Introductie Genen en cellen door dr. Van Ulsen
Aan de basis van een ziekte staan de chemische en moleculaire processen in een cel.
Een ziekte kun je leren begrijpen door:
- Inzicht vorm en functie van de cel.
- Chemische processen in de cel.
- Genetische basis van de cel.
Een vaccin heeft ‘meerdere’ kanten:
1. Productkant : voor het ontwikkelen van een vaccin is onderzoek nodig, hierbij houdt men
rekening met de veiligheid, administratie en registratie en vervolgens kan de productie
plaatsvinden. Dit heeft zijn kosten.
2. Persoonlijke kant: immunologie, keuze (bepalend door het gedrag), de benefits en de risico’s
van het vaccineren en de farmacie (kies je voor medicatie).
3. Populatie gedrag: epidemiologie, publieke gezondheid, ethisch gedrag, acceptatie, benefits
en kosten.
Neisseria Meningitidis (Meningokkenziekte)
= bacterie die bij 20% van de bevolking in de keel leeft, de bacterie hoeft geen ziekte veroorzaken,
maar veroorzaakt pas ziekte wanneer de bacterie in de bloedbaan terecht komt. Er zijn twee vormen
van de bacterie; met (suiker)kapsel of zonder. Van de bacterie met (suiker)kapsel bestaan 14
verschillende soorten, wanneer deze in de bloedbaan komt, zal er in 10 dagen kolonisatie
plaatsvinden en krijgt de patiënt als gevolg een hersenvliesontsteking of een bloedvergiftiging door
delen van de bacterie en`1 door het eigen verdedigingssysteem (A, B, C, Y, W). Bij afwezigheid van
het (suiker)kapsel gaat de bacterie dood bij toegang tot de bloedbaan. Wanneer de bacterie niet in
de bloedbaan komt (met of zonder kapsel), zal de bacterie het lichaam na een maand verlaten en
ben je immuun voor dit type van de bacterie.
College 1: Introductie cellen H1 en H4 paragraaf 1 t/m 4.
Celtheorie = Een levend organisme bestaat uit:
- Minimaal 1 cel.
- Cel is de kleinste unit van het leven.
- Nieuwe cellen komen voort uit oudere cellen = celdeling.
- Cellen leven, omdat ze metabolisme hebben. Metabolisme = het opbouwen en afbreken van
stoffen die het functioneren van een levende cel mogelijk maken. Er bestaan twee soorten,
beide worden uitgevoerd door enzymen. Anabolisme = opbouw van de cel en katabolisme =
afbraak van de cel. Dit is in evenwicht = homeostase.
Een cel streeft naar stabiliteit, dus een cel reageert op milieu-factoren, zoals stress en
voeding. Daarnaast reageert een cel op interne processen. Dit doet de cel door regulatie van
metabolisme, bijv. de transcriptie aan- en uit te zetten, en door stress response.
De eenheid van het leven. Alle organismen:
- Zijn samengesteld uit dezelfde moleculen; de cel is de simpelste unit van het leven.
- Hebben metabolisme
- Gebruiken energie
- Hebben interactie met de omgeving (milieu)
- Zijn stabiel (homeostase)
- Reproduceren op basis van de gegevens opgeslagen in het DNA (genoom)
- Kennen groei en ontwikkeling
- Staan onder invloed van evolutie
,Je kunt naar levende organismen kijken vanuit meerdere perspectieven; atomen, moleculen,
macromoleculen, cellen, weefsels, organen, organismen, populaties, communities, ecosystemen en
de biosfeer.
Eigenschappen liggen in het genoom = al het genetisch materiaal. Met hierin alle genen in de cel,
deze coderen voor eiwitten. Deze zijn over-erfbaar, genen coderen voor eiwitten en deze eiwitten
voeren cellulaire processen uit. Elke cel in het lichaam heeft dezelfde DNA-moleculen met dezelfde
genen.
Let op! Proteoom = verzameling eiwitten aanwezig in een cel op een bepaald moment, onder
specifieke omstandigheden, wisselt per cel-type
Mutaties veranderen de blauwdruk van een cel; dit zorgt voor andere eiwitten, dit zorgt voor andere
functies van deze eiwitten. De omgeving (natuurlijke selectie) bepaalt of deze functie positief of
negatief is voor het organisme. Wanneer een organisme nog kan overleven na het ontstaan van de
mutatie, is er een nieuw soort ontstaan.
Soorten evolutie:
Verticale evolutie (vertical descent with mutation) = gunstige mutaties worden doorgegeven
aan het nageslacht en binnen dit nageslacht moet het overleven (natuurlijke selectie) om de
mutatie in stand te houden. De gunstige eigenschappen hebben meer succes en hiervan is
het logischer dat ze worden doorgegeven aan de volgende generatie = natuurlijke selectie.
Wanneer de mutatie in stand wordt gehouden, zal dit zorgen voor verandering bij een soort
en evt. het ontstaan van een nieuw soort.
Horizontale evolutie (horizontal gene transfer) = direct een gen (dat een evolutionair
voordeel geeft) uitwisselen tussen verschillende organismen. Het is (bijna) onmogelijk voor
hogere organismen, maar mogelijk bij bacteriën. Dit is een snelle vorm van evolutie.
Taxanomy = de groepering van soorten op basis van hun evolutionaire relatie met andere soorten,
iedere soort wordt in een domein, supergroep, kingdom, phylum, cklasse, orde, familie en genus
geplaatst.
Soorten cellen:
Prokaryoten cellen (bacteriën, archaea; de meeste niet schadelijke, sommige pathogenen =
deze kunnen een ziekte veroorzaken)
o Plasmamembraan met een dubbele laag fosfolipiden en eiwitten, sluit het
cytoplasma in met hierin de nucleoid (geen kern!) waar het genetisch materiaal ligt,
en de ribosomen. Hieromheen de celwand voor bescherming, bestaande uit peptides
en carbohydraten. Veel bacteriën hebben hier een glucocalyx omheen, dit zorgt
ervoor dat de bacterie niet uitdroogd, wanneer deze heel dik = capsule.
o Pili = zorgt ervoor dat cellen aan het oppervlak en aan elkaar kunnen hechten.
o Flagella = zorgt ervoor dat de prokaryoten zich kunnen bewegen.
Eukaryoten cellen (planten, schimmels, dieren, protozoën = eencelligen)
Eukaryoten dierencel
o Nucleus met hierin het genoom en daaromheen het celkernmembraan. De nucleolus
vindt veel transcriptie plaats.
o Organellen; celmembraan omgeeft het cytoplasma en hierin liggen de celorganellen.
Ieder organel heeft een membraan, binnen een organel vindt een specifiek proces
plaats. Organellen zijn de ribosomen (translatie), de semi-autonome organellen,
zoals het mitochondriën en het endomembraan systeem. Het endomembraan
systeem bestaat uit het nuclear envelope (het kapsel om de nucleus), het ER (rough
en smooth), Golgi, lysosomen, peroxisomen.
, Eukaryoten plantencel
o Celwand met cytoplasmamembraan om de plantencel. In het cytoplasma liggen de
ribosomen (translatie), de semi-autonome organellen (mitochondriën, chloroplasten)
en het endomembraan systeem (zelfde als bij eukaryote dierencel, maar dan met
chloroplasten), cytoskelet. Nieuwe cytoplasmamembranen worden geproduceerd in
het ER.
o Verschil met eukaryoten dierencellen: bladgroenkorrels en vacuole
Celorganellen (dieper op in gegaan)
- Nucleus = chromosomen + nucleaire matrix (=streng eiwit). De chromosomen bestaan uit
DNA en eiwitten en deze bij elkaar zijn chromatine. In de nucleus ligt de nucleolus (kern van
de kern) met hierin de verzameling van ribosomen subunits, deze zijn nodig bij de translatie
in de ribosomen. Een subunit van de ribosomen bestaat uit 1/meer RNA-moleculen met
eiwitten. De productie van deze eiwitten vindt plaats in het cytosol.
- Nuclear envelope = dubbele membraan dat de nucleus afsluit van het cytoplasma.
- Cytoplasma = vocht + organellen. Cytosol = vocht
- ER = netwerk van membraanbuizen. De lumen zijn afgeschermd van het cytoplasma.
o Ruw ER = is verbonden met de ribosomen, spelen een rol bij de eiwitsynthese, hier
worden membraaneiwitten gesynthetiseerd en gecontroleerd; bij geen juiste vorm
wordt het eiwit afgebroken en gemodificeerd (juiste vormgeving door binding
suikergroepen aan eiwitten of lipiden = glycosylation). Het ruw ER is het startpunt
van de transport van eiwitten naar plasmamembraan, lysosomen en peroxisomen en
extracellulair (buiten de cel). Het rough-ER sorteert de eiwitten, want ze moeten
allemaal ergens anders naartoe. En vervolgens pakt het rough ER de eiwitten in
visicles.
o Glad ER = niet verbonden met de ribosomen, zorgt voor de ontgifting van
opgenomen moleculen (alcohol, drugs), voor metabolisme van polysachariden
(glycogeen-productie), synthese van lipiden, voor opname en afgifte calcium en
synthese en modificatie van lipiden. Daarnaast moeten ze carbohydrating aankunnen
= verwijderen van fosfaatgroep van glucose voor de opname in het bloed.
- Golgi = controleren van eiwitten, stuurt de goede membraaneiwitten vervolgens naar het
plasmamembraan en anders wordt het eiwit afgebroken. Daarnaast zorgt het golgi voor
excretie van extracellulaire eiwitten. En stuurt het Golgi eiwitten naar
lysosomen/peroxysomen. In het Golgi worden eiwitten opgedeeld in units (geknipt) =
proteolyse door proteasen (enzymen). Ook gaat de glycosylation er verder. Er zijn 2 delen
van het golgi:
o Cis = naast het ER
o Medial = midden
o Trans = naast plasma membraan, van hier is er transport via secretie visicles.
- Lysosomen = door vesicles omgeven (omdat ze reactief zijn en moeten worden afgeschermd
van de rest van het cytoplasma). Deze bevatten schadelijke enzymen = acid hydrolases of
schadelijke chemische stoffen, zoals proteasen (breken eiwitten af), H2O2 en lysosyme. Deze
enzymen zijn zeer reactief. Deze schadelijke stoffen gebruiken water om polypeptiden af te
breken. Vesicles fuseren met vesicles met materiaal dat moet worden afgebroken zoals
virussen.
- Peroxisomen = door vesicle omgeven, katalyse van veel reacties, ontgiftiging door bepaalde
chemische reacties m.b.v. schadelijke enzymen. Zorgt voor metabolisme van vetten en
aminozuren. . The organelle responsible for the degradation of other organelles that are too
old to function in the cytoplasm is the peroxisome.
- Mitochondrium = energie-centrale van de cel, produceert ATP, hebben hierbij zuurstof nodig.
Een mitochondrium heeft een dubbele membraan (inner en outer met daarin
, intermembrane space) en eigen DNA, voor de replicatie is mitochondriumdeling nodig (de
theorie is dat de mitochondriën oorspronkelijk een symbiotische bacterie is, dat geïntegreerd
is in de cel). Het inner membrane produceert cristae = afbraak grote moleculen, hierbij komt
energie vrij.
- Centrosomen = kant waar microtubules groeien en centriolen worden gevonden.
- Cytoskelet = eiwit filamenten (microtubules, intermediate filamenten en actin filamenten)
die zorgen voor de vorm en hulp bij de beweging van een cel. Microtubules zijn belangrijk
voor celvorm, organisatie en beweging. Intermediate filamenten voor het behouden van de
celvorm, stijfheid en de kracht. Actin filaments zijn belangrijk voor de support van het plasma
membraan en spelen een hoofdrol in de celsterkte, vorm en beweging.
- Vacuole = bestaat uit water, eiwitten, enzymen en ionen. Er staat turgor op de wanden, want
dit is belangrijk voor de structuur en uitbreiding van de celwand (groei). Een vacuole is
contractille = water opname tot op zekere hoogte, dan fusering met membraan en dat zorgt
voor watertransport uit de cel. Daarnaast doet vacuole aan degradation = food vacuoles
bevatten hydrolytic enzymen.
- Chloroplasten = stammen af van de proplastids, deze zijn onder te verdelen in de plastids en
deze vervolgens in de chloroplasten, de chromoplasten en de leucoplasten. De chloroplasten
hebben een inner en outer membraan, een stroma, een thylakoïd membraan en bevatten
het stofje chlorofyl, dat zorgt voor de groene kleur. De chromoplasten hebben carotenoids,
deze zorgen voor andere kleuren en de leucoplasten hebben geen pigment.
Verschil tussen prokaryoten en eukaryoten = de celkern. Een eukaryoten cel heeft een celkern met
het genoom = alle genen in een cel, deze coderen voor eiwitten (worden niet altijd allemaal
afgelezen; regulatie) en een prokaryoten cel heeft het DNA los in het cytoplasma liggen.
Het proteoom = alle eiwitten op een bepaald moment in de cel, onder specifieke omstandigheden in
een bepaalde cel. Het proteoom beslist uiteindelijk hoe de structuur en de functie van een cel is
(metabolisme, regulatie en signalering).
Endocytose = transport in de membraan
Exocytose = transport de membraan uit
College 2: Chemie van de cel H2 (behalve feature investigation)
Bouwstenen van de cel: deze komen het meest voor in het menselijk lichaam: O, C, H en N.
Atomen = kleinste deeltjes met eigenschappen van een element.
Element = 1 atoom van 1 soort.
Molecuul = 2 of meer atomen.
Een atoom bestaat uit protonen, neutronen, elektronen.
Atoomnummer = aantal protonen. Alle atomen van een element hebben hetzelfde atoomnummer.
Vb. zuurstofatoom en zuurstofion hebben hetzelfde atoomnummer (alleen andere lading).
Isotopen = hetzelfde element met hetzelfde aantal protonen (atoomnummer), maar een verschillend
aantal neutronen (andere molecuulmassa/massagetal). Vb. C-12 (6 protonen, 6 neutronen) en C-14
(6 protonen, 8 neutronen).
Radio-isotoop = wanneer de nucleus van de isotoop instabiel is, kan deze vervallen. Hierbij ontstaat
er emissie energie = energie vrij in de vorm van gamma-straling of er ontstaan emissie deeltjes =
deeltjes komen vrij (alpha- of bèta-straling). Emissies van deeltjes veranderen het isotoop in een
ander element, hierdoor heeft deze een ander atoomnummer. Het verval verloopt constant
(halfwaarde tijd).
