Celbiologie
Celkern en nucleotiden | 1
DNA en Chromosomen | 5
DNA en Eiwitten | 6
Controle van genexpressie | 7
Intracellulaire onderdelen en | 8
eiwittransport | 15
Celsignalering | 16
Cytoskelet | 17
Celcyclus | 18
Weefsels, stamcellen, kanker | 20
,1 | Celkern
Nucleus (blz. 16, 17)
Alleen eukaryote cellen hebben een nucleus (celkern). Dit gaat samen met de aanwezigheid van
andere organellen binnen de cel. Organellen hebben een eigen membraan en functie.
De nucleus is ingesloten door twee concentrische (cirkelvormige) membranen, ook wel de nucleaire
enveloppe genoemd. Net voor celdeling zijn de lange DNA moleculen (chromosomen) strak opgerold
en daarmee zichtbaar met een elektronenmicroscoop. DNA bevat de erfelijke informatie van de cel.
Nucleotiden van DNA en RNA (blz. 56-58)
DNA en RNA is opgebouwd uit nucleotiden. Deze nucleotiden bestaan uit een aminozuur,
suikergroep en een fosfaatgroep. Nucleotiden met ribose als suikergroep zijn de ribonucleotiden.
Deoxyribonucleotiden hebben een deoxyribose als suikergroep. Soms wordt er wel gesproken over
een nucleoside (nucleotide zonder fosfaatgroep).
In totaal zijn er vijf nucleotidenbasen:
Nucleotide Komt voor in DNA/RNA Ring structuur
Adenine (A) DNA, RNA Purine ⬡+⬠
Guanine (G) DNA, RNA Purine ⬡+⬠
Cytosine (C) DNA, RNA Pyrimidine ⬡
Thymine (T) DNA Pyrimidine ⬡
Uracil (U) RNA Pyrimidine ⬡
De ring structuur (Purine structuur) van Adenine en Guanine bestaat uit een zeshoek en een vijfhoek.
Die van Cytosine, Thymine en Uracil uit enkel een zeshoek, de Pyrimidines.
ATP (Adenosine trifosfaat) is een ribonucleotide, die chemische energie kan opslaan en afgeven.
Meestal wordt de terminale (3e) fosfaatgroep afgesplitst, waardoor free energy vrijkomt voor het
uitvoeren van biosynthetische reacties.
Nucleotiden spelen een grote rol in het bewaren van biologische informatie. Nucleïnezuren zijn
ketens van nucleotiden die gevormd worden bij de condensatie van nucleotiden door energierijke
trifosfaten (bv. ATP). De bindingen tussen de nucleotiden worden wel phosphodiester bindingen
genoemd. Afhankelijk van de zuurgroep wordt RNA of DNA gevormd:
- RNA (Ribonucleic acids) met ribose als suikergroep in de ruggengraad.
Mogelijke nucleotiden: A, G, C, U.
- DNA (Deoxyribonucleic acids) met deoxyribose als suikergroep.
Mogelijke nucleotiden: A, T, C, G.
DNA heeft de functie voor het opslaan van biologische informatie voor langere tijd, terwijl RNA vaak
gebruikt wordt als drager voor moleculaire instructies. De basen A – T/U en C – G vormen baseparen
door het aangaan van waterstofbruggen onderling.
,5 | DNA en Chromosomen
De genetische instructies van een cel zijn opgeslagen in de genen. Chromosomen bestaan uit DNA en
eiwitten die zichtbaar zijn wanneer een cel begint met delen. DNA bestaat uit twee lange nucleotide
ketens. Elke keten bestaat uit vier typen nucleotiden die bij elkaar worden gehouden door
waterstofbruggen. De ruggengraad van de DNA streng bestaat uit een deoxyribose en fosfaatgroep.
De C-atomen van de deoxyribose zijn genummerd. De 3’ is verbonden met de
vorige nucleotide, de 5’ met de volgende nucleotide. Een nieuwe keten
wordt daarom gemaakt in de 5’ → 3’ richting.
De nucleotiden van beide strengen bestaan uit paren. Adenine – Thymine en Cytosine – Guanine zijn
altijd tegenover elkaar te vinden. Zo’n basenpaar bestaat altijd uit een purine- (⬡ + ⬠) en een
pyridine-structuur (⬡). Het basenpaar A – T heeft onderling 2 waterstofbruggen, C – G heeft er 3.
Aantal waterstofbruggen: A - T = 2 C–G=3
Beide nucleotide ketens lopen in tegengesteld richting: antiparallel. Een
dubbele helix is de meest energie-gunstige toestand/conformatie. Per 10
nucleotideparen maakt de dubbele helix één twist.
Biologische informatie wordt opgeslagen in de code van de vier nucleotiden.
Verschillende organismen hebben allemaal een andere nucleotide sequence
(volgorde). Eiwitten bestaan uit aminozuren, waarvan de genetische code in het DNA te vinden is.
DNA wordt vertaald (transcriptie) in RNA, wat later wordt vertaald (translatie) in de
aminozurenvolgorde van een eiwit.
Chromosomen
DNA is door eiwitten opgevouwen, zodat er structuur in zit en bij celdeling de chromosomen
verdeeld kunnen worden over de twee dochtercellen. Door een speciale manier van opvouwen, blijft
het DNA toch beschikbaar voor enzymen die zorgen voor de expressie. Bacteriën hebben één
cirkelvormig DNA molecuul, terwijl eukaryote cellen chromosomen met een andere structuur
hebben.
Het menselijke DNA in de nucleus bestaat uit 23 (vrouw) of 24 (man)
verschillende soorten chromosomen. De chromosomen bestaan uit een lang
DNA molecuul dat ingepakt is met eiwitten, ook wel een chromatine draad
genoemd. Normale menselijke cellen hebben een kopie van elk
chromosoom, waarvan een van de vader en de andere van de moeder is. Dit
worden homologe chromosomen genoemd. Bij mannen is het geslachtschromosoom niet homoloog,
omdat zij een X- en Y-chromosoom hebben. Alle chromosomen samen vormen het menselijke
genoom (alle genetische informatie). Een karyotype is een geordende weergave van alle 46
chromosomen.
Een chromosoom bestaat uit genen, die de erfelijke informatie zijn voor een bepaald eiwit of RNA
molecuul. Meestal wordt het RNA gebruikt voor de productie van eiwitten, maar soms is RNA
eindproduct. Tussen de genen zitten stukken “junk” DNA, waarvan de functie niet bekend is. Het
aantal en de grootte van chromosomen heeft niet een directe relatie met de complexiteit van het
organisme.
, DNA Replicatie
DNA Replicatie gebeurt tijdens het doorlopen van de celcyclus.
Tijdens de interfase zijn de chromosomen uitgerekt en niet goed zichtbaar met
een lichtmicroscoop. DNA replicatie vindt tijdens de interfase plaats. De start
van de replicatie is de replicatieoorsprong (type nucleotidevolgorde). Met
meerdere replicatieoorsprongen vindt de replicatie sneller plaats. Telomeren zijn een herhalende
nucleotidevolorde aan het einde van een chromosoom, die als een soort beschermkap het
chromosoom beschermen. Het centrosoom is een specifiek stuk DNA dat de beide chromosomen bij
elkaar houdt tijdens de Mitose fase. Tijdens deze M-fase rolt het chromosoom sterk op, waardoor de
kopieën verdeeld worden over de dochtercellen. Bepaalde gedeeltes van een chromosoom zitten
vast op de nucleaire enveloppe of op het nucleaire lamina (eiwitstructuur dat de enveloppe
ondersteunt). Gedeelten van het chromosoom die coderen voor het ribosomale RNA vormen samen
de nucleolus (grootste onderdeel van de kern waar vooral ribosomen gesynthetiseerd worden).
Eiwitstructuren in chromosomen
De eiwitten die DNA binden zijn er in twee soorten: de histonen en de niet-histon-chromatine-
eiwitten. Beide klasse eiwitten vormen samen met het DNA, chromatine.
DNA zit opgerold om een kern van acht histoneiwitten, een nucleosoom.
Van de histonen H2A, H2B, H3 en H4 zijn er allemaal twee aanwezig. 147
Nucleotiden worden gewikkeld om één zo’n kern (histon octamer). Het
DNA dat opgerold zit om de histonkern wordt wel een DNA linker
genoemd.
De histonen zijn positief geladen, waardoor het stevig hecht aan de negatief geladen suikergroep.
Ieder histon heeft een staart van aminozuren.
Histon H1 koppelt nucleosomen samen, waardoor een chromatinedraad ontstaat. Niet-histon-
chromatine-eiwitten vouwen het chromatinedraad verder in een lus domein. Deze lussen worden
nog verder verpakt om mitotische chromosomen (strak verpakt) te vormen.
Regulatie van de chromosoomstructuur
De Chromatine remodelling complexen gebruiken de energie van ATP om de positie van het DNA om
de nucleosomen te veranderen. Zij verplaatsen het DNA ten opzichte van het nucleosoom. Door het
strakker of losser maken van het DNA om de nucleosomen, is het DNA meer of minder toegankelijk.
Histon modificerende eiwitten veranderen de affiniteit van de histonstaarten en bepalen de rek van
het chromatinedraad. De histonstaarten zitten om het DNA heen.
Genen die tot expressie moeten komen tijdens de interfase zijn uitgestrekt, terwijl anderen juist
strak zijn opgepakt. Bij de meeste cellen komt slechts de helft van de genen tot expressie.
Heterochromatine: Sterk compacte vorm van chromatine. Komt weinig/niet tot expressie
Euchromatine: Minder compacte vorm van chromatine. Komt tot expressie
Histonstaarten in de “heterochromatine toestand” trekken heterochromatine-specifieke eiwitten
aan, waaronder de histon-modificerende eiwitten. Deze specifieke eiwitten zorgen ook voor een
verandering van de histonstaarten bij naastliggende nucleosomen. Dit zorgt voor een golfbeweging,
die doorgaat tot een barrier DNA sequence. Het DNA tot die barrière wordt strak verpakt.
