Celbiologie eindtermen Week 1. Eindterm 1 Translatie Organel: Ribosomen Vorm Bestaat uit kleine en een grote subunit, die weer bestaan uit rRNA en ribosomaal eiwit. Functie Transleert mRNA naar een eiwit. MRNA beweegt tussen de subunits door. TRNA met een aminozuur daaraan vast bindt aan het mRNA. In het ribosoom worden de aminozuren met peptidebindingen aan elkaar gekoppeld. De eiwitten bewegen daarna vrij door de cel behalve als het ribosoom aan het ER verbonden is. Organel: Ruw Endoplasmatisch reticulum Vorm ER bestaat uit zakjes membraan die aan elkaar zitten, breidt uit door de hele cel. Ribosomen zijn aan het ER verbonden en vormen zo het Ruwe ER. Functie Ribosoom transleert mRNA naar een eiwit en het ER vormt een vesikel om het eiwit. Vesikel met eiwit erin splitst af van het ER en beweegt zich naar het golgi apparaat. Modificatie Organel: Golgi apparaat Vorm Netwerk van golgi lichaampjes die bestaan uit schijfvormige cisternen omgeven door vesikels. De cisternen zijn verdeeld in het cis cisterna (bestaat uit vesikels die net van het ER komen), medial cisterna en trans cisterna. Functie Sorteert eiwitten, glycosyleert ze tot glycoproteïnen, synthese van polysacchariden, vormt vesikels die specifiek enzymen bevatten of specifieke opslageiwitten en heeft een rol bij exocytose. Eiwitmodificatie voor endosome membranen of secretie is nodig voor correct transport. Secretie Organel: Vesikel Vorm Klein blaasje met stoffen omgeven door een membraan. Op het membraan zitten eiwitten die zijn toegevoegd door het golgi apparaat. Functie Transporteren van stoffen uit de cel (exocytose). Het vesikel fuseert met het plasmamembraan en de inhoud wordt vrijgelaten buiten de cel. Secretie kan gereguleerd zijn en ongereguleerd. Gereguleerd gebeurt door triggering van buiten de cel, bijvoorbeeld een neurotransmitter. Ongereguleerd door een eiwit die aan de buitenkant van het vesikel zit en met het plasmamembraan fuseert.
Eindterm 2 De synthese van vrijwel alle eiwitten in de cel begint op ribosomen in het cytoplasma. Als een ‘membrane-enclosed’ organel eiwitten vanuit het cytoplasma of vanuit andere organellen wil importeren, kan dat met 3 mechanismes: 1. Eiwitten verplaatsen van cytoplasma naar de kern: eiwitten gaan via poriën de kern in. 2. Eiwitten verplaatsen van cytoplasma naar het ER, mitochondria of chloroplasten: eiwitten worden getransporteerd door het organel membraan door ‘protein translocators’ die zich in het membraan bevinden. 3. Eiwitten verplaatsen van het ER naar andere compartimenten van het endomembraan systeem: eiwitten worden vervoerd in transport vesikels. Elk eiwit heeft een bepaalde aminozuurvolgorde. Aan het einde van zo’n keten zitten een aantal aminozuren (zo’n 15-60) die als signaal werken. Hieraan kan gezien worden waar het eiwit heen moet. Meestal, maar niet altijd, wordt dit stuk van de aminozuurketen verwijderd als het eiwit op de goede plek is aangekomen Kinderen met i-cell disease zijn vaak klein en licht bij hun geboorte. De kinderen groeien slecht en hebben duidelijke skeletafwijkingen. Hun wervelkolom vergroeit en ze hebben vaak een bochel en vooruitstekende ribben. Hun handen worden klauwvormig en staan scheef. De groei is al vertraagd en stopt meestal helemaal na twee jaar. De kinderen worden vaak niet langer dan 75 centimeter. Ook hebben ze een geestelijke beperking die vaak alleen maar erger wordt. De organen vergroten en de kinderen krijgen daardoor een bolle buik. Doodsoorzaken kunnen uiteindelijk bijvoorbeeld een falend hart, of een longontsteking zijn. De kinderen worden meestal niet ouder dan 10 jaar. (inclusion-cell disease, ook wel mucolipidosis 2 ML-2)
Bij I-cell disease is er een defect in GlcNAc phosphotransferase (uit het golgi-systeem). Dit enzym zorgt voor de fosforylering van mannose residuen op specifieke eiwitten naar mannose-6-fosfaat. Deze fosforylering gebeurt in het cis-golgi apparaat. Het eiwit gaat verder en wordt in het trans-golgi apparaat herkend door de M6P receptor (mannose-6-fosfaat receptor) en in de juiste vesikels gestopt. Als de eiwitten niet zijn gefosfolyseerd worden de eiwitten niet herkend door de M6P receptor en worden de eiwitten uitgescheiden door de cel. Lysosomen kunnen zonder deze eiwitten niet goed functioneren, omdat deze eiwitten als katabole enzymen voor de afbraak van stoffen in het lichaam functioneren. Als deze enzymen er dus niet zijn, werken de lysosomen niet goed en ontstaan er opstapelingen van de afvalstoffen in de lysosomen. Dit zijn de I-cellen die je goed onder de microscoop kunt zien. Kinderen met I-cell disease worden meestal niet ouder dan 7 jaar. De cellen in het amnionvloeistof zijn voornamelijk afgeschilferde epitheelcellen. Dit betekent dat de amnioncellen dus cellen van de foetus zijn en informatie over de enzymen en dus de lysomale enzymactiviteit bevat. Zo kan er op een redelijk makkelijke manier informatie over de enzymen gevonden worden.
Eindterm 3 Een enzym kan voor de fosforylering van een eiwit zorgen. Als dit enzym defect is, of niet aanwezig is, kan het zijn dat een organel niet goed functioneert.
Eindterm 4 Lysosomen zijn “membranous sacs” die gevuld zijn met hydrolytische enzymen, deze zorgen voor gecontroleerde intracellulaire vertering van zowel extracellulaire materialen als organellen die niet meer goed functioneren. The acid hydrolases are hydrolytic enzymes that are active under acidic conditions. The lumen of the lysosome is maintained at an acidic pH by an H+ ATPase in the membrane that pumps H+ into the lumen. De pH moet zuur (ongeveer pH 5) zijn omdat de enzymen in de lysosomen anders niet kunnen functioneren. Lysosomen bevatten ongeveer 40 enzymen, inclusief enzymen die eiwitten afbreken, een aantal enzymen die enzymen zijn; acid hydrolases, nucleases, proteases, glycosidases, lipases, phosphataeses, sulfataeses en phospholipases. Het lysosomale membraan bevat ook transporters die ervoor zorgen dat de eindproducten van de vertering van de macromoleculen kunnen worden getransporteerd naar het cytosol.
Eindterm 5 Voor de beeldvorming zijn de volgende begrippen van belang: - Resolutie: Hoe nauwkeurig je het beeld kan zien. Hoe hoger de resolutie, hoe nauwkeuriger. De resolutie wordt bepaald door de golflengte. Afstanden kleiner dan de golflengte kan je niet waarnemen. Doordat versnelde elektronen een kleinere golflengte hebben dan fotonen, kan de resolutie van een elektronenmicroscoop veel hoger zijn dan van een lichtmicroscoop. - Oplossend vermogen: Bij een groot oplossend vermogen kan je twee punten die dicht bij elkaar liggen van elkaar onderscheiden, maar bij een laag oplossend vermogen lijkt het één stip - Contrast: Het verschil tussen tegenstellingen, bijvoorbeeld donker en licht of tussen kleuren. Bij een hoger contrast zijn de verschillen duidelijker te zien.
Eindterm 6 Lichtmicroscopie wordt gebruikt om objecten varierend van 1 micrometer tot 5 millimeter weer te geven. Er bestaan een aantal verschillende lichtmicroscopen. Je hebt bijvoorbeeld de normale/conventionele lichtmicroscopen die alleen werken met een lamp en een serie van lenzen. Jullie hebben ze allemaal al een keer gebruikt dus weten verder goed hoe deze apparaten in elkaar steken. Een ander soort lichtmicroscoop is de confocale laserfluorescentie microscoop. Deze microscopen zijn niet alleen opgebouwd uit lenzen, ze hebben ook nog een laser, een halfdoorlatend spiegeltje, een pin-hole en een lichtdetector. Ze werken als volgt: licht wordt vanuit de laser door het halfdoorlatend spiegeltje op het preperaat gestraald. Dit spiegeltje laat maar de helft van het licht door, waardoor er fluoriescentie geëmitteerd licht ontstaat. Dit licht gaat door de preperaat en gaat via de pinhole ( een superklein gaatje) naar de licht detector, die het beeld omzet in een elektrisch signaal die weergegeven kan worden op een beeldscherm. Omdat de pin-hole zo klein is, en het dusdanig geplaatst is, bereikt alleen het licht van binnen het focale vlak de detector. Dit beeld is vele male scherper dan beelden van een gewone lichtmicroscoop. Ook zijn de contrasten veel beter te zien.
Eindterm 7 De basis van een elektronenmicroscoop is een bundel elektronen die op een oppervlak of op een inhoud van een object worden gestraald, en vervolgens waarneembaar worden gemaakt. Omdat elektronen een veel kleinere golflengte hebben dan fotonen, als je ze uitstraald, kan er een veel scherper beeld worden gecreërd dan met een lichtmicroscoop. Zo kunnen er met elektronenmicroscopen beelden verkregen worden van kleiner dan 0.1 nanometer terwijl lichtmicroscopen hooguit beelden van 200nm kunnen afbeelden. De twee belangrijkste typen elektronen microscopen zijn: Transmissie elektronen microscopen (TEM) en raster elektronen microscopen ( SEM, is engels en staat voor scanning elektron microscopes ). Bij transmissieelektronenmicroscopen worden elektronen door een super dun preparaat geschoten en daarmee op een fluoriscerende plaat geprojecteerd. Deze beelden worden vastgelegd en worden waarneembaar gemaakt. Met deze microscopen zijn vergrotingen van mer dan 1 miljoen keer mogelijk (0.1 nanometer). Bij rasterelektronen microscopen word de elektronenbundel op een geheel oppervlak van een object geprojecteerd. De weerkaatsende elekektronen worden vervolgens punt voor punt vastgelegd tot een beeld. Met deze microscopen zijn vergrotingen van honderdduizend keer mogelijk en het bijzondere van deze microscopen is dat ze super mooie driedemensionale beelden kunnen weergeven.
Eindterm 8 Fixatie is ervoor om fijne structuren in de cellen zo intact mogelijk vast te leggen en zodat de macromoleculen vastliggen op hun positie. Dit gebeurt met chemische stoffen, zoals reactieve aldehyde, vooral glutaraalaldehyde en die vormt covalente bindingen met de vrije aminogroepen van de proteïnen en daardoor krijg je cross-linking van de proteïnen moleculen, dat betekent dat de proteïnen moleculen aan elkaar gaan binden. Daardoor worden de macromoleculen gestabiliseerd. Vaak zijn de meeste weefsels te dik om ze op een hoge resolutie te kunnen bekijken. Dus na de fixatie worden ze in heel dunne stukjes gesneden met een microtoom, dat is een scherp mes dat werkt als een vleessnijder. En de deeltjes die je dan krijgt ( 1-10 micrometer dik) worden op een glasplaatje gelegd. Zelfs na de fixatie is het weefsel nog erg zacht en kwetsbaar en moet het nog ingebed worden. Dit wordt gedaan door ze in de was te zetten of met hars te behandelen. In een vloeistof gaat het zich dan om het gefixeerde weefsel zitten. Dan kunnen ze daarna worden gehard, door bijvoorbeeld koelen of polymerisatie en dan vormt het een vast blok. Dit kan wel echter de structuur van de moleculen veranderen. Contrasteringstechnieken Je kan weefsel, dat zonder voorbehandeling een contrastarm beeld geeft in de elektronen microscoop, blootstellen aan zware metalen die zich binden aan bepaalde celdelen zoals vetgroeprijke membranen, DNA-klusters, eiwitrijke structuren. Deze metaalverbindingen weerkaatsen elektronen en daardoor vormen ze donkere structuren in de elektronenmicroscoop. Voor een lichtmicroscoop worden kleurstoffen gebruikt die meer of minder selectief aan bepaalde structuren binden en zo de lichtbundel tegenhouden. Localisatietechnieken Deze techniek wordt gebruikt voor het stellen van een klinische diagnose, waardoor componenten (proteïne of een macromolecuul) in weefsel zichtbaar worden gemaakt d.m.v. bepaalde enzymen. Deze enzymen kunnen kleurvormende reacties katalyseren of het wordt van een fluorescente kleurstof voorzien.
Eindterm 9 Je kunt drie celtypes onderscheiden: 1) een bacteriecel 2) een plantencel 3) een dierlijke cel De grootste verschillen tussen die drie celtypes zijn: Organellen Plantencellen en sommige bacteriecellen zijn foto-autotroof. Ze kunnen zelf glucose maken uit CO2 en H2O. Die glucose wordt dan opgenomen door de mitochondriën voor de ATP-productie. Plantencellen en dierlijke cellen hebben veel meer organellen dan een bacteriecel. (denk aan glad ER, ruw ER, golgisysteem, mitochondriën en een kern.) Bij een bacteriecel ‘zweeft het DNA’ los in de cel. Celwand/celmembraan Een bacteriecel heeft een celwand. Die zorgt voor de stevigheid van de cel. Een plantencel heeft een celwand en een celmembraan. Vaak zorgt de grote centrale vacuole voor de stevigheid (turgor) Een dierlijke cel heeft een celmembraam.
Schimmels hebben een celwand dat bestaat uit chitine (soms ook cellulose) De celwand van (groene) planten bestaat uit cellulose. Prokaryoot/eukaryoot Bacteriecellen hebben geen celkern, ze zijn prokaryoot. Plantencellen en dierlijke cellen hebben wel een celkern en zijn dus eukaryoot. Sommige micro-organismen hebben ook een celkern, dat worden protisten genoemd. Vrijdagochtend 5 november hebben we het nog over grampositieve en gramnegatieve bacteriën gehad. Hieronder wat informatie: Bijna alle bacteriën kunnen geclassificeerd worden als òf Gram-negatief òf Gram-positief. Het onderscheid wordt gemaakt door een monster te behandelen met een specifieke kleurstof die bij Gram-positieve bacteriën niet gemakkelijk weer kan worden uitgespoeld, anders dan bij Gram-negatieve. Dit verschil tussen Gram-negatieve en Gram-positieve bacteriën wordt veroorzaakt door een verschil in de structuur van de celwand. Gram-negatieve bactieriën hebben een extra celmembraam, die de celwand beschermt en waar de paarse kleurstoffen niet aan hechten. Dus: Bacteriën die Gram-positief zijn, worden donkerpaars gekleurd door Gram-kleuring, in tegenstelling tot Gram-negatieve bacteriën. 9. Levende organismen worden ingedeeld in de groep van prokaryoten en eukaryoten op grond van hun celstructuur. Eukaryoten en hun belangrijkste onderdelen Eukaryotische cellen hebben een celkern en andere organellen, zoals het Golgi-systeem, het endoplasmatisch reticulum en mitochondriën. Organellen zijn onderdelen van de cel die afzonderlijk geïsoleerd kunnen worden en een specifieke functie hebben. Bij plantaardige cellen is het protoplasma omgeven door een celmembraan en een celwand, bij dierlijke cellen ontbreekt de celwand. Tot de eukaryoten behoren alle planten (inclusief schimmels en gisten) en dieren. Dierlijke cellen Kern: bevat het DNA en is de belangrijkste plaats voor de DNA en RNA synthese. Cytoplasma: bestaat uit het om de kern heen liggende cytosol (grondplasma) en de organellen die daarin liggen. Cytosol: grondplasma, hierin liggen de organellen. Cytoskelet: structuur van draden en buizen, die de cel structuur en dynamiek geven. Ruw endoplasmatisch reticulum: endoplasmatisch reticulum met ribosomen (eiwitproductie). Glad endoplasmatisch reticulum: endoplasmatisch reticulum zonder ribosomen (vetproductie). Ribosomen: hier vindt synthese plaats van membraaneiwitten, die zijn bestemd voor een locatie buiten de cel of voor de overige organellen. Golgi-systeem: membraansysteem voor het sorteren van eiwitten, synthese van polysacchariden, het vormen van vesikels. Mitochondrion: organel voor ATP-productie. Lysosoom: organel met water en opgeloste stoffen. Peroxysoom: vesikel dat enzymen bevat. Dierlijke cellen beschikken niet over een celwand en hebben daardoor geen vaste vorm. Plantencellen Al het bovenstaande, maar ook: Vacuole: zie Lysosoom. Plastiden: organel voor fotosynthese en opslag van fotosyntheseproducten. Celwand: extern door de cel zelf gemaakt omhulsel van de plantencel. Schimmels en gisten behoren tot de planten, maar bevatten geen bladgroenkorrels. Prokaryoten en hun belangrijkste onderdelen Prokaryotische cellen hebben een primitieve bouw: ze hebben geen celkern en ook andere organellen ontbreken. Prokaryoten bevatten wel een kernachtig lichaam (nucleoïd) dat bestaat uit een hoeveelheid DNA dat los in het protoplasma van de cel ligt. Het protoplasma is omgeven door een celmembraan en de celwand die uit één of twee lagen bestaat. Bacteriën zijn prokaryoten.
Bacteriën Los in het protoplasma van de cel ligt een opgerolde streng DNA (nucleoïd) dat de erfelijke eigenschappen van de bacterie bevat. Als een bacterie zich gaat delen, wordt eerst een nieuwe DNA-streng aangemaakt. Daarna splitst het kernmateriaal zich in twee delen. Vervolgens deelt de cel zich in twee dochtercellen. De nieuwgevormde cellen bevatten hetzelfde DNA (dezelfde erfelijke eigenschappen). Bacteriën bezitten genetische informatie slechts in enkelvoud (i.t.t. de mens, waarbij het paarsgewijs aanwezig is). Vaak komen in het protoplasma ook nog kleine cirkelvormige DNA-structuren voor, dit zijn de plasmiden. Deze zijn meestal in meervoud aanwezig en dragen weinig erfelijke eigenschappen. Toch zijn deze plasmiden belangrijk, want o.a. de informatie voor resistentie tegen bepaalde antibiotica ligt erin opgeslagen. De pathogeniteit van een bacterie wordt vaak door de plasmiden bepaald, zo bevatten sommige plasmiden de informatie voor het vormen van bepaalde toxinen. In het protoplasma zijn ook veel ribosomen aanwezig. Deze zorgen voor de eiwitsynthese van de bacterie. Het protoplasma is omgeven door een semi-permeabele celmembraan en de celwand die permeabel is. De celmembraan bestaat uit een dubbele laag fosfolipiden waarin zich bolvormige eiwitten bevinden. Deze eiwitten hebben vaak een functie als enzym. De celmembraan is semi-permeabel. Dat wil zeggen dat bepaalde stoffen (water en kleine moleculen) passief de celmembraan kunnen passeren, maar voor het opnemen van andere stoffen (zoals voedingsstoffen) is actief transport nodig. Op sommige plaatsen is de celmembraan naar binnen ingestulpt, dit heet een mesosoom. De starre celwand zorgt ervoor dat bacteriën en vaste vorm hebben en beschermt de bacteriecel tegen invloeden uit het externe milieu. De celwand is opgebouwd uit een skelet van mucopeptide (lange ketens van twee aminosuikers, onderling dwars verbonden door peptidebindingen). Veel bacteriën zijn omgeven door een losse slijmlaag die uit koolhydraten bestaat. Flagellen of zweepdraden zijn draadvormige uitsteeksels die zorgen voor beweeglijkheid.
Eindterm 10 Een elektronen microscoop zendt elektronen door een cel heen waarna er wordt gekeken hoeveel er aan de andere kant nog te zien zijn. Als er weinig elektronen door een stof heen komen wordt dat op de elektronenmicroscopische foto donker en andersom. Een donkere vlek op een foto wordt veroorzaakt door vetten, die dus de elektronen het minste doorlaten. Nucleus: Kern van de cel, waar het DNA ligt opgeslagen Herkennen → Lichtmicroscoop: Donker gekleurd stipje → Elektronenmicroscoop: Relatief groot organel met een eigen kernmembraan, gevuld met minuscule stippen waarvan op sommige plekken een hogere concentratie is wat een donkere vlek geeft: nuclei. Ruw Endoplasmatisch Reticulum: Netwerken van membranen met ribosomen, eiwitproductie Herkennen → Lichtmicroscoop: Onzichtbaar → Elektronenmicroscoop: Netwerken van membranen die niet onderling verbonden zijn en in vergelijking met de rest van de cel licht gekleurd zijn. De membranen liggen verder van elkaar af dan de membranen van het Golgi-systeem. Aan de buitenkanten van het membraan liggen ribosomen tegen het membraan aan. Glad Endoplasmatisch Reticulum: Netwerken van membranen zonder ribosomen, vetproductie Herkennen → Lichtmicroscoop: Onzichtbaar → Elektronenmicroscoop: Netwerken van membranen die niet onderling verbonden zijn en in vergelijking met de rest van de cel licht gekleurd zijn. De membranen liggen verder van elkaar af dan de membranen van het Golgi-systeem. Golgi-apparaat: Zorgt voor de modificatie van eiwitten zodat ze aan de goede receptor kunnen binden, doet dit d.m.v. suikergroepen aan het eiwit te hangen. Herkennen → Lichtmicroscoop: Onzichtbaar → Elektronenmicroscoop: Relatief dicht bij elkaar liggende membranen, die in een trapeziumvorm naar beneden breder worden, aan de uiteinden snoeren Golgi-blaasjes (vesikels) zich af. Relatief donker: door grote aantal op elkaar gepakte membranen, die voornamelijk bestaan uit vetten (zie bovenaan pagina) Mitochondriën: Energie fabriek van de cel, maakt ATP vrij wat kan worden gebruikt om actieve processen plaats te laten vinden. Herkennen → Lichtmicroscoop: Soms zichtbaar
→ Elektronenmicroscoop: Eivormige, hele donkere plek (veel membranen, dus vetten). Een duidelijk te herkennen buiten en binnen membraan, waarvan de laatste sterk geplooid is. Vacuole: Organel wat in planten voor de turgordruk zorgt, dus dat de osmotische waarde constant blijft. In beide celtypen is het een opslagorganel. Herkennen → Lichtmicroscoop: Witte vlek in de cel → Elektronenmicroscoop: Bij de meeste planten groot en enkelvoudig, bij dierlijke cellen klein en meervoudig. Compleet wit, dus nagenoeg 0 vetten in opgelost. Vaak eivormig. Ribosomen: Zorgen voor de eiwitproductie Herkennen → Lichtmicroscoop: Onzichtbaar → Elektronenmicroscoop: Kleine zwarte stipjes, veelvuldig aanwezig in de meeste cellen, zitten op het Ruw Endoplasmatisch Reticulum 10. De (ultra)structuur van cellulaire componenten herkennen in relatie tot hun functie en beschrijven op licht-en elektronenmicroscopische niveau. Ultrastructuur= structuur zoals die zichtbaar is door een elektronenmicroscoop Cellulaire componenten= gedeelte van een cel dat door een membraan is afgescheiden van een ander gedeelte van een cel. Door de elektronenmicroscoop is het endoplasmatisch reticulum te zien met een ruw oppervlakte. Dit komt door de ribosomen die op het buienoppervlak zijn aangehecht.
Eindterm 11 Binnen een cel is het transport van stoffen noodzakelijk. Dit komt omdat de meest organellen de stoffen die ze nodig hebben om correct te werken niet zelf kunnen maken, het nodig is dat stoffen vervoerd worden naar een plaats waar ze worden afgebroken of aangepast en er stoffen van buiten de cel in de cel moeten worden opgenomen en andersom. Hiervoor bestaat een serie organellen dat samen het endomembraansysteem genoemd wordt. Dit endomembraansysteem bestaat uit de kernenvelop, het endoplasmatisch reticulum, het Golgiapparaat, vesikels en lysosomen. Het vervoer van stoffen gaat als volgt: In ribosomen aan het ruw endoplasmatisch reticulum worden stoffen gesynthetiseerd en overgedragen aan het RER. Binnen het RER worden deze stoffen een beetje gemodificeerd zodat ze geschikt zijn voor verder transport via het RER naar het Golgiapparaat. De stoffen komen aan in de cis-zijde van het Golgiapparaat (dat is de kant van het Golgiapparaat dat het dichtst bij het ER ligt). Van de cis-zijde worden de stoffen verder getransporteerd door het Golgiapparaat naar de trans-zijde (de andere kant). Tijdens dit transport worden de stoffen verder gemodificeerd zodat ze, wanneer ze bij de trans-zijde aankomen, klaar zijn voor vervoer naar hun eindbestemming. Door deze modificatie blijven stoffen achter die in het Golgiapparaat moeten blijven en worden ze, wanneer ze per ongeluk toch worden afgevoerd, vanzelf weer teruggestuurd. Deze eindbestemming kan een lysosoom of ander organel inhouden, maar ook een plek buiten de cel. Dit vervoer gebeurt (net als het vervoer tussen het ER en het Golgiapparaat) via vesikels. Vesikels zijn kleine bolletjes waarin de te vervoeren stoffen zich bevinden, omgeven door een membraan. Vesikels fuseren met het membraan van het organel waar de stoffen naartoe gezonden zijn. Bij excretie fuseren de vesikels met het celmembraan. Ook vindt er vervoer plaats vanuit de celkern naar het ER. Dit gebeurt ook door vesikels die gevormd worden uit de kernenvelop. Dit gebeurt meestal voor RNA-transport. Het komt ook voor dat er stoffen van buiten de cel in de cel gebracht worden. Dit gebeurt door middel van vesikels die uit het plasmamembraan worden gevormd en de stoffen vervoeren. Deze vesikels fuseren en vormen dan een vroeg endosoom. Dit endosoom wordt later een laat endosoom en fuseert dan met een lysosoom. Ook vesikels afkomstig uit het Golgiapparaat kunnen een endosoom worden. Dit gebeurt op dezelfde manier als voor vesikels afkomstig van het plasmamembraan. Zo zijn de organellen binnen een cel met elkaar verbonden en worden stoffen op de juiste plek gebracht. Je ziet dat voor een correct transport een goede organisatie en samenwerking nodig is.
Eindterm 12 Er zijn twee verschillende soorten cellen prokaryote en eukaryote cellen: Prokaryotische versus Eukaryotische cellen Prokaryoten
Eukaryoten
Kleine afmeting cel; ongeveer 1 µm
Enkele micrometers, gewoonlijk 10 µm, tot ong. 100 µm
Bacteriën en Archaea
Bouwstenen van protisten, schimmels, planten en dieren
Komen iha uitsluitend voor als enkele cellen, maar kunnen soms clusters (biofilms) vormen
Komen voor als losse cellen of als deel van multicellulair weefsel
Enkelvoudige plasmamembraan (=celmembraan)
Dubbele plasmamembraan
Relatief eenvoudige bouwplan, geen organellen, hoogstens compartimenten
Complexe celstructuur; bevat gespecialisserde organellen, telkens omgeven door een eigen lipiden-bevattende membraan
Nucleioid (DNA-eiwit complex) met groot circulair DNA molecuul, geen duidelijke kern met nucleoli en iha geen membraan die het DNA van het cytoplasma afscheidt
DNA lineair gerangschikt in meerdere chromosomen samengehouden in een kern met een kernmembraan en kernporiën
Ribosomen zijn in het algemeen kleiner dan bij prokaryoten
Ribosomen zijn in het algemeen groterdan in prokaryoten
Na DNA replicatie binden origineel en replicaat aan verschillende delen van het membraan en vervolgens treedt binaire fissie op
Na DNA replicatie treedt mitotische deling volgens de stadia profase, metafase, anafase, telofase en cytokinese
Ouder (primitiever in de evolutie) en als geheel veel meer voorkomend
Recenter verschenen in de evolutie en minder talrijk
Komen voor in grootste diversiteit aan milieus, ook extreme omstandigheden qua pH, temperatuur, zoutgehalte, gassen, druk, en vertonen rijkste biochemie
Beperkter in kolonisatie en biochemische processen
Zoals in de tabel te zien is, is een plant een eukaryote cel met organellen. Evenals een dierencel. Echter verschillen dieren en plantencellen in een aantal dingen: Plantencel: 1. Hebben wel een celwand 2. Wel plastiden 3. Vaak 1 grote vacuole Dierlijke cel: 1. Geen celwand 2. Bijna nooit een vacuole aanwezig 3. Geen bladgroenkorrels/chloroplasten Beide cellen hebben energievoorziening nodig, en bij de planten zijn dit de chloroplasten die via fotosynthese energie opwekken voor de plantencellen. Bij de dierencellen zijn dit de mitochondriën. Celorganellen zijn eigenlijk prokaryoten die zijn gefuseerd met een eukaryote cel. Dus er kan aangenomen worden dat een mitochondrium, eerder een prokaryoot is geweest. Dit kan te verklaren zijn doordat prokaryoten vaak leven via symbiose met eukaryoten, om zo zichzelf van voedsel te voorzien. Chloroplasten zijn afstammeling van de cyanobacterien.
Week 2 Eindterm 1 Aminozuren bestaan allemaal uit een carbonzuur-groep en een aminogroep gebonden aan het zelfde koolstof atoom. Een eiwit bestaat uit meerdere aminozuren aan elkaar gebonden. De driedimensionale structuur is voor elk eiwit anders. De covalente binding tussen 2 aminozuren in een eiwit is een peptide binding, de reeks van aminozuren wordt daarom ook wel een polypeptide genoemd. Peptide bindingen worden gevormd door condensatiereacties. Ongeacht van welke aminozuren het is gemaakt, een polypeptide heeft altijd een aminogroep (NH2) aan een kant, en een carboxygroep (COOH) aan de andere kant. Deze worden respectievelijk N-terminus en C-terminus genoemd. Dit geeft een eiwit een structurele polariteit. Naast een carbonzuur-groep en een aminogroep is er ook nog een zijketen gebonden aan het koolstofatoom. Deze zijketen bepaald om welk aminozuur het gaat. Er zijn 20 verschillende aminozuren, welke in overal terugkomen in allerlei eiwitten, of ze nou komen uit bacteriën, planten of dieren. Zijketens van aminozuren kunnen negatief, positief, ongeladen polair en niet-polair zijn. Eiwitten hebben allemaal hun eigen specifieke vorm. Die vorm ontstaat doordat de polypeptide keten op een bepaalde manier vouwt. Dit kan doordat delen van de keten bindingen met elkaar aangaan. Waterstofbruggen, elektrische krachten, Van der Waals krachten of hydrofobe interactie.
Structuur van een eiwit: - Primaire structuur: de aminozuur volgorde in de polypeptide - Secundaire structuur: lokale vouwing in de polypeptide door structuurelementen (zoals α-helix en β-sheet) - Tertiaire structuur: de vouwing van het eiwit als geheel - Quaternaire structuur: de vorm die voortkomt uit het samenvoegen van meerdere eiwitketens (het eiwitcomplex)
Eindterm 2 1. α-helix De α-helix ontstaat doordat er een waterbrug verbinding komt tussen de N-H van iedere peptide binding met de C=O binding van 4 aminozuren verder, waardoor er een draai ontstaat in de aminozuurketen. De α-helix is een secundaire structuur. Pagina 130 van boek. 2. β-sheet De N-H groepen in aminozuren vormen waterstofbruggen met dichtbijliggende C=O groepen, waardoor er “lijnen naast elkaar ontstaan, parallel of anti-parallel. De β-sheet is een secundaire structuur. Pagina 130 van boek. 3. Reverse turn Dit is een secundaire structuur van het eiwit. 4. Rondom coil Een peptide keten zonder een duidelijke opgevouwen structuur. Dit is een polymeer formatie waar de monomeer eenheden willekeurig in liggen, terwijl ze nog steeds gebonden zijn aan aangrenzende eenheden. Het is niet een specifieke vorm, maar een statistische verdeling van vormen voor alle ketens in een populatie van macromoleculen.
Eindterm 3 Centraal dogma : DNA transcriptie RNA translatie Eiwit. Bij een prokaryoot : Omdat er geen kern is om de processen van transcriptie en translatie plaats te laten vinden, vind de translatie gelijk na de transcriptie plaats. Een complex van RNA-polymerase met een speciaal eiwit genaamd “sigma” herkent de promotor en bind zich hieraan, vanaf hier worden de twee strengen gescheiden en vervolgens begint de transcriptie. Als de transcriptie is begonnen laat het sigma factor los en kan het voor een andere transcriptie gebruikt worden. Er word slechts een type RNA-polymerase gebruikt om alle soorten prokaryotische genen te transcriberen. mRNA boodschappers-rNA tRNA brengt aminozuren aan de ribosomen tijdens de vertalen rRNA Ribosomaal RNA maakt de ribosomen, dit zijn de organellen die het mRNA vertalen. snRNA Kleine nucleaire RNA: Met eiwitten, vormen complexen die in RNA verwerking gebruikt in eukaryoten. (Niet gevonden in prokaryoten.) Eukaryoot : Een complex van RNA-polymerase met verscheidene transcriptiefactoren (TFS) bindt aan de promotor, de twee strengen van het DNA worden vervolgens gescheiden in dat gebied, en transcriptie begint. Zodra transcriptie is begonnen, een aantal van de TFS blijven bij de promotor, sommige blijven met de RNApolymerase, en de rest zijn vrijgesteld van de RNApolymerase. Drie typen van RNA-polymerase transcriberen eukaryote genen: • RNA-polymerase I transcribeert de genen voor 18S, 5.8S en 28S rRNA.
• RNA polymerase II transcribeert eiwit-genen en sommige snRNA genen die coderen. • RNA-polymerase III transcribeert tRNA genen, 5S rRNA genen, en de resterende snRNA genen. Elk type RNA-polymerase herkent specifieke promoter sequenties Als de 2 strengen dan los van elkaar zijn gekoppeld, word er van 5 naar het 3 uiteinde een RNA streng gevormd , als deze gevormd en weg gevoerd is vormen de 2 dna strengen weer een verbinding. Uit het pre-mrna worden de introns uitgehaald waardoor je alleen de exons overhoud. Dit verwijderen word gedaan door snRNPs Ieder triplet staat voor een bepaald aminozuur (hiervan zijn er 20) Sommige tripletten staan voor het zelfde aminozuur. Ribosomen, de organellen waarop het mRNA wordt vertaald, bestaan uit twee subeenheden, die elk bevat rRNA en ribosomale eiwitten.
In vertaling, het mRNA passeert het ribosoom, waar de codons worden erkend door tRNA's, aan het tRNA* gedeelte zit een specifiek aminzouur gekoppeld, de verschillende aminozuren worden vervolgens aan elkaar gekoppeld, waarna het tRNA weer los laat. Er onstaat een nieuwe dna streng. tRNA wordt bij aminoacyl-tRNA synthetase in een enzyme aan een bepaald aminozuur gekoppeld Kort samengevat : - DNA strengen worden losgekoppeld , dit begint bij de promotor, vervolgens begint de transcriptie, (hierbij wordt er van 5 naar het 3 einde een RNA streng gekopieerd) - vervolgens worden er uit het pre-mrna de introns verwijderd en houd je alleen de exons over, je houd hier het mRNA over. - Vervolgens gaat het mRNA naar de ribosomen, deze bestaan uit 2 delen namelijk het grote en het kleine rna ieder bevat ribosomale eiwitten en rRNA. - Daarna worden steeds 3 nucleotiden die samen een triplet vormen afgelezen door het tRNA (ieder tRNA staat voor een specifiek triplet) het tRNA heeft een aminozuur aan zich, deze aminozuur wordt vervolgens gekoppeld via ondergingen peptide bindingen waarna het tRNA weer loslaat. En je alleen de peptide binding over houd. - Als de een van de codes : UAA,UAG of UGA zijn langs gekomen is dit het teken dat het het einde van de polypeptiden is.
Eindterm 4 mRNA is een kopie van een bepaald stuk DNA. Vanaf dit mRNA wordt de genetische code omgezet in de aminozuurvolgorde van een eiwit. Dit mRNA bevat een bepaalde volgorde van de basen adenine, guanine, cytosine en uracil. Deze basen coderen voor de eiwitvolgorde. Bij de translatie wordt mRNA door het cytoplasma naar een ribosoom gevoerd. Het ribosoom bestaat uit twee delen: een small en een large subunit. De small subunit bindt aan de onderkant van het mRNA (daar waar geen basen zitten) en de large subunit bindt aan de kant waar de basen zitten. Op de large subunit bevinden zich twee bindingsplekken voor tRNA: de P-site en de A-site. tRNA bestaat uit een bindingsplaats voor een specifiek aminozuur (welk aminozuur wordt bepaald door de basenvolgorde van het anticodon) en een anticodon. Het anticodon bestaat uit drie basen, die binden aan het mRNA in een ribosoom. Hiervoor komt eerst een startcodon met een geschikte basevolgorde op de P-site. Daarna volgt het volgende tRNA stukje dat past op de volgende drie basen van het mRNA. Dit stukje tRNA komt op de A-site van het ribosoom. Vervolgens laat het startcodon los en schuift het ribosoom door zodat het tweede stukje tRNA (met het aminozuur eraan vast) op de P-site komt. Een nieuw stuk tRNA komt op de A-site en bindt aan het mRNA. Door middel van het enzym peptidase wordt vervolgens een peptide-binding gevormd tussen de twee aminozuren van de stukken tRNA. Hierna laat het tRNA op de P-site zijn aminozuur
los (dat nu vast zit aan het andere aminozuur) en verlaat de P-site. Het ribosoom verschuift weer, een nieuw stuk tRNA komt op de P-site enzovoort. Dit gaat door tot er een stuk mRNA op de P-site komt dat codeert voor een stopcodon. Dit stopcodon stopt de reactie, de polypeptideketen laat los van het tRNA en een eiwit is gemaakt. Hierna laat ook het stopcodon los en het ribosoom verlaat het mRNA. Translatie heeft ook een bepaalde polariteit. Dit komt door de aminozuren. Die hebben twee verschillende uiteinden: een aminogroep aan de ene kant, een carbonzuur aan de andere kant. Het carbonzuur is negatief geladen en de aminogroep positief. Hierdoor is een aminozuur polair, en translatie dus ook.
Eindterm 5 Enzymen katalyseren een reactie door de activatie energie te verlagen. De activatie energie is de energie die de atomen en moleculen moeten bezitten zodat de reactie kan verlopen. Een enzym heeft een active site. Het enzym bindt met deze kant aan het substraat door middel van zwakke bindingen. De active site van een enzym is specifiek voor 1 substraat. Als een enzym bindt aan een substraat, verandert het enzym een beetje van vorm in de active site. Deze verandering van de active site heet induced fit. Induced fit verbetert de katalyse als het enzym het substraat omzet tot product. Bij het loslaten van het product vormt het enzym zich weer naar zijn oude vorm en kan het enzym weer dezelfde reactie overdoen. De katalytische activiteit van een enzym kan beïnvloed worden door de pH en de temperatuur. Elk enzym functioneert binnen bepaalde pH waarden. Als de pH verandert en dus buiten deze waarden komt verandert de active site van het enzym. Het enzym kan niet binden aan het substraat en de reactie kan niet verlopen. Als de temperatuur verandert, versnelt meestal de reactie. Maar enzymen hebben een optimum temperatuur waar zij het beste werken. Buiten deze temperatuur verandert de vorm van het enzym, dit door de verhoogde beweging van de atomen en zijketens van de aminozuren. Kooktemperaturen denatureren de meeste enzymen.
Eindterm 6 De activiteit van een enzym (in dit geval fosfatase) kan gemeten worden aan de hand van de reactieproducten van dit proces. Want door het aantal reactieproducten te meten kun je bepalen hoeveel fosfaat fosfatase heeft omgezet, (een voorbeeld hiervan is paranitrofenylfosfaat dat door fosfatase wordt omgezet in Paranitrofenol en een anorganisch fosfaat, zie blz. 56 van het CBI dictaat). Om de fosfatase activiteit in verschillende celfracties te meten, kun je de techniek differentieel centrifugeren van een celhomogenaat gebruiken. Dit proces gebeurd in een aantal stappen: 1. De zuivering van de meeste eiwitten in de cellen vind plaats door het gecontroleerd verstoren van de weefsels en de cellen, dit resulteert in een dikke soep(homogenaat) en bevat grote en kleine moleculen uit het cytosol, bijvoorbeeld enzymen, ribosomen, membraan omhulde organellen. 2. Om deze organellen in het homogenaat te scheiden wordt een centrifuge gebruikt. De centrifuge scheidt de cel onderdelen op basis van grootte en dichtheid (zie onderstaande afbeelding). 3. Nu heb je de verschillende celcomponenten gescheiden en kun je van elk apart monster de fosfatase activiteit meten tegen de tijd aan de hand van toevoeging van fosfatase en de hoeveelheid reactieproduct te meten (door bijvoorbeeld een 96-wells plaat).
Eindterm 7 Structuur Een membraan bestaat uit een dubbele laag van fosfolipiden, glycolipiden en sterolen. Deze moleculen hebben een hydrofobe en een hydrofiele kant. De hydrofiele kant keert naar het water en de hydrofobe kant keer naar een andere hydrofoob molecuul. Zo ontstaat een dubbele laag. Glycolipiden zitten alleen aan de kant van het membraan dat naar de buitenkant is gericht. Zij zorgen voor bescherming van de cel. Fosfolipiden zijn aan beide kanten van de cel te vinden. De stijfheid van het membraan hangt af van de compositie. Hoe dichter bij elkaar de staarten zitten en hoe netter ze in elkaar passen hoe minder buigzaam het membraan is. Een lange vetzuurstaart betekent een stijver membraan. Zo ook een meer verzadigde verbinding, omdat die staarten minder goed in elkaar passen. Cholesterol vult de lege plekken die ontstaan door twee verzadigde staarten tegen elkaar aan op en zorgt dus voor meer stijfheid. Functie Het celmembraan heeft verschillende functies. Zo geeft het celmembraan samen met het cytoskelet vorm en stevigheid, isoleert het de cel, maakt het uitwisseling van stoffen mogelijk en maakt het gevoeligheid van de cel voor neurotransmitters en hormonen mogelijk. Het celmembraan geeft vorm en stevigheid aan de cel, omdat de dubbele lipidenlaag voor een waterafstotende laag zorgt. Ook vormt het celmembraan een ankerpunt voor het cytoskelet (celskelet). Doordat het
celmembraan bepaalde stoffen afstoot, of moeilijker doorlaat, vormt de celmembraan een isolatielaag voor de cel. Op deze manier wordt de cel beschermd door het celmembraan. Stoffen kunnen van en naar de cel gaan middels passief en actief transport.
Eindterm 8 Bij passief transport wordt een stof van een hoge naar een lage concentratie getransporteerd en daarbij is geen extra energie voor nodig. Er zijn 2 types passief transport: 1. Channel Proteins (“kanaaleiwitten”)transporteren water (osmose) of ionen. Deze kanaaltjes zitten dwars door het celmembraan heen Een kanaaltje kan vaak maar een specifieke stof door laten, bijvoorbeeld alleen water of alleen K+. Soms is er ook een bepaald signaal nodig voordat deze kanaaltjes opengaan. 2. Uniporters transporteren organische moleculen zoals bijv. suikers. Verschil met channelproteins is dat deze niet “doorstromen”maar “omklappen” en dus maar een stof te gelijkertijd kan transporteren i.p.v. snel meerdere tegelijkertijd.
Bij actief transport wordt een stof van een lage naar een hoge concentratie getransporteerd en daarbij is wel extra energie voor nodig. Er zijn 3 types actief transport: 1. ATP-pomp : hiervoor wordt energie geleverd door de hydrolyse van ATP, maar hierover wordt bij de volgende eindterm meer over verteld. 2. Symporter : hierbij wordt gebruikt gemaakt van opgeslagen energie in ionen. Dit gaat als volgt. Een molecuul en een ion binden beiden aan de transporter aan de buitenkant van de cel. De transporter “klapt vervolgens om”en het molecuul en de ion worden vrij gelaten in de cel. 3. Antiporter: is hetzelfde principe als een symporter. Alleen binden de substraten elk aan een andere kant van een celmembraan. En wordt de een naar buiten getransporteerd en de ander naar binnen.
Eindterm 9 De natrium kalium pomp is een enzym dat zit in het plasma membraan van ongeveer alle dierlijke cellen. Dit enzym zorgt ervoor door middel van actief transport, dat de ion concentratie binnen en buiten de cel op het juiste pijl blijft. In de cel heb je in het cytoplasma normaliter een hoge concentratie Kalium ionen en een lage concentratie Natrium Ionen. Buiten de cel is dit omgekeerd, Een lage concentratie Kalium Ionen en een hoge concentratie Natrium ionen. Door diffusie en antiporters gaan er Kalium ionen uit de cel en natrium ionen de cel in. Om de correcte concentraties te behouden moet dit worden tegengegaan en dit gebeurt middels de Kalium Natrium pomp. Deze pomp werkt globaal als volgt: Eerst binden er 3 natrium ionen en 1 ATP molecuul aan de binnenkant van de cel aan het enzym. Door het degeneratie van ATP naar ADP+P word de cel dusdanig vervormd dat het de natrium naar buiten werkt, 2 Kalium ionen bindt, en weer terug vervormd. Zo worden er dus per ATP molecuul drie natrium ionen en twee kalium ionen vervoert tegen de concentratie in.
Eindterm 10 Ten eerste, wat doet Ca2+(calcium2+)? Ca2+ is in een spiercel belangrijk voor spiercontractie. Bij een toenemende hoeveelheid Ca2+ in het cytoplasma van de cel, word deze getriggerd om samen te trekken.(spiercontractie) Veel Ca2+ in het cytoplasma van de cel betekend dat de cel zich in actiefase(actiepotentiaal) bevind, en een lage concentratie van Ca2+ in het cytoplasma betekend dat de cel zich in antiporter. Dit membraaneiwit haalt zijn energie uit het elektrochemisch potentiaal dat na+ genereert. Omdat de Na+ normaliter buiten de cel in grotere hoeveelheid aanwezig is dan binnen de cel, kost dit geen energie, en is dit dus passief transport. Het gebruikt 3 Na+ moleculen om 2 Ca2+ ionen uit de cel te transporteren. Dit antiporter eiwit is vooral bedoeld om een cel dat in actiefase is geweest terug naar rustfase te brengen, door zeer snel Ca2+-ionen uit de cel en naar het SR te transporteren. Dit kan tot een snelheid gaan tot wel 5000 Ca2+-ionen per seconde. Echter dit molecuul heeft een lage affiniteit voor Ca2+, en is eigenlijk dus alleen merkbaar effectief bij hogere concentraties van Ca2+. Omdat vooral een spiercel soms in langere tijd in rustfase moet blijven heb je nog een transporteiwit nodig die een lagere affiniteit heeft voor Ca2+-ionen, dit is de Ca2+-ATPase. Ca2+-ATPase. Dit enzym zorgt ook voor een stroom van Ca2+ uit het cytoplasma, maar doet dit via actief transport. Net als de Natrium/kaliumpomp doet deze dit via de hydrolyse van ATP, waar een fosfaatmolecuul zich vastgrijpt aan het enzym. Er zijn twee veschillende calciumpompen: de sarcolemmale(celmembraam)- calciumpomp en de Sarcoplasmatisch/Endoplasmatisch
Reticulum calcium-ATPase (SERCA) de sarcolemmale calciumpomp zorgt voor de export van calcium ionen naar het extracellulair, en de SERCA bevind zich in het SR/ER om daar de export van CA2+ionen naar het SR/ER te regelen. Hoe werkt Digitoxine? Wat digitoxine doet, is de contractie van de spiercellen verhogen. Dit effect wordt veroorzaakt doordat de Na+/K+ pomp in directe zin word geremd, omdat de pasvormen voor de Na+ en K+ ionen worden geblokkeerd door de Digitoxine. Hierdoor neemt de Na+ concentratie toe in de cel. Omdat hierdoor geen elektrochemisch potientiaal word behouden van de Na+ concentratiegradiënt, is er minder/geen energie meer beschikbaar voor de Na+-Ca2+ antiporter. Omdat deze niet goed meer werkt, word de Ca2+ in het cytoplasma niet meer geëxporteerd, en blijft deze toenemen zolang digitoxine aanwezig is. Als de Na+ in het cytoplasma ook zover toeneemt dat het voordelig is voor de antiporter om de andere kant op te werken, dwz Ca2+ te importeren naar het cytoplasma, gaat het helemaal niet meer goed. Digitoxine werkt stimulerend voor mensen die een zwak hart hebben, omdat het de contractie van de hartspiercellen versterkt. Is er echter teveel ingenomen word dit te krachtig, en gezien je hartfrequentie word verlaagd is dit niet echt goed voor je. Bovendien raakt je lichaam in de war, omdat al je spiercellen die aangetast worden evenals je zenuwcellen, in actiepotentiaal blijven. Hierdoor gaan sommige processen fout, en zal je dingen als psychoses, duizeligheid en diarree kunnen krijgen. Als je veel te veel heb ingenomen ga je simpelweg dood, je hart stopt ermee. rustfase bevind. Ca2+ is opgeslagen in het Sarcoplasmatisch Reticulum(SR), en buiten de cel(extracellulair). Als de cel zich in actiepotentiaal bevind,zijn er dus Ca2+-ionen uit het SR en extracellulair vrijgekomen in het cytoplasma. Dit proces word direct en indirect gereguleerd door de volgende eiwitten: -Na+-k+-ATPase, -Na+-Ca2+-antiporter. -Ca2+-ATPase,
Eindterm 11 Er zijn drie verschillende manieren waarop een macromolecuul door de membraan van een organel kan worden getransporteerd. Waar een proteïne uiteindelijk terecht komt, hangt af van zijn aminozuur sequentie. Blz. 501. 1. Proteïnen die vanuit het cytosol naar de nucleus worden getransporteerd gaan via de kernporiën, die door het binnenste en buitenste kernmembraan zijn doorgedrongen. Deze poriën dienen als actief transport van verschillende macromoleculen. Via deze poriën treden ook de RNA moleculen, die gesynthetiseerd worden in de nucleus, buiten de kern. Kernporie bevat 30 verschillende proteïnen, waarvan een aantal de macromoleculen in de weg zit. De macromoleculen hebben een kern localization signal, zodat ze toch de porie binnenkunnen. Blz. 503 + 504 2. Proteïnen vanuit het cytosol naar het ER, mitochondria, of chloroplasten gaan door het membraan van dit organel via proteïne translocators. De proteÏnen moeten hiervoor wel ‘ongevouwen’ (unfolded) zijn. Een Chaperone protein in het organel helpt de proteïnen door het membraan te krijgen en weer te hervouwen als ze in het organel zijn. Blz. 505 Proteïnen vanuit het ER naar een ander compartiment van het endomembraan systeem worden via vesikels getransporteerd. Dan worden er verschillende eiwitten bij elkaar gestopt in een vesikel, afgesnoerd van het endomembraan systeem en vervolgens fuseert het weer met een ander deel van het endomembraan systeem. Hierbij worden ook membraanlipiden en membraaneiwitten afgeleverd.
Eindterm 12 Cel-cel contact is het directe contact tussen cellen door middel van verbindingen. Cellen hebben contact met elkaar om elkaar te ondersteunen, om signalen door te geven en bijvoorbeeld stoffen uit te wisselen. Door cel-cel contact kunnen meercellige organismen bestaan. Anders was het simpelweg niet mogelijk om te functioneren. De belangrijkste vormen van cel-cel contact zijn: occludens-verbindingen, adherens-verbindingen en nexusverbindingen. Occludens-verbindingen zijn eiwit barrières tussen de cellen die doorgang van stoffen tussen cellen verbreken. Zelfs kleine ionen of moleculen kunnen hier niet doorheen. Deze barrières worden gevormd door transmembraan eiwtten. Deze occludens verbindingen vind je bijvoorbeeld bij epitheelcellen in de darmen, bij cellen in de blaas en bijvoorbeeld bij cellen in de galblaas. Deze verbindingen zitten hier omdat er anders contact zou zijn tussen het externe milieu en de cellen. Er zijn hier wel verschillen, in de darmen zijn de verbindingen minder effectief dan in de blaas. Adherens verbindingen zijn verbindingen tussen cellen die cellen mechanisch aan elkaar vasthechten. Dit zijn transmembraan eiwitten die aan de koppelen aan elkaar en dit zorgt voor stevigheid.
Nexus verbindingen zijn kanaaltjes, met een diameter van 1.5 nanometer, tussen dicht op elkaar gelegen cellen die voor snelle communicatie met de buurcellen zorgen. Deze kanaaltjes kunnen supersnel gevormd, gesloten of afgebroken worden. Door deze kanaaltjes kunnen ionen, kleine moleculen en signalen gaan. Ze spelen hier bijvoorbeeld een belangrijke rol in het doorgeven van de impuls van de hartspier.
Week 3 Eindterm 1 G1: ‘Groei-fase’. De net gedeelde cel groeit tot een normale cel in afmeting. Er wordt dus veel nieuw cytoplasma aangemaakt. Verder worden er in deze fase ook veel eiwitten gemaakt (hoge transcripte/translatie), onder andere eiwitten voor DNAreplicatie. S: ‘Synthese-fase’. De chromosomen worden gedeeld in de S-fase. Hierdoor is er weinig transcriptie/translatie. G2: In deze fase is er weer een hoge biosynthetische activiteit (er worden veel eiwitten gevormd). Deze keer onder andere eiwitten voor de celdeling (er moeten bijvoorbeeld veel microtubili gevormd worden). M: In de M-fase wordt de cel daadwerkelijk gedeeld. De M-fase bestaat uit meerdere onderdelen, maar die heeft eindterm 2. Er kan natuurlijk ook weinig transcriptie plaatsvinden.
Eindterm 2 Interfase De G1-fase, belangrijke toename van cytoplasma in de cel. En het aanmaken van eiwitten, ter voorbereiding op de celdeling. De S- of synthesefase, de cel gaat alle chromosomen of anders gezegd alle informatie die de kern bevat voor het functioneren van de cel kopiëren door replicatie. Het materiaal kan dan bij de mitose worden gedeeld. Elk van de twee nieuwe chromosomen heet nu chromatide De G2-fase, de periode tussen het verdubbelen van het DNA en de deling van de cel. In deze fase worden stoffen gemaakt die belangrijk zijn voor de celdeling. Tussen G1 en S fase en na de G2-fase zijn er ook 'checkpoints' (controlepunten). CH2 (checkpoint 2, na G2)controleert of de DNA-replicatie goed is gebeurd. Kleine fouten worden hersteld, maar als er zich te grote fouten voordoen gaat de cel in apoptose (geprogrammeerde celdood) Karyokinese - Profase DNA moleculen spiraliseren, het kernmembraan verdwijnt en spoelfiguur wordt gevormd. - Metafase chromosomen gaan op de juiste plek in de cel liggen ( op het equatorvlak) - Anafase De chromosomen worden uit elkaar getrokken - Telofase Er ontstaan 2 verschillende kernen. Cytokinese een deling van het cytoplasma en hiermee de feitelijke deling in twee cellen
Eindterm 3 Cytokinese is het zelfstandig worden van de twee dochtercellen. Tijdens de cytokinese wordt het cytoplasma van de twee dochtercellen via een tussenmembraan (en bij planten ook een wand) gescheiden. Bij dieren: Door insnoering van het celmembraan. Dit gebeurt doordat er een samentrekkende ring (contractile ring) ontstaat in het midden, bestaande uit actine en myosine filamenten (vezels). Door het samentrekken wordt het membraan naar binnen getrokken, waarbij er twee cellen ontstaan. Pagina 624 en 627F van boek. Bij planten: Door vorming van een celplaat tussen de twee kernen. De fragmoplast (een restant van het spoelfiguur) ligt op het equatoriaal vlak. Kleine door een membraan omsloten vesikels uit het Golgi apparaat worden door de microtubulus naar de fragmoplast geleid. Deze vesikels bevatten vooral polysacchariden en glycoproteïnen. Deze vesikels voegen zich samen, zodat er uiteindelijk een wand wordt gevormd en de cellen gesplitst zijn. Pagina 637 van boek.
Eindterm 4 Het cytoskelet is een complex netwerk van eiwitfilamenten. Het cytoskelet is erg dynamisch en herorganiseert zichzelf voordurend. Het cytoskelet bestaat uit 3 typen eiwitfilamenten: Microtubuli Actine filamenten Intermediaire filamenten (Over intermediaire filamenten zal het verder bij ons niet gaan) Microtubuli zijn holle buisjes die bestaan uit twee verschillende soorten eiwitten, de α-tubuline en β-tubuline. Zowel het α-tubuline als het β-tubuline eiwit heeft een GTP-groep gebonden. Net als het ATP is GTB betrokken bij de energiehuishouding van de cel. De GTP-groep die aan β-tubuline gebonden is, is erg belangrijk voor de dynamiek van microtubuli. De tubuline dimeren zijn gerangschikt in 13 protofilamenten, dit zijn ketens van α-tubuline en β-tubuline. Je ziet dat α-tubuline en β-tubuline elkaar steeds afwisselen. De protofilamenten hebben alle dezelfde polaritait (de α-tubuline en β-tubuline eiwtitten zijn steeds in dezelfde richting georiënteerd). Dit leidt er toe dat een microbulus twee verschillende uiteinden heeft: de plus-kant en de min-kant. Microbululi vertonen dynamische instabiliteit. Ze groeien soms een tijdje, en kunnen dan plotseling heel snel krimpen. De plotselinge overgang van groei naar krimp heeft een catastrophe. De overgang van krimp naar groei noemen we een rescue of hergroei. Een actinefilament bestaat uit twee protofilamenten, die in een helix om elkaar heen zijn gedraaid. De bouwsteen voor actine is een actinemonomeer. Het actine monomeer heeft een ATP gebonden, welke na het inbouwen in het actinefilament hydrolyseert tot ADP. Groei en krimp vinden dus op vergelijkbare wijze plaats als bij microtubuli, met dit verschil dat nu ATP hydrolyse, en niet GTP hydrolyse, de binding van de bouwsteen aan het filament verzwakt. Omdat een microtubuli uit 13 protofilamenten bestaat is hij minder buigzaam, stabieler en beter gelokaliseerd dan een actinefilament, die maar uit 2 protofilamenten bestaat. 1. De opbouw en afbraak van microtubuli op microscopisch en moleculair niveau Microtubuli zijn holle buisjes bestaand uit 2 verschillende eiwitten: α-tubuline en β–tubuline. (tubuline dimeren (di=2; hetero=verschillend)). In het figuur is α-tubuline lichtgroen, en β–tubuline donkergroen. Tubuline dimeren worden ook wel microtubulus subunits genoemd, omdat ze de bouwstenen van een microtubulus zijn. Zowel het α-tubuline als het β–tubuline eiwit heeft een GTP groep gebonden (rood in het figuur). Net als ATP is GTP betrokken bij de energiehuishouding van de cel. De GTP groep die aan β–tubuline gebonden is, is erg belangrijk voor de dynamiek van microtubuli. Hier gaan we het straks over hebben. De tubuline dimeren zijn gerangschikt in 13 protofilamenten. Je ziet dat α-tubuline en β–tubuline elkaar steeds afwisselen. De protofilamenten hebben alle dezelfde polariteit (de α-tubuline en β–tubuline eiwitten zijn steeds in dezelfde richting georiënteerd). Dit leidt er toe dat een microtubulus twee verschillende uiteinden heeft: de plus-kant en de min-kant. Microtubuli verlengen en verkorten door groei (polymerisatie) en krimp (depolymerisatie) aan de twee uiteinden. De plus-kant groeit ongeveer 3 keer zo snel als de min-kant, en is dus de snelgroeiende kant, terwijl de min-kant de langzaamgroeiende kant is. Microtubuli vertonen dynamische instabiliteit. Ze groeien soms een tijdje, en kunnen dan plotseling heel snel krimpen (de plotselinge overgang van groei naar krimp heet een catastrophe). Daarna verdwijnen ze, of na een tijdje gaan ze weer groeien (de overgang van krimp naar groei noemen we een rescue, of hergroei). Op de volgende pagina zie je een filmpje waarin dynamische instabiliteit prachtig zichtbaar is gemaakt met een confocale laser scanning microscoop (CLSM). Het GTP molecuul gebonden aan β–tubuline is erg belangrijk voor de dynamiek van microtubuli. GTP-tubuline betekent een tubuline dimeer, waarvan de β–tubuline een GTP gebonden heeft (zie het figuur hiernaast, bovenaan). Kort nadat een tubuline dimeer is toegevoegd aan één van de uiteinden van een microtubulus, vindt hydrolyse plaats van dit
GTP molecuul tot GDP. Het GTP molecuul aan α-tubuline, blijft altijd in de GTP vorm. GDP-tubuline is dus een tubuline dimeer waarvan de β–tubuline een GDP gebonden heeft. GTP-tubuline bindt stevig aan de microtubulus, maar in de GDP-vorm wordt deze binding veel zwakker. Daardoor krimpt de microtubulus als zich GDP-tubuline aan één van de uiteinden bevindt. Omdat de plus-kant GTP-tubuline beter bindt dan de min-kant, is er meer groei aan de plus-kant. Binding van nieuwe GTP dimeren, vóórdat de GTP in het daarvoor ingebouwde tubuline dimeer hydrolyseert tot GDP, betekent groei. De GTP-tubulines die zich aan het uiteinde bevinden, binden stevig en houden de buis bijeen. Die noemen we de GTP-cap. Als de GTP-cap verdwijnt, door de hydrolyse van GTP tot GDP vóórdat een nieuw tubuline dimeer wordt ingebouwd, wordt de microtubulus instabiel, en gaat depolymeriseren. De vrijgekomen GDP-tubulines komen in het cytoplasma terecht en hun GDP zal vervangen worden door GTP. Daarna kunnen ze weer aan een microtubulus-uiteinde binden. Krimp blijft meestal enige tijd doorgaan. Rescue vindt plaats als er sneller GTP-tubuline geïncorporeerd wordt dan dat er hydrolyse plaatsvindt. Zodoende ontstaat er weer een GTP cap.
Eindterm 5 Microtubuli Microtubuli zijn opgebouwd uit kleine subunits die bestaan uit tubuline moleculen. Iedere subunit is een dimeer die is opgebouwd uit twee proteïnen die erg op elkaar lijken: alfa-tubuline en bèta-tubuline. De tubuline dimeren vormen samen lange strengen die protofilamenten worden genoemd. Dertien protofilamenten die vormen samen een soort tunnel: een microtubule. Hierbij liggen de protofilamenten parallel naast elkaar.
In een protofilament liggen alfa- en bèta-tubuline om en om naast elkaar. Een alfa-tubuline ligt dus altijd tussen twee bètatubulines in en andersom. De moleculen tubuline hebben een polariteit. Bèta-tubuline wordt hierbij plus genoemd en alfatubuline min. Hierdoor heeft een protofilament (en dus ook een microtubule) ook een polariteit (aangezien de tubulinemoleculen in dimeren aan elkaar binden en alfa alleen aan bèta bindt, waardoor er altijd aan het ene einde een alfa en aan de andere kant een bèta zit). Tubuline dimeren binden sneller aan elkaar aan de plus-zijden van microtubuli dan aan de minzijden. Alle vrije tubuline dimeren hebben een GTP molecuul aan zich gebonden. Kort nadat een tubuline dimeer aan een microtubule is gebonden hydrolyseert dit GTP molecuul tot GDP. Een GDP molecuul bindt veel minder sterk aan een microtubule dan GTP. Hierdoor is zijn de bindingen in het midden van een microtubule veel minder sterk dan aan het eind (waar GTP nog niet gehydrolyseerd is). Ze kunnen er echter niet uit ontsnappen vanwege de vele tubuline dimeren die om hen heen zitten. Slechts dimeren die aan het uiteinde zitten en bebonden zijn met GDP kunnen ontsnappen. Wanneer er dus niet snel genoeg nieuwe tubuline dimeren aan het uiteinde gebonden worden, hydrolyseren de ATP moleculen aan het uiteinde en ontsnappen de dimeren. Hierdoor valt de hele microtubule vanaf het uiteinde uit elkaar. Dit wordt dynamische instabiliteit genoemd. Het geeft microtubuli de flexibiliteit om te groeien en te krimpen wanneer dit nodig is. Wanneer er een heleboel tubuline dimeren aan het uiteinde van een microtubule zitten die nog met ATP gebonden zijn wordt dit een GTP cap genoemd. Actine filamenten De vorming van actine filamenten gebeurt via vrijwel hetzelfde mechanisme als bij de vorming van microtubuli. Er zijn echter een paar verschillen. Om te beginnen de zijn actine filamenten opgebouwd uit andere moleculen dan microtubuli. Actine filamenten bestaan uit actine monomeren. Vrije actine monomeren zijn gebonden aan moleculen ATP. Net als bij microtubuli hydrolyseert deze binding wanneer het aan het actine filament gebonden is en vormt het het minder stabiele ADP, wat voor dynamische instabiliteit zorgt. Verder is het hele proces identiek aan dat van microtubuli.
Eindterm 6 Celdeling (blz 626): tijdens de celdeling worden de microtubili gebruikt om de chromosomen uit elkaar te halen. De 2 centrosomen gaan uit elkaar en de mitotic spindle worden gevormd. De chromosomen binden aan de spindles via de kinetochoren. De microtibuli die aan de kinetochoren gebonden zijn worden korter, en de chromosomen worden uit elkaar getrokken. Cel- en organelbeweging (blz 584): De organellen kunnen binden aan een motoreiwit die loopt over een microtubulus. Dyeine en kinesine zijn motoreiwitten die bewegen over microtubili. Dyeine beweegt naar de min kant en kinesine beweegt naar de plus kant. Celwandvorming (blz 637): Bij een plantencel wordt er tijdens de celdeling ook een nieuwe celwand gevormd. Tijdens de profase wordt een preprofase band gevormd. Deze wordt gevormd door een fragmoplast die weer gevormd is uit de overblijfselen van de interpolaire microtubili. Kleine vesikels uit het golgi apparaat die gevuld zijn met polysacchariden en glycoeiwitten worden getransporteerd langs de microtubili naar de fragmoplast. Hier fuseren ze tot een membraam achtige structuur die zich steeds verder vergroot tot het een plasmamembraam en celwand wordt en de cel in tweeën verdeeld.
Eindterm 7 Taxol werkt op 3 manieren: Het bindt aan β-tubuline. Hierdoor wordt β-tubuline vastgezet op zijn plek in de microtubulus en kan de microtubulus niet meer worden afgebrokende microtubulus wordt gestabiliseerd. Taxol bindt aan het eiwit B-cel leukemia 2. Dit eiwit zorgt er normaal voor dat een cel niet in apoptose(geprogrammeerde celdood) gaat. Tijdens de celcylcus zijn er twee checkpoints, waarop gecontroleerd wordt of de cel nog “gezond”is. Deze checkpoints zijn na de G1-fase en na de G2-fase. Tijdens zo’n checkpoint wordt bijv. gecontroleerd of het DNA goed gerepliceerd is. Als dit niet het geval is probeert de cel het defect te repareren. Als het defect te groot is, gaat de cel in apoptose. Op die manier wordt voorkomen dat verkeerde genen worden doorgegeven. Als een cel helemaal in orde is, zorgt het eiwit B-cel leukemia 2 ervoor dat de cel niet in apoptose gaat. Doordat taxol bindt aan dit eiwit, verliest het zijn werkingde cel gaat dood. Taxol bindt ook vrij tubuline, waardoor de voorraad vrije tubuline slinkt. Vooral de eerste werking is van belang tijdens de mitose. Bij een gezonde cel worden na de telofase de trekdraden afgebroken, zodat het celmembraan kan insnoeren. Als taxol in de cel aanwezig is, zal dit binden aan β-tubuline. Hierdoor stabiliseren de microtubuli. De trekdraden kunnen niet meer worden afgebroken en de cel kan niet insnoeren tot twee cellen. Cytostatica Taxol stabiliseert vooral microtubuli bij cellen die zeer snel delen. Dit maakt het een goed medicijn tegen kanker. Tumorcellen delen ongeremd en daardoor erg snel. Deze cellen worden dan ook het meest aangepakt door taxol. Taxol behoort tot de cytostatica. Dit zijn medicijnen die gebruikt worden bij de behandeling van kanker. Bijna al hun werkingen berusten op het ingrijpen op de mitose.Een groot nadeel van cytostatica is dat ze ook gezonde cellen kapot maken. Ook hier geldt dat het vooral inwerkt op sneldelende cellen. Zo verliezen patiënten die behandelt worden met cytostatica hun haar en wordt hun huid erg kwetsbaar. Dit zijn twee voorbeelden van lichaamscellen die snel groeien. Voorbeelden van cytostatica zijn: Adriamycine Cisplatinum Docetaxel Paclixatel (=Taxol)
Eindterm 8 De celwanden van planten bestaan in de eerste plaats uit cellulosefibrillen, die omgeven worden door de koolhydraten pectine en hemicellulose. Soms zitten er ook andere stoffen als lignine (houtstof) in de celwand. De celwanden van bastcellen kunnen ondoorlaatbaar zijn door suberine (kurk). De middenlamel vormt scheiding tussen twee cellen en bestaat vooral uit pectine. Bij zaadplanten is er onderscheid tussen de primaire celwand en de secundaire celwand. Bijna alle cellen hebben een primaire celwand. Na de mitose wordt eerst de celplaat gevormd. Deze bestaat overwegend uit pectinen. Daarna wordt er vanuit de nieuwe cellen een verdikkingslaag aangebracht: de primaire celwand. Die bestaat vooral uit cellulose. Zolang de cellen strekkingsgroei vertonen, groeit de primaire wand mee (oppervlaktegroei). Een secundaire celwand ontstaat later. Als de strekkingsgroei van de cel afgelopen is, kan een tweede verdikkingslaag worden afgezet. De secundaire wand groeit alleen in de dikte, niet in de oppervlakte. Die kan opgebouwd zijn uit meerdere lagen en bevat veel lignine.
Eindterm 9 De lagen cellulose microfibrillen (groen) zijn gekoppeld aan een netwerk van glycanen (rood) die waterstofbruggen vormen met de microfibrillen. Daarnaast is er een netwerk van pectine polysaccharides (blauw). Het netwerk van cellulose en glycanen biedt treksterkte, terwijl het pectine netwerk compressie tegen gaat. Cellulose, glycanen en pectine zijn aanwezig in ongeveer gelijke hoeveelheden in een primaire celwand. De orientatie van cellulose microfibrillen in de celwand bepaalt de groeirichting van plantencellen. Secundaire celwanden bevatten extra componenten, zoals bijvoorbeeld lignine in houtachtige cellen. Dit zorgt ervoor dat de wand stijf en waterproof wordt. Al deze moleculen worden samengehouden door een combinatie van covalente en nietcovalente bindingen een zeer complexe structuur, waarvan de samenstelling, vorm en dikte afhankelijk is van het celtype.
Eindterm 10 Cellulose vindt plaats in het plasmamembraan, waar glucosemoleculen uit het cytoplasma aan elkaar koppelen tot cellulose microfibrillen. Deze worden uitgescheiden aan de andere kant van het plasma membraan in de celwand. De productie van de overige celwandbestanddelen begint in het ruw ER, vervolgens treedt er modificatie op in het ER en Golgi. Waarna de celwandbestanddelen door exocytose naar de celwand worden geëxporteerd.
Eindterm 11 Eindterm 12 Plasmodesmata Plantenweefsel organiseert zich heel anders dan dierweefsel, omdat het omgeven is door een stijve celwand, die bestaat uit cellulose en andere polysachariden. Doordat de celwanden van naast elkaar liggende celwanden samengesmolten zijn/ zeer stevig aan elkaar zitten, zijn verankerde kruispunten/anchoringjunctions niet nodig om de cellen op hun plaats te houden. Het direct kunnen communiceren met andere cellen is nog wel van belang. Daarom hebben cellen slechts één intercellulaire vorm van junctions: plasmodesmata (enkelvoud plasmodesma). Deze plasmodesmata komen in bijna elk celweefsel van ‘hogere’ planten voor, om het cytoplasma van naast elkaar liggende cellen te verbinden d.m.v. een soort kanalen door de celwand heen. De gaten in de celwand zijn bedekt met het plasmamebraan van beide cellen, die in deze plasmodesmata in elkaar overlopen. Hierdoor zou men dus kunnen zeggen dat de plantencellen een syncytium vormen (één grote cel die meerdere kernen bevat, die in hetzelfde cytoplasma liggen). De plasmodesmata hebben een diameter van 20-40 nm. In het figuur hiernaast is een plasmodesmata te zien. Het grijze is de celwand tussen twee cellen. Het groene is het plasmamembraan en loopt dus van de twee cellen in elkaar over. Door het midden van een plasmodesmata kanaal ligt meestal een smalle cilinder, de desmotubule, dat doorloopt in de cellen met het glad endoplasmatischreticulum van beide cellen. (De blauwe buis is een desmotubule en aan de onderkant en bovenkant zit het glad endoplasmatischreticulum.) Tussen het plasmamembraan en de desmotubule van een plasmadesmata ligt cytosol, waardoor de kleine moleculen, met een moleculaire gewicht minder dan 800, tussen cellen kunnen worden uitgewisseld (licht groen). Bij de vorming van nieuwe celwanden tussen de dochtercellen tijdens de cytokinese van de celdeling, worden er plasmodesmata in gevormd. Deze plasmodesmata vormen zich rond de delen van het gladde endoplasmatischreticulum dat door het vormen van een celwand gescheiden wordt. Terwijl de plant groeit, zullen de cellen binnen het meristeem signalen naar elkaar sturen om hun toekomstig lot te bepalen. Sommige gen regulator eiwitten die bij dit proces van determinatie betrokken zijn, worden van cel naar cel getransporteerd door de plasmodesmata. Zij binden zich aan onderdelen van het plasmodesmata en kunnen zo toch door het de plasmodesmataookal zijn ze eigenlijk te groot. In sommige gevallen kan ook het mRNA dat voor deze proteïnen codeert door de plasmodesmata. Ook kunnen delen van virussen, zoals hun RNA op deze
manier van cel naar cel. Deze virussen bevatten de proteïnen die zich binden aan delen van een plasmodesmata, waardoor de grootte van het kanaal/de porie groter wordt. Aangezien de functies van deze onderdelen, waaraan de gen regulerende proteïnen, RNA en andere grote moleculen binden, onbekend zijn, weet men ook nog niet hoe ze het transport door deplasmodesmata regelen (zo veranderen dat ze er doorheen kunnen). (Tussen de desmotubulus en het plasmamembraan zijn kleine ‘spaken’ zichtbaar. Deze verdelen het gebied in kleinere kanalen en bestaan uit myosine en actine.) Stippels Stippels bevinden zich in de secundaire celwand en zijn een soort kanalen om snel water uit te wisselen tussen twee naast elkaar gelegen cellen. Het water kan namelijk niet gemakkelijk door de secundaire celwand.Meestal zijn te tegenover elkaar gelegen, in elke celwand één, zodat ze een paar kunnen vormen.Ze komen qua functie overeen met vele plasmodesmata die dicht naast elkaar gelegen zijn in de primaire celwand. Daarom worden deze verzamelingen plasmodesmata ook wel primaire stippels genoemd. Een stippel bestaat uit een pit membraan die in een pit holte zit. De pit membraan bestaat uit de primaire celwand en het middelste lamela (de middelste laag die van de celwand gevormd wordt). In dit pitmembraan zitten poriën waar het water door kan.i Bij sommige plantencellen zit in het midden van het membraan een torus. Hier kan geen water doorheen. Als de cellen uitdrogen zal deze tegen een opening van de pit gaan liggen. Er kan dan geen uitwisseling van water meer plaatsvinden, waardoor de andere cel niet ook uitdroogt. (Dit gebeurt onder andere wanneer een naastgelegen cel een cel van de schors wordt.
Week 4 Eindterm 1 Een DNA molecuul bestaat uit twee lange polynucleotideketens. Deze keten bestaat uit vier verschillende nucleotidesubunits. Een nucleotide bestaat uit suiker met vijf koolstofatomen waaron één of meer fosfaatgroepen aan vast zitten en stikstofbase. In DNA is de suiker desoxyribose, met daaraan één fosfaatgroep en de base adenine,cytosine, guanine of thymine. De suikergroepen worden aan elkaar gemaakt door de fosfaatgroepen, zo wordt de backbone gevormd. Aan allebei de einden van een DNA streng is een fosfaatgroep over. Aan één kant van de streng zit deze fosfaatgroep aan het vijfde C-atoom van het suiker (5'-uiteinde), aan de andere kant aan het derde (3'-uiteinde). De bases A en T, G en C vormen een paar. A en G behoren tot de purines en T en C tot de pyrimidines. Tussen twee complementaire bases wordt een waterstofbrug gevormd. De twee dna-strengen vormen zo een dubbele helix structuur. RNA lijkt veel op DNA. RNA heeft in plaats van desoxyribose een ribosemolecuul, een uracilmolecuul in plaats van thymine en het is meestal enkelstrengs.
Eindterm 2 Bij de E coli bacterie begint de replicatie op een speciale plek in het genoom (4.8 * 10 6 bp groot). Dit beginpunt van de replicatie wordt de oriC locus genoemd en is 245 bp groot (1bp = 1 nucleotide) Het bevat 4 herhalingen van een basenvolgorde die samen als een bindingsplek dienen voor het begin proteïne, dnaA. Ook bevat de oriC locus drie stukken van 13 nucleotide die ongeveer dezelfde basen bevatten. Deze stukken bevatten veel AT basenparen. De vier plekken waar dnaA proteïne aan bindt zorgen voor een aantal ingewikkelde stappen, waardoor het DNA zich afwikkelt (unwinds) en een primer wordt gevormd. In dit proces komen meerdere proteïnen dan dnaA aan te pas. Het dnaB proteïnen is een helicase die ATP verbruikt om de dubbele streng te ontrollen/unwind. Aan de ontstane enkele strengen binden enkel-strengs bindings proteïnen (SingleStrandedBinding’s). Het resultaat van het hele proces is het genereren van een structuur die de prepriming complex wordt genoemd, welke enkel strengs DNA toegankelijk maakt voor enzymen die de complementaire strengen synthetiseren. Zelfs als de DNA strengen ‘bloot’ liggen, kan er pas DNA synthese plaatsvinden als er een primer is gevormd. Een primer heeft een vrije 3’OH-groep waaraan DNA-polymerase kan binden. RNA synthese blijkt essentieel te zijn voor het begin van de DNA synthese. RNA instrueert zelfs de synthese van DNA. Primase, een bepaalde RNA polymerase, gaat samen met het prepriming complex en vormt zo de multisubunit primosoom. Primase vormt een korte RNA streng van 5 nucleotiden die complementair zijn aan de DNA streng. De primer is RNA en niet DNA (want DNA polymerase kan geen nieuwe ketens uit het niets beginnen). Het DNA-polymerase controleert het gevormde RNA-primer op correcte basenvorming voordat het begint met de DNA synthese. RNA polymerase kan wel uit het niets een nieuwe keten beginnen, omdat het niet de vorige basenparen controleert. Het DNA polymerase verwijdert de RNA primer door hydrolyse van 5’→3’ exonuclease. (De primer bevat namelijk ribose i.p.v. desoxyribose.) Bij E coli bacteriën is de exonuclease aanwezig als een extra gebied van de DNA polyerase I en dus niet onderdeel van het Klenow fragment. Dus het complete DNA polymerase I bevat drie actieve plekken: 3’→5’ exonuclease proefreading activiteit, polymerase activiteit, en 5’→3’exonuclease activiteit.
DNA streng vorming De plaats waar DNA synthese plaatsvindt, heet de replicatie vork, omdat de nieuw gevormde dochterstrengen, als het ware als tanden uit het dubbelstrengse ouderDNA steken. Er is dus een soort driesprong, waarvan de kruising de replicatie vork wordt genoemd. De nieuw gesynthetiseerde DNA strengen zijn antiparallel (= ze lopen in omgekeerde richting). Alle DNA polymerase synthetiseren in de 5’→3’ richting en niet van 3’→5’. Eén van de dochterstrengen lijkt echter in de 3’→5’ richting te groeien. Dit kan omdat bij deze dochterstreng er eerst kleine stukjes nieuw DNA van ongeveer 1000 nucleotiden wordt gevormd, Okazaki fragmenten, die daarna door DNA ligase aan covalente bindingen gaan vormen. De streng die uit Okazaki fragmenten wordt gevormd heet de lagging streng. De andere dochterstreng die continu wordt gevormd, heet de leading streng. Zowel de leading als de Okazaki fragmenten worden in van de 5’→3’richting gevormd. Het bestaan van circulair DNA wijst ook op een enzym dat 3’ OH-groep kan binden met de 5- fosfaatgroep. Dit enzym heet DNA ligase en verbruikt energie. Het holoenzym synthetiseerd de leading en lagging streng tegelijkertijd bij de replicatie vork. DNA polymerase III begint met de synthese van de leading streng door middel van een RNA primer, die gevormd is door primase. Het dubbelstrengs DNA voor de polymerase wordt uit elkaar gewikkeld door ATP verbruikende helicase. Het enkel strengs DNA wordt uit elkaar gehouden door SSB proteïnen. De leading streng wordt aan één stuk door gesynthetiseerd door DNA polymerase III, die pas de template verlaat wanneer de replicatie afgerond is. Topoisomerase II (DNA gyrase) zorgt iedere keer voor een rechtsom gedraaide (negatieve) spoel om een topologische crisis te voorkomen. (zie afbeelding op p4.10.) De lagging streng komt een loop in zodat de streng in de positie ligt waarin er polymerisatie van 5’→3’ kan plaatsvinden. Deze loop van de lagging streng gaat dan langs één van de subunits van de dimere polymerase III terwijl de leading streng langs de andere polymerase subunit gaat. Na zo’n 1000 nucleotiden te hebben toegevoegd, laat DNA polymerase III los van de lagging streng en wordt er een nieuwe loop gevormd. Primase vormt een nieuwe RNA primer om het begin van een ander okazaki fragment aan te geven. De gaten tussen de fragmenten worden door DNA polymerase I opgevuld. Dit enzym gebruikt 5’→3’ exonuclease activiteit, die voor de polymeriserende zijde ligt, om het RNA primer te verwijderen. DNA polymerase III heeft geen mogelijkheid om de streng van 5’→3’ te bewerken, waardoor het verwijderen van de primer voor dit enzym onmogelijk is. Uiteindelijk zal DNA ligase de fragmenten aan elkaar binden.
Eindterm 3 DNA polymerase : Bij een prokaryoot : Omdat er geen kern is om de processen van transcriptie en translatie plaats te laten vinden, vind de translatie gelijk na de transcriptie plaats. Een complex van RNA-polymerase met een speciaal eiwit genaamd “sigma” herkent de promotor en bind zich hieraan, vanaf hier worden de twee strengen gescheiden en vervolgens begint de transcriptie. Als de transcriptie is begonnen laat het sigma factor los en kan het voor een andere transcriptie gebruikt worden. Er word slechts een type RNA-polymerase gebruikt om alle soorten prokaryotische genen te transcriberen. Eukaryoot : Een complex van RNA-polymerase met verscheidene transcriptiefactoren (TFS) bindt aan de promotor, de twee strengen van het DNA worden vervolgens gescheiden in dat gebied, en transcriptie begint. Zodra transcriptie is begonnen, een aantal van de TFS blijven bij de promotor, sommige blijven met de RNA-polymerase, en de rest zijn vrijgesteld van de RNA-polymerase.
Als de 2 strengen dan los van elkaar zijn gekoppeld, word er van 5 naar het 3 uiteinde een RNA streng gevormd , als deze gevormd en weg gevoerd is vormen de 2 dna strengen weer een verbinding. Synthese = van 5 3 Aflezen v= van 3 5 0Proofreading : Dit is een mechanisme dat fouten uit de DNA polymerase halen. Het is een process dat NIET deelneemt aan de polymerase reactie zelf. Op het moment dat er een fout geconstateerd wordt verlaat de streng de DNA polymerase en gaat tijdelijk naar de exonuclease active site. Doordat de verkeerde base niet goedkoppeld aan de template streng zal deze binding zeer zwak zijn en deze zal verwijderd worden, als hij er vervolgens af is geknipt gaat hij terug en gaat de DNA polymerase verder. De proofreading verhoogd de nauwkeurigheid van replicatie met e en factor 1000.
Eindterm 4 Een telomeer is een stuk herhalend DNA dat zich aan de uiteinden van een chromosoom bevindt om het te beschermen van slijtage. Het DNA van telomeren bevat honderden herhalingen van stukjes met 6 baseparen. Een van de strands is rijk aan guanine aan z’n 3’ uiteinde en is iets langer dan de andere strand. Bij mensen is de herhalende G-rijke volgorde AGGGTT. Bij iedere celdeling worden er stukjes telomeer geconsumeerd (telomeer lengte wordt korter), maar kunnen weer worden aangemaakt door het enzym telomerase. Dit enzym bestaat uit telomerase reverse transcriptase (TERT), telomerase RNA (TR/TERC) en dyskerin. TERT maakt DNA aan (1 strand), en gebruikt TR als z’n template. Als de telomeren zijn opgeraakt, gaat de cel over in apoptose (vindt geen celdeling meer plaats), omdat de chromosomen anders beschadigd raken. De lengte van een telomeer geeft aan hoe vaak een cel zich mag delen (meestal is de cel dan volwassen), dus eigenlijk fungeert het als een soort van timer. Telomerase is actief in stamcellen, kiemcellen (vormen gameten en brengen seksualiteit tot stand), en sommige soorten witte bloedcellen, maar (bijna) niet in andere cellen. Reactivering van telomerase kan mogelijk een gevolg zijn mutaties in het p53 gen (een tumor suppresor). Als de telomeer te kort wordt, en p53 niet goed werkt, kan de cel zo beschadigd zijn dat deze zich nog maar een paar keer kan delen. De cel maakt dan meer telomerase aan om te kunnen overleven, en zo ontstaat er kanker. Omdat kankercellen relatief onsterfelijk zijn (door constante aanmaak van telomerase), wordt er veel onderzoek gedaan naar manieren om telomerase activiteit te remmen.
Eindterm 5 De RNA synthese is hetzelfde als transcriptie van DNA. RNA polymerase katalyseert de transcriptie. Eerst de transcriptie in prokaryoten en daarna de verschillen met eukaryoten. Om te beginnen met de transcriptie moet de RNA polymerase herkennen waar hij moet beginnen en daar aan de DNA streng binden. Dit gebeurd doordat de RNA polymerase bindt aan een promotor. Vanaf de promotor zorgt het RNA polymerase ervoor dat de dubbele streng wordt geopend, zodat langs één streng het RNA kan worden gevormd. In prokaryoten heeft de polymerase een subunit: de sigma factor. Deze zorgt ervoor dat de promotor op het DNA wordt herkend. Als ongeveer 10 nucleotiden RNA zijn gevormd laat de sigma factor los, waardoor de polymerase verder kan bewegen over het DNA. Dit gaat door totdat het een terminator tegenkomt. Deze zorgt ervoor dat de polymerase stopt en loslaat van het DNA. Hij laat dan ook de gevormde RNA keten los. Het polymerase bindt weer samen met een losse sigma factor en gaat weer opzoek naar een nieuwe promotor. De transcriptie bij eukaryoten verschilt op verschillende punten met die van prokaryoten. - Het eerste verschil ligt bij de RNA polymerases zelf. Prokaryoten hebben één soort RNA polymerase, terwijl eukaryoten er drie hebben: RNA polymerase I, RNA polymerase II en RNA polymerase III. Deze polymerases zijn verantwoordelijk voor de transcriptie van verschillende type genen. RNA polymerases I en III werken bij de transcriptie van genen die
-
coderen voor tRNA, rRNA en kleine RNA’s. RNA polymerase II zorgt voor de transcriptie van de meerderheid van de genen in eukaryoten, zoals die voor eiwitten. Het tweede verschil is dat het RNA polymerase in prokaryoten op zichzelf de transcriptie kan uitvoeren, RNA polymerases van eukaryoten hebben hulp van veel extra eiwitten. Zo moet naast de polymerase ook een general transcription factor op de promotor zitten voordat de transcriptie kan beginnen.
Eindterm 6 De promoter is de specifieke plaats op het DNA, gecodeerd door een specifieke sequentie nucleotiden, waar de RNA-polymerase zich kan vasthechten aan het DNA, als RNA-polymerase aan het DNA vast zit aan de promoter opent het de dubbele helix. Deze RNA-polymerase kan er vervolgens voor zorgen dat er transcriptie van het DNA plaatsvindt. In de promoter zit een DNA sequentie die codeert voor de operator, deze operator zorgt ervoor dat de RNA-polymerase niet kan binden aan de promoter, de operator kan dus transcriptie voorkomen. Op deze operator kan een repressor of activator zitten. De werking van een repressor wordt zo uitgelegd in eindterm 8 door Gea. De terminator zorgt dat de plymerase stopt en hier verlaat het RNA-polymerase het DNA en de nieuw gemaakte RNA keten wordt ook ontkoppeld. De terminator wordt ook weer aangegeven door een specifieke nucleotide sequentie. Open Reading Frames (ORF’s) zijn lange sequenties- 100 codons of meer- die geen stopcondons bevatten. Lange ORF’s worden vaak samen met andere kenmerken gebruikt om eiwit coderende gebieden te vinden in de DNA sequentie. Als je zo’n gebied gevonden hebt hoeft dat nog niet te betekenen dat het ooit is afgeschreven en het dus tot uiting is gekomen.
Eindterm 7 Een Operon is een transcriptie regulator wat werkt met een cap, repressor, een operator en natuurlijk genen. Operon mechanismen kun je vinden in alle prokaryote, en in veel eukaryote cellen. De operon mechanismen werken allemaal volgens eenzelfde principe, ik zal dit principe uitleggen met het lac operon. Het lac operon is een operon dat is te vinden in escheri coli bacterie cellen. Het zorgt voor de aan en uitzetting van de aanmaak van mRNA wat codeert voor lactose afbraak eiwitten. Voordat het specifieke gen begint heb je nog 3 specifieke plaatsen die belangrijk zijn voor het operon. Dit zijn een operator, een RNA polymerase bindingsplaats en een Cap bindingsplaats. Aanwezigheid van lactose zorgt voor een verhoogde concentratie allolactose in de cel. Deze allolactose kan binden aan de repressor die aan de operator zit. Door deze binding komt de repressor los van de operator en daardoor komt ruimte vrij, ruimte voor de RNA polymerase om zich te binden. Voordat deze polymerase kan werken moet er wel eerst een Cap zijn gebonden aan de streng. Dit werkt als volgt: als er geen glucose aanwezig is, maakt de cel cyclisch AMP aan. Dit cyclisch AMP bind aan losse Caps in de cel. Hierdoor kunnen deze Caps binden op hun plek op de streng en kan de RNA polymerase het gen aflezen. De operon staat dus pas aan in afwezigheid van glucose en aanwezigheid van lactose.
Eindterm 8 De expressie van genen wordt gereguleerd. Het ene moment is het nodig dat er meer van een bepaald eiwit wordt gevormd dan een ander moment. Hoe dit gebeurt zal ik uitleggen aan de hand van lactose operon in de bacterie E. coli. Lactose operon is een stuk DNA dat codeert voor een aantal eiwitten die samen lactose afbreken waardoor de producten galactose en glucose ontstaan. Glucose levert dan weer energie op. Om deze eiwitten te maken wordt het lactose operon afgelezen. RNA-polymerase bindt hiervoor aan de promotor (een stuk DNA aan het begin van lactose operon). Hiervandaan glijdt hij verder over lactose operon en maakt een mRNA-streng op basis van dit DNA. Wanneer de lactose concentratie in de bacterie echter heel laag is, is het zonde om energie te steken in het maken van eiwitten die lactose afbreken. Hiervoor bestaat een repressor eiwit. Dit eiwit bindt aan de operator van lactose operon (een stuk DNA dat aan het eind van de promotor en aan het begin van de coderende genen ligt) waardoor RNA-polymerase wordt geblokkeerd wanneer hij lactose operon wil aflezen. Zo worden er geen eiwitten voor de afbraak van lactose aangemaakt. Wanneer de concentratie lactose in de cel echter heel hoog is wordt er allolactose gevormd. Allolactose werkt als een inducer. Het bindt aan het repressor eiwit waardoor deze niet meer aan de operator kan binden. Hierdoor wordt het lactose operon weer afgelezen en worden er weer eiwitten aangemaakt voor de afbraak van lactose. Wanneer de concentratie lactose in de cel daalt wordt het allolactose afgebroken en kan het repressor eiwit weer binden aan de operator. Het gebruik van glucose als energiebron is echter veel gunstiger voor de bacterie dan het gebruik van lactose. Wanneer de glucose concentratie in de cel hoog is, is het dus gunstiger om geen lactose-afbrekende eiwitten te vormen. Catabolite Activator Protein (CAP) kan de transcriptie van lactose operon stimuleren wanneer het gebonden is met cyclisch AMP. Wanneer de glucose concentratie hoog is, is de cAMP concentratie laag en andersom. Hierdoor wordt de transcriptie van lactose operon gestimuleerd wanneer de glucose concentratie laag is en vice versa.
Eindterm 9 De sequentie van de nucleotides van een mRNA molecuul wordt gelezen in groepen van 3, een codon. Ieder groep van drie nucleotide in het RNA staat dan voor één aminozuur in het eiwit. Echter binden deze drie nucleotiden niet direct aan het aminozuur dat erbij hoort. Dit hangt af van adaptor moleculen. Een adaptor molecuul bestaat uit een set van kleine RNA moleculen, namelijk tRNA’s. Zo’n adaptor molecuul herkent en bindt aan het codon aan één kant, vanwege het anticodon dat hij aan zich heeft dat complementair is aan het codon van het mRNA en aan de andere kant aan het aminozuur.Blz.251 Deze herkenning van codons door adaptormoleculen vindt plaats in de ribosomen. Het begin van de mRNA keten die moet worden afgelezen, gekenmerkt door het startcodon AUG , bindt aan de small subunit van het ribosoom. Vervolgens bindt het adaptormolecuul (bestaande uit tRNA) aan het startcodon en de large subunit van het ribosoom bindt met zijn P-kant aan het adaptormolecuul. Vervolgens bindt een nieuw tRNA, met geschikte anticodon voor het mRNA en zijn specifieke aminozuur, aan de A-site van het ribosoom. Een enzym zorgt er vervolgens voor dat de aminozuren van het tRNA aan de P-site en die van het tRNA aan de A-site met een peptidebinding aan elkaar worden verbonden. Vervolgens wordt het tRNA aan de P-site losgelaten, die is immers ongeladen dwz. Bevat geen aminozuur meer, en het tRNA aan de A-site met nu 2 aminozuren aanzich, schuift samen met het mRNA een stukje op naar de P-site. En er bindt zich weer opnieuw een tRNA met geschikt anticodon voor het nieuwe stukje mRNA aan de A-site van het ribosoom. Blz. 254/255 Bij het stopcodon van het mRNA binden er geen tRNA’s meer aan de A-site, maar een release factor (een eiwit). Dit eiwit catalyseert de toevoeging van water ipv een aminozuur aan de ontstane aminozuur keten. Daardoor kan de polypeptide keten niet meer gebonden blijven aan het tRNA, hij laat los en komt terecht in het cytosol.
Eindterm 10 Voor een gen zit een promotor waar de RNA polymerase aan kan herkennen waar het gen begint. Hierdoor gaat de helix open en kan de RNA synthese beginnen. De synthese stopt als de RNA polymerase bij de terminator komt. Hier laat de RNA polymerase de DNA streng en de RNA keten los. In het RNA polymerase (alleen in bacteriën?) zit een sigma factor die voornamelijk verantwoordelijk is voor het herkennen van de promotor. Als het polymerase ongeveer 10 nucleotiden gesynthetiseerd heeft, laat de sigma factor los en gaat het polymerase verder.
(Blz 239)Veel promotors hebben een TATA box. Deze bestaat uit voornamelijk T en A nucleotiden vandaar deze naam. De TATA box wordt herkend en gebonden door transcriptie factor TFIID welke weer andere transcriptie factoren aanzet om te binden, zoals TFIIB, TFIIE, TFIIH en ook RNA polymerase 2. TFIIH haalt de trekt de dubbele helix uit elkaar met behulp van de hydrolyse van ATP . TFIIH fosfolyseert ook de RNA polymerase 2 zodat deze kan beginnen aan de transcriptie. (Blz 241) Het RNA krijgt een cap voor de translatie. Dit ‘capping’ gebeurt nadat de RNA polymerase ongeveer 25 nucleotiden geproduceerd heeft, maar lang voordat de polymerase klaar is met de transcriptie van het gen. Tijdens de capping wordt een guaninen nucleotide met een methylgroep toegevoegd. Polyadenylation voorziet de nieuwe mRNA’s van een speciale structuur aan hun 3’ eind. Een enzym knipt de RNA keten bij een speciale sequentie van nucleotiden en wordt dan afgemaakt door een tweede enzym die een serie van adenine nucleotiden toevoegd aan het ageknipte eind. De poly-A-tail is een paar honderd nucleotiden lang. De cap en de poly-A-tail moet helpen voor stabiliteit tijdens de export van de kern naar het cytoplasma en om aan te geven dat het RNA molecuul een mRNA is. Ze worden ook gebruikt bij de eiwit synthese machine om zeker te weten dat beide einde van het mRNA aanwezig is en dat de boodschap dus compleet is voordat de eiwitsynthese begint.
Het aflezen bij de translatie begint bij het startcodon AUG.
Het stopt bij een stopcodon UAA, AUG, of UGA.
Eindterm 11 Open reading frame: DNA sequentie die begint met het startcodon ATG en eindigt met een van de stopcodons(TGA, TAA of TAG). Een open reading frame codeert voor een eiwit en bevat geen introns of junk-DNA. Het zijn dus alleen de codons die ook daadwerkelijk tot uiting komen in een polypeptideketen. Het begint allemaal met het ontdekken van een nieuw eiwit of een nieuwe DNA sequentie. Als het om een eiwit gaat, weet je uit welke aminozuren dit eiwit bestaat. Je weet nog niet wat het eiwit doet. Als het om een DNA sequentie gaat, weet je de nucleotide volgorde. Je weet nog niet voor wat voor eiwit het DNA codeert en wat de functie is van dat eiwit. DNA sequentie: Een lange sequentie van nucleotiden wordt op drie manieren gecontroleerd of het een open reading frame bevat. Een codon bevat namelijk drie nucleotiden. Elke manier van verdelen in groepjes van drie nucleotides heet een reading frame. CATGGCTAATATATCCCGC deel van DNA sequentie C-ATG-GCT-AAT-ATA-TCC-CGC 1e reading frame CA-TGG-CTA-ATA-TAT-CCC-GC 2e reading frame CAT-GGC-TAA-TAT-ATC-CCG-C 3e reading frame Het 1e reading frame bevat het startcodon ATG. Verderop in de DNA sequentie zal ook een stopcodon voorkomen. Het 1 e reading frame is dus het open reading frame dat gezocht wordt. Als je eenmaal een open reading frame hebt, kun je kijken voor welke aminozuren dit gen codeert. Bij prokaryoten kan dit meteen. Bij DNA van eukaryoten moeten eerst de introns eruit gehaald worden. Dit gebeurt met een computerprogramma, waarvan de verdere werking niet belangrijk is. Stel dat het open reading frame codeert voor de volgende aminozuren(normaal codeert een open reading frame voor minstens 100 aminozuren. Dit zijn er minder om het makkelijker te maken): KPODCBQERST De keten van aminozuren wordt vervolgens opgedeeld in “woorden”: stukjes van 3 aminozuren. Ook dit kan weer op drie verschillende manieren. K-POD-CBQ-ERS-T KP-ODC-BQE-RST KPO-DCB-QER-ST Alle woorden die op deze manier ontstaan, worden vergeleken met de woorden van eiwitten die al in de database staan. Het programma begint met het vergelijken van een woord uit jouw eiwit dat weinig voorkomt in de database. Als er een match wordt gevonden in de database, wordt gekeken of het buurwoord ook overeenkomt met dat eiwit. Zo niet, wordt er verder gezocht. De woorden van jouw eiwit en een database-eiwit hoeven niet precies hetzelfde te zijn. Ze kunnen ook een “letter” verschillen: KPO-DCB-QER-ST QER 18 matches QMR 14 matches QTR 13 matches QEM 10 matches Uiteindelijk wordt een eiwit gevonden in de database dat homoloog is met jouw eiwit. De database bevat informatie over bijv. de werking en 3D-structuur van het database-eiwit. Aangezien de twee eiwitten homoloog zijn, hebben ze waarschijnlijk gelijksoortige functies en werkingen.
Eindterm 12 Spermatogenese: (blz 118 reader) - De delingsfase. Een primaire spermatogonium (2n) kan d.m.v. mitotische deling nieuwe stamcellen vormen.
- Uit een stamcel ontstaat een secundaire spermatogonia d.m.v. mitotische deling. - Op een bepaald moment stoppen de secundaire spermatogonia met delen en differentiëren tot grotere cellen, de primaire spermatocyten. - De primaire spermatocyten blijven lang in de profase I van meiose I liggen en vormen tijdens deling I van de meiose zich tot secundaire spermatocyten, die slechts kort bestaan. - Uit de 2de meiotische deling ontstaan de spermatiden, die 50 % kleiner zijn dan de secundaire spermatocyt. - De spermatiden differentiëren zich zonder verdere deling tot spermatozoïden. Oögenese: (blz 122 reader) - D.m.v. mitotische deling kan de primaire oögonia nieuwe stamcellen vormen. - Deze stamcellen kunnen d.m.v. mitotische deling zich ontwikkelen tot secundaire oögonia. - In de groeifase groeit een secundaire oögonia zich tot follikelcellen, die daarna een laag cellen om de oöcyt vormen. De andere secundaire oögonia differentiëren zich tot een primaire oöcyt. - De primaire oöcyt ontwikkelt zich tijdens de meiose I tot een secundaire oöcyt. - De secundaire oöcyt ontwikkel zich tijdens meiose II zich tot een eicel.
Week 5 Eindterm 1 De grootste taak van een zenuwcel is om signalen te ontvangen, te geleiden en te overbrengen. (Plaatje blz 409) Elke zenuwcel heeft een cellichaam met de kern. Een zenuwcel heeft meestal 1 lange axon wat de signalen geleid van het cellichaam naar de doelcellen. Het cellichaam heeft ook nog dendrieten die als antennes werken voor het cellichaam om signalen op te vangen. Zij zorgen voor een vergroot oppervlak en vangen signalen op van axonen van andere zenuwcellen. De axon splits op het eind in veel takken, welke allemaal eindigen in een zenuw terminal, zodat de boodschap van de zenuwcel overgebracht kan worden naar veel doelcellen. In rust heeft de cel zijn de K⁺ lek kanalen open. K⁺ heeft de neiging om de cel uit te gaan, met de concentratiegradiënt mee, maar elke overdracht van positieve lading naar de buitenkant zorgt voor een negatieve lading die niet in balans is en daardoor een elektrisch veld vormt, of het membraan potentiaal, die verdere beweging van de K⁺ uit de cel tegen houdt. Binnen een milliseconde is de evenwicht concentratie weer bereikt waarin het membraanpotentiaal sterk genoeg is om de neiging van de K⁺ tegen te houden. De elektrochemische gradiënt voor K⁺ is nul, terwijl er wel een veel hogere concentratie van K⁺ binnen de cel is dan buiten de cel.
Eindterm 2 Ionkanalen zijn kanalen in het membraan die zorgen voor het transport van anorganische ionen. Vooral Na +, K+, Cl- en Ca2+. 1e eigenschap ionkanaal: ion selectiviteit. Het ionkanaal laat bepaalde ionen wel binnen en anderen niet. De selectie is afhankelijk van de grootte, de vorm en de lading van de ionen. Zo zijn er bijvoorbeeld smalle kanalen waardoor grote ionen er niet door kunnen, of negatief geladen kanalen waardoor alleen positief geladen ionen er door kunnen. 2e eigenschap ionkanaal: ze zijn niet constant open. Ze gaan kort open en sluiten dan weer. In de meeste gevallen is er een stimulator nodig om het kanaal te openen. Er zijn verschillende stimulatoren om te zorgen dat het ionkanaal opent. Dit noemt men gating. Er zijn voltage-gated channels, deze worden geregeld door het membraan potentiaal. Ligand-gated channels, deze worden geregeld door de binding van bepaalde moleculen aan het kanaal. En de stress-gated channels, bijvoorbeeld bij de haren in oren waarbij de kanalen opengaan door de geluidstrillingen. Afbeelding 12-25 blz. 405
Eindterm 3 Wanneer een zenuwcel een prikkel ontvangt, wordt de membraan op de plaats waar de prikkel aankomt (meestal op dendrieten) opeens permeabel voor Na+. Dat wil zeggen dat de Na+-kanalen zich openen. De diffusiekracht èn de elektrische kracht stuwen Na+ naar binnen. Hierdoor wordt het ladingsverschil tussen de beide zijden van de membraan kleiner: de membraan wordt op de plaats van de geopende ionkanalen gedepolariseerd. Deze depolarisatie doet andere nabij gelegen Na+kanalen ook opengaan (elektrisch gevoelige kanalen). Als de prikkel zwak is en er dus maar weinig Na + naar binnen stroomt, gebeurt er verder niets. Maar wanneer er genoeg Na+ naar binnen stroomt, met andere woorden, wanneer de depolarisatie groot genoeg is, wordt de drempelwaarde overschreden en ontstaat de actiepotentiaal of impuls. Er stroomt dan plaatselijk zeer veel Na+ de cel in, want instroom van Na+ depolariseert het membraan verder, met als gevolg nog meer depolarisatie. Hierdoor treedt nog verdere depolarisatie, en zelfs ompoling, op: de binnenzijde van de cel wordt positief t.o.v. de buitenzijde. Op een gegeven moment gaat de elektrische kracht de diffusiekracht tegenwerken en stopt de Na +-instroom. Er ontstaat een evenwicht bij +40 mV. Bij deze potentiaal sluiten de Na+-kanalen zich en openen potentiaal gevoelige K+-kanalen zich. De diffusiekracht èn
de elektrische kracht stuwen K+-ionen naar buiten, waardoor het ladingsverschil weer negatief wordt. Dan gaat de elektrische kracht de diffusiekracht weer tegenwerken en stopt de K+-uitstroom. De rustpotentiaal is nu min of meer hersteld. http://www.bioplek.org/animaties/zenuwstelsel/axonmembraan.html Hoe wordt het signaal over het neuron geleidt? De plaatselijke depolarisatie die ontstaat doordat Na+-ionen de cel binnenstromen heeft tot gevolg dat er op die plaats een kringstroompje gaat lopen. Dit kringstroompje veroorzaakt in de volgende cel een depolarisatie, waardoor ook daar Na +-kanalen opengaan. Op deze plaatsen treden dezelfde processen als boven beschreven op, met als gevolg dat de actiepotentiaal zich als een golf van activiteit langs de zenuwvezel voortplant. Een actiepotentiaal duurt ongeveer 1 ms. Na iedere actiepotentiaal is er een korte herstelperiode van ook ongeveer 1 ms, genaamd de refractaire periode. Hierin is nieuwe stimulatie van de membraan niet mogelijk. Dit wordt veroorzaakt door een korte periode van niet-doorlaatbaar zijn van de Na+-ionkanalen. Er kunnen dus maximaal 500 impulsen per seconde doorgegeven worden. Tijdens het voort geleiden van de impuls langs de zenuwcel blijft de sterkte ervan constant. Alle actiepotentialen van een zenuwcel hebben dezelfde sterkte. De frequentie waarmee actiepotentialen opgewekt worden kan wel variëren. De frequentie is afhankelijk van de sterkte van de prikkel: hoe sterker de prikkel, des te hoger de frequentie. Op deze manier wordt informatie over de prikkel doorgegeven. De hoeveelheden ionen die tijdens een impuls door de membranen diffunderen zijn relatief klein ten opzichte van de achtergebleven hoeveelheden. De verhouding is ongeveer 1 : 1.000.000. Om echter het functioneren van de zenuwcel op de lange duur niet te verstoren, dienen de Na+-ionen en K+-ionen teruggetransporteerd te worden. Dit gebeurt d.m.v. de Na/K-pomp. Dit actieve transport verloopt relatief langzaam en beïnvloedt de membraanpotentiaal nauwelijks. Dit proces heeft dus niet te maken met de refractaire periode. De ionenkanalen transporteren de ionen namelijk zo’n 1000 maal sneller dan deze pompen, bijna met de snelheid van diffusie in water. De myelineschede De myelineschede is een vettige stof die op veel plaatsen in het zenuwstelsel om het axon heen zit. De myelinescheden bestaat uit een dubbele lipidenlaag die heel vaak om het axon is gerold. Het zorgt ervoor dat zenuwimpulsen sneller worden doorgestuurd. Ook zorgt myeline ervoor dat een elektrisch signaal niet overspringt naar een zenuwcel waar het niet voor bedoeld is en zo kortsluiting veroorzaakt. Myeline zorgt voor sprongsgewijze (saltatoire) impulsgeleiding. Hierbij gaat de impuls van het axon van een insnoering van Ranvier naar een andere insnoering op dezelfde zenumceluitloper. Daardoor gaat de geleiding veel sneller.
Eindterm 4 Eindterm 5 Er zijn vier groepen signaalmoleculen: Endocrien, paracrien, neuronaal en contact-dependent signaalmoleculen. Endocrien: Endocriene signalen worden door het hele lichaam gestuurd. Een voorbeeld hiervan zijn hormonen. Hormonen worden in de bloedbaan gebracht en worden zo getransporteerd naar de target cell, dit gebeurd bij dieren. Bij planten worden de signalen in het sap van de plant getransporteerd. Paracrien: Bij dit proces worden de signaal moleculen lokaal door de extracellulaire vloeistof gediffundeerd, en blijven dus in de buurt van de cel die de signalen heeft gemaakt. Paracrine signaalmoleculen werken dus als lokale bemiddelaars. In sommige gevallen reageren deze lokale bemiddelaars op de stoffen die ze zelf hebben geproduceerd, dit wordt autocrine signalering genoemd; kanker cellen kunnen hierdoor vaak overleven. Neuronaal: Net als endocrine cellen kunnen zenuwcellen (neurons) ook signalen doorgeven over een lange afstand. Maar bij neuronale signalering worden de signalen snel en specifiek naar individuele target cellen vervoerd door de zenuwcellen. Een zenuwcel bestaat uit een celkern, een axon en meerdere dendrieten. De axon van een neuron eindigt bij speciale openingen (synapsen) van target cells, die ver van de neuronale celkern af kunnen liggen. Als er een neuron geactiveerd wordt, zendt het elektrische impulsen door de axon heen. Als het signaal het einde van de axon bereikt, worden de elektrische signalen omgezet in chemische signalen (neurotransmitters). De neurotransmitters diffunderen dan door de nauwe spleet tussen het pre- en postsynaptische membraan en zorgen ervoor dat er een signaal wordt overgedragen aan de target cel.
Contact-dependent: Hierbij hebben cellen direct celcontact, dit wordt veroorzaakt door signaalmoleculen in het plasmamembraanvan de signalerende cel en de receptor eiwitten
Eindterm 6 Signaalreceptie, dat wil zeggen het opvangen van een signaal, is de eerste stap in de signaaltransductie. Een signaalmolecuul (ligand) bindt aan een receptoreiwit. Dit zorgt voor een conformatieverandering van de receptor, waardoor deze het signaal door kan geven. Er zijn verschillende typen signaalreceptoren: 1. Intracellulaire receptoren: Deze receptoren bevinden zich in het cytoplasma, of in de celkern. Het ligand moet dus het celmembraan passeren. Dat betekent dat de signaalmoleculen heel kleine, meestal hydrofobische moleculen zijn, zoals steroïdhormonen. 2. Plasmamembraangebonden receptoren: De meeste signaalmoleculen kunnen het celmembraan niet passeren, en hun receptoren bevinden zich in het celmembraan. Er zijn 3 typen membraangebonden receptoren: Receptoren met tyrosine kinase activiteit: Deze bestaan vaak uit twee inaktieve receptoren, welke dimeriseren als er een ligand bindt. Nu zijn ze geactiveerd, en kunnen ze doeleiwitten activeren. Ionkanaalreceptoren bevinden zich vooral in neuronen G-eiwit gekoppelde receptoren: De G-eiwit gebonden receptorheeft een bepaalde vorm: de receptor spant zich zeven keer door het celmembraan. G-eiwit gebonden receptoren worden daarom ook wel 7-transmembraan-helix (7TM) receptoren genoemd. Een G-eiwit bestaat uit 3 units: de α- β- en γ-subunit. In inactieve vorm heeft het α-subunit een GDP gebonden (A in het figuur hiernaast). Nadat een ligand aan de extracellulaire kant van een 7TM receptor gebonden is, verandert de receptor van conformatie (B). Hierdoor wordt het G-eiwit geactiveerd. Dit gebeurt doordat de GDP vervangen wordt door een GTP. De α-subunit laat daarop los van de andere twee subunits, en verplaatst zich langs het plasmamembraan (C). Het geactiveerde α-subunit kan een ionkanaal openen of sluiten, of een membraangebonden enzym activeren (zoals in de animatie over de vecht- of vluchtreactie). Dit enzym zal vervolgens de vorming van intracellulaire signaalmoleculen katalyseren. De gebonden GTP-groep hydrolyseert na een tijdje weer tot GDP, waarop het, nu inactieve, α-subunit weer loslaat van het doelwiteiwit en weer aan het β- en γ-subunit bindt. Als plasmamembraangebonden receptoren geactiveerd worden door een signaalmolecuul, vindt de transductie vaak plaats in meerdere stappen(bepaalde eiwitten kunnen geactiveerd worden). Verder kunnen kleine moleculen of ionen als boodschappermoleculen dienen. Deze moleculen worden ook wel second messengers genoemd (het oorspronkelijke signaalmolecuul, wat gebonden is aan de receptor, is de first messenger). Second messengers zijn vaak kleine wateroplosbare moleculen of ionen, omdat deze zich snel door middel van diffusie door het cytoplasma kunnen verspreiden. Voorbeelden van second messengers zijn cyclisch AMP (cAMP), het calcium ion (Ca 2+), cGMP, IP3, DAG en inositol.
Eindterm 7
het hormoon adrenaline (epiphrine) bindt aan de β-adrenerge receptor in de celmembraan. Deze receptor is een 7TM receptor, dat betekent dat de receptor uit 7 transmembraan domeinen bestaat. Door de binding met adrenaline veranderd de receptor in zijn actieve vorm en bindt een G-eiwit. Dit eiwit bestaat uit 3 subeenheden, α, β en γ. De α-
subeenheid bevat een GDP molecuul, dat nu wordt vervangen door een GTP molecuul. Hierdoor wordt het G-eiwit actief en de α-subeenheid maakt zich los van de rest en verplaatst zich langs het celmembraan. De actieve α-subeenheid activeert het enzym adenyl cyclase, dat grote hoeveelheden ATP omzet in cAMP dat de boodschap ‘epinephrine’ met zich meedraagt. cAMP is dus een second messenger en bindt aan het enzym eiwitkinase A. Na een tijdje hydrolyseerd de GTP aan de α-subeenheid en deze bindt weer aan de ander subeenheden van het Geiwit. Eiwitkinase A valt uiteen. 2 van de subeenheden zijn enzymatisch actief en bindt fosfaatgroepen aan een ander enzym genaamd fosforylasekinase, waardoor dit actief wordt. Dit bindt weer fosfaatgroepen aan glycogeen fosforylasekinase en dit produceert de cellulaire response op epinephrine. Het ontbindt glycogeen in glucose en bindt daar ook steeds een fosfaatgroep aan. Een ander enzym haalt deze er weer af. Hierdoor kan de glucose door de celmembraan, in de bloedbaan komen en wordt het getransporteerd naar andere cellen waar de glucose wordt gebruikt als brandstof.
Eindterm 8 Serotonine is een neurotransmitter in de hersenen die voor blije gevoelens zorgt. MDMA heeft effect op de vrijlating van serotonine in de axon. Serotonine bevindt zich in vesikels in de axon. Normaal fuseren ze met het membraan waardoor ze zich naar de synapsspleet bevinden. In de synapsspleet binden ze zich aan de receptoren van het postsynaptische celmembraan. Serotonine wordt weer de axon in gerecycled door transporters. In de axon wordt serotonine afgebroken door MAO. De transporters kunnen normaal alleen serotonine de cel weer in transporteren en niet uit. Wanneer MDMA aanwezig is, bindt het aan de transporters aan de kant van de synapsspleet. MDMA zorgt voor een vormverandering, waardoor serotonine in het axon wel kan binden. Serotonine wordt zo snel het axon uit getransporteerd. Er is nu zoveel serotonine vrijgekomen dat de receptoren op het postsynaptisch membraan zich terugtrekken. Na een tijdje is MDMA niet meer aanwezig. Serotonine wordt nu weer massaal de axon in getransporteerd. Daar wordt het afgebroken door MAO. Op een gegeven moment is er nauwelijk meer serotonine over en wordt het niet meer vrijgelaten. Serotonine wordt niet snel aangemaakt door het lichaam. Hiervoor is tryptofaan nodig, aanwezig in voedsel. Tryptofaan moet eerst veel processen ondergaan voordat het 5-htp is, dat wordt omgezet met decarboxylase tot serotonine. Het duurt een tijd voordat de serotonine voorraad is aangevuld, dit zorgt voor een depressie. Dit kan nog langer duren als de receptoren teruggetrokken blijven ter bescherming.
Eindterm 9 Geur en smaakreceptoren maken gebruik van 7TM receptoren. Zo’n receptor bestaat uit 7 helices die zich door het plasmamembraan spannen. Het signaalmolecuul bindt aan de extracellulaire kant van de receptor. De receptor verandert van vorm. Aan de intercellulaire kant is een G-eiwit verbonden met de receptor. Die verandert mee van vorm, waardoor die het signaal in de cel kan doorgeven. Geurstoffen worden gedetecteerd door 7TM receptoren (zeven-transmembraan-helix receptoren) die zich bevinden in speciale epitheelcellen in de bovenkant van de neusholte. De 7TM receptoren bevinden zich op de cilia van neuronen in het neusepitheel. De neuronen staan in verbinding met het reukorgaan. Het reukorgaan staat in verbinding met de hersenen. De neuronen leven 60 dagen. Daarna worden ze vervangen. De nieuwe neuronen komen op dezelfde plek, waardoor geurgeheugen mogelijk is. De 7TM receptoren die in de smaakpapillen van de tong voorkomen, zorgen voor de detectie van smaak. Bij reuk is er per neuron maar 1 receptor, waardoor je maar 1 stof kan waarnemen per neuron. Bij smaak zijn dit meerdere receptoren, waardoor je per neuron verschillende stoffen kunt waarnemen. Bij reuk komen dezelfde receptoren in hetzelfde gebied in de hersenen terecht, zodat geuronderscheid goed gemaakt kan worden. Bij smaak komen verschillende smaaksignalen in hetzelfde gebied in de hersenen. Verschil in smaak wordt daarom moeilijker gedetecteerd. Bij een lage concentratie worden er een andere combinatie van receptoren geactiveerd dan bij een hogere concentratie van dezelfde stof. De stof wordt daardoor anders waargenomen door de hersenen en ruikt dus anders.
Eindterm 10 Plantencellen groeien door middel van exocytose, hierbij fuseren Golgi vesikels met de plasmamembraan terwijl de inhoud van deze vesikels buiten de cel gebracht worden. In de top van een pollenbuis zijn geopende Ca2+ kanalen aanwezig. Via deze kanalen vindt er lokaal een Ca2+ influx plaats. Deze lokaal verhoogde Ca2+ concentratie maakt het mogelijk dat de Golgi-vesikels met de plasmamembraan kunnen fuseren, waarbij de inhoud van de vesikels wordt gebruikt voor celwandvorming. Het naar binnen gestroomde Ca2+ wordt dieper in de cel opgenomen door Ca2+ opslagorganellen, zoals het ER. Dit Ca2+ -gereguleerde exocytose-proces in pollenbuizen is vergelijkbaar met dat in neuronen. In neuronen opent de actiepotentiaal een voltage-gereguleerd Ca2+ kanaal, de Ca2+ concentratie is vele malen groter buiten de cel dan in het cytosol, waardoor er een Ca2+ influx in de presynaptische cel plaatsvindt. De interactie van Ca2+ met de lokaal aanwezige eiwitten zorgt voor fusie van neurotransmitter bevattende vesikels met het plasmamembraan, waardoor de neurotransmitter in de synaptische spleet terechtkomt. Blz. 416
Eindterm 11 Voordeel van een celkweek kon ik niet vinden in de reader , maar op internet kwam ik het volgende tegen. Het grootste voordeel is dat de temperatuur en pH makkelijk te regelen zijn en de hoge reproduceerbaarheid van cellen . De nadelen zijn dat de interactieprocessen tussen cellen niet kan worden nagebootst, hierdoor krijg je met een celkweek alleen inzicht in het verloop van delingsprocessen. Daarnaast hebben de meeste celtypes de neiging om hun differentiatiekenmerken te verliezen. Ik weet niet precies welke verschillen ze in de eindterm bedoelen, maar ik ga ervan uit dat ze het over het verschil van dierlijke en plantencellen in celkweek bedoelen. Het eerste verschil is dat plantencellen in tegenstelling tot dierlijke cellen niet de neiging hebben hun differentiatie kenmerken te verliezen en dus in staat zijn tot redifferentiatie. Een ander verschil is dat dierlijke cellen wat meer eisen aan hun kweekmedium stellen. Ze hebben namelijk bloedserum(groeifactoren, aminozuren, vitaminen, glucoase, NaCL en andere anorganische zouten nodig. Plantencellen allen wat anorganisch zout, sporenelementen en sucrose. Plantencellen in celkweek ook succesvoller dan dierlijke cellen. Er kan met behulp van celkweek verschillende celculturen gemaakt worden; primaire, secundaire en permanente cellijnen. Primaire celculturen komen direct uit een weefsel of orgaan. Zodra een kweekfles met een laag van deze cellen bedekt is (monolayer), komen de cellen met elkaar in contact en stopt de groei en voortbeweging van de cellen (contactinhibatie). Als er contactinhibatie heeft plaatsgevonden en er zijn toch meer cellen nodig dan wordt de secundaire celculturen gemaakt. De cellen van de primaire celcultuur worden losgemaakt van het glas met behulp van eiwitsplitsende enzymen. De cellen kunnen dan wel hun karakteristieke vorm verliezen. Vervolgens wordt de verkregen cel suspensie verdund en verdeeld over meerdere flessen en er vindt weer groei een voortbeweging van de cellen plaats. Meestal delen de cellen van een celkweek op het gegeven moment niet meer en sterven na een tijdje. Soms kan het voorkomen dat bepaalde cellen niet hun delingsactiviteit verliezen. Deze cellen vormen dan een permanente cellijn. Cellen van een permanente cellijn verschillen van de normale cellen in de volgende opzichten: - ze hebben onbeperkte levensduur in celkweek –zijn goed te kloneren stellen lagere eisen aan het medium – vertonen geen contactinhibatie en groeien over elkaar heen – ze bewegen niet of nauwelijks. De permanente cellen zijn dus eigenlijk een soort kankercellen.
Eindterm 12
Week 6 Eindterm 1 De celcyclus bestaat uit vier stadia: M, G1, S en G2. De fasen G1, S en G2 worden ook wel interphase genoemd. In G1-phase Groeit de cel en wordt hij voorbereidt op DNAreplicatie, wat in S-phase plaatsvindt. In G2-phase Groeit de cel verder tot hij twee keer zo groot is als aan het begin van G1. Hierna betreedt de cel M-phase waar eerst de mitose plaatsvindt: de deling van de celkern. Gedurende M-phase verdubbelen ook de organellen en aan het eind vindt cytokinesis plaats. Cytokinesis is de deling van de volledige cel. De kernen belanden dan in twee verschillende cellen en celdeling is compleet. De twee dochtercellen die dan gevormd zijn komen weer in G1-phase waar ze de celcyclus opnieuw kunnen beginnen. Sommigen cellen (zoals zenuwcellen bijvoorbeeld) Delen niet meer en gaan vanuit G1-phase naar een vijfde stadium: G0-phase. Een cel in G0-phase kan niet meer delen.
Eindterm 2 Het celcyclus-controle systeem kan de celcyclus op verschillende punten onderbreken op verschillende checkpoints. Hierdoor wordt de volgende stap in de celcyclus niet bevorderd als de cel er nog niet helemaal klaar voor is. G1 checkpoint: cel groot genoeg, en omgeving goed genoeg? Dan kan de cel de S-fase in. G2 checkpoint: is de DNA replicatie goed verlopen en zijn alle fouten in het DNA ‘gerepareerd’? Dan kan de cel de M-fase (mitose) in. Checkpoint in de mitose: Zijn alle chromosomen goed aan het cytoskelet vast? De chromosomen kunnen uit elkaar getrokken worden en de cel kan delen. bladzijde 613 De timing en snelheid van de celdeling wordt gereguleerd door bepaalde eiwitten. Dit zijn ´cell cycle control´ moleculen. Deze regulerende moleculen zijn met name 2 typen eiwitten: kinases en cyclins. Kinases zijn eiwitten die andere eiwitten activeren of deactiveren door ze te fosforyleren, dat wil zeggen door een fosfaatgroep afkomstig van ATP aan een eiwit toe te voegen. De meeste kinases zijn het grootste gedeelte van de tijd inactief. Om geactiveerd te worden, moet een kinase gekoppeld worden aan een cyclin. Daarom noemen we deze kinases ‘cyclin-dependent kinases’ (Cdks).
De concentratie cyclins fluctureert op een cyclische manier in de cel tijdens de celcyclus. De activiteit van een Cdk neemt toe en af als reactie op veranderingen in de cyclin-concentratie in de cel. bladzijde 614 Vaak kan 1 kinase verschillende typen cylins binden, en de cyclin bepaalt welke eiwitten geactiveerd zullen worden door het Cdk-cyclin complex. 3 typen Cdk-cyclin complexen controleren de celcyclus: G1-, S-fase, en M (mitotische) Cdk- cyclin complexen.
Eindterm 3 Tijdens de S fase wordt het DNA gerepliceerd. Bepaalde DNA sequenties geven het begin aan van replicatie. Het origin recognition complex (ORC) bindt aan zo'n sequence. Andere eiwitten kunnen aan dit complex binden. De concentratie van het Cdc6 eiwit neemt toe aan het begin van de G1 fase en bindt het aan ORC. Cdc6 promoot de binding van andere eiwitten. Zo vormt er een pre-replicative complex. Laat in de G1 fase wordt S Cdk geactiveerd en die zorgt voor het begin van de replicatie. S Cdk zorgt ook voor de ontbinding van eiwitten aan ORC, zodat er niet opnieuw DNA replicatie plaatsvindt. Nadat de chromosomen gedupliceerd zijn worden twee identieke chromosomen bij elkaar gehouden door het cohesine eiwit. Cohesines vormen een ring om de chromosomen heen. Voordat de cel de M-fase in gaat is er ook een controlepunt. Wanneer er een DNA beschadiging is in de G1 fase is er een hogere concentratie van het p53 eiwit. Dit eiwit zorgt voor transcriptie voor het p21 eiwit. P21 bindt aan G1/S Cdk en S-Cdk en voorkomt zo het starten van de S fase. Als de DNA schade niet gemaakt kan worden, dan zorgt p53 voor apoptose. Tijdens de M fase van de celcyclus deelt de nucleus en splitst de cel in twee. Het begin van de M-fase wordt gestart door middel van M-Cdk. M-Cdk wordt geactiveerd doordat phosphatase een inhibitory phosphatase weghaalt. Als het DNA beschadigd is die phosphatse niet actief en gaat de cel dus niet de M-fase in. M-Cdk activatie begint met de accumulatie van M-cyclin. Synthese van M-cyclin begint meteen na de S-fase. De M-Cdk's die gevormd worden zijn nog inactief. Het Cdc25 eiwit activeert M-Cdk aan het einde van de G2-fase. Wanneer de cel bijna de M-fase in gaat, condenseren de gerepliceerde chromosomen. Condensines geactiveerd door M-Cdk's zorgen daarvoor. De mitotic spindle trekt vervolgens de chromosomen uit elkaar en verdeelt ze over de dochtercellen. De contractile ring (ligt in een ring rond de equator van de cel) verdeelt de cel in twee door samen te knijpen.
Eindterm 4 Controle van celaantallen beschrijven, o.a. apoptose en de regulatie hiervan. Apoptose is de meest voorkomende vorm van geprogrammeerde celdood, als de cel doodgaat beschadigd hij de andere cellen niet, omdat de afbraak binnen in de cel plaatsvind en de stoffen niet vrijkomen in het milieu, want de celwand zit nog om de cel heen. Apoptose is onomkeerbaar. Het mechanisme dat verantwoordelijk is voor apoptose is nagenoeg gelijk in alle dierlijke cellen. Bij apoptose is de caspase familie van proteases betrokken. Deze proteases worden gemaakt als inactieve precursors (voorlopers) die procaspases genoemd worden en na activatie worden het proteases. Procaspases worden meestal geactiveerd bij afbraak als reactie op apoptose. De geactiveerde caspases delen, en daarbij activeren ze ook de andere soorten van de procaspase familie, dit zorgt voor een versterkend effect zodat de apoptose snel kan verlopen. De meest belangrijke eiwitten die de activatie van procaspases regelen, is de Bcl2 familie van intracellulaire eiwitten. Sommige Bcl2 moleculen zorgen voor activatie van procaspase en dus voor celdood, terwijl anderen dit proces tegenwerken. De twee meest belangrijke eiwitten die zorgen voor celdood zijn Bax and Bak. Deze eiwitten activeren procaspase indirect, door minder cytochrome c vanuit de mitochondria in het cytosol vrij te laten. Cytochome c zorgt voor de aanmaak van het eiwitcomplex apoptosome. Hierdoor worden de procasapse moleculen geactiveerd en veroorzaken dan een caspase cascade die leidt tot apoptose.
Eindterm 5 Weefselopbouw kan op velen manieren verschillen, maar ze hebben allemaal een soort zelfde basisvereiste bestaande uit een mix van verschillende celtypen. Op blz. 709 zie je een plaatje van de verschillende huidlagen en uitvergrote delen ervan. Overal gaan cellen continu dood en worden ze vervangen. Bij weefselbehoud zijn drie factoren van belang: 1. Cel communicatie: Elke cel houdt continu zijn omgeving in de gaten voor signalen van andere cellen en past zich hierop aan. De overleving van deze cellen is afhankelijk van zulke signalen en deze manier van communiceren zorgt ervoor dat nieuwe cellen worden geproduceerd en in leven blijven als dat nodig is. 2. Selectieve cel-cel aantrekking: Verschillende cellen hebben verschillende moleculen in hun plasmamembraan dat selectief bind aan andere cellen van het zelfde type of juist andere celtypes of extracellulaire matrix componenten.
Deze selectieve aantrekking tussen cellen voorkomt dat alle verschillende celtypes in het weefsel een complete chaos wordt. 3. Cel memory: Dit zorgt ervoor dat cellen hun onderscheidende karakter behouden en ook op die manier verder delen. Dus fibroblasten delen om meer fibroblasten te maken en niet een compleet ander celtype. Er zijn veel gedifferentieerde cellen die continu moeten worden vervangen en niet in staat zijn om te delen, zoals rode bloedcellen. Dit worden terminaal gedifferentieerde cellen genoemd. De vervanging van deze cellen komt van een soort ‘voorraad’ precursor cellen, die voortkomen van de stamcellen. Op blz. 711 staat een illustratie van deze stamceldeling.
Eindterm 6 Er zijn vier soorten stamcellen te onderscheiden: Totipotente stamcel: ongespecialiseerde cel te vinden in de eerste paar delingen van een eicel. Totipotent omdat een cel hiervan in staat is om een heel individu te vormen. Pluripotente stamcel: De binnenste cellen in het Blastocyst stadium van een eicel. Deze zijn in staat om alle menselijke gespecialiseerde cellen te maken, maar is zonder de buitenste laag van de Blastocyst niet langer in staat een heel organisme te vormen. Multipotente stamcel: Dit zijn gespecialiseerde pluripotente stamcellen. Deze kunnen slechts cellen vormen met een specifieke functie. Bijv: bloedstamcellen of huidstamcellen. Unipotente stamcel: kunnen zich tot één celtype differentiëren. Pluripotente stamcellen worden ook wel embryonale stamcellen genoemd omdat ze alleen in het embryonale stadia verkregen kunnen worden. Een voorbeeld van een pluripotente stamcel is dehematopoëtische (‘bloedvormende’) stamcel die zich in het beenmerg bevindt. Hieruit ontstaan myeloïde stamcellen en lymfoïde stamcellen. Uit de myeloïde stamcel ontstaan: Eosinofiele granulocyten, basinofiele granulocyten, mestcellen, de neutrofiele granulocyten, de monocyten (deze differentiëren verder tot osteoclast of macrofaag), megacaryocyt (deze differentieert zich tot bloedplaatjes) en rode bloedcellen. Uit de lymfoïde stamcel ontstaan T-lymfocyten(T-helpercel en cytotoxische T-cel), B-lymfocyten(plasmacel, geheugencel) en de Natural Killer Cel. Behalve de bloedplaatjes en de bloedcellen zijn dit leukoplasten, witte bloedcellen dus. Specifieke signalen zorgen voor het behoud van stamcelpopulaties. Er is een half dozijn signalen die zorgen voor het behoud van cellen, de normale signalering tussen cellen die we al hebben behandeld (o.a. cel-cel contact, neuronen, hormonen etc). In de darmen zijn dat bijvoorbeeld de Wnt eiwitten, die zorgen dat de cellen die aan de basis liggen van elke crypt in de darm in een proliferatieve staat houden. De cellen in dit gebied scheiden Wnt eiwitten uit en hebben eveneens receptoren voor dit signaleringseiwit. Ze stimuleren zichzelf zo om continu te blijven delen. Tegelijkertijd produceren deze cellen signalen die op de langere termijn werken en voorkomen dat de Wnt eiwitten actief zijn buiten het crypt. De cellen in de crypt wisselen signalen uit en controleren zo de differentiatie; bepaalde cellen differentiëren tot uitscheidingscellen, anderen differentiëren tot absorberende cellen.
Eindterm 7 Reproductief klonen Reproductief klonen is het klonen met de bedoeling om een identieke kloon te creëren, die kan uitgroeien tot een volwaardig organisme. De meest klassieke methode van reproductief klonen is embryosplitsing. Daarbij wordt een embryo fysiek in twee gesplitst en is het resultaat net hetzelfde als bij een identieke tweeling. De moderne techniek om te klonen is kerntransplantatie. De procedure begint met een onbevruchte eicel van een volwassene. De kern een diploïde cel wordt eruit gehaald en geplaatst in een kern van een (haploïde) eicel. De hybride cel gaat nu delen, waardoor er een “vroeg embryo” ontstaat. Dit kan in een baarmoeder geplaatst worden, waardoor er een embryo ontstaat Veel gekloonde dieren waren niet gezond. Ze leden onder andere aan defecten aan hetafweersysteem, problemen met de vruchtbaarheid, overgewicht, ademhalings- en bloedcirculatieproblemen, nier- en hersenafwijkingen, diabetes, vergrote tongen, vervormde gezichten en poten, vroegtijdig sterven door longontsteking,leveraandoeningen en kanker. Een mogelijke verklaring schuilt in het feit, dat ze bij geboorte al kortere telomeren hebben. Klonen gaat dan ook gepaard met veel dierenleed. Therapeutisch klonen Therapeutisch klonen is klonen met de bedoeling om lichaamscellen te produceren die kunnen bijdragen aan de genezing van bepaalde ziekten. Dit is dan vooral bedoeld om mensen te genezen. Therapeutisch klonen is vooralsnog een experimentele techniek.
Bij therapeutisch klonen wordt met behulp van kerntransplantatie een embryo gekweekt dat genetisch identiek is aan de patiënt. Als het embryo ongeveer 200 cellen groot is dan worden stamcellen verwijderd en in kweek gebracht. Door de kweekomstandigheden te manipuleren kunnen de stamcellen uitgroeien tot ieder gewenst celtype. Deze nieuw ontstane weefsels worden vervolgens bij de patiënt geïmplanteerd om deze te genezen van zijn ziekte (Stamceltherapie). Het voordeel van deze techniek is dat de patiënt cellen ontvangt die genetisch identiek zijn aan zijn eigen lichaamscellen, waardoor een afweerreactie van het lichaam wordt voorkomen. De beschikbaarheid van menselijke eicellen, mede omdat ze relatief moeilijk te isoleren zijn, vormt hierbij een groot probleem. Ook bleek uit proefdieronderzoek dat het embryo een grote kans maakt op misvormingen, aangezien de kern van de eicel toch significant verschillend is aan deze van een somatische cel. Het tekort aan menselijke eicellen kan opgevangen worden door inschakeling van ontkernde dierlijke eicellen. Maar aangezien mitochondriaal DNA nog aanwezig blijft, kan dit later voor problemen zorgen tijdens de aanmaak van mitochondriën. Dit probleem kan eventueel opgevangen worden door cotransplantatie van mitochondriën van de donor. De Nederlandse Embryowet staat toe dat embryo’s die overblijven na een IVFbehandeling gebruikt worden voor wetenschappelijk onderzoek ten behoeve van therapeutisch klonen. De Nederlandse wet verbiedt echter het klonen van menselijke cellen, zowel voor therapeutisch als voor reproductief gebruik.
Eindterm 8 Eindterm 9 Er zijn heel veel ziekteverwekkers en ook in veel vormen, bv bacteriën, virussen of parasieten. Ons afweersysteem tegen al deze ziekteverwekkers bestaat uit 3 linies. 1. Externe en niet-specifieke afweer door de huid en door de slijmvliezen. 2. Een snelle interne en aangeboren niet-specifieke afweer door twee typen leukocyten: de fagocyten en de natural killer cellen. Ze fagocyteren en doden bacteriën of doden geïnfecteerde cellen. De aangeboren afweer speelt een belangrijke rol in het snel onder controle brengen van een infectie. De cellen die een rol spelen reageren niet op 1 bepaalde stof maar op een breed scala van lichaamsvreemde elementen. Hiervoor hebben ze receptoren op hun celmembraan. Deze sensoren reageren op moleculaire patronen die specifiek zijn voor ziekteverwekkers. Dat zijn bepaalde suikers of eiwitten die specifiek zijn voor het membraan van een bacterie en specifieke lipoproteinen of nucleinezuur-motieven die specifiek zijn voor virussen. De niet-specifieke afweer wordt de verschillende typen cellen verzorgd: macrofagen, granulocyten en geactiveerde natural killer cellen. Zij herkennen en fagocyteren en of doden de indringens. Zonder dit systeem kan de specifieke afweer ook niet goed functioneren. 3. De specifieke afweer: ook wel de humorale afweer wordt verzorgd door beschermende factoren, de antilichamen ook wel immunoglobulines of antistoffen genoemd. Het zijn eiwitten die in de lichaamsvloeistoffen zijn opgelost. Ze worden gemaakt door B-lymfocyten die tot antilichaam producerende plasmacellen differentiëren. Ook T-lymfocyten maken deel uit van de specifieke afweer. T-lymfocyten differentiëren in de thymus. Als een T lymfocyt in aanraking komt met een lichaamsvreemd antigeen wordt hij geactiveerd en ontstaan er door deling 3 soorten lymfocyten. T helpercellen, Tsuppressorcellen en cytotoxische T-lymfocyten. T- helpercellen activeren de B lymfocyten door de productie van de signaalstof cytokinese. T-suppressorcellen onderdrukken de productie van antilichamen door plasmacellen en cytotoxische T-lymfocyten maken het celmembraan van bacteriën of geïnfecteerde cellen stuk zodat ze dood gaan. Cytotoxische T-lymfocyten weten door een speciaal veiligheidssysteem in de cellen Major Histocompatibility Complex (MHC) of Humaan Leukocyten Antigeen (HLA) welke cellen ze aan moeten vallen. T-helpercellen koppelen aan een passend MHC-11 molecuul dat door een fagocyt wordt gepresenteerd. Daardoor worden ze geactiveerd en gaan delen. Die activeren weer B-lymfocyten waaruit de antilichaam producerende plasmacellen ontstaan. Verschillende soorten leukocyten (witte bloedcellen) Lymfocyten: 30% van witte bloedcellen is lymfocyt vooral B en T lymfocyten. Ze spelen een belangrijke rol bij de afweer. Het zijn kleine ronde leukocyten met een ronde kern. Ook de natural killer cellen van het aangeboren afweersysteem behoren tot de lymfocyten. De cellen herkennen veranderingen op het membraan van cellen en scheiden dan membraanoplossende eiwitten en enzymen af. Daardoor gaat de foute cel dood. Macrofagen: zijn afkomstig van stamcellen in het beenmerg. Ze komen als monocyten voor in de bloedbaan en differentiëren tot macrofagen in het weefsel na verlaten van de bloedbaan. Monocyten hebben een boonvormige kern die excentrisch in de cel ligt. In het cytoplasma liggen ook granula: lysosomen. Macrofagen beschrijden bacteriën virussen en kleine parasieten door fagocyteren en te verteren. En ruimen resten op van indringers die door andere afweermechanismes zijn aangepakt. De efficiëntie en selectiviteit van fagocytose wordt vaak verhoogd door binding van het op te nemen materiaal aan receptoren op het membraan. Dit proces heet fagocytotische herkenning.
Granylocyten: er zijn 3 vormen granylocyten: neutrofiele, eosinofiele en basofiele granylocyten. Granylocyten ontstaan ook uit stamcellen in het beenmerg. De granylocten kunnen net als andere wittebloedcellen tussen de endotheelcellen van bloedcapillairen dringen door naar het omliggende weefsel te migreren om daar infecties te bestrijden. De meeste hebben net als macrofagen een fagocyterende functie binnen het afweersysteem. Neutrofiele granylocyten zijn de meest algemene witte bloedlichaampjes. Neutrofiele worden aangetrokken door vreemd materiaal, ontstekingen en bacteriën. Het neutrofiel zal het vreemde deeltje door fagocytose opnemen. Daarbij worden enzymen, waterstofperoxide en andere stoffen uit de granula in het fagosoom vrij gelaten om de bacteriën te doden. Eter is een verzameling dode netrofielen en celafval. Neutrofiele granylocyten vormen de eerste verdedigingsline tegen een invasie van micro-organismen in de bloedbaan. Eusinofiele granulocyten zijn belangrijk voor het vernietigen van antigen-antilichaamcomplexen en basofiele granulocyten voor een bloedvatverwijdend en antistollend effect.
Eindterm 10 Eindterm 11 Polyclonale antilichamen Proefdieren worden ingespoten met antigeen. Het proefdier produceert tegen het antigeen verschillende antistoffen die allemaal andere delen van het antigeen aanpakken. Deze verschillende delen van een antigeen heten epitopen. Als je de verschillende antistoffen isoleert krijg je polyclonale antilichamen. Er moeten constant nieuwe proefdieren worden geïnjecteerd met antigeen om antistof te blijven produceren. Monoclonale antilichamen Een monoclonale antistof is een antistof die van één B-cel kloon afkomstig is. Een proefdier wordt ingespoten met antigeen met specifieke epitoop. Elke B-cel produceert 1 type antistof. B-cellen worden geïsoleerd uit de milt van het proefdier. De cellen worden vervolgens gemixed met kankercellen. De B-cellen en kankercellen fuseren met elkaar door toevoegen van de stof polyethyleen glycol. Als B-cellen en kankercellen fuseren ontstaan hybridomas. De mix van hybridomas, B-cellen en kankercellen worden gekweekt onder condities waarbij alleen de hybridomas groeien. Elke hybridoma-cel produceert één type antistof. De hybridoma-cellen worden gescheiden en getest op de mogelijkheid om de gewenste antistof te produceren. De hybridomacellen met de gewenste monoclonale antistof worden verder gekweekt. Monoclonale antilichamen worden geïsoleerd en gezuiverd. In principe hoeft maar één keer een proefdier te worden ingespoten met de antigeen waartegen een
Eindterm 12 ELISA staat voor Enzym-Linked Immunosorbent Assay. De bedoeling van een ELISA is om de aanwezigheid van een bepaald eiwit in een vloeistof aan te tonen. Er zijn 2 soorten ELISA’s: de enkelvoudige en de tweevoudige. Bij de enkelvoudige wil je de antistoffen aantonen en bij de tweevoudige de antigenen. Een voorbeeld van de enkelvoudige op blz 201 in de map. Bij de tweevoudige ELISA wordt er met twee antilichamen gewerkt die gericht zijn tegen verschillende epitopen van het te testen eiwit. Zie blz 202 in de map
