Humane Levenscyclus 1
HC 1, 30-10
Embryogenese en Celbiologie
Inleiding embryogenese
0-8 weken -> embryo vanaf 9 weken -> foetus
- 4 weken: sluiten van neurale buis
Hoe ontwikkel je een complex, multicellulair organsime, dat uit vele
weefsels en organen bestaat, uit één cel?
En hoe kan het dat het ene organisme dit anders doet dan het
andere?
-> embryologie is een voortschrijdende wetenschap: al vanaf 1900
onderzoek naar gedaan.
- Eerst alleen kijken en vergelijken, vanaf 20 e eeuw experimenten.
- Vanaf jaren 60: leer van teratologie -> stoffen kunnen de placenta passeren
en negatieve effecten hebben op het ontwikkelende kind.
- Vanaf jaren 90: moleculaire benadering, genetische modificatie -> reporter genen, fluorescente probs, transgene
muizen, knock-out, knock-in, antisense, RNA interferentie -> ontrafeling van de rol van individuele genen en hun
interactie met omgevingsfactoren.
Opfrissing van kennis van celbiologie
- Elk organisme bestaat uit een grote gemeenschap (5x10 13) van samenwerkende cellen.
- Hoe: op basis van erfelijke informatie uit de celkernen worden eiwitten gevormd die deze samenwerking
mogelijk maken.
- Afhankelijk van de definitie, bestaan er 200 tot 400 verschillende celtypen in het menselijk lichaam.
Een cel heeft veel organellen met ertussen veel eiwitten.
- Cel is niet een losstaand element.
- Bijv. celmembraan -> extracellulair en intracellulair.
- Nucleolus (deel van de celkern) -> wordt RNA gemaakt.
- Centriool -> 2 samen: centrosoom -> zorgt voor het uit
elkaar trekken van chromosomen tijdens deling.
1. Nucleolus 7. Cytoskelet
2. Celkern 8. Glad endoplasmatisch reticulum
3. Ribosoom 9. Mitochondrion
4/10/12. Vesikel/vacuole/lysosoom 11. Cytosol
5. Ruw endoplasmatisch reticulum 13. Centriool
6. Golgi-apparaat
Verschillende functies van organellen:
Endoplasmatisch reticulum (netwerk):
- Ruw (met ribosomen): eiwit aanmaak (translatie) en transport naar Goli.
- Glad: transport naar Golgi, synthese van (fosfo)lipiden en steroïden en ontgifting (deoxifictie).
Golgi-apparaat: eiwitten ombouwen (modificeren), opslaan en inpakken in blaasjes voor transport.
Lysosoom: blaasjes die deeltjes, ingenomen door fagocytose of pinocytose, of oudere celdelen verteren,
zodat de afbraakproducten hergebruikt of veilig uitgescheiden kunnen worden.
- Gemaakt door Golgi-apparaat.
Mitochondrion(-um): energiecentrale, citroenzuurcyclus (ATP maken), oppervlakte vergroting (d.m.v.
cristae)
Kern (nucleus): genetische informatie DNA
Kernlichaampje (nucleolus): aanmaak van ribosomen voor translatie, RNA fragmenten.
Cytoskelet: polymeren van eiwitten in cellen die samen zogen voor stevigheid vorm en beweeglijkheid.
- Polymeer: molecuul bestaande uit veel delen (polymeros)
- microfilamenten (kleine strengen, bijv. actine), microtubuli (kleine buisjes opgebouwd uit
tubuline) en intermediaire filamenten.
,Humane Levenscyclus 1
Uit één bevrucht eicel ontwikkelt een heel organisme met vele verschillende soorten cellen en organen:
- Wat gebeurt er met de bevruchte eicel en dochtercellen hiervan?
- Vormbepaling: morfologische embryonale ontwikkeling.
- Hoe ontwikkelt de bevruchte eicel zich tot een embryo met daarin, in de basis, alle orgaanstelsels
en functies?
-> Celdeling (proliferatie), celbeweging (migratie), celtype bepaling (specificatie en differentiatie)
- Hoe gebeurt dit?
- Aansturing/signalering: moleculaire embryonale ontwikkeling.
- Hoe worden signalen verzonden en geïnterpreteerd door cellen zodat deze weten wat ze moeten
doen/worden?
-> - Wat zijn signaalstoffen? (-> eiwitten)
- Hoe worden ze aangemaakt en afgegeven?
- Hoe geven ze informatie door? (-> beïnvloeden cel gedrag)
- Hoe komt het dat cellen ander van elkaar worden (differentiëren)?
Voorbeeld vragen:
1.Wat is de drager van de informatie die nodig is voor eiwit synthese (aanmaak)?
-> Het erfelijk materiaal, het DNA.
2. Waar bevindt zich het erfelijk materiaal?
-> In de celkern
3. Welke functies vervullen eiwitten in een cel?
Bouwstenen voor celstructuren Regulatie van: genexpressie, cel-beweging en cel-communicatie
Katalyseren (versneld laten verlopen) van chemische reacties, enzymen
Samenvatting:
- Cellen bestaan uit een verscheidenheid aan organellen met verschillende functies en staan in contact
met hun omgeving.
- Embryogenese kan beschouwd worden vanuit een morfologisch (vormverandering) en een moleculair
(signalerings) perspectief.
- Cel signalering wordt verzorgd door speciale signaaleiwitten die (net als alle andere eiwitten) gemaakt
worden op basis van erfelijke informatie in het DNA in de celkern.
HC 2, 30-10
DNA structuur en organisatie
Inleiding
- Een menselijke cel bevat 46 chromosomen.
- Geslachtscellen bevatten 23 chromosomen.
- Dubbelstrengse polymeer van nucleotiden.
- Begrippen:
DNA: De(s)oxyribonucleïnezuur
- drager van erfelijke informatie, van generatie op generatie.
- bevat genen die coderen voor de aanmaak van eiwitten.
- polymeer opgebouwd uit nucleotiden, bestaande uit deoxyribose (suiker) en fosfaatgroepen (samen: de
leuning) en stikstofbasen (treden).
- dubbelstrengs; complementaire stikstofbasen vormen paren. (T-A en C-G)
Chromosoom: één dubbelstrengs DNA molecuul .
- 46 in een diploïde humane cel en 23 in een haploïde cel.
Genoom: totaal aan chromosomen per celkern.
- Alle genetische informatie, dus ook genen die niet coderen voor eiwitten.
Van klein naar groot:
,Humane Levenscyclus 1
Nucleotide (fosfaatgroep, suikergroep, stikstof base) -> nucleosoom (8 histonen eiiwitten plus ± 146 bp
DNA) -> chromosoom ( dubbelstrengs DNA molecuul) -> genoom (alle chromosomen in de celkern).
Genoom
Bijv. Human Genome Project and Celera’:
- Sequentie (volgorde) bepaling van alle 3 miljard (3.000.000.000) nucleotiden van het humane (haploïde) genoom.
- Combinatie van sequencing technologie en bio-informatica. (pas mogelijk nadat bio-informatie kon)
- Identificatie van alle ± 20.000-25.000 genen. (veel minder dan gedacht)
- Informatie opslaan in publiek toegankelijke databases.
- Model bewerken zodat je kan onderzoeken wat de functie van een bepaald gen is.
!! Let op: alle genetische informatie
- Het genoom van een individu is in alle cellen exact hetzelfde.
- De genomen van verschillende individuen bevatten dezelfde genen maar…
- De genomen van verschillende individuen kunnen wel op meer dan 10 miljoen plaatsen van elkaar
verschillen.
- Oorzaak: puntmutaties, SNPs, deleties, inserties.
Opbouw van het humane genoom -> zijn allerlei verschillende volgordes in het DNA
- 1,5% van alle informatie in DNA codeert voor eiwitten.
- Op het chromosoom zitten de genen verspreid, kan veel ruimte tussen zitten.
- Genoom grootte en aantal genen -> zeer zwakke relatie met soort complexiteit van het organisme.
- Wel efficiënt -> kleine genoom grootte (bp) en veel aantal genen.
Opvouwing van het genoom
Het totale genoom van een humane cel omvat 6 miljard baseparen.
- In uitgestrekte vorm zou dit een 2 meter dunne draad zijn -> om in de celkern te passen moet het DNA
dus enorm opgevouwen worden -> hoe: histonen
Nucleosoom -> histon octameer & 147 bp DNA
- H1 houd alles bij elkaar.
- Histon octameer -> complex van 8 histon eiwitten, 2x: H2A, H2B, H3 en H4.
- Het DNA zit om het histon octameer bolletje gewikkeld door elektrische interactie.
- Histon eiwitten bevatten veel aminozuren (arigine en lysine) -> + lading
- DNA heeft een - lading.
- Sprake van evolutionaire ‘conservering’ -> (De nucleotide volgorde van)
een gen is behouden gebleven in de loop van evolutionaire ontwikkeling.
- Fout in nucleotide volgorde van H-eiwit is cruciaal voor de functie ->
verander is lethaal.
- Histon modificaties maken DNA losser,
toegankelijker of juist minder/niet
open (heterochromatine) (niveau’s)
- DNA opvouwing is een dynamische proces. (celcyclus)
Niveau van opvouwing:
1. DNA dubbele helix (2 nm)
2. + histonen -> DNA word veel korter (1/3) (10 nm) (nucleosome kralenketting)
3. + H1 -> DNA wordt nog compacter (hoger en korter) (30 nm)
4. Aantal eiwitten zorgen voor verder opvouwing (niet veel van bekend)
-> Histon modificatie maken het DNA wat losser strakker opgevouwen.
Celcyclus:
- Interfase -> DNA heel lang en als nucleosoom (+H1 en +histaoctameer)
- Functie: DNA gebruiken om af te lezen
- M-fase -> chromosomen heel kort
, Humane Levenscyclus 1
Functie van het netjes opvouwen van DNA tot chromosoom:
- Toegang behouden van reparatie en transcriptie enzymen.
- Garanderen van juiste replicatie en vervolgens verdeling over de tweedochtercellen na celdeling.
-> netjes houden en er iets mee kunnen doen. Chromatine vezel (interfase) ->
Erfelijk materiaal: extra begrippen (incl. H1)
Nucleosoom -> 8 histonen plus 147 baseparen DNA
Nucleosome kralenketting ->
Chromatine -> totaal aan DNA plus eiwitten (met name histonen). (excl. H1)
- Heterochromatine (erg compact): transcriptie onderdrukt.
- Aan de telomeren, centromeer en soms tussendoor.
- Euchromatine (minder compact): transcriptie actief.
- Tussen de heterochromatine
Chromatide -> helft van een verdubbeld chromosoom na replicatie en vóór deling.
Andere eiwitten -> welke andere eiwitten, naast histonen, binden aan DNA?
-> eiwitten betrokken bij DNA reparatie, replicatie en expressie (transcriptiefactoren).
Voorbeeld vragen:
1. Mitotic chromosomes are 10,000 times more compact than a DNA molecule in its extended form.
2. The classic “beads-on-a-string” structure is the most decondensed chromatin structure possible and is produced
experimentally. Which chromatin components are not retained when this structure is generated?
(a) linker histones (histone 1) (c) nucleosome core particles
(b) linker DNA (d) core histones
Chromosomen
Chromosoom -> Één dubbelstrengs DNA molecuul (humaan)
- Normaal 46 in humane cel, want 23 paren.
- heeft verschillende lengtes: p-> klein q->lang
- bevat 2 telomeren aan de uiteindes..
- bevat 1 centromeer, hier zit het spoelfiguur aan vast tijdens de mitose (uit elkaar trekken)
- Autosomen chromosomen & geslachtschromosomen (X en Y).
- Diploïd -> 2 chromosomen per paar (in lichaamscellen)
- Haploïd -> 1 chromosoom per paar (in voortplantingscellen)
- Karyotype -> grootste chromosoom is #1 en de kleinste is #22
- Geen verband in grootte (aantal) en complexiteit (van het organisme).
-> zolang er maar alle benodigde genetische informatie aanwezig is .
DNA
Basis van DNA -> nucleotide: fosfaatC+ suikergroep + stikstofbase
F
-BSuiker:E 3 -> hydroxyl groep 5: fosfaatgroep
- Stikstof base: 5 verschillende -> zieDplaatje hier onder.
- Polariteit -> molecuul heeft 2 chemisch verschillende uiteinden:
5’ een fosfaat groep & 3’ een hydroxylgroep. (door stikstofbase)
- Covalente fosfodi(-)ester -> verbinding tussen nucleotides
- Bestaat uit een OH-groep en een fosfaatgroep.
- Sequentie -> volgorde van basenparen. (informatiestroom)
- Coderende richting: 5’- 3’ (upstream: 5’ -> downstream: 3’)
A
Opbouw van DNA:
A. A-T base pair (2 H-bruggen) D. Phosphodiester bonds
B. G-C base pair (3 H-burggen) E. Purine base (2 ringen)
C. Deoxyribose (suikergroep) F. Pyrimidine base (1 ringen)
