
In de telofase I zit aan elke pool van de cel een haplo챦de set chromosomen, elk nog bestaande uit
twee zusterchromatiden. De cytokinese is dan meestal al volop bezig.
De hieropvolgende deling (meiose II) wordt niet voorafgegaan door een verdubbeling van het DNA.
In profase II wordt opnieuw een spoellichaampje gevormd, en de chromosomen bewegen richting
metafaseplaat. Tijdens metafase II liggen de chromosomen t.h.v. de metafaseplaat, met de
zusterchromatiden naar tegengestelde polen gericht. In de anafase II scheiden de
zusterchromatiden eindelijk en bewegen naar de respectievelijke polen van de cel. De telofase II
omhelst de vorming van nieuwe kernmembranen, en gebeurt simultaan met de cytokinese.
5.3.3
Oorsprong van genetische variatie
Bij dieren die zich seksueel voortplanten, is het gedrag van de chromosomen tijdens de meiose en
de bevruchting verantwoordelijk voor de variatie in kenmerken die in
elke generatie ontstaat.
Drie mechanismen dragen bij tot deze genetische variatie.
Onafhankelijke segregatie van chromosomen
De oriëntatie van de homologe chromosomen tijdens metafase I is onderling onafhankelijk.
De eerste meiotische deling resulteert dus in een willekeurig assortiment van paternale en
maternale chromosomen in de dochtercellen.
Voor een organisme met 2 homologe paren chromosomen (2n=4, n=2) bestaan er dus 4 mogelijke
combinaties van chromosomen in de gameten. Bij n=3 zijn er 8 combinaties mogelijk. In het
algemeen leidt onafhankelijke segregatie tot 2n mogelijke gameten, waarbij n het aantal
chromosomen is in een haploïde cel. Voor de mens betekent dit dat maternale en paternale
chromosomen op 223 (ongeveer 8 miljoen) manieren kunnen gecombineerd worden in de zaad- en
eicellen.
Crossing-over
We kunnen echter nog moeilijk spreken van ‘paternale’ en ‘maternale’ chromosomen, omdat tijdens
de profase I de homologe chromosomen in sterke mate genen gaan uitwisselen. Dit gebeurt zeer
nauwkeurig, zodat enkel equivalente stukken DNA worden uitgewisseld. Het gevolg is dat zelfs één
chromosoom in een gameet erfelijke informatie van de vader én de moeder meedraagt.
42
Willekeurige bevruchting
Tenslotte is ook de bevruchting in grote mate een random proces.
Een menselijke eicel, zelf één van meer dan 8 miljoen mogelijke combinaties van chromosomen,
gaat samen met zaadcel, die één van 8 miljoen andere
mogelijke combinaties vertegenwoordigt.
Zelfs wanneer we het proces van crossing-over buiten beschouwing laten, kunnen twee ouders
meer dan 64 miljard
(8 miljoen x 8 miljoen) verschillende diploïde combinaties aanmaken.
centrosomen en centriolen
http://mcdougald.blogspot.com/2005/06/wells-centrioles-and-cancer-bad-things.html
43
Centrosomen spelen ook een hoofdrol in de oorsprong van microtubules ( nucleatie
) elongatie ( polymerisatie ) and degradatie (depolymerisatie ).
binnenin elke centrosoom bevinden zich een paar centriolen
rondom het centriolen bevindt zich in het cytoplasma , een netwerk van fijne draden . de
centriolen staan op elkaar in een rechte hoek .
Centrioles
centriolen bestaan uit negen groepen van drie microtubules , die op hun beurt de wanden van de
centriole vormen . Elk trio is verbonden met zijn buren op verschillende plaatsen langsheen de
lengteas van de microtubules
Elk trio is ook inwaarts geplooid zoals het schroeblad van een turbine
Een bepaald centriool bezit nog andere strukturen ___genoemd de subdistale aanhangels__op
elk trio . . De subdistale aanhangsels verankeren de microtubules en vormen zo de as die het
44
pericentriole materiaal bevatten die de microtubules nucleatie veroorzaken De paired centriolen
paren zijn ook verbonden door draadstukturen
Delende cel met Centrioles, Spindles en Chromosomes
Mechanisme achter celdeling opgehelderd
Ben van Raaij
16 januari 2009
- Een lastige kwestie uit de celbiologie – hoe verdelen cellen bij de celdeling hun
chromosomen – lijkt opgelost. Cellen gebruiken daarbij een speciaal eiwit, Aurora B. Als dat
niet goed werkt, kan dit leiden tot kanker of het syndroom van Down.
Dat schrijven onderzoekers van UMC Utrecht en de Amerikaanse universiteit van
Pennsylvania (VS) vandaag (16 januari) in Science Express.
De chromosomen in de celkern – de dragers van het dna – worden bij de celdeling
gekopieerd en zodanig gescheiden dat beide dochtercellen evenveel chromosomen krijgen.
De verdubbelde chromosomen worden in een zogeheten mitotische spoel met trekdraden in
tegenovergestelde richting uiteen getrokken. Als de draden niet goed aan de chromosomen
vastzitten gaat het mis.
Het stofje Aurora B Kinase bewaakt of de trekdraden goed zijn gehecht, door de fysieke
spanning te checken die ontstaat als de draden de chromosomen uiteentrekken. Kan het de
spanning niet ‘voelen’, dan knipt het eiwit de verbinding door en stopt de celdeling.
De hoofdlijnen van dit proces waren al enkele decennia bekend, maar hoe het moleculair
mechanisme werkte was nog onduidelijk. De onderzoekers gebruikten speciale biosensoren
en levende cellen om de zaak op te helderen.
45
Een verkeerde verdeling van de chromosomen kan onder meer bijdragen aan het ontstaan
van kanker. Kennis van het celdelingsproces lijkt dus van belang bij het voorkomen en
behandelen van kanker, aldus de onderzoekers.
http://www.volkskrant.nl/wetenschap/article1133202.ece/Mechanisme_achter_celdeling_opg
ehelderd
[+] Celbiologie
F
3
O

3' UTR










Acetylcholinereceptor
Actief transport
Actine
Agranulocyt
Alloplo챦de
Anafase
Apoptose
Archegonium
Autolyse
Autoplo챦de






B-cel
Basofiele granulocyt
Blastocyste
Bloedcel
Bloedgroepantigeen
Bloedplaatje



A







46
Octoplo챦de
Organel
[+] Organel
Osmose

















Pectine
Peptidoglycaan
Peroxisoom
Pinocytose
Piramidecellen
Plantaardige cel
Plasmodesma
Plasmolyse
Pluripotent
Polyembryonie
Polysoom
Primaire celwand
Profase
Proliferatie (cel)
Proteoom
Protoplasma
Purkinjecel




RNA
Recombinant DNA
Ribosoom
Rode bloedcel



SNARE-eiwit
Secundaire celwand
Sensorische
zenuwcel
Sequencing
Sertolicel
SiRNA
Signaaltransductie
Somatische cel
Sperma
Spiegelneuron
P












GLUT
GLUT-1
GLUT-2
GLUT-3
GLUT-4
Gameet
Gametangium
Gen
Gliacel
Golgi-apparaat
Granule
Granulocyt











HbF
Hemocyanine
Hemoglobine
Hexaplo챦de
Histon (eiwit)
Huidcel
Hyaluronan
Hydrodynamische focusing
Hydrogenosoom
Hyperpolarisatie
Hypertrofie
H
C
Cardiolipine
Catabolietrepressie
CdK (genetica)
Cel (biologie)
Celcyclus
Celdifferentiatie
Celfysiologie
Celkern
Celmembraan
Celwand
Centraal Dogma
(moleculaire biologie)
Centriool
Centrosoom
Chromatine
Chromatofoor
Chromosoom
Cistern
Cytochroom A3




G
B











Fagocytose
Flowcytometrie
Fluorescence Recovery After
Photobleaching
R
S
I






K
Influx
Insnoering van Ranvier
Interstitium
Intracellulaire vloeistof
Intron
Ionkanaal













Cytogenetica
Cytokinese
Cytoplasma
Cytoskelet
Cytosol
Cytotoxische T-cel




Karyotype
Kegeltje
Kernporie
Klokdiertjes
L









DNA
DNA in organismen
DNA-polymerase
Dendritische spine
Desmosoom
Dictyosoom
Diffusiesnelheid
Diplo챦de
Dochtercel
M
















Langerhanscel
Liposoom
Lymfocyt
Lyse
Lysosoom
http://www.kennislink.nl/web/show?id=9
4744
E
Eencellig organisme
Efflux
Embryonale stamcellen
Endocytose
Endomembraansysteem
Endoplasmatisch
reticulum
Endotheel
Eosinofiele granulocyt
Ependymcel
Erythropoi챘sis
Eukaryoten
Exocytose
Exon
Extracellulair











Macrofaag
Major Histocompatibility
Complex
Meercellig organisme
Meiose
Melanocyt
Membraan
Membraaneiwit
Membraanpotentiaal
Messenger RNA
Mestcel
Methylguanine
methyltransferase
MiRNA
Microgliacel
Microtubulus
Mitochondriaal DNA
Mitose
Monocyt
Motoreiwit
Motorische zenuwcel
Multipotent
Myoblast
Myofibril





NK-cel
Netelcel
Neutrofiele granulocyt
Non-disjunctie
Nuclear pore complex









N
CELBIOLOGIE Lessen
47
Spiercel
Staafje
Stamcel












T-cel
T-helpercel
Tetraplo챦de
Thylako챦de
Tight junction
TmRNA
Totipotent
Transfer RNA
Translocatie
Trilhaar
Triplo챦de
Turgor

Unipotent






Vacuole
Vacuolemembraan
Vector (celbiologie)
Verbranding
(biologie)
Vesicle (cel)
Volwassen stamcel

Witte bloedcel



Zenuwcel
Zenuwweefsel
Zweepstaartje
T
D








U
V
W
Z
http://www.euronet.nl/users/warnar/biotechno
logie1.htm
째. Hierarchie en functie van celcomponenten
째. De celkern
째. Centrale dogma en DNA (websites)
째. Genetische verwantschap Sexchromosomen
째. Genetica en statistiek
째. Evolutie theorie
째. History of Biotechnology
째. Celdeling [link]
째. Toxicologie lessen
째. Microbiologie lessen
http://vcell.ndsu.edu/animations/home.htm
The Virtual
Cell Animation Collection 2005 Cell Biology Education!
Click here to read the article and download the included
Protein trafficking is used to
describe the process of moving
proteins from the rough ER,
through the Golgi apparatus, where
they are modified and packaged
into vesicles.More detail...
48
Photosynthesis is the means by
which plants make use of
chorophyll and light to produce
energy. This section covers the
basic stages in the photosynthetic
electron transport chain. More
detail...
PDF file.
Photosynthesis allows plants
to use the energy in light to
produce molecular
oxygen. Photosystem II is the
complex where this action
occurs. More detail...
Once translated, proteins are
dispersed throughout the cellular
environment. This section covers
thetransport of a protein into a
specific organelle--the
mitochondria. More detail...
Gradients are used to create
energy that can power biological
cyles. ATP synthase is powered
by a hydrogen gradient, located
in the mitochondria. This section
covers the action of this specific
gradient. More detail...
Cellular respiration occurs
in the mitochondria and
provides both animals and
plants with the energy needed
to power other cellular
processes. This section covers
the electron transport
chain. More detail...
Transcription describes the
process in which mRNA is
produced. This section covers the
creation of mRNA, as well as the
factors leading up to its
production. More detail...
After being transcribed,mRNA is
processed. Before mRNA can be
spliced, certain features must be
added. These alterations are made
during mRNA processing. More
detail...
Before being used in
translation, mRNA must be
spliced. During splicing,
exons are removed and the
translateable introns that
remain are spliced into a
single strand of mRNA.More
detail...
Translation is the process in
which ribosomestranslate a strand
of mRNA into a protein. This
section covers the steps leading up
The lac operon refers to the gene
responsible for digesting lactose
molecules in a bacterial cell. This
section covers the activation and
49
to the creation of such a
protein. More detail...
function of this gene. More
detail...
Cellular Visions: The Inner Life of a Cell
http://www.studiodaily.com/main/searchlist/6850.html
Watch The Video: [High] [Low]
De Celcyclus
http://members.home.nl/larsbosboom/celcyclus.htm
1.1 De normale celcyclus
De cel vermenigvuldigt zich door al zijn componenten te dupliceren en vervolgens in
twee챘n te splitsen. Dit proces van duplicatie en splitsing wordt de celcyclus genoemd.
De belangrijkste taak hierbij is het doorgeven van de genetische informatie aan de
nieuwe generatie cellen. Het is belangrijk dat er gedurende de celcyclus zo weinig
mogelijk fouten gemaakt worden, daarom hebben cellen een complex netwerk van
eiwitten ontwikkeld, dat het celcyclus controle systeem heet.
50
overzicht celcyclus
Figuur 1.1 De fases van de celcyclus
De celcyclus bestaat uit 3
fases (fig. 1.1). Twee belangrijke fases zijn de S fase (S staat voor synthese) en de M
fase (M staat voor mitose). In de S fase vindt DNA replicatie plaats. Dit duurt zo’n 10 tot
12 uur en beslaat bij zoogdiercellen ongeveer de helft van de tijd van de gehele
celcyclus. In de M fase vindt chromosoom segregatie plaats en splitst de cel zich in
twee챘n. Deze fase is veel korter, in zoogdiercellen minder dan een uur.
De meeste cellen hebben meer tijd nodig om te groeien en hun eiwitten en organellen te
verdubbelen dan ze nodig hebben om hun DNA te verdubbelen en in twee챘n te splitsen.
Daarom zijn er een soort tussenfases in de celcyclus ingevoerd. De G 1 fase (G komt van
het engelse woord gap) zit tussen de M en de S fase en de G2 fase tussen de S en de M
fase. De G1, S en G2 fase samen wordt de interfase genoemd. In humane cellen duurt de
interfase ongeveer 23 uur.
1.1.2 De S fase
Het is belangrijk dat tijdens de DNA replicatie zo min mogelijk fouten optreden. Zonder
herstelmechanismen zou 1 op de 104 basen een incorrecte zijn. Het werkelijke aantal
fouten na DNA replicatie is 1 op de 1010 nucleotiden. Dit komt omdat na DNA
replicatie proofreading en DNA mismatch repair plaatsvindt. Proofreading gebeurt
tijdens de synthese van de nieuwe streng en wordt uitgevoerd door DNA polymerase zelf.
Na proofreading is het aantal fouten nog 1 op de 107. Na de synthese moet het aantal
fouten dus nog verder omlaag. Dit gebeurt door mismatch repair waar enkele eiwitten
(Mut eiwitten) bij betrokken zijn. Na mismatch repair is in de normale celcyclus het
aantal fouten op een acceptabel niveau, dus 1 op de 1010.
1.1.3 De M fase
In de M fase vinden er een aantal gebeurtenissen plaats, te beginnen met de profase.
De profase begint met chromosoom condensatie: de verdubbelde DNA strengen in de
chromosomen gaan zich verdichten in meer compacte chromosomen, wat nodig is voor
segregatie. De nucleaire envelop gaat kapot en de gerepliceerde chromosomen, die elk
een paar zuster chromatiden bevatten, worden gebonden aan de microtubuli van de
mitose spoel. Tijdens de mitose rust de cel kort in de metafase en de plotselinge
scheiding van de chromatiden geeft het begin van de anafase aan. De chromosomen
verplaatsen naar de tegenovergestelde polen van de spoel waar ze hun normale vorm
weer aannemen. De cel wordt dan in twee챘n gesplitst door cytokinese (fig. 1.2)
51
Figuur 1.2 De celdeling van eukaryote cellen
1.1.4 De G1 en G2 fase
De twee tussenfases zijn er niet alleen om tijd vrij te maken voor het groeien van de cel.
Ze zijn er ook om de cel te laten controleren of de interne en externe omstandigheden
geschikt zijn en of de voorbereidingen klaar zijn om de cel te laten doorgaan met de
belangrijke S of M fase. Vooral de G1 fase is hierbij erg belangrijk. De lengte van deze
fase kan sterk vari챘ren, afhankelijk van externe omstandigheden en extracellulaire
signalen van andere cellen. Bij erg slechte omstandigheden kan een cel zelfs tijdelijk
overgaan in de G0 fase een extra tussenfase). Overigens verkeren ook alle cellen die
volwassen en volledig uitgedifferentieerd zijn voortdurend in de Gｭ0fase.
Als alle omstandigheden weer goed zijn bereiken cellen in de G 1 (of G0) fase na enige tijd
een bepaald punt aan het einde van de G1 fase, het restriction point. Pas als een cel dit
punt gepasseerd is kan de cel overgaan tot DNA replicatie.
1.2 Controle van de celcyclus
Elk controlesysteem heeft de volgende vaardigheden nodig:





Een klok of timer die er bij elke gebeurtenis voor zorgt dat er genoeg tijd voor is.
Een mechanisme om elke gebeurtenis in de goede volgorde te laten verlopen;
mitose moet bijvoorbeeld altijd na DNA replicatie komen.
Een mechanisme om te zorgen dat elke gebeurtenis maar 1 keer per cyclus
gebeurt.
Binaire (aan/uit) switches die gebeurtenissen in werking zetten op een
irreversibele manier en ervoor zorgen dat ze niet ondertussen afgebroken
kunnen worden.
Back-up mechanismen en aanpassingsmogelijkheden om er zeker van te zijn dat
de cyclus goed kan werken, zelfs wanneer onderdelen van het systeem slecht
functioneren en in speciale celtypen of omstandigheden.
Hieronder wordt het celcyclus controlesysteem besproken en wordt duidelijk dat het
controlesysteem alle bovengenoemde eigenschappen bezit.
52
1.2.1 Checkpoints
In de cel zijn
zogenaamde checkpoints aanwezig, waar
de celcyclus gestopt kan worden als voorgaande gebeurtenissen niet zijn voltooid (fig.
1.3). Bijvoorbeeld chromosoom separatie in de M fase wordt uitgesteld als sommige
chromosomen nog niet klaar zijn met hun voorbereiding.
Figuur 1.3 Checkpoints in het controlesysteem
Het passeren van de G1 en G2 fase wordt uitgesteld door remmechanismen als het DNA
is beschadigd door straling of chemicali챘n. Pauzes bij deze damage checkpointsmaken
tijd vrij om het beschadigde DNA te repareren.
De checkpoints werken op basis van negatieve intracellulaire signalen, in plaats van door
het wegvallen van positieve signalen die normaal gesproken de celcyclus voortgang
stimuleren.
1.2.2 Cyclines en
kinases
Erg belangrijk voor het
controlesysteem is de
Figuur 1.4 Overzicht van de kern van het controlesysteem
eiwitfamilie cyclindependant kinases (Cdks). Cdks zijn alleen actief als ze gebonden zijn aan cyclines.
53
Cyclines ondergaan een cyclus van synthese en degradatie tijdens elke celcyclus. De
cyclische veranderingen in cycline levels resulteren in het cyclische activeren van cyclineCdk complexes. Dit activeren brengt op zijn beurt weer celcyclus gebeurtenissen teweeg,
zoals het starten van DNA replicatie (fig. 1.4).
Er zijn 4 klassen cyclines, elk genoemd naar het stadium van de celcyclus waar ze
binden aan Cdks. Drie van deze klassen komen voor in alle eukaryote cellen:
- G1/S-cyclines
binden Cdks aan het eind van de G1 en staan de cel toe om over te gaan tot DNA replicatie.
- S-cyclinesbinden Cdks tijdens de S fase en zijn nodig voor de initiatie van DNA replicatie.
- M-cyclines stimuleren de gebeurtenissen van mitose.
Beschadiging van het DNA
leidt tot het activeren van het
genregulatie eiwit p53, dat de
transcriptie van bepaalde
genen stimuleert. Een van
deze genen codeert voor het
CKI (Cdk inhibitor) eiwit p21.
P21 bindt aan G1/S-Cdk en SCdk en remt hun activiteit, wat Figuur 1.5 Het remmen van de celcyclus door beschadiging van het DNA
meehelpt met het blokkeren van de S fase.
In onbeschadigde cellen is p53 erg onstabiel en in lage concentratie aanwezig. Dit komt omdat
het interactie aangaat met een ander eiwit, Mdm2. Dit eiwit werkt als een ligase dat aan p53 bindt
om het te laten vernietigen doorproteasomen. DNA beschadiging activeert eiwit kinases die
p53 fosforyleren en daarmee de binding met Mdm2 verbreken. Hierdoor stijgt de concentratie p53
en kan het de transcriptie van genen stimuleren (fig. 1.5) Als het DNA zodanig beschadigd is dat er
geen reparatie meer kan plaatsvinden moet de cel stoppen met delen om ernstige mutaties te
voorkomen. Deze cellen moeten overgaan tot apoptose(geprogrammeerde celdood). Het wel of
niet overgaan tot apoptose hangt af van de concentratie p53. Deze functie van p53 is erg belangrijk
voor de bescherming tegen kanker.
54
1.2.4 Overzicht van het celcyclus
controlesysteem
Figuur 1.6 Overzicht van het celcyclus controle systeem
De kern van het celcyclus controlesysteem is een serie van cycline-Cdk complexen (fig. 1.6). De
activiteit van elk complex is afhankelijk van verschillende remmende checkpointmechanismen,
welke informatie verschaffen over het extracellulaire milieu, beschadiging van de cel en incomplete
celcyclus gebeurtenissen (fig. 1.6, boven).
1.2.5 Extracellulaire controle
Om te blijven delen hebben cellen stimulerende stoffen van buurcellen nodig,
die mitogenen genoemd worden. Mitogenen werken de remmende mechanismen in de celcyclus
tegen en stimuleren op die manier de celdeling. Er zijn 50 verschillende eiwitten die
als mitogen functioneren. De meeste zijn niet celspecifiek en hebben meerdere
functies. Mitogenen stimuleren G1- en G1/S-Cdks.
Mitogenen werken door binding aan receptoren aan de buitenkant van de cel, die dan intracellulaire
signalen afgeven.
Groeifactoren binden ook aan receptoren aan de buitenkant van de cel en brengen intracellulaire
signalen op gang. Vaak hangt dit samen met celdeling, maar soms ook alleen met de groei
ofanderszins met de synthese van eiwitten.
Ook survival factoren binden aan receptoren. Zij stimuleren intracellulair Bcl-2 en IAP’s. Als cellen
survival factoren missen gaat de cel over tot apoptose (zie paragraaf 1.3).
1.3 Overige controlesystemen voor het ‘juiste’
gedrag van cellen in het organisme
55
Figuur 1.7 Inductie van apoptose
1.3.1 Apoptose
Apoptose maakt gebruik van een familie van proteases die caspases worden
genoemd. Caspases worden gesynthetiseerd in de cel als inactieve procaspases. Als
een procaspasegeactiveerd is tot caspase klieven ze andere procaspases die dan weer actief
worden waardoor een caspase cascade ontstaat. Deze caspases klieven ook andere onderdelen
van de cel waardoor de cel zichzelf snel vernietigd en opgenomen kan worden door andere cellen.
Het activeren van procaspases in de cel kan worden veroorzaakt van buiten af door het activeren
van death receptors op het celoppervlak. Het eiwit Fas ligand bijvoorbeeld, kan binden op (aan) de
receptor Fas. Door deze binding worden intracellulaire adaptoreiwitten aangetrokken waar
de procaspases op hun beurt weer aan binden. Hierdoor worden de procaspases geactiveerd en
ontstaat er een caspase cascade die apoptose veroorzaakt (fig. 1.7A).
Als cellen beschadigd zijn kunnen ze apoptose ook in werking zetten vanuit de cel zelf. Op de best
begrepen manier, laten mitochondria cytochrome c vrij in het cytosol waar het een binding aangaat
met het adaptor eiwit Apaf-1 (fig. 1.7B). Hierbij is p53 nodig, dat de transcriptie activeert van genen
die coderen voor eiwitten die het vrijkomen van cytochrome c stimuleren. Deze eiwitten horen bij
de Bcl-2 familie. Eiwitten van de Bcl-2 familie helpen met het reguleren van het activeren
van procaspases. Sommige eiwitten remmen apoptose door bijvoorbeeld het vrijkomen
van cytochrome c te blokkeren en andere eiwitten stimuleren apoptose juist weer door bijvoorbeeld
te binden aan inactieve apoptose remmende eiwitten van de familie.
Een ander belangrijke eiwitfamilie is de IAP (inhibitor of apoptosis) familie. Zij binden
aan procaspases om hun activeren te voorkomen en ze binden aan caspases om hun activiteit te
remmen.
1.3.2 Telomeren en telomerase
Ieder chromosoom heeft op de uiteinden telomeren zitten, DNA sequenties die geen genetische
informatie bevatten maar wel belangrijk zijn omdat ze:


56
de chromosomen uit elkaar houden
het DNA beschermen tegen enzymatische afbraak van de eindstukken doordat er een
soort eiwitkap opzit
Telomeren worden bij elke deling van de cel een stukje korter. Na verloop van tijd krijgen ze
daardoor een kritische minimale lengte en kunnen ze niet verder ingekort worden. Normaliter wordt
dit gesignaleerd door het celcyclus controle systeem en er volgt een celdelingstop en /of apoptose.
Het verkorten van de telomeren bij een celdeling kan voorkomen worden door telomerase. Dit is
een transcriptie enzym dat als doel heeft de lengte van de telomeren te handhaven en zo het
aantal delingen en daarmee de levensduur van de cel te be챦nvloeden. Het telomerase gen zit op
het einde van chromosoom 5p. De toename van telomerase zorgt voornamelijk in de
kortetelomeren voor een verlenging.
Remming van telomerase zorgt voor een verkorte levensduur van de cel (zie paragraaf 2.4).
NOTES
Cell Biology (nature )
CELL CYCLE
The different phases of the cell cycle.
In the first phase (G1) the cell grows.
When it has reached a certain size it enters the phase of DNA-synthesis (S) where the
chromosomes are duplicated.
During the next phase (G2) the cell prepares itself for division.
During mitosis (M) the chromosomes are separated and segregated to the daughter cells, which
thereby get exactly the same chromosome set up.
57
The cells are then back in G1 and the cell cycle is completed. Nobel Laureates, using genetic and
molecular biology methods, have discovered mechanisms controlling the cell cycle. CDK-molecules
and cyclins drive the cell from one phase to the next. The CDK-molecules can be compared with an
engine and the cyclins with a gear box controlling whether the engine will run in the idling state or
drive the cell forward in the cell cycle.
http://sandwalk.blogspot.com/2009/04/nobel-laureate-sir-paul-nurse.html
CELFUSIE
de fusie van twee cellen resulterend in een nieuwe cel met het genetisch materiaal van de
oorspronkelijke twee cellen.
* Elektroporatie is één van de technieken die hiervoor kan worden gebruikt.
* Genetische modificatie ( GM) =bestaat o.a. uit mutatie , veredeling en celfusie
* Celfusie is een ( andere )manier om DNA te combineren, hierbij laten onderzoekers twee gewone
cellen samensmelten
* Bij celfusie worden alle eigenschappen van 2 cellen gecombineerd
* Door celfusie bevat de nieuwe cel de genen van beide cellen
De "bevruchting van een eicel door een spermatozoide" is( bijvoorbeeld bij zoogdieren ) een
speciale "natuurlijke " vorm van "celfusie"van twee haploïde ( = elk de helft van het nucleair
genoom van de soort = bij de mens is dat een haploide celkern met 23 chromosomen ipv de 46 van
de zygote ) genetische inhouden van hun beider ( vrouwelijke en mannelijke )
CELKERN
Nucleus / microscopisch zichtbaar celdeeltje, dat omgeven wordt door een membraan en dat
chromosomen bevat.
http://www.wetenschapsforum.nl/moderator/dnabasis/celkern.png
58
http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i004388.html
Het regelcentrum van de cel waarin DNA, de drager van erfelijk materiaal, ligt opgeslagen.
In de celkern ligt 2 meter DNA stevig opgerold en veilig opgeslagen. Kopietjes van het DNA worden
via openingen in het celkernmembraan naar de celvloeistof gestuurd. Deze kopietjes dienen als
recept voor de aanmaak van eiwitten die belangrijk zijn voor alle processen in de cel. Tijdens de
celdeling is de kluwen opgerold DNA zichtbaar als x-vormige chromosomen.
59