Moleculaire genetica
Hoofdstuk 2: Fundamentals of cells and chromosomes
2.1 Cell structure and diversity, and cell evolution
Cel = eenheid van de biologie ~ mens heeft 40-100 biljoen cellen
Alle cellen komen vanuit een bevruchte zygote, deze ondergaat cel proliferatie (=
vermeerderen van cellen). Cel proliferatie omvat afwisselende rondes van
celdeling, deze kan symmetrisch of asymmetrisch zijn, en celgroei.
- Symmetrisch = dochtercellen zijn hetzelfde
- Asymmetrisch = dochtercellen zijn verschillend (bv. in grootte of functie)
Voorbeelden:
- Cel waarbij het aantal proteïnen die belangrijk zijn voor functie zich langs
één kant van de cel bevinden en cel deelt zich horizontaal enkel één
dochtercel heeft de regulatieve dochtercellen. (asymmetrische celdeling)
- Eicel ondergaat meiose; spoelfiguur niet in het midden, maar meer langs
één kant namelijk dichter bij het membraan. Wanner deze deelt krijgt je
dus een kleine en grote cel.
- Eicel horizontaal of verticaal delen kan verschil maken doordat de cel in
andere omgeving kan terecht komen (cel-cel communicatie).
Geen deling (=post mitotisch) -- Wel deling
Balans tussen cel proliferatie en celdood om een stabiel cel aantal te
verzekeren in een volwassen organismen.
Vanuit een oercel (precursor cel) zijn er andere celtypes ontstaan door te
evolueren.
Prokaryoten en eukaryoten vertegenwoordigen een fundamentele verdeling van
cellulaire levensvormen.
Prokaryoten zijn opgedeeld in bacteriën (in de darmflora) en archaea (in extreme
omstandigheden); eukaryoten zijn opgedeeld in fungi, planten en dieren.
Vertegenwoordigen een fundamentele verdeling van cellulaire levensvormen.
Drie grote groepen cellen: bacteriën (unicellulair), archaea (unicellulair) en
eukaryoten (multicellulair).
Intercellulaire organisatie in dierlijke cellen:
Plasmamembraan ~ bestaat uit een dubbele laag van
fosfolipiden Levert protectie aan de cel en is selectief
permeabel
Cytosol ~ waterige component van het cytoplasma
Plaats van proteïne synthese en metabole activiteit
Cytoskelet ~ belangrijk voor celstabiliteit, celvorm,
celbeweging, intracellulair transport, communicatie
- Microfilamenten (actine polymeer)
°Het cytoskelet onder het plasmamembraan is de
celcortex.
, Moleculaire genetica
°De cortex is rijk aan actine-filamenten
°De cortex biedt mechanische ondersteuning aan de cel, maar kan snel
opnieuw worden gemodelleerd, waardoor gecontroleerde veranderingen in de
celvorm mogelijk zijn, zoals endocytose, en vergemakkelijken celbeweging
door bv. filopodia en lamellipodia te vormen.
- Microtubules (tubuline polymeer)
°Meer rigide structuur dan actine-filamenten
°Belangrijke bouwstenen van centrosomen en de mitotische spoelfiguur,
evenals cilia en flagella
- Intermediaire filamenten (bv. keratine in epitheliale cellen)
Cilia ~ structuur met microtubuli.
- Sommige gespecialiseerde epitheelcellen hebben meerdere cilia om beweging
te veroorzaken.
- Primair cilium: bevat receptormoleculen en fungeren als sensor voor de
micro-omgeving van de cel
Endoplasmatisch reticulum (ER; single membraan vesikel)
- Opslagplaats voor Ca2+
- Synthese, vouwing, modificatie van proteïnen en lipiden bestemd voor het
celmembraan of voor secretie
- Glycosylering start in ER Golgi complex (single membraan vesikel)
- Glycoproteïnen uit het ER, worden verder gemodificeerd in het Golgi-complex
- Scheiden celproducten, zoals eiwitten, uit naar de buitenkant en helpen het
plasmamembraan en de membranen van lysosomen te vormen
Lysosomen
- Single membraan vesikel met hydrolytische enzymen die materialen verteren
die door fagocytose (absorptie van vaste voorwerpen) of pinocytose
(absorptie van vloeistoffen) in de cel worden gebracht.
- Ze helpen eveneens bij degradatie van cel-componenten na celdood.
Peroxisomen
- Single membraan vesikel met enzymen die substraten oxideren en
waterstofperoxide genereren
Nucleus
- Nuclear envelope = 2 membranen, buitenste bevat ribosomen
- Nuclear pores: bevatten proteïne complexen die fungeren als transporteurs
van macromoleculen tussen de nucleus en het cytoplasma
- Nuclear lamina: bestaat uit intermediaire filamenten (lamins) en
geassocieerde proteïnen
- Nuclear matrix: een proteïne netwerk waar chromosomen aan vastgehecht
kunnen worden
Mitochondria
- 2 membranen
, Moleculaire genetica
- Plaats van oxidatieve fosforylatie en dus ATP productie
Niet alle structuren zijn altijd aanwezig in elk celtype. (bv. kerocyten bevatten
geen celkern).
Structuren die het genoom van dierlijke cellen bevatten: DNA in de nucleus =
chromosomen, DNA in de mitochondria = mtDNA , nucleaire lamina, etc. Het
genoom is de collectie van verschillende DNA moleculen in een eukaryote cel.
Celdiversiteit in het lichaam
Cellen zijn gem. 10-13 micrometer groot, er zijn zo’n 40-100 biljoen cellen in het
lichaam, de levensduur van een cel afhankelijk van het type, er zijn klassiek zo’n
200 verschillende types maar met single cell sequencing zo’n duizenden
verschillende celtypes.
Celfusie door opname leidt meestal tot fagocytose, maar een zeldzaam
alternatief is coöperatieve symbiose.
Cel neemt andere cel op (blauw neemt oranje op), er volgt fagocytose: oranje
cel wordt afgebroken in de blauwe cel, vervolgens kunnen DNA fragmenten in
het blauwe genoom terecht komen.
Cel neemt andere cel op (blauw neemt oranje op),er volgt endosymbiose: 2
cellen werken samen, er is een voordeel voor beiden en ze blijven als geheel
bestaan. [cruciaal bij ontwikkeling van cellen vanuit de precursorcel]
Zowel archaeale als bacteriële DNA-sequenties droegen bij aan de evolutie van
eukaryote genomen:
Eukaryote-archaea homologen: informatie processystemen (zoals DNA
transcriptie, translatie, herstel, etc.)
Eukaryote-bacteria homologen: operationele functies (zoals metabolen, etc.)
Een belangrijke stap in de evolutie van eukaryoten was een endosymbiotische
gebeurtenis waarbij een complexe anaerobe archaeon een aerobe alfa-
proteobacterium opnam.
Bij oerarchaeon is er horizontale gentransfer gebeurt door middel van
fagocytose, delen van de bacterie worden geïntegreerd in het genoom van het
oerarchaeon een complexer genoom wordt gevormd (vorming v/h binnenste
membraan). Endosymbiose tussen het nieuwe archeon (anaeroob) en alfa-
, Moleculaire genetica
proteobacterie (aeroob), door deze laatste op te nemen. Endosymbiose want de
zuurstof concentratie stijgt, dit is gunstig voor beiden. Alfa-proteobacterie heeft
een eigen genoom en proteïnen synthese. Het archeon heeft ook een eigen
genoom en proteïnen synthese, het bevat ook delen van de alfa-proteobacterie
door middel van gentransfer. (= mitochondriën) 1 CEL
Bij planten vindt er een tweede endosymbiose plaats, die heeft geleid tot de
vorming van chloroplasten in de plant.
De cruciale ontwikkeling van multicellulaire organismen kan zijn ontstaan door
eenvoudige genmutaties.
Verschillende cellen in een meercellig organisme kunnen gespecialiseerd
worden in het uitvoeren van verschillende taken, waardoor een veel grotere
functionele complexiteit mogelijk wordt.
Cel-cel interacties en cel-omgevingsinteracties tijdens de ontwikkeling maken
een progressieve ontwikkeling van celspecialisatie mogelijk. Cellen kunnen
dan samenwerken om complexe weefsels en organen te bouwen.
2.2 DNA and chromosome copy number during the cell cycle
Enkele karakteristieken van het DNA in een somatische menselijke cel:
2 sets van 23 verschillende chromosomen (=2n , diploid) (helft moeder en
helft vader)
22 autosomale chromosomen en 1 geslachtschromosoom per set
46 XY = man en 46 XX = vrouw
DNA inhoud van 1 set = C = 3,5pg (dus 2n = 7pg DNA)
Verschillende cellen binnen een persoon tonen verschillen in ploïdie = meerdere
celkernen.
| Polypoïde somatische cellen kunnen ontstaan door:
Endomitose = DNA-replicatie maar zonder divisie (bv. hepatocyten ~ 4-8n)
Celfusie = twee cellen die met elkaar fuseren (bv. spiercellen) ~
verschillende rondes van celfusie kunnen leiden tot een syncytium (= cellen
met meerdere kernen)
| Nulliploïde somatische cellen (bv. erythrocyten, bloedplaatjes, mature
keratinocyten)
Een cel is euploïde als het een normaal aantal chromosomen bevat voor dat
celtype.
Een cel is aneuploïde als het een abnormaal aantal chromosomen bevat voor dat
celtype.
Verdubbeling van het aantal chromosomen en de DNA inhoud, voorafgaande aan
de M-fase tijdens de celcyclus.
De interfase bestaat uit de G1-fase, de S-fase en de G2-fase.
G1-fase (gap/groei fase):
°de fase tussen de M en S-fase
°de cel groeit in omvang
