MGZ – SAMENVATTING Q2
Nature and Nurture
26 JANUARI 2020
RADBOUD UNIVERSITEIT NIJMEGEN
Joris van Doremalen (4562356)
, MGZ – Samenvatting Q2 | Joris van Doremalen
Inhoudsopgave
De Gezonde Cel (MGC) .......................................................................................................................3
Membraan......................................................................................................................................3
Organellen ......................................................................................................................................4
Cytoskelet ......................................................................................................................................5
Microscopie ....................................................................................................................................6
Celdeling.........................................................................................................................................6
Genexpressie (MGX)...........................................................................................................................9
DNA-structuur en ligging ................................................................................................................9
Eiwitten ........................................................................................................................................ 10
Transcriptie .................................................................................................................................. 11
Post-transcriptionele modificatie ................................................................................................. 11
Translatie ..................................................................................................................................... 12
Targeting ...................................................................................................................................... 14
Post-translationele modificatie .................................................................................................... 15
Cellulaire Besluitvorming (MCB) ......................................................................................................16
Communicatie .............................................................................................................................. 16
Besluitvorming ............................................................................................................................. 18
Van Cel naar Weefsel (MCW) ...........................................................................................................23
Embryologie ................................................................................................................................. 23
Stamcellen .................................................................................................................................... 30
Epitheel ........................................................................................................................................ 31
Bindweefsel.................................................................................................................................. 34
Kraakbeen .................................................................................................................................... 36
Bot................................................................................................................................................ 37
Pathologie .................................................................................................................................... 39
Genetica (MGN) ...............................................................................................................................41
Chromosomale afwijkingen .......................................................................................................... 41
Kleine varianten ........................................................................................................................... 42
Evolutionaire processen ............................................................................................................... 43
Gedrag en Gezondheid (MGG) .........................................................................................................45
Cognitie, stress en coping ............................................................................................................. 45
Ontwikkeling ................................................................................................................................ 46
Leerprincipes ................................................................................................................................ 47
1
, MGZ – Samenvatting Q2 | Joris van Doremalen
Gedragsverandering ..................................................................................................................... 48
Placebo en nocebo ....................................................................................................................... 48
Cognitieve functies ....................................................................................................................... 48
Maatschappij en Gezondheid (MAA)................................................................................................51
Sociale cohesie en sociaal kapitaal ............................................................................................... 51
Socialisatie, cultuur en gedrag...................................................................................................... 53
Preventie ...................................................................................................................................... 54
2
, MGZ – Samenvatting Q2 | Joris van Doremalen
De Gezonde Cel (MGC)
De cel bestaat uit een nucleus (kern) met cytosol dat celorganellen bevat. Het cytosol is omgeven
met een membraan dat alles bij elkaar houdt en selectief moleculen doorlaat. Bij cellen bepaalt de
vorm de functie. De vorm is dan weer afhankelijk van het cytoskelet van de cel. Om dit allemaal te
kunnen waarnemen zijn er verschillende vormen van microscopie, waarmee alle componenten van
een cel te observeren zijn. Daarnaast kan zelfs de activiteit van een cel bepaald worden.
Membraan
Het membraan wordt gevormd door
een fosfolipide dubbellaag, bestaande
uit glycerol, een kopgroep en twee
vetzuurketens: Een hydrofiele kop
(polair) en twee hydrofobe staarten
(apolair). In deze flexibele membraan
kunnen bepaalde moleculen zitten,
zoals een hoop verschillende eiwitten,
cholesterol, sphingolipiden,
glycoproteïnen en glycolipiden (zie
figuur). Dit wordt dan ook het Fluid
mosaic model genoemd.
De vloeibaarheid van het membraan is het gemak waarmee lipiden kunnen bewegen. Dit is belangrijk
voor de doorlaatbaarheid, de interactie tussen membraan en cytoskelet en het doorgeven van
signalen. Wanneer er veel cholesterol of fosfolipiden met onverzadigde vetzuren in het membraan
zitten, wordt de vloeibaarheid minder.
Membraaneiwitten
Het membraan vormt een barrière, waarbij alleen kleine ongeladen moleculen (O2 en CO2) vrij
kunnen passeren. De andere moleculen moeten door kanaal- of transporteiwitten. De eiwitten in de
membraan kunnen ook dienen als anker, receptor of enzym. De functie van een eiwit wordt bepaald
door de secundaire en tertiaire structuur.
Transporteiwitten transporteren ionen en kleine moleculen op een passieve of actieve manier.
Passief is met de concentratiegradiënt mee: kanalen voor ionen en transporters voor glucose en
aminozuren. Actief is tegen de concentratiegradiënt in: kost energie (ATP) en houd concentratie- en
ladingsverschillen in stand. Voor actief transport kan ook gebruik
gemaakt worden van symport en antiport, waarbij een co-
getransporteerd molecuul meespeelt (met getransporteerde
molecuul mee of er tegenin, respectievelijk).
Membraaneiwitten ontvangen, vertalen, versterken en integreren
signalen zodat cellen adequaat kunnen reageren op veranderingen
in hun omgeving. Dit wordt gestimuleerd door extracellulaire
signaalmoleculen. Ook zorgen membraaneiwitten voor de
dynamische celmorfologie doordat zij het cytoskelet verankeren
aan de celmembraan en de cel aan de extra extracellulaire matrix
(ECM). Een voorbeeld hiervan zijn integrines, deze verankeren het
actine cytoskelet aan de ECM (zie figuur).
3
, MGZ – Samenvatting Q2 | Joris van Doremalen
Organellen
Een organel is een subcompartiment van een eukaryote (met celkern) cel, met een specifieke functie.
Deze organellen liggen in het cytoplasma (cytosol) en zijn vaak omgeven door een membraan.
Ribosomen
Ribosomen bestaan uit ribosomaal RNA en twee eiwitten. Deze kleine organellen zijn
verantwoordelijk voor de eiwitsynthese in de cel. Ribosomen komen vrij voor of gebonden aan het
ruw endoplasmatisch reticulum (RER). Vrije ribosomen produceren eiwitten die een functie in de cel
vervullen, terwijl gebonden ribosomen eiwitten produceren voor in een membranen of voor
vesiculair transport (transport via transportblaasjes) binnen de cel of voor extracellulaire doeleinden.
Endoplasmatisch reticulum
Dit zijn afgeplatte zakken (cisternen) en buizen (tubuli) rondom de celkern en zijn te onderscheiden
in het RER (ruwwandig) en SER (gladwandig). Het RER is bezet met ribosomen. Deze maken van een
mRNA molecuul een peptideketen. Die gaat via een translocatiekanaal het lumen in, waarna er
suikermoleculen aan worden gebonden en het in de juiste configuratie wordt gevouwen. Deze
glycoproteïnen worden door afsnoering van blaasjes (budding) vervoerd naar het Golgi-complex of
targetorganellen. Het SER is niet bezet met ribosomen, maar is betrokken bij stofwisselingsprocessen
(verschillend per celtype). Denk hierbij aan synthese van glycogeen of steroïden. Lipiden of glycogeen
kunnen worden gekoppeld aan eiwitten om naar het cytosol te komen. Ook worden eiwitten in
transportblaasjes vervoerd naar het Golgi-complex.
Golgi-complex
Het Golgi-complex is ook een systeem van membraanzakken (cisternen), maar dan voor modificatie
van eiwitten. In de 1e en 2e cisternen vindt hydrolyse van suikerketens plaats. In de 3e cisterne vindt
definitieve specialisatie van de glycoproteïnen plaats, door verandering van terminale sequenties in
de suikerketens (glycosylering, fosforylering en sulfatering). In de transzijde krijgt elk eiwit een
marker d.m.v. membraangebonden receptoren. Het Golgi-complex bestaat uit een cis-zijde en een
trans-zijde. In de cis-zijde komen de transportblaasjes van het ER aan en aan de trans-zijde worden
nieuwe transportblaasjes afgesnoerd voor verder vervoer door de cel. Vervolgens kunnen de
eiwitten gesecreteerd worden of in het plasmamembraan of lysosomen terechtkomen. Secretie van
de transportblaasjes kan gereguleerd (naar aanleiding van signaal) of constitutief (willekeurig) zijn.
Lysosoom
Het lysosoom zorgt voor de vertering
binnen een cel m.b.v. hydrolasen. Een
primair lysosoom is een blaasje dat net van
het Golgi-complex afgesnoerd is. Een
secundair lysosoom is een versmelting van
een primair lysosoom met te verteren
materiaal: een heterofagosoom bevat
materiaal van een bacterie o.i.d., terwijl
een autofagosoom afgeschreven
celorganellen bevat.
Peroxisoom
Een peroxisoom ontstaat door uitstulping van SER-membraan en bevat enzymen uit het RER:
peroxidases, uraatoxidases en katalases. Katalase kan substraten oxideren met H2O2 splitsing. De
enzymsamenstelling verschilt per orgaan en celfunctie. Ze komen vooral voor in lever- en niercellen.
4
, MGZ – Samenvatting Q2 | Joris van Doremalen
Mitochondriën
Het mitochondrion bestaat uit twee membranen: binnen- en buitenmembraan. Het
binnenmembraan is geplooid en vormt zo de cristae (oppervlak afhankelijk van energiebehoefte in
cel). In de matrix bevinden zich vrije ribosomen en DNA-strengen (mtDNA). De functie is het
produceren van ATP en het controleren van de Ca2+ concentratie in het cytoplasma. Het produceren
van ATP gebeurt in het binnenmembraan, waarbij H+ de intermembraanruimte in wordt gepompt en
hierdoor in de matrix ATP wordt gevormd.
Cytoskelet
Ook het cytoskelet bevindt zich in het cytoplasma. Het cytoskelet bestaat uit drie verschillende
filamenten (op volgorde van klein naar groot): actine filamenten, intermediaire filamenten en
microtubuli (zie figuur). Deze filamenten zorgen voor intracellulaire organisatie, vorm en stevigheid.
Daarnaast spelen ze ook een rol bij multi-cellulaire organisatie en cellulaire bewegingen
(spiercontractie, cel-migratie en transport).
Actine filamenten
Actine filamenten zijn dun en flexibel en zijn vooral
gepositioneerd aan randen van de cel, bij de
celmembraan. De filamenten bestaan uit polymeren
van actine met een plus en minus einde, waarbij actine
monomeren aan kunnen sluiten bij het plus einde en af
kunnen bouwen bij het minus einde. Dit proces wordt
‘treadmilling’ genoemd. Bij het aanbouwen van actine
monomeren wordt ATP omgezet in ADP. Capping
eiwitten stabiliseren de filamenten door remming van
inbouw (plus einde) en dissociatie (minus einde).
Daarnaast zijn er nog turnover eiwitten die een rol
kunnen spelen (zie figuur). Twee andere eiwitten zijn
ook belangrijk voor de functie van actine filamenten:
formine en ARP2/3. Formine zorgt voor de vorming van
stress-fibers aan het membraan en ARP2/3 zorgt voor
de vertakking van actine filamenten.
5
, MGZ – Samenvatting Q2 | Joris van Doremalen
Intermediaire filamenten
De intermediaire filamenten (IF) hebben een functie in treksterkte, ze zijn daarom ook de sterkste
van het cytoskelet. Ze worden gevormd door een parallelle dimeer (dus tetrameer) met dezelfde
apolaire uiteindes (symmetrisch). Er zijn twee groepen IF te onderscheiden: cytoplasmatische en
nucleaire. Cytoplasmatische IF zijn cel-specifiek. Bij epitheelcellen komt keratine voor, bij spier- en
bindweefselcellen komen desmine en vimentine voor en bij zenuwcellen komen neurofilamenten
voor. Nucleaire IF komen in elke cel voor, dit zijn nucleaire lamines.
Keratines verankeren epitheelcellen via desmosomen (cel-cel hechting) en hemidesmosomen (cel-
matrix adhesie complexen). Desmine en vimentine zijn belangrijk voor de aanhechting van
contractiele units. Lamines in de nucleus geven structuur aan de kern voor bescherming van het
DNA. Deze binden ook aan het chromatine en aan het cytoskelet, waardoor genregulatie mogelijk is.
Microtubuli
De microtubuli hebben de vorm van een holle buis, opgebouwd uit dimeren van - en -tubuline.
Ook de uiteindes van deze microtubuli zijn verschillend door een aanbouwend (plus) en afbouwend
(minus) einde. Hierbij zijn de dimeren gepositioneerd met -tubuline naar het minus einde en -
tubuline naar het plus einde. Dit af- en aanbouwen van dimeren maakt dat microtubuli zeer
dynamisch zijn. Het minus einde wordt gestabiliseerd door -tubuline in het centrosoom. Het plus
einde wordt gestabiliseerd of gedestabiliseerd door de eiwitten Tau en Statmine, respectievelijk.
Microtubuli functioneren als positioneringsmechanisme voor organellen. De eiwitten Dyneïne en
Kinesine zorgen voor beweging van organellen over de microtubuli naar het centrosoom toe en van
het centrosoom af, respectievelijk.
Microscopie
Het bestuderen van cellen kan d.m.v. lichtmicroscopie, hieronder vallen: bright field, phase contrast,
DIC en fluorescence. Hierbij is geen fixatie nodig. Meestal worden weefsels en cellen overigens wel
gefixeerd, zodat structuur behouden blijft tijdens de daaropvolgende behandelingen. Een erg
gangbare procedure is de HE-kleuring (Hematoxyline en Eosine). Een andere methode om structuren
aan te kleuren is immuunhistochemie, hierbij worden antilichamen met een lichtgevende groep
gebruikt om bepaalde structuren zichtbaar te maken door te binden aan specifieke eiwitten.
Confocale-laser-scanning-microscopie (CLSM) is een vorm van lichtmicroscopie waarbij een
driedimensionaal beeld kan worden verkregen door een serie van “optische coupes”.
Een andere manier om cellen te bestuderen is elektronenmicroscopie zoals transmissie-
elektronenmicroscopie (TEM). Hiermee kan de interne structuur van cellen met een hoge resolutie
zichtbaar worden gemaakt. Daarnaast is er Immuno-elektronenmicroscopie (IEM), waarbij
goudbolletjes van verschillende grootte, gekoppeld aan diverse antilichamen, binden aan
verschillende enzymen. Goud laat elektronen slecht door, waardoor een donker stipje op de EM
opname te zien is. Als laatst is er scanning-elektronenmicroscopie (SEM). Deze vorm van opname
zorgt voor een spectaculair driedimensionaal beeld.
Celdeling
Voor het begrijpen van de ontstaanswijze van bepaalde
aandoeningen is het van belang het proces van celdeling goed te
begrijpen. De celcyclus bestaat uit de G0 (rust), G1, S, G2 en M
fase. Hierbij vindt de celdeling (mitose of meiose) plaats in de M
fase en de rest is interfase. DNA-replicatie gebeurt in de S fase.
6
