CELBIOLOGIE
1. DE CEL ALS BASISEENHEID VOOR ALLE LEVENDE WEZENS (HOORCOLLEGE 1)
Leerdoelen van dit hoofdstuk:
ð onderscheid te maken tussen cellulaire levensvormen en virussen.
ð de cellulaire architectuur (plasmamembraan, kern, cytoplasma) te kennen.
ð de belangrijkste celorganellen te herkennen aan de hand van (elektron)microscopische kenmerken.
1.1 ONSTAAN VAN AL HET CELLULAIRE LEVEN
Bovenstaand schema toont een korte samenvatting van het onstaan van de oercel. Men vermoedt dat na de woelige
periode na het ontstaan van de aarde, die gekenmerkt werd door meteorietinslagen, de stoffen in de atmosfeer
in reactie met de energie vrijgekomen bij bliksem en UV-licht eenvoudige organische moleculen zijn gaan vormen.
Moleculen als aminozuren, aminoglycine en alanine (voorloper van ATP), deze verzameling van eenvoudige
organische moleculen noemen we de “oersoep”
Na verdere evolutie in het prebiotisch stadium bekomen we de eerste oercel vanaf we zien dat bepaalde
macromoleculen omsloten worden door een celwand.
1.2 VAN OERCEL TOT 3 LEVENSDOMEINEN
Nadat men de eerste oercellen kon onderscheiden toonde de evolutie van microscopische technieken aan dat de
oercel verder evolueerde tot twee grote celgroepen nl. de Prokaryoten en de Eukaryoten. Het voornaamste
kenmerk waarop beide groepen onderscheden worden is de afwezigheid van een celkern omgeven door een
membraan. Na verdere ontwikkelingen bleek de beperkte indeling onvoldoende te zijn en daarom onderscheiden
we nu 3 levensdomeinen.
,Aangezien alle cellen evolueerder uit één en dezelfde oercel kunnen we binnen de 3 levensdomeinen (bacteriën,
archaea en eukarya) zowel gelijkenissen als verschillen onderscheiden op vlak van morfologie, structuur en functie.
Onderstaande tabel toont deze gelijkenissen en verschillen aan. We zien dat twee verschillende levensdomeinen
vaak dezelfde karakteristieken vertoont op categoriëen waar de derde dan afwijkt, maar er is één kenmerk waar
we steeds de verschillende levensdomeinen kunnen onderscheiden nl. de eigenschappen van de aanwezige
ribosomen.
Opmerking! Hoewel het heel interessant is om raakvlakken tussen de verschillende levensdomeinen te bekijken is het
belangrijkste doel van bovenstaande tabel de verschillen tussen de domeinen aan te geven. Een goed voorbeeld van
het belang van deze verschillen is de productie van antibiotica, men wil hierbij één bepaald levensdomein nl. de bacteriën
gaan targetten om deze af te breken of hun werking te remmen. Belangrijk hierbij is dat men de ander levensdomeinen
niet comprimeerd, in deze situatie is het opportuun te weten welk deel van deze cellen uniek is voor een bacteriële cel
aangezien men dan deze eigenschap kan trachten te viseren zonder dat de andere levensdomeinen daar effect van
ondervinden.
Buiten de indeling in verschillende levensdomeinen kunnen we cellen ook indelen op basis van andere kenmerken:
1. Op basis van moleculaire samenstelling
• DNA en RNA, Eiwitten, Suikers, Lipiden, Metabolieten
2. Op basis van morfologie
• Klein, Groot, Bol, Kubus, vertakt
3. Op basis van functie
• Contractie, secretie, communicatie, metabolisme...
1.3 ALGEMEEN KENMERK VAN EEN CEL: DE CELGROOTTE
We zien dat de meeste cellen binnen de 𝜇𝑚-schaal blijven,
cellen worden gekenmerkt door een beperking in schaal.
Daarnaast maken we de belangrijke kanttekening dat
eukarya groter zijn dan bacteriën en archaea.
,1.3.1 Waarom worden cellen van nature in schaal beperkt?
1. Oppervlakte/volume verhouding
• Volume (𝑥 ! ): toont de nood aan toevoer van bepaalde moleculen
• Oppervlakte (6𝑥 " ): toont de mogelijkheid tot transport van moleculen
• We zien dat wanneer een cel groter wordt de oppervlakte/volume-verhouding kleiner wordt en
#$ !
bijgevolg daalt de transportcapaciteit wanneer de schaal van een cel toeneemt. ( $ " )
• Ondanks deze omvangsbeperking bestaan er vellen die deze schaal overtreffen, deze cellen
omzeilen de beperking door uitstulpingen aan het membraanoppervlak te hanteren om de
oppervlakte te vergroten.
2. Diffusiesnelheid van moleculen
• Diffusie: passief process waarbij het transport van moleculen met de concentratiegradiënt mee
verloopt (moleculen verplaatsen zich steeds van hoge concentraties naar lage concentraties toe
tot een evenwicht wordt bereikt.)
• Verband tussen diffusiesnelheid (t), de af te leggen afstand (x) en de diffusieconstante (D,
afhankelijk van het soort molecule) wordt hieronder weergegeven:
$! $!
𝑡 = "% (𝑖𝑛 éé𝑛 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑒) 𝑡 = #% (𝑖𝑛 𝑑𝑟𝑖𝑒 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑒)
• Dit verband toont opnieuw aan dat wanneer de cel groter zou zijn de af te leggen afstand x
groter zou worden waardoor de diffusie traag zou verlopen en daardoor de cel onvoldoende
energie zou hebben om levensvatbaar te zijn.
3. Snelheid van enzymatische reacties
• De snelheid van enzymatische reacties hangt af van de concentratie van deeltjes in een cel,
bijgevolg hebben we dus meer deeltjes nodig bij een grotere cel om deze reacties even vlot te
laten verlopen.
1.4 GROTE VERSCHILLEN TUSSEN DE EUKARYA EN DE BACTERIEËN & ARCHAEA
In dit hoofdstuk gaan we kort de verschillen bespreken, maar deze komen later in de cursus uitgebreider aan
bod.
Kenmerk Eukarya Bacterieën en Archaea
Celkern, Celkern omgeven door een dubbelmembraan Geen kern, het DNA associeert met het
Organisatie waar het DNA associëren met histonen en cytoplasma en heeft niet de typische
van DNA daardoor liniar georganiseerd voorkomen histoonstructuur
onder de vorm van chromatine
Organellen Membraanomgeven celorganellen met Geen specifieke organellen die omgeven
duidelijke functionele specialisatie zijn door een membraan, alles bevindt zich
los in het cytoplasma
Vesiculair Wel vesicels aanwezig waardoor transport Geen vesicels aanwezig dus geen
transport, tussen organellen mogelijk is, maar ook exo en mogelijkheid tot ander transport dan
exocytose, endocytose doorheen het plasmamembraan diffusie
endocytose
1.5 DE INDELING VAN DE EUKARYOTE CEL
een cel wordt altijd afgebeeld zoals hiernaast, waarbij men
kiest om deze minder druk voor te stellen dan ze eigenlijk is
zodat we om educatieve redenen de verschillende
celorganellen goed van elkaar kunnen onderscheiden. Een cel
ziet er echter helemaal anders uit en zal eigenlijk volledig
gevuld zijn door deze verschillende organellen, dus om dichter
bij de effectieve realistische indeling van een cel te geraken
moeten we deze onder een microscoop kunnen bekijken.
, 1.5.1 Organellen onderscheiden onder microscoop:
ð Belangrijk om een idee te hebben van waar in de cel een bepaald celorganel zich bevindt, maar alle
organellen komen later nog aan bod in de cursus
Celorganel Functie Samenstelling Microcopische weergave
Plasmamembraan Grens tussen Membraanlipiden
intracellulair en (vorming van dubbellaag
extracellulair en Permeabiliteitsbarrière)
compartiment Membraaneiwitten
(Intacte PM vereist voor (geassocieerd met
behoud van specifieke lipidendubbellaag,
samenstelling van Verlenen allerlei functies
intracellulair aan membraan) (Groen op de foto)
compartiment)
De Kern Meest prominente Omgeven door
structuur in eukaryote cel kernenveloppe
à Bevat DNA onder de = Dubbele membraan +
vorm van chromosomen Kernporiën voor transport
(chromatine in interfase) van RNA, eiwitten, ...
Bevat Nucleoli
Voor rRNA synthese: tran-
scriptie en Ribosoom
assemblage (partieel)
Mitochondria Cellulaire ademhaling langwerpig organel,
àSynthese van ATP enkele μm lang
àCellulaire energie- àDubbele membraan
voorziening àCristae (instulpingen)
Aanwezig in alle àTussenmembraanruimte
eukaryote cellen ( tot > àMatrix = intern
100/cel) compartiment (Bevat
circulair DNA, RNA,
eiwitten) (Groen op foto)
Het endomembraansysteem: Dynamisch systeem van membraanomgeven compartimenten
ð Endoplasmatisch reticulum
ð Golgi apparaat
ð Secretorische vesikels
ð Endosomen
ð Lysosomen
Twee belangrijke functionele transportroutes
ð Secretorische route
ð Endocytotische route
