CHAPTER ONE – CELLS: THE FUNDAMENTAL UNITS OF LIFE
- Wat zijn de fundamentele eigenschappen die levende dingen onderscheiden van niet
levende dingen?
- Alle levende dingen zijn opgebouwd uit cellen.
- De eenvoudigste levensvormen zijn solitaire cellen. Complexe organismen zijn
gemeenschappen van cellen die door groei en deling zijn te onderscheiden van een enkele
cel. Elke cel heeft een gespecialiseerde functie en werkt samen met andere cellen.
UNITY AND DIVERSITY OF CELLS
Cells Vary Enormously in Appearance and Function
Cellen verschillen in vorm, chemical requirements en grootte. Deze verschillen zorgen voor
verschillende cel functies. Sommige produceren hormonen, terwijl andere vet of pigment maken.
1. VORM
Zenuwcellen in de hersenen zijn uitgebreid en zenden elektrische signalen uit via axonen. Een in een
vijver wonende Paramecium heeft de vorm van een onderzeeër en heeft trilhaartjes. Een macrofaag
in dierlijke lichamen kruipt door weefsels door nieuwe vormen aan te nemen.
2. CHEMICAL REQUIREMENTS
Sommigen hebben zuurstof nodig om te leven; voor anderen is het gas dodelijk. Sommigen
verbruiken weinig CO2, zonlicht en water als grondstoffen, anderen hebben een complex mengsel
van moleculen nodig.
3. GROOTTE
Bacteriële cellen zijn maar een paar micrometers, terwijl een kikker eitje een diameter heeft van
een millimeter.
Sommige cellen worden zo gespecialiseerd dat ze niet meer kunnen vermenigvuldigen. In
meercellige organismen is er een taakverdeling onder de cellen zodat ze gespecialiseerd kunnen
worden.
Living Cells All Have a Similar Basic Chemistry
Levende cellen hebben een vergelijkbare basischemie. In alle organismen wordt
genetische informatie – in de vorm van genen – vervoerd door DNA-moleculen.
Lange polymeerketens van DNA zijn gemaakt van nucleotiden, die in elkaar zitten in
verschillende volgordes. Door transcriptie wordt deze info omgezet in RNA, door translatie
wordt het RNA omgezet in eiwitten. Central dogma wordt dit proces genoemd.
Eiwitten zijn gemaakt van aminozuren, alle organismen gebruiken dezelfde 20 aminozuren
om eiwitten te maken. Verschillende sequentie zorgt voor andere conformatie (vorm).
Living Cells Are Self-replicating Collections of Catalysts
Een van de meest voorkomende eigenschap van levende dingen is het kunnen
voortplanten.
Door de positieve terugkoppelende productie van DNA, RNA en eiwitten ontstaat een
zelf replicerend systeem dat levende cellen de kans geeft om zich voort te planten.
Virussen en bacteriën kunnen zich niet zonder een host cel voortplanten.
All Living Cells Have Apparently Evolved from the Same Ancestral Cell
, Als een cel vermenigvuldigt kan het zijn dat er een mutatie optreedt, dit is een
verandering in de nucleotidesequentie. Deze mutaties kunnen positief, negatief of
neutraal zijn. Seksuele reproductie verandert ook het DNA.
EVOLUTIE Het proces waarbij levende organismen veranderen en zich zo goed mogelijk
aanpassen aan de omgeving om zo lang mogelijk te overleven.
Alle cellen lijken nu zo veel op elkaar omdat ze afstammen van dezelfde
voorouderlijke cel.
Genes Provide Instructions for The Form, Function, and Behavior of Cells and Organisms
GENOOM Het geheel van erfelijke informatie, dus de nucleotidesequentie in het DNA van een
organisme. Een soort instructies van hoe een cel zich moet gedragen.
Stamcellen differentiëren in gespecialiseerde cellen doordat bepaalde genen aan en uit
staan, ook de omgeving zorgt voor specialisatie. Gebruikt zichtbaar licht.
SEEING CELL STRUCTURE
1. LICHT MICROSCOOP
Gebruikt zichtbaar licht. De lichtmicroscoop werkt niet echt in details.
2. ELEKTRONEN MICROSCOOP
Gebruikt elektronenstraling met korte golflengtes waardoor ze meer in detail werken.
The Invention of the Light Microscope Led to the Discovery of Cells
Robert Hooke noemde de kamers die hij door de microscoop zag cellen. De naam bleef
bestaan ondanks dat Robert juist de celwand bedoelde.
Antonie van Leeuwenhoek ontdekte dat ook een klein waterdruppeltje al zo veel leven
bevat.
Matthias Schleiden en Theodor Schwann ontdekte dat cellen de bouwblokken van al het
weefsel en leven zijn.
CELL THEORY Alle levende cellen ontstaan door groei en deling van voorgaande cellen.
Light Microscopes Reveal Some of a Cell’s Components
EXTRACELLULAR MATRIX Een dicht materiaal gemaakt van eiwitvezels in een gel van lange
suikerketens.
PLASMA MEMBRANE Dierlijke cellen zijn hierdoor omgeven.
CYTOPLASM Bevat polysachariden en eiwitten.
3. FLUORESCERENDE MICROSCOOP
Gebruikt geavanceerde verlichtingsmethoden en elektronische beeldverwerking om
fluorescerend gelabelde cel componenten met veel fijnere details te kunnen bekijken.
RIBOSOME Het grote macromoleculaire complex dat RNA omzet in eiwitten.
The Fine Structure of a Cell Is Revealed by Electron Microscopy
INTERNAL MEMBRANE Membranen die organellen binnen in de cel omgeven.
4. TRANSMISSIE ELEKTRONEN MICROSCOOP Lijkt op een lichtmicroscoop, alleen schiet het
elektronen in plaats van licht.
5. SCANNENDE ELEKTRONEN MICROSCOOP Verstrooit elektronen van het oppervlak van het
monster en wordt dus gebruikt om naar de oppervlaktedetails van cellen en andere
structuren te kijken.
THE TREE OF LIFE
,The Tree of Life Has Three Major Divisions
Organismen slaan genetische informatie op in de vorm van DNA. Door hiernaar te
kijken en de DNA-sequenties te vergelijken kun je weten of organismen verwanten zijn
of niet.
Eukaryoten, bacteriën en archaea zijn de vormen van leven.
Eukaryotes Comprise the Domain of Life Most Familiar to Us
Eukaryoten bevatten een nucleus waarin DNA is opgeslagen.
Bacteriën en archaea bevatten geen nucleus.
Cellen van eukaryoten zijn veel groter dan die van bacteriën en archaea. Het genoom van
een mens bestaat ook uit meer dan 20.000 genen, terwijl bacterie E. coli er maar 4300
heeft.
Bacteria Comprise the Most Diverse Collection of Organisms on Earth
Bacteriën blijken al 3.5 biljoen jaar te bestaan.
Bacteriën zijn heel klein, ze zijn vaak eencellig, soms leven ze samen in ketens of andere
structuren.
Ze bevatten cytoplasma, een celwand, een plasmamembraan en een buitenmembraan.
Sommigen gebruiken lucht terwijl anderen er absoluut niet tegen kunnen. Materiaal met
carbon, zuurstof en stikstof wordt gebruikt als eten. Sommige bacteriën doen aan
fotosynthese.
Bacteriën kunnen positief en negatief zijn voor organismen.
Mitochondriën zijn organellen die energie produceren in eukaryoten, zijn ontstaan uit
aerobe bacteriën die prokaryoot zijn.
The Worlds of Archaea Is the Most Mysterious of Life’s Domains
Alleen ontdekt uit het DNA-sequensen van samples genomen uit de natuur.
Archaea verschillen van bacteriën door de samenhang van hun celwanden, typen lipiden in
de membranen en de chemische reacties die erin plaatsvinden.
Archaea leeft overal en speelt een rol in het recyclen van carbon en stikstof.
De genen van Archaea blijken heel erg op die van eukaryoten te lijken Asgard stam.
Door het ontdekken van deze stam bleek dat archaea afstammen van aerobe bacteriën.
THE EUKARYOTIC CELL
Mitochondria Generate Usable Energy from Food Molecules
Aanwezig in alle eukaryote cellen, ze zijn de meest opvallende organellen in het
cytoplasma.
Door een elektronenmicroscoop is het organel verdeeld in twee membranen.
Mitochondriën zijn generatoren van chemische energie voor de cel, ATP.
Het proces heet “cell respiration” aangezien het zuurstof verbruikt en CO2 uitstoot.
Mitochondriën hebben hun eigen DNA en vermeerderen door te delen, dit laat zien dat
ze zijn ontstaan uit aerobe bacterie die werd overspoeld door een anaerobe voorouder.
Internal Membranes Create Intracellular Compartments with Different Functions
ER Is een onregelmatig doolhof van onderling verbonden ruimtes omsloten door een
membraan. Het is de plaats waar de meeste celmembraancomponenten, evenals materialen
bestemd voor export uit de cel, worden gemaakt.
GOLGI APPARATUS Wijzigt en verpakt moleculen die in het ER zijn gemaakt en die bestemd zijn om
uit de cel te worden uitgescheiden of naar een ander cel compartiment te worden getransporteerd.
LYSOSOMEN organellen waarin intracellulaire spijsvertering optreedt.
PEROXISOMEN Blaasjes die een gesekwestreerde omgeving bieden voor een verscheidenheid
aan reacties waarbij waterstofperoxide wordt gebruikt om giftige moleculen te inactiveren.
ENDOCYTOSIS Delen van het plasmamembraan kruipen naar binnen en knijpen af om blaasjes te
vormen die materiaal dragen dat is gevangen van het externe medium dat de cel binnendringt.
, The Cytosol Is a Concentrated Aqueous Gel of Large and Small Molecules
CYTOSOL Wanneer je alle organellen uit een eukaryote cel verwijdert blijft het cytosol over. Hierin
vindt ook de eerste afbraak van voedingsmoleculen plaats.
The Cytoskeleton Is Responsible for Directed Cell Movements
Cytosol bestaat eigenlijk uit lange, fijne filamenten. Dit vormt samen het cytoskelet, deze
bestaat uit drie soorten filamenten.
1. ACTIN FILAMENTS Ze zijn overvloedig aanwezig in alle eukaryote cellen, maar komen in
bijzonder grote aantallen voor in spiercellen.
2. MICROTUBULES De dikkere filamenten in het cytosol, ze zien eruit als holle buizen.
3. INTERMEDIATE FILAMENTS Ze dienen om de meeste dierlijke cellen te versterken.
Many Eukaryotes Live as Solitary Cells
PROTOZONES Vrij levende, beweeglijke, eencellige eukaryoten. Ze kunnen niet in extreme
omgevingen leven, maar kunnen in veel veranderen en meegaan.
DIDINIUM Voorbeeld van een Protozon, het is dun en is omgeven door twee randen Cilia,
het kan snelzwemmen en bewegen hierdoor. Het klemt vast aan zijn slachtoffer. Hij is een
predator.
Ze kunnen fotosynthetisch, maar ook carnivoor, motiel of sedentair zijn.
STUDYING MODEL SYSTEMS
Sommige organismen zijn makkelijker te onderzoeken dan anderen, daarom zijn er
bepaalde model organismen die men over de hele wereld gebruikt.
Molecular Biologists Have Focused on Escherichia coli
Jacques Monod zei dat “alles wat waar is over E. coli, ook moet kloppen over olifanten.”
We begrijpen E. coli het beste van alle levende dingen op de wereld.
Door E. coli is men erachter gekomen hoe DNA-replicatie werkt en dat recombinant-DNA
bestaat en hoe dit dan weer werkt. Het produceert ook insuline.
Brewer’s Yeast Is a Simple Eukaryote
Homo sapiens zijn lastig om mee te onderzoeken.
S. cerevisiae gebruikt men om bier en brood mee te maken.
Het is eencellig en komt meer in de buurt bij dieren dan bij mensen.
Het heeft een stijve celwand, is relatief onbeweeglijk en bezit een reeks organellen -
waaronder een kern, golgi-apparaat, ER en mitochondriën - maar geen chloroplasten.
Het doet gedraagt zich wel hetzelfde als alle andere eukaryote cellen. Hierom gebruikt
men S. cerevisiae om de genetica van seksuele voortplanting en celdeling te
bestuderen.
Biologists Have Chosen Arabidopsis as a Model Plant
Planten en dieren variëren erg in uiterlijk maar ze lijken eigenlijk heel erg op elkaar.
Bacteriën en archaea bestaan al heel lang, maar planten nog maar 1.5 biljoen jaar,
bloeiende planten bestaan nog maar 150 miljoen jaar.
Het is dus veel makkelijker terug te kijken naar hun celbiologie.
