Inleiding   tot de cel-leer  

De Cel

1

2

3

http://www.homepages.hetnet.nl/~b1beukema/celpv.htmlCel : ( Lat. cellula , verkleinwoord van cella = kamer ) de meestal microscopisch kleine structurele eenheid waarvan elk organisme er één of meer bevat. (Kort :) Een cel is de kleinste structurele levende eenheid. Sommige organismen bestaan uit maar één cel, b.v. amoeben, bacteriën, en eencellige algen en eencellige schimmels.Planten en dieren en de meercellige schimmels bestaan uit veel meer cellen, de mens bijvoorbeeld bestaat uit ongeveer 3.000.000.000.000 (3 miljoen x miljoen) cellen.Je kunt ze zien met een gewone microscoop. Hun vorm hangt af van hun functie; bij plantencellen kun je bijvoorbeeld vierkante blokjes met afgeronde hoeken zien, die strak tegen elkaar liggen.In een weefsel zitten meerdere cellen met dezelfde vorm. Organen of structuren. zoals hersenen, lever, botten, vel, blaadjes, vruchten enz. zijn opgebouwd uit verschillende weefsels.In een meercellig organisme zijn cellen van elkaar afhankelijk; cellen kunnen specifieke taken krijgen zoals het maken van enzymen, opslag van suikers en vetten, of het bouwen van het skelet.Voor de communicatie in je lichaam heb je zenuwcellen, voor de afweer witte bloedcellen, of als je een brandnetel zou zijn netelcellen.Alle cellen van een organisme zijn afkomstig van de ene cel waaruit het is gegroeid, en alle cellen hebben dus dezelfde genetische informatie.In (vrijwel) elke cel in een organisme zitten 1 (bacterie) of meer chromosomen.Organismen met een vader en een moeder krijgen van elke ouder een set chromosomen, en hebben dus een even aantal chromosomen.Je krijgt een set van 23 chromosomen van je vader via de zaadcel, en 23 chromosomen van je moeder via de eicel.Je hebt dus 2 sets van 23 chromosomen dus in totaal 46 chromosomen. Een hond heeft 78 chromosomen, en elke soort heeft zo zijn specifieke aantal chromosomen.Cellen van de hogere organismen (planten en dieren)zijn samengesteld uit een CELMEMBRAAN, dat is een vliesje dat om de hele cel heen zit. Planten hebben bovendien een harde celwand om de celwand die stevigheid geeft, verschillende ORGANELLEN, dat zijn structuurtjes die qua functie dat vergelijkbaar zijn met de ingewanden, zoals vertering, opslag en afscheiding,de CELKERN OF NUCLEUS,het commandocentrum van de cel.In (bijna) elke cel zitten chromosomen.Chromosomen bestaan uit een lange sliert DNA, waarin de genetische code zit. In die code zit alle informatie die de cel of het hele organisme nodig heeft om te functioneren, te groeien en te reproduceren.   

1. GESCHIEDENIS  

De 17de-eeuwse Engelse onderzoeker Robert Hooke bestudeerde onder de microscoop dunne plakjes flessenkurk. Het materiaal bleek te zijn opgebouwd uit kamertjes, enigszins vergelijkbaar met de cellen van een honingraat. Hij noemde ze (1667) cellulae. In volgende jaren werden overeenkomstige structuren bij ander plantenmateriaal beschreven. Bij levend materiaal waren de cellen gevuld met wat beschreven werd als een 'slijmerige vloeistof'. In 1831 zag Robert Brown hierin een lichaampje, de celkern. Ook bij dierlijk materiaal werden beide componenten, 'slijmerige vloeistof' en celkern, 

4

gevonden. Dit leidde tot het inzicht dat alle organismen uit deze twee eenheden zijn opgebouwd (de celtheorie van Schleiden en Schwann, 1839). Voortgezet onderzoek leerde dat de 'slijmerige vloeistof' de drager is van de levensverschijnselen; zij kreeg de naam protoplasma (Purkinje 1840 voor dieren, von Mohl 1848 voor planten). Tegenwoordig spreekt men van cytoplasma en wordt de term protoplasma gebruikt voor cytoplasma plus kern. Met ectoplasma wordt bedoeld het meest naar buiten gelegen cytoplasma.   

2. HOOFDTYPEN   http://micro.magnet.fsu.edu/cells/index.html Sommige cellen bezitten geen echte kern. Zij zijn eenvoudig van bouw. Deze noemt men prokaryoot. Men treft ze aan bij de bacteriën (inclusief de cyanobacteriën---> blauwwieren ). Het onderzoek van de prokaryote cellen vormt het gebied van de microbiologie. http://textbookofbacteriology.net/structure.htmlhttp://www.bact.wisc.edu/Bact303/Bact303mainpagehttp://www.ethal.org.my/opencms/opencms/ethal/resources/MedicalGeneral/137rmgProkaryote.htmlhttp://www.carleton.ca/~tpatters/teaching/intro/precambrian/precambrian4.htmlhttp://www.tulane.edu/~dmsander/WWW/109/Prokaryotes.htmlhttp://ghs.gresham.k12.or.us/science/ps/sci/soph/cells/celltheory.htm 

 http://micro.magnet.fsu.edu/cells/procaryotes/images/procaryote.jpghttp://micro.magnet.fsu.edu/cells/bacteriacell.html 

 

 

5

Alle overige organismen (eencellige en meercellige) bezitten cellen met een kern en een ingewikkelder bouw. Deze cellen worden  eukaryoot genoemd.

vergelijking   prokaryoot  eukaryoothttp://earth.usc.edu/~geol150/evolution/images/prepaleozoic/eukaryoteprokaryote.JPG

 E Coli

 Euglena

6

    

http://www.vcharkarn.com/magazine/issue5/biophysics/cell_structure.gif 

http://ridge.icu.ac.jp/gen-ed/eukaryotic-cell.htmlhttp://www.geog.ouc.bc.ca/conted/onlinecourses/geog_210/210_2_1.html Het onderzoek van de eukaryote cel wordt beoefend in de celbiologie. Ligt in een meercellig organisme een groot aantal gelijkvormige cellen bijeen, dan spreekt men van een weefsel .De studie van het verband tussen de cellen van een meercellig organisme wordt tot de weefselleer of histologie gerekend.    

3. BOUW     7

 (Hierna worden uitsluitend de eukaryote cellen behandeld) 

3.1 Grootte  De grootte van cellen is zeer variabel; de kleinste dierlijke cellen zijn ongeveer 4 µm in diameter, de grootste – bijv. de dooier van een vogelei – enige centimeters. In geïsoleerde toestand zijn dierlijke cellen gewoonlijk bolrond of spoelvormig; in weefselverband zijn zij plat prismatisch of  langgerekt prismatisch of kubisch; door wederzijdse samendrukking worden het veelvlakken. Sommige cellen hebben geen vaste vorm, maar zijn variabel, zoals  de amoeboïde cellen uit het bloed.

http://micro.magnet.fsu.edu/cells/animals/images/animalcellsfigure1.jpg 

http://micro.magnet.fsu.edu/cells/animalcell.html 

De cellen van planten lopen in vorm en grootte sterk uiteen. Gemiddelde afmetingen zijn 15 – 100 µm, maar plantenvezels kunnen zeer lang zijn, bijv. van katoen, hennep en vlas tot 50 mm. Bij enkele zeewieren (Valoniaceae) bereiken de cellen een inhoud van 10 ml.Men vindt bij de hogere planten bolronde, cilindrische, kubus -, plaat - of vezelvormige cellen. 

http://micro.magnet.fsu.edu/cells/plants/images/plantcell.jpg 

8

http://micro.magnet.fsu.edu/cells/plantcell.html 

9

Ook de eencelligen vertonen een grote vormverscheidenheid. 

10

  Protista   

3.2 Membranen  

MEMBRANEN http://www.cu.lu/labext/rcms/cppe/membrane/membfr.html De cellen van eukaryote organismen bevatten verschillende typen membranen.

Tezamen worden deze biomembranen genoemd, dit in tegenstelling tot kunstmatige membranen . 

celmembraan

11

 

De  CELWAND  SAMENVATTINGEen beschrijving van de bouw van de celwand. De vraag blijft of de celwand samen met de plasmamembraan tot de levende cel behoort.http://www.kennislink.nl/web/show?id=88302 De eigenlijke grens van de cel is het plasmamembraan, aan de buitenkant hiervan vinden we de celwand en aan de binnenkant het cytoplasma. Terwijl we deze drie delen nader bekijken - we zullen dat van buiten naar binnen doen - proberen we antwoord te vinden op een aantal fundamentele vragen: Wat is het strategisch belang van de driedeling? Hoe kan een cel zoiets ingewikkelds als een celwand opbouwen buiten zijn eigenlijke grens? Waar ligt de grens van leven (binnen-de-cel) en niet-leven (buiten-de-cel)?

De celwandDe celwand heeft als buitenste afbakening van de cel een verdedigende functie. Zo houdt hij micro-organismen die de cel trachten binnen te dringen, tegen. De wanden van cellen aan het oppervlak van bladeren en stengels, epidermiscellen, verhinderen dat water uit de cel ontsnapt, zodat de plant niet uitdroogt. Daarnaast geeft de celwand vorm en stevigheid aan de verschillende typen van cellen en daardoor aan de hele plant.

De celwand bestaat uit kristallijne en amorfe materialen. Beide typen zijn grotendeels opgebouwd uit lange suikerketens ofwel polysachariden. Het kristallijne materiaal is samengesteld uit bundels van enkele honderden parallel aan elkaar gelegen ketens waarvan de bouwsteen glucose is. Waterstofbruggen verbinden de lange ketenmolekulen van dit polysacharide, dat bekendstaat als cellulose, met elkaar. Die onderlinge samenhang zorgt voor een dichte, geordende structuur en aldus voor kristallijne eigenschappen. De bundels, met een dikte van een honderdduizendste millimeter, zijn alleen met een elektronenmicroscoop afzonderlijk zichtbaar. Ze heten cellulosemicrofibrillen (CMF's). Zij maken de celwand stevig en toch soepel.

Al naar gelang het celtype en de plaats ervan in de plant, kan de ruimtelijke ordening van de cellulosemicrofibrillen, die we de textuur van de celwand noemen, verschillend zijn. Zo bestaat er een textuur die we kriskras noemen en ondermeer voorkomt in de celwand cellen met een ronde vorm en van pollenbuizen. De CMF's liggen ongeveer in alle richtingen verspreid in een dunne laag evenwijdig aan het celoppervlak. Bij ondermeer wieren en bij hout- en bastvezels komen we een textuur tegen waarbij de microfibrillen lamellen vormen. Binnen zo'n laag liggen alle CMF's evenwijdig aan elkaar. Dit zijn de twee meest voorkomende celwandtexturen, die de betreffende cellen optimale stevigheid verlenen.

Amorfe celwandstoffen

12

Hemicellulose is opgebouwd uit suikers die een hoofdketen vormen waaraan hier en daar korte zijketens zijn aangehecht. De hoofdketen bevat meestal maar één soort suiker, maar de zijketens kunnen verschillende suikers bevatten. Door variatie in de suikers van de zijketens ontstaat er een groot aantal hemicellulosen. In de celwand liggen de hemicellulosemolekulen tussen de CMF's. Voor een deel zijn zij hier zelfs met waterstofbruggen aan gebonden. Wanneer deze hemicellulosemolekulen tegelijkertijd bindingen aangaan met andere, ontstaat er een driedimensionaal netwerk van CMF's en hemicellulose.Pectine is voornamelijk opgebouwd uit de suiker galacturonzuur. De stof kan veel water opnemen en verkeert daardoor in een geleiachtige toestand. De 'gelatine' die wij bij het bereiden van jam gebruiken, is een pectinepreparaat. In de celwand zit tussen de CMF's en de hemicellulosemolekulen overal pectine. De pectinemolekulen kunnen door calciumbruggen met elkaar worden verbonden en zo hele netwerken vormen. Tussen de celwanden van afzonderlijke cellen komt een 'lijmlaag' van voornamelijk pectine voor. De stof lost op in warm water. Dit feit verklaart dat tijdens het koken van aardappelen het verband tussen de cellen verloren gaat en de aardappelen gaar worden en uiteindelijk in een papje veranderen.

13

Naast suikerpolymeren komen in de jonge celwand ook eiwitten voor. Deze hebben een belangrijke functie bij het aan elkaar hechten van de CMF's. Bij de groei van de cel zouden de eiwitmolekulen van elkaar los laten waardoor de CMF's vrijer kunnen bewegen en de celwand kan meegroeien. De celwandeiwitten staan bekend als extensinen.

Bij bepaalde cellen wordt nog een belangrijke amorfe stof gevormd, namelijk lignine of houtstof. Lignine is opgebouwd uit drie verschillende aromatische alcoholen die gemakkelijk met elkaar polymeriseren en een ingewikkeld netwerk vormen. Door combinatie van deze drie bouwstenen kan een grote verscheidenheid aan ligninen ontstaan. Vooral de cellen die hout vormen bevatten veel houtstof in hun celwand. Houtstof kan alle ruimte tussen de CMF's en hemicellulose opvullen, waarbij het pectine langzamerhand verdwijnt. Als de verhouting is voltooid, wordt de aanvankelijk soepele celwand star en kan de cel niet meer groeien. De cel sterft. De druksterkte van de celwand neemt door de verhouting enorm toe, waardoor zelfs bomen die honderd meter hoog worden, hun enorme eigen gewicht kunnen blijven dragen. In de evolutie is lignine pas zo'n 400 miljoen jaar geleden ontstaan, toen planten vanuit het water het land gingen bewonen. Zij misten de steun van het omringende water en konden alleen overeind blijven met behulp van starre celwanden

De (bovenstaande )foto's die voorbeelden van verschillende texturen laten zien, zijn een beetje misleidend. Een celwand bestaat immers niet alleen uit kristallijne cellulosemicrofibrillen. In werkelijkheid liggen de CMF's ingebed in amorf materiaal, waardoor ze ruimtelijk van elkaar gescheiden zijn. Voor de foto's is het amorfe deel van de celwand verwijderd. De CMF's zijn daardoor op elkaar gevallen.

Een deel van de amorfe stoffen van de celwand is ook uit polysachariden opgebouwd. Meestal vormen hier verschillende soorten suikers de bouwstenen en niet één, zoals bij cellulose. De belangrijkste amorfe suikerpolymeren zijn hemicellulose en pectine. Daarnaast omgeven eiwitten, die bestaan uit ketens aminozuren, en houtstof de CMF's in de celwand. Houtstof of lignine is een polymeer van drie soorten aromatische alcoholen en verleent verhoute celwanden hun starheid.

Het plasmamembraan

Twee dunne lagenMembranen, in het bijzonder het plasmamembraan dat elke levende cel omgeeft, kunnen we beschouwen als een van de belangrijkste evolutionaire vindingen. Zonder membranen zijn levende cellen ondenkbaar. Door zijn constructie weet het plasmamembraan het leven van de niet-levende buitenwereld te scheiden, terwijl de noodzakelijke uitwisseling van stoffen tussen beide toch mogelijk is.

De structuur van alle membranen in de cel lijkt op het eerste gezicht erg eenvoudig. Twee dunne lagen van vetmolekulen ofwel lipiden vormen de basis. De lipiden bestaan uit een waterminnende kop en een waterafstotende staart. De staarten liggen naar elkaar toegekeerd en de koppen vormen aan weerszijden de buitenkant van het membraan. We moeten ons het membraan voorstellen als een vloeibare laag. Hier en daar drijven er eiwitten in rond. Sommige eiwitten liggen in een van de lipidelagen en andere steken door beide lagen heen. Aan de buitenkant van het plasmamembraan zitten allerlei korte suikerketens die zeer belangrijk zijn bij de communicatie van de cel met de buitenwereld. Ook allerlei eiwitten - er worden er hoe langer hoe meer bekend - die aan de binnenkant vastzitten, hebben met het goed functioneren van de cel te maken.

Bij planten neemt het plasmamembraan een bijzondere plaats in bij de opbouw van de celwand. De bouwstenen die daarvoor nodig zijn, moeten immers via het plasmamembraan naar buiten worden gesluisd. Ze worden uiteraard allemaal in de cel gemaakt en kunnen slechts als losse molekulen of als halffabrikaten de cel verlaten. Daarbij worden de bouwstenen voor amorfe stoffen op een andere manier vervoerd dan de suikers waaruit de kristallijne CMF's ontstaan.

De amorfe stoffen worden in de organellen die bekendstaan als endoplasmatisch reticulum en Golgi-apparaat, uit verschillende suikers geassembleerd en vervolgens in kleine blaasjes naar het celoppervlak vervoerd. Daar versmelten de blaasjes met het plasmamembraan en komt de inhoud buiten de cel vrij. Enzymen die ook in de blaasjes zijn meegekomen, knopen de polymeren in de celwand aan elkaar en aan andere polymeren vast. We noemen transport per blaasje van binnen naar buiten de cel exocytose. De membranen van de blaasjes worden daarbij in

14

het plasmamembraan ingebouwd. 

Endocytose

Bij een grote aanvoer van blaasjes zou het plasmamembraan te ruim worden. Gelukkig moeten er ook stoffen de cel in en dat kan via het omgekeerde proces: endocytose. Clathrines zijn de eiwitten die de endocytose verzorgen. De clathrines gaan binnen tegen het plasmamembraan aanliggen en trekken het membraan naar binnen, waardoor zij blaasjes (coated vesicles) afsnoeren. Zo worden stoffen van buiten de cel, verpakt in een stukje plasmamembraan, naar binnen gesluisd en kan tevens het teveel aan plasmamembraan, dat door exocytose dreigt te ontstaan, opnieuw in de cel worden gebruikt.

Er is veel onderzoek gedaan om er achter te komen hoe de relatief grote en lange cellulosemicrofibrillen buiten het plasmamembraan komen. Aanvankelijk werd aangenomen dat ze eveneens in Golgi-blaasjes zouden worden gemaakt, net als de amorfe stoffen, maar aangezien ze daarin nooit werden gevonden (op een enkele uitzondering na bij lagere planten), moesten er andere mogelijkheden bestaan.

Een interessante techniek, het zogenaamde vries-etsen, heeft het membraanonderzoek een grote impuls gegeven. De techniek is gebaseerd op de ontdekking dat we een bevroren membraan precies tussen beide lipidelagen kunnen splijten. Met een elektronenmicroscoop kunnen we vervolgens op die membraanhelften kijken, terwijl we bij een traditionele coupe een dwarse doorsnede te zien krijgen. In het gelijkmatige lipide-oppervlak vallen eiwitten onmiddellijk op als uitstekende partikels, of we zien er een afdruk van wanneer ze bij het splijten uit deze membraanhelft zijn getrokken.

Dankzij de vries-etstechniek kwamen ongeveer tien jaar geleden de eerste aanwijzingen beschikbaar over de wijze waarop de cellen CMF's maken. Hierin speelt het plasmamembraan een grote rol. Bij hogere planten bleek dat sommige eiwitten in het membraan vaak in groepjes van zes bij elkaar liggen en dat een CMF die op het plasmamembraan ligt altijd bij zo'n groepje eindigt. De conclusie was dan ook dat deze groepjes eiwitmolekulen, rozetten genoemd, met het ontstaan van de CMF's te maken zouden hebben. Deze en andere aanwijzingen leidden tot de hypothese dat glucosemolekulen uit het cytoplasma naar de rozetten gaan en daar door een enzymcomplex aan elkaar worden geknoopt. Vervolgens gaan de lange ketenmolekulen met elkaar verbindingen aan en vormen op deze manier de kristallijne microfibril. De rozetten zouden daarbij in het vlak van het membraan bewegen en de CMF's op het plasmamembraan achterlaten.

Een laagje cytoplasma

Beweging in de celVolwassen plantencellen worden meestal grotendeels gevuld door één grote centrale vacuole, een met vocht gevuld celorganel. Er blijft slechts ruimte over voor een dunne laag cytoplasma. In dit laagje spelen zich alle processen af die voor het leven en de groei van de plant noodzakelijk zijn. Onder andere vinden we er de elementen die voor de stroming van het cytoplasma en de daarin voorkomende organellen verantwoordelijk zijn: het cytoskelet. De elementen van het cytoskelet - de microtubuli, de microfilamenten, de intermediaire filamenten en de clathrines die we al eerder tegenkwamen - hebben ook te maken met de opbouw van de celwand. We vermoeden dat al deze eiwitcomplexen bij planten en dieren voorkomen, hoewel de intermediaire filamenten nog niet zijn aangetoond bij planten.

Zoals de naam al zegt zijn microtubuli kleine buisjes. Ze zijn opgebouwd uit het eiwit tubuline. Aan de ene kant kunnen de buisjes door toevoeging van tubulines langer worden en aan de andere kant kunnen tubulines worden afgebroken waardoor de buisjes korter worden. De zogenaamde corticale microtubuli komen voor in het grensgebied en zitten via andere eiwitten aan het plasmamembraan vast. In coupes kunnen we ze gemakkelijk op dwarse doorsnede zien en met een bepaalde prepareermethode zijn ze ook op het plasmamembraan zichtbaar. Alhoewel ze erg dun zijn, kunnen we deze buisjes dankzij de immuno-fluorescentiemethode ook met een lichtmicroscoop waarnemen.

In wortelharen van landplanten liggen alle microtubuli in dezelfde richting, evenwijdig aan de lengteas van de wortelhaar. Deze wandstandige microtubuli worden algemeen in verband gebracht met het richten van de CMF's. Eerder hebben we vastgesteld dat de rozetten die met de aanmaak van de cellulosemolekulen te maken hebben, zich tijdens dit proces moeten voortbewegen in het

15

vlak van het membraan. Stellen wij ons nu voor dat er microtubuli aan het plasmamembraan vastzitten, dan beperken die de rozetten in hun bewegingsrichting. Twee evenwijdig lopende microtubuli kunnen de rozetten zelfs nauwkeurig geleiden en aldus zouden microtubuli de richting van de nieuwe CMF bepalen. Het zou ook kunnen dat de rozetten zijn vastgehecht aan slechts één microtubulus. We kunnen ons in dat geval een soort monorailgeleiding voorstellen.

Wortelharen

 

Mijn mening is dat een plantecel inderdaad bestaat uit protoplast plus celwand. Dat deze laatste niet levend is doet niet ter zake. Toen Robert Hooke in 1665 voor het eerst het woord cellula gebruikte voor kurkcellen van de kurkeik, bedoelde hij hiermee de ruimte die door celwanden werd omsloten. De ruimte zelf was in dit geval leeg. Mijn conclusie is dat de celwand duidelijk tot de plantaardige cel moet worden gerekend, zoals muren bij een kamer horen. Bij een dierlijke cel ontbreekt deze celwand.

Overigens is het de laatste tijd gewoonte geworden om niet meer over celwand maar over extracellulaire matrix te spreken. Dit is een uit de diercytologie overgenomen term. Biologen duiden er een netwerk mee aan dat aan de buitenkant van het plasmamembraan voorkomt. Het bestaat uit suikerketens en eiwitten en het kit de cellen in een weefsel aan elkaar. Deze molekulen hebben bovendien een taak in de communicatie tussen de verschillende cellen. Zij mogen echter niet worden verward met de plantaardige celwand, die een totaal andere samenstelling en functie heeft. Het begrip matrix is bovendien in de celwandterminologie al een ingeburgerde term, die synoniem is met wat in dit artikel de amorfe stof tussen de kristallijne CMF's is genoemd. Verder kunnen elementen die tot de cel behoren, en de celwand hoort daarbij zoals ik eerder betoogde, niet extracellulair (= van buiten de cel) worden genoemd.

________________________________________________________________________________ Eukaryote cellen bestaan steeds uit een door een celmembraan omgeven hoeveelheid cytoplasma, waar een aantal celorganen (organellen) van verschillende vorm, grootte en functie in zijn ingebed. Alle organellen (behalve de ribosomen) zijn omgeven door een membraan: intracellulaire membraan. Bij sommige organellen is dit membraan in feite een dubbele membraan, hetgeen een aanwijzing is dat dit organel vroeger zelfstandig leefde en is opgenomen door de eukaryote cel (zie endosymbiose). 3.2.1 Bouw  

In beginsel hebben al deze membranen dezelfde bouw. Alle membranen bestaan uit lipiden en eiwitten.De lipiden zijn voornamelijk fosfolipiden, hoewel in sommige membranen ook cholesterol een belangrijk bestanddeel vormt. De fosfolipiden vormen een dubbellaag met een dikte van 8–10 nanometer waarbij hun hydrofiele groepen naar buiten zijn gekeerd terwijl de hydrofobe vetzuurstaarten naar elkaar toe zijn gericht. Deze dubbellaagstructuur is met behulp van de elektronenmicroscoop goed waarneembaar.De eiwitten die deel uitmaken van het membraan worden onderverdeeld in twee groepen. De intrinsieke of integrale eiwitten bevinden zich geheel of gedeeltelijk in de fosfolipidedubbellaag. Sommige van deze eiwitten steken zelfs dwars door de dubbellaag heen. In dat geval spreekt men van een transmembraaneiwit.Tot voor kort werden de eiwitten in de membraan beschouwd als een vrij homogene groep; dit is echter maar zeer ten dele het geval. Er komen veel geconjugeerde eiwitten voor, in het bijzonder eiwitten die geassocieerd zijn met koolhydraten (glycoprote 챦 nen) en in mindere mate met lipiden (glycolipiden). Koolhydraatketens spelen een belangrijke rol bij de communicatie tussen verschillende cellen

16

(herkenning, hechting). De laag koolhydraatgroepen speelt een rol bij de totstandkoming van de celmantel (glycocalyx) aan de buitenzijde van de celmembraan.Zowel de fosfolipidemoleculen als de eiwitten bezitten een zekere beweeglijkheid in het vlak van het membraan (laterale diffusie). Er vindt daarbij echter geen uitwisseling van moleculen tussen de beide helften van de dubbellaag plaats.Ook de oriëntatie van de eiwitmoleculen ten opzichte van beide helften van de dubbellaag blijft hetzelfde. De beide zijden van het membraan zijn dus niet identiek, iets wat direct samenhangt met de biologische functie van biomembranen. De mate van vloeibaarheid is afhankelijk van de samenstelling van het membraan. De aanwezigheid van bijv. onverzadigde vetzuurketens in de fosfolipiden verhoogt deze vloeibaarheid. De aanwezigheid van cholesterol daarentegen verlaagt de beweeglijkheid van de moleculen in de dubbellaag.Ook bij de sterkste vergroting zijn de celmembranen van twee naburige cellen altijd van elkaar gescheiden door een tussenruimte van ten minste enkele tientallen nm, terwijl niet altijd duidelijk is of deze ruimte opgevuld is met materiaal. Deze afstand berust waarschijnlijk mede op een patroon van kleine elektrische ladingen aan de buitenzijde van het celoppervlak. Waarschijnlijk wordt niet alleen door elektrostatische afstoting van gelijknamige ladingen verhinderd dat de cellen elkaar raken, maar kan ook door aantrekking van ongelijknamige ladingen een zeer specifieke onderlinge attractie tussen cellen (cellulaire adhesie) tot stand komen, die oorzaak is voor de inwendige samenhang van weefsels. Vaak echter is de afstand tussen de cellen veel groter dan enkele tientallen nm en gevuld met intercellulaire substanties. Deze hebben vaak een polysacharide karakter (mucopolysacharide, chitine), terwijl ook eiwitvezels kunnen voorkomen (bijv. collageen) of andere specifieke verbindingen (calciumfosfaat).In de celmembraan van gespecialiseerde cellen kan men aparte structuren vinden. Cellen van het dunne-darmslijmvlies bijv., die vooral als functie hebben het opnemen van voedingsstoffen uit de darmholte, vertonen een groot aantal uitstulpingen van de celmembraan (microvilli), waardoor het vrij aan de darmholte gelegen celoppervlak zeer sterk vergroot wordt. Lichtmicroscopisch is deze structuur waarneembaar als borstelzoom. Opperhuidcellen (zie huid), die onderling een sterke samenhang moeten vertonen, bezitten vaak desmosomen, verdikkingen die brugvormige verbindingen vormen met dergelijke verdikkingen op andere celmembranen.De betekenis van de membranen is tweeledig, aan de ene kant die van een scheiding tussen de cel (het organel) en de omgeving, aan de andere kant juist die van een verbinding tussen beide: alle stoffen die de cel of het organel in - of uitgaan moeten de membraan passeren. De membranen zijn selectief permeabel, dwz. zij laten sommige stoffen gemakkelijk, andere moeilijk tot vrijwel niet door. 3.2.2 Functie   Bepaalde in water oplosbare stoffen (bijv. ionen) kunnen de membraan ongehinderd passeren (passief transport). Men neemt aan dat de transmembraaneiwitten, eiwitten die door de hele membraan steken, een passageplaats vormen voor ionen, die uitgewisseld kunnen worden tussen het extracellulaire en het intracellulaire compartiment. Deze eiwitkanalen corresponderen met de membraanpori 챘 n waarvan het bestaan reeds door celfysiologen was verondersteld.Voor een groot aantal stoffen vormt de membraan een barrière, zodat aan weerszijden van het membraan heel verschillende condities heersen, bijv. wat betreft de concentratie van ionen en van producten van het cellulaire metabolisme. Om deze verschillen te kunnen handhaven, beschikken membranen over een groot aantal specifieke transportsystemen, elk bestaande uit één of meer eiwitten, die in staat zijn stoffen tegen een concentratiegradiënt in door het membraan heen te transporteren. Voor dit actieve transport is energie nodig, meestal in de vorm van ATP. Op deze manier kunnen bijv. voedingsstoffen zoals glucose, die in het milieu van de cel vaak in kleine concentratie aanwezig zijn, binnen de cel geconcentreerd worden. Een ander bekend voorbeeld is de handhaving, ongeacht de omstandigheden buiten de cel, van een lage concentratie natriumionen (Na+) en een hoge concentratie kaliumionen (K+) in de cel door de natrium-kalium pomp in het plasmamembraan. Deze pomp speelt ook een essenti 챘 le rol in de geleiding van zenuwimpulsen (zie impuls [fysiologie]). Verder is de energieproductie in de eukaryote cel voor een belangrijk deel afhankelijk van het handhaven van een verschil in de concentratie van de waterstofionen (H+) ter weerszijden van de membranen die de mitochondriën omgeven. Ook zijn membranen betrokken bij de regulering van de cellulaire activiteit door hormonen.De voor opname van stoffen uit het extracellulaire milieu zo belangrijke receptoren (waaraan een specifiek op de receptor passende ligand zich kan binden) zijn veelal ook eiwitten.Bij de reeds aangeduide transporten, actief dan wel passief, gaat het om stoffen met betrekkelijk kleine moleculen, zoals ionen, enkelvoudige suikers 

17

(monosachariden). Grotere moleculen zoals bijv. eiwitten en polysachariden kunnen de celmembraan niet passeren, maar kunnen door vorming en fusie van door membranen omgeven blaasjes naar binnen of naar buiten worden gesluisd. Het proces waarbij materiaal (bijv. een secretieproduct) dat in een blaasje is ingesloten naar buiten wordt gebracht heet exocytose.Wanneer materiaal wordt opgenomen doordat de celmembraan instulpt en een blaasje vormt, spreekt men van endocytose. Gaat het hierbij om zekere hoeveelhedenvloeistof, dan spreekt men van pinocytose; betreft het microscopisch waarneembare deeltjes, bijv. bacteriën, dan spreekt men van fagocytose. De membranen om de organellen brengen mee dat de cel verdeeld is in compartimentjes waarbinnen zich biochemische reacties kunnen voltrekken zonder stoornis door erbuiten aanwezige stoffen. Zo zijn de enzymen die de opbouw van een stof verzorgen in andere compartimenten aanwezig dan de enzymen die de afbraak van dezelfde stof verzorgen. De selectieve permeabiliteit van de membranen is aan het leven gebonden, ze verdwijnt bij afsterven van de cel, wat leidt tot afbraak van de celbestanddelen door de eigen enzymen: autolyse van de celinhoud.

3.3 Cytoplasma  Het cytoplasma bevat eiwitten die deels een enzymfunctie hebben; het heeft in actieve cellen een hoog watergehalte (60–95%, in plantaardige weefsels soms tot 98%). In het water zijn ionen en tal van laagmoleculaire organische stoffen opgelost, zoals aminozuren en suikers.De zijketens van de aminozuren, die de polypeptideketens van de eiwitten opbouwen, zijn zeer verschillend van aard (basisch, zuur, neutraal, wateraantrekkend of -afstotend); zij kunnen gemakkelijk met andere zijketens reacties aangaan en zo bruggen vormen tussen naburige eiwitmoleculen. Sommige bruggen zijn zeer gevoelig voor de temperatuur, andere voor de plaatselijke zuurgraad (pH) of oxidatietoestand (redoxpotentiaal); kleine veranderingen in deze grootheden kunnen de vorming of het verbreken van die bruggen sterk be 챦 nvloeden. Deze als hechtpuntentheorie bekend staande voorstelling verklaart zowel de bovengenoemde eigenschappen van het cytoplasma als de grote veranderingen die opkorte termijn in zijn viscositeit kunnen optreden. In het cytoplasma vinden o.a. de afbraak van glucose tot pyrodruivenzuur (glycolyse) en de activering van aminozuren plaats.

3.4 Organellen  Het cytoplasma is doortrokken door een netwerk van vertakte buisjes, die door een 'unit membrane' zijn omgeven, het endoplasmatisch reticulum (= endoplasmatisch netwerk, veelal afgekort als ER). Deze buisjes staan in verbinding met de kernmembraan en zijn van belang voor het transport van stoffen binnen de cel. Men onderscheidt glad en ruw ER. Het ruwe is bezet met een groot aantal ribosomen, die bij het gladde ontbreken.Het gladde ER staat vaak in verbinding met het ruwe ER. Toch betreft het een geheel ander organelcomplex dat in de meeste cellen minder op de voorgrond treedt, maar betrokken kan zijn bij zeer uiteenlopende celfysiologische processen (bijv. de productie van stero 챦 de hormonen in de schors van de bijnier). 

De ribosomen zijn zeer kleine lichaampjes die uit ribonucleïnezuur (RNA) en eiwit zijn opgebouwd en verantwoordelijk zijn voor de synthese van de eiwitten (zie eiwitvorming ---> Flash  player animatiehttp://www.digischool.nl/bioplek/animaties/moleculaire_genetica/sheet_translatie.html 

18

 

19

RIBOSOME February 20, 2009

Deconstructing the Ribosome

Our lives depend on a microscopic tangle of molecules called the ribosome. The job of the ribosome is to use the sequence of DNA in a gene to build a corresponding protein. Other enzymes first build a single-stranded copy of the gene from RNA, and then a ribosome grabs onto the RNA and "reads" it, using the information to decide which building block to grab next in order to build a protein. (Here's a video of the process.) http://www.youtube.com/watch?v=D5vH4Q_tAkY&feature=player_embedded

The ribosome has two parts that come together around the RNA like a pair of jaws, and each one is a fiendish nest of complexity. Each of the jaws, known as subunits, is a mix of protein and RNA. This animation, created by David S. Goodsell, shows the structure of the large subunit in bacteria. It contains two RNA molecules in it, a big one here colored orange, and a small one colored yellow. The proteins wrapped around them are in blue. The big RNA molecule alone is a marvelous migraine of complexity. It measures 2900 nucleotides long, and it twists and folds in on itself again and again to form the supreme Gordian knot.

All living things make ribosomes and use them for the same essential purpose. It is a sign of our common heritage with baobabs and starfish, with plague and mold. But the fact that the ribosome is everywhere makes its evolution difficult to study. There is no partial ribosome in nature to offer clues to how it emerged. But in this article in the 19 February issue of Nature, Konstantin Bokov and Sergey Steinberg, two biochemists from the University of Montreal, offer some new hope: It's possible that the evolution of the ribosome is recorded in its very own tangles.

20

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/10_large_subunit.gif (click for animation )

Bokov and Steinberg show that the ribosome is like an onion, with outer layers that can be peeled away from inner ones. The proteins of the ribosome help keep it stable, but they themselves do not actually weld together new proteins. That's the work of the ribosomal RNA. As I wrote in my January Origins essay, many researchers now argue that DNA and proteins were not the first biological molecules to emerge; before they existed, life was based on RNA alone. The origin of the ribosome, Bokov and Steinberg argue, is really the origin of the ribosomal RNA.

Ribosomal RNA is made up of dozens of loops, and loops upon loops, all folded in on each other. But Bokov and Steinberg point out that they have an onionlike order of their own. They inspected all the loops, looking for ones that could be removed without altering the rest of the RNA molecule. They found 19 of these expendable loops. Next, they looked at the loops that had kept those 19 loops stable but which could be eliminated without affecting the rest of the RNA. They found 11 such loops. Below these two layers, Bokov and Steinberg found yet another layer of loops, and another, and another, until they had reduced the ribosomal RNA to a tiny fragment, a core on which all the rest depended.

Bokov and Steinberg propose that the seeming complexity of the ribosome is something of a mirage. Its evolution was actually pretty simple. It evolved from a tiny piece of RNA, perhaps only 110 nucleotides long. At first, this molecule didn't build proteins; it may have carried out some kind of reaction on other RNA molecules in RNA-based cells. Then mutations accidentally duplicated the fragment, building new units that could fold back on the older units. This protoribosome may have been able to add random building blocks together. New layers of loops evolved, making the ribosome more precise, able to build specific proteins when it read specific pieces of RNA. Newer loops made the ribosome even more stable and thus able to crank out proteins even faster. The last major step in the evolution of the ribosome was the addition of its proteins.

The most practical way to test Bokov and Steinberg's hypothesis will be to build the intermediate ribosomes and see if they work as predicted. But perhaps we should not give up on nature just yet. As I have reported, RNA-based life could conceivably still be hiding in refuges somewhere here on Earth, eking out an existence with ribosomes that are a little less hideous than our own.

21

—Carl Zimmer

Tags:evolution, origin of life, ribosome, RNA world

http://blogs.sciencemag.org/origins/2009/02/deconstructing-the-ribosome.html

http://evodisku.multiply.com/journal/item/417/Synthetic_life

NOBELPRIJS 2009 

Model (Los Alamos )

In ieder mensenlichaam zitten er een miljard maal een miljard. In iedere lichaamscel zijn er al tienduizenden aan het werk. .

Ribosomen maken eiwitten. En eiwitten zijn bouwsteen, transportmiddel, signaalstof en enzym – essentieel in alle levende organismen. Een mens maakt tienduizenden verschillende eiwitten, op basis van de erfelijke informatie die is opgeslagen in ongeveer 20.000 genen.

Ribosomen verzorgen de synthese van eiwitten. Ze zijn onmisbaar voor het leven. Ze zijn ook vroeg in de evolutie ontstaan: verwante ribosomen komen voor in plant, bacterie en dier. Toch ontstond pas vanaf 1980 een goed beeld van de ribosomen. En hoewel het om details gaat, het onderzoek waar Ada Yonath, Thomas Steitz en Venkatraman Ramakrishnan de Nobelprijs 2009 voor kregen is nog niet af. De vraag is bijvoorbeeld hoe de synthese van een eiwitmolecuul wordt afgerond.

Het duurde zo lang doordat dat een ribosoom te klein is om het in detail met de elektronenmicroscoop te kunnen bestuderen. En te groot om de structuur ervan met röntgenkristallografie te bepalen. Althans, dat laatste was lang het geval.

Ribosomen bestaan altijd uit een grote en een kleine subeenheid. In mensen is dat kleine deel opgebouwd uit 32 eiwitten en een RNA-molecuul. De grote subeenheid bestaat uit 46 eiwitten en drie RNA-moleculen.

22

De drie prijswinnaars zijn eiwitkristallografen die nieuwe technieken ontwikkelden om ribosomen, ondanks die complexe samenstelling, op atomair niveau zichtbaar te maken. Met de 3D-structuur die ze onthulden, konden ze verklaren hoe ribosomen binden aan messenger-RNA (mRNA), het tussenmolecuul tussen gen en eiwit.

Ook verklaarden ze hoe de bouwstenen (aminozuren) van de eiwitten worden aangevoerd en hoe een eiwitketen groeit. Die eiwitketen groeit doorgaans met een snelheid van ruim tien aminozuren per seconde. Het duurt dan minimaal een halve minuut voordat een eiwit af is. Op één mRNA kunnen tegelijkertijd meerdere ribosomen werken, zodat meerdere exemplaren van hetzelfde eiwit snel na elkaar klaar kunnen zijn.

Een groot probleem voor eiwitkristallografen is het verkrijgen van goede kristallen waarmee ze de driedimensionale structuur van het eiwit kunnen bepalen. Eiwitten kristalliseren niet makkelijk, vooral niet als er veel verschillende in een grote structuur zitten. Zoals in ribosomen.

Ada Yonath zocht natuurlijke oplossingen. In heetwaterbronnen en in de zoute Dode Zee leven bacteriën die tegen ruwe omstandigheden bestand zijn. Ze ging er van uit die stabiele ribosomen hebben. Dat was zo. Die kristallen vormden de kiem voor technische vernieuwingen die inzicht verschaften in een van de cruciale processen in levende cellen. En een Nobelprijs opleverden.

Op de websites van Ramakrishnan en Yonath staan mooie beelden en filmpjes waarin ze proberen deze voor de microscoop onzichtbare werkelijkheid van de ribosomen te tonen.

http://sandwalk.blogspot.com/2009/10/calling-all-science-writers.html

The pathway of information flow runs from DNA to RNA to proteins. There are a bunch of fundamentally important steps in this pathway including transcription, RNA processing, and translation.

Translation, or protein synthesis, is the process that utilizes the information in Messenger RNA (mRNA) to build a polypeptide (protein). Over the past few decades this process has been worked out in hundreds of labs all around the world but recent progress has been quite remarkable.

23

One of the key players in translation is the ribosome. (The others are mRNA, tRNAs and translation factors.) The ribosome and the other translation components form a complex molecular machine. The ribosome itself is complex, consisting of several RNA molecules (ribosomal RNAs) and several dozen proteins.

Thanks to the work of Harry Noller  we now know that one of these ribosomal RNAs is the molecule that actually catalyzes the formation of a  peptide bond. The basic activity in proteins synthesis doesn't require a protein enzyme, it's an RNA molecule that does the job.

Thanks to this year's (2009)  Nobel laureates and Harry Noller, we now know the structure of the ribosome at the molecular level and we know where the tRNAs and the translation factors bind.

We've known about these sites—the P and A sites are the most important—for some time but now we have a real picture of what they look like in the actual molecule. And it's led to some significant advances in our understanding of this important biological process.

This is basic science. It's not some speculative discovery that may or may not be a breakthrough and may or may not cure cancer (probably not).This is the stuff that goes into the textbooks. This is what science is all about.

 

24

Harry Noller, Nobel Laureates

http://www.lehigh.edu/~inbios/faculty/vware.htm

Ribosomes are complex ribonucleoprotein particles, required for protein synthesis, and the growth and viability of all cells. 

Hence, an evolutionarily conserved structural blueprint for the core components of the ribosome might be expected given the common functional requirement for ribosomes in translation. 

Indeed, numerous studies have confirmed that a common folding pattern exists across species for each major ribosomal RNA (rRNA) component, creating a conserved rRNA core structure.  Similarly, several evolutionarily conserved ribosomal protein families also exist, particularly among the primary rRNA binding proteins.

Yet, for both rRNA and ribosomal proteins, prominent structural differences often exist between lineages. 

Localized regions of primary and secondary structural variation are particularly evident in the major eukaryotic rRNAs where expansion segments are superimposed on rRNA core structure.

Within evolutionarily conserved ribosomal protein families, structural variability often occurs as well between species. 

25

In some instances, conserved proteins may carry additional domains of unknown significance, possibly contributing novel functions for ribosomal proteins in those lineages.

When coincident structural variation is displayed within interacting macromolecular ribosomal components, several questions arise about the evolutionary history of the components, including (but not limited to) whether or not the structural changes have co-evolved and if so, whether or not the changes are compensatory in nature to maintain the macromolecular interaction for functional purposes.

In general, structural divergence within ribosomal components may ultimately contribute to interspecific differences in ribosome assembly, ribosome function, or the regulation of protein synthesis

Eiwitsynthese . 

26

( kort ) ----> Alle processen in een organisme worden geregeld door enzymen.Voor iedere scheikundige reactie is een ander enzym nodig.Een mens heeft in z'n cellen ongeveer meer dan 50.000 verschillende enzymen, die bepalen hoe hij eruit ziet en wat hij doet.Enzymen worden net als andere eiwitten gemaakt op de ribosomen.

--->De kern geeft aan de ribosomen de opdracht om op het juiste moment de juiste enzymen te maken.---->De gegevens die nodig zijn om een enzym in elkaar te zetten zitten op het DNA.In februari 2001 is vastgesteld dat een mens minder dan 25.000 verschillende genen heeft.

Behalve buitenop het ER bevinden de ribosomen zich ook in het cytoplasma (waar enige samen een polysoom kunnen vormen), in de mitochondriën en bij planten in de plastiden. Het zijn de enige organellen die niet door een membraan zijn omgeven.

De eiwitten die in de ribosomen van het ruw ER gemaakt worden, zullen veelal later naar verschillende celorganellen getransporteerd worden, maar kunnen door de cel ook naar buiten gebracht worden (transporteiwitten), bijv. in de vorm van een secretieproduct.

De verdeling van deze eiwitten over hun verschillende eindbestemmingen vindt meestal plaats in een tussenstation, het Golgi-apparaat, ook wel dictyosoom genoemd. 

Dit is een groepje van door een membraan omgeven kleine holtes waarin de synthese van stoffen voltooid wordt. Dit betreft met name het modificeren, sorteren en afleveren van producten die door het ruwe ER zijn aangevoerd. Van het Golgi-apparaat kunnen zich kleine transportblaasjes afsnoeren en zich verplaatsen naar de buitenmembraan, waar zij mee versmelten, onder uitscheiding van de inhoud naar de buitenzijde van de cel.

Zo worden door kliercellen (pro-)enzymen en andere klierproducten naar het afvoerkanaal afgescheiden, terwijl bij planten op dezelfde manier bouwstenen voor de celwand te bestemder plaatse belanden. Men heeft vroeger onder de naam microsomen vele kleine lichaampjes samengevat waarvan inmiddels gebleken is dat er enige soorten met verschillende bouw en biochemische functie onderscheiden kunnen worden, zoals lysosomen, die rijk zijn aan hydrolasen (een bepaald type enzymen), die vrij komen bij beschadiging van de cel en dan de afbraak van de eiwitten, nucleïnezuren en andere bestanddelen van de beschadigde cel katalyseren; fagosomen, die ontstaan door opname van hoogmoleculair materiaal van buiten de cel, zelf geen enzymen bezitten, maar door versmelten met lysosomen hydrolyserende enzymen kunnen gaan bevatten (en dan geen fagosomen meer zijn); peroxisomen met een enzymsysteem dat de oxidatie van glycolaat katalyseert; glyoxisomen met een enzymsysteem van belang voor de afbraak van vetten. De laatste bevatten enzymen voor o.a. de glyoxylaatcyclus. In de mitochondriën wordt de in koolhydraten en vetten aanwezige energie overgebracht via de vorming van ATP ter beschikking gesteld van energievragende reacties in de cel. Het aantal van de hiervoor genoemde soorten organellen per cel is zeer verschillend en hangt nauw samen met de activiteitstoestand van de cel.Zo vindt men er in de cellen van rustende plantenzaden weinig en neemt hun aantal bij beginnende kieming sterk toe. 

De celkern (nucleus of karyon) is het grootste en duidelijkste lichaampje in iedere cel. ( prokaryoten  hebben geen

27

kerncel ) Meestal is  de celkern  bolrond maar hij jan ook langgerejt zijnbij de meeste organismen is er 챕챕 n per cel. De grootte van de celkern ligt veelal tussen ca. 5 en 20 micrometer, zeer kleine kernen worden bij schimmels gevonden (tot 0, 5 µm), grote bij veel vertegenwoordigers van de Leliefamilie (ca. 50 µm), de grootste kernen worden gevonden in de eicellen van enige palmvarens (tot ca. 600 µm). Als regel is er één kern per cel, maar er zijn ook lagere planten waar de verdeling in cellen niet volledig is en waar dan veel kernen in een cel voorkomen; men spreekt dan van coeloblasten. 

( er zijn ook  defekten  die kunnen leiden  tot  multi-nucleaire   cellen -)http://www.glycoforum.gr.jp/science/word/glycolipid/GLD02E.html

Fig. 2 Psy-treated cells proceed with nuclear division and cleavage furrow formation. However, the cells fail to complete cytokinesis and become multinuclear cells.

Dit is bijv. het geval bij het zeewier Caulerpa prolifera, waar elke coeloblast uiterlijk overeenkomst vertoont met een gehele hogere plant, met blad-, stam- en wortelachtige delen. De rustende kern is omgeven door een membraan (soms dubbel) waar poriën in voorkomen. De membraan omsluit de kernvloeistof (karyolymfe), waar zich de chromosomen en een of meer kernlichaampjes (nucleoli, enkelv. nucleolus) in bevinden. 

28

Herontdekt: de nucleolinus, onderdeel van de celkern, hier duidelijk paars aangekleurd.

Vergeten deel van cel is nodig bij celdelingGepubliceerd: 27 juli 2010 08:25 | Gewijzigd: 28 juli 2010 14:46Hester van SantenBlijkt er opeens een lang vergeten orgaantje in cellen te zitten. Het is de paarse stip op de foto: de ‘nucleolinus’.

We hebben hem herontdekt, schrijven Amerikaanse biologen in Proceedings of the National Academy of Sciences. De nucleolinus is nodig voor de celdeling.

De kern is in vaktaal de nucleus. Dan is er de nucleolus: die zit in de kern en maakt de ribosomen die genen helpen aflezen. Maar tegen die nucleolus aan (of erin, daar is de wetenschap nog niet uit) zit nóg een orgaantje. De nucleolinus, vertaald het ‘kleine kerntje’. Het organel is 150 jaar geleden beschreven, en daarna alleen bij vlagen onderzocht. De Amerikanen bestudeerden het organel in eicellen van de Amerikaanse stevige strandschelp (Spisula solidissima).

Definitief stelden ze vast dat de nucleolinus een apart compartiment van de cel is. Het organel is gevuld met een RNA dat codeert voor een simpel eiwit. Dat eiwit is voorlopig NLi-1 gedoopt. Ook is nu duidelijk dat de nucleolinus belangrijk is voor de celdeling. Beschadigden de biologen de nucleolinus met een laser, dan ging er met de deling vaak iets mis.

De functie heeft iets te maken met de positie van de kernspoelen, zagen ze op filmpjes. De kernspoelen zijn groepen draden die de chromosomen bij celdelingen uit elkaar trekken. Een bevruchte strandschelpeneicel deelt zich in een grote cel (het latere embryo) en een heel kleine. Wat bleek: de kernspoel aan de kant van het embryo verscheen altijd precies op de plaats van de nucleolinus. ‘Een gebied dat we pas net beginnen te ontdekken’, besluiten de biologen.

De chromosomen bestaan uit nucleoproteïden, verbindingen van nucleïnezuren (DNA) en eiwitten. In de nucleïnezuurketens is de erfelijke aanleg van het organisme gecodeerd. De kern is vrijwel de enige plaats waar de nucleïnezuren (DNA zowel als RNA) aangemaakt worden.

In de rustende kern zijn de chromosomen meestal niet te zien, maar tijdens de kerndeling  zijn ze in levende toestand onder defasecontrastmicroscoop goed waar te nemen; ze zijn het meest bestudeerd in gefixeerde en daarna met basische kleurstoffen gekleurde preparaten.

Alles wijst erop dat deze chromosomen ook buiten de periode van de kerndeling (de

29

interfase) intact aanwezig zijn, al zijn ze dan onder het lichtmicroscoop niet zichtbaar. Het aantal chromosomen is normaliter voor ieder soort organisme vast; zie

evenwel polyploïdie 

Trilharen (ciliën), soms ook zweepharen (flagellen), komen op het buitenoppervlak van de cel voor bij eencelligen, sommige wieren, in trilhaarepitheel bij  dieren en bij de spermatozoën der dieren en de spermatozoïden van de lagere planten (tot en met de varens en sommige naaktzadigen).

Alle vertonen een grote overeenkomst in bouwHet geheel is omgeven door een uitstulping van de celmembraan.    

3.5 Stevigheid De cel moet bestand zijn tegen de vele krachten die binnen en buiten de cel plaatsvinden, bijv. die welke veroorzaakt worden door stromingen buiten de cel (bijv. bloed bij vele meercelligen, water bij eencelligen) en door de bewegingen van de organellen in de cel. De cel maakt daartoe gebruik van het principe van tensegrity: de wijze waarop deze krachten worden verdeeld over het celskelet en de celorganellen. Veranderingen in het celskelet - waaraan enzymen zijn vastgehecht - kunnen verantwoordelijk zijn voor het in werking stellen van die enzymen. Mogelijk is de invloed van tensegrity zelfs tot in de celkern aanwezig, waardoor tensegrity kan leiden tot het mechanisch aan- of uitzetten van genen.

 

4 .  De plantencel De plantencel verschilt van dierlijke cellen door het bezit van een buiten de celmembraan gelegen celwand, van plastiden en, in jonge cellen, van een aantal vochtblaasjes, de alveolen, die bij volwassen cellen veelal tot 챕챕 n centrale vacuole zijn verenigd. 

 Ribosomen

http://www.williamsclass.com/SeventhScienceWork/CellTheoryParts.htmhttp://micro.magnet.fsu.edu/cells/ribosomes

/ribosomes.htmlhttp://rna.ucsc.edu/rnacenter/ribosome.htmlhttp://www.phy.ohiou.edu/~phillips/Colloqu

ium/flyer_08may22.html

 

http://www.genome.gov/Pages/Hyperion/DIR/VIP/Glossary/Illustration/ribosomes.cfm?key=ribosome

30

Het ribosoom is een complex van eiwitten en RNA ketens in de cel dat heel belangrijk is voor de opbouw van eiwitten. Ribosomen bestaan uit twee delen, een groot en een klein deel. Het ribosoom bevindt zich in het cytoplasma van de cel, is aanwezig op ruw endoplasmatisch reticulum en op het kernmembraam.

Wanneer een mRNA (boodschapper-RNA) keten uit de celkern bij het ribosoom komt, dan worden de basen uit die keten drie aan drie afgelezen en tegelijk een eiwitketen gebouwd die uit de juiste volgorde van aminozuren bestaat. De aminozuren worden aan het ribosoom aangeleverd gebonden aan tRNA (overdrachts-RNA).

Een mRNA keten kan door meerdere ribosomen tegelijk gelezen worden, en daarmee tegelijk meerdere kopieën van het eiwit opbouwen.

Mitochondrion

Electronenmicroscopische afbeelding van een mitochondrium, het energiefabriekje van de cel. Het mitochondrium is ontstaan uit een bacterie die in de cellen van een meercellig organisme is binnengedrongen. Het DNA van een mitochondrium verplaatst zich wel eens naar de celkern: een mooi voorbeeld van xenologie.

31

Een mitochondrion is een staaf- of bolvormig celorganel dat een dubbel membraan bevat en in het cytoplasma van de cel ligt. Meerdere mitochondri 챘 n samen zorgen voor de energievoorziening binnen de cel door het maken van ATP (=energiebron) bij het omzetten van suikers en vetzuren in water en CO2. Het mitochondrion is de enige plaats in de cel waar oxidatie met zuurstof (aerobe stofwisseling) kan plaatsvinden.

http://www.kennislink.nl/web/show?id=108217

http://www.kennislink.nl/web/show?id=162302

 

Endoplasmatisch reticulum

Netwerk voor de aanmaak en het transport van eiwitten.

Het endoplasmatisch reticulum is een netwerk van platte holten en buizen waar nieuwe eiwitten worden aangemaakt. Vervolgens worden de eiwitten via het netwerk verder getransporteerd en behandeld zodat zij hun werk kunnen doen.

http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i004394.html

 RIBOSOMEN

32

Moeilijk woord voor transportsysteem (reticulum) binnen (endo) het cytoplasma (-plasmatisch). Het kan o.a. stoffen vande ribosomen opnemen en naar andere plaatsen binnen de cel transporteren, waar ze nodig zijn. Ook kan het ongewenste stoffen afgeven aan het Golgi-apparaat, welke ze naar buiten de cel transporteert.

 

Golgi-apparaat

Plek in de cel waar aangemaakte eiwitten worden omgevormd tot werkzame eindproducten.

Het golgi-systeem bestaat uit sterk geplooide blaasjes waar verwerking plaatsvindt van nieuw aangemaakte eiwitten. Zodra een eiwit klaar is, wordt het herkend door het transportsysteem en naar de juiste plek in de cel gebracht.

http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i004395.html

In het Golgi-apparaat worden de produkten afkomstig van het Endoplasmatisch Reticulum (ER) omgebouwd en opgeslagen, om dan later naar andere bestemmingen verscheept te worden.

Transportblaasjes met eiwitten gemaakt door ribosomen op het ruw endoplasmatisch reticulum worden vervoerd naar het Golgi-apparaat, waar ze hun eiwitten afleveren aan de lumen (de ruimte binnen het Golgi-apparaat). Hoe dit transport precies werkt is pas kort geleden ontdekt. Het Golgi-apparaat vormt zelf nieuwe cisternen en verwijdert de oude waardoor de eiwitten in de oude cisternen vrijkomen. Als de eiwitten de trans-kant bereiken, vormen ze blaasjes die, als ze een bepaalde grootte bereiken, als secreetkorrels richting het celmembraam getransporteerd worden via microtubilii en -filamenten.

Vacuole

33

 The Plant Endomembrane System. The plant endomembrane system contains compartments and trafficking components that are conserved among all eukaryotes and some that are unique to plants. a) Amino-terminal propeptide (NTPP)pathway. b) Carboxy-terminal propeptides (CTPP). c) ER-to-vacuole pathway. d) ER-to-PAC-to-vacuole pathway. e) Secretion pathway. f) CCV endocytosis. g) Receptor-mediated endocytosis. 

CCP, clathrin-coated pit; CCV, clathrin-coated vesicle; CV, central vacuole; DV, dense vesicle; ER, endoplasmic reticulum; GA, Golgi apparatus; LV, lytic vacuole, N, nucleus; PAC, precursor-accumulating compartment; PB, protein body; PCR, partially-coated reticulum; PSV, protein-storage vacuole; PVC, pre-vacuolar compartment; SV, secretory vesicle.

Surpin and Raikhel, 2004) Traffic Jams Affect Plant Development and Signal Transduction. Nature Reviews/Molecular Cell Biology 5:100-109.

http://www.cepceb.ucr.edu/members/raikhel.htm

 

 

Vacuoles zijn grote celcompartementen omringd door een mebraan. Ze komen voor in eurkaryoten en dienen verschillende doelen: het opvangen van voedselmateriaal of ongewenste 'rommel' in de omgeving de cel, het insluiten van mogelijk giftige stoffen (zo beschermt het de cel), het houdt de turgor in een cel in stand en het verplaatst ongewenste stoffen de cel uit.

34

   

http://www.homepages.hetnet.nl/~b1beukema/celpv.html

5. DE CELCYCLUS Een van de meest karakteristieke eigenschappen van levende wezens is dat ze zich voortplanten. De continu 챦 teit van het leven is gebaseerd op het vermogen van cellen om zich te delen in genetisch equivalente dochtercellen. Het proces dat zich afspeelt vanaf haar ontstaan uit een ouderlijke cel tot haar eigen splitsing, noemt men de celcyclus. Bij 챕챕 ncellige organismen, zoals Amoeba, komt celdeling neer op de vorming van een gans nieuw organisme.

Bij meercelligen, inclusief de mens, zorgen miljoenen celdelingen ervoor dat een individu zich kan ontwikkelen uit 챕챕 n enkele cel, 

de bevruchte eicel.

35

Zelfs bij volledig volgroeide individuen gaan de celdelingen door, om gedeelten van het organisme te vernieuwen, te herstellen of te vervangen. Menselijke rode bloedcellen hebben een gemiddelde levensduur van 120 dagen.Ze bevatten geen celkern en kunnen daardoor niet delen. Verouderde rode bloedcellen worden verwijderd en in de milt vernietigd door macrofagen. Om ze te vervangen worden in het beendermerg constant nieuwe rode bloedcellen aangemaakt, door deling van

stamcellen (de erythroblasten).  Een volwassen mens produceert dagelijks zo’n 200 miljoen rode bloedcellen, het equivalent van ca. 100 ml bloed. Een donatie van 500 ml kan op minder dan een week tijd gecompenseerd worden. Essentieel bij de celdeling is dat beide dochtercellen de genetische informatie uit de oudercel moet meekrijgen. Het ganse genoom (het geheel aan erfelijke informatie vervat in het DNA) moet dus nauwkeurig gerepliceerd worden en zo verdeeld over de cel dat elke dochter een equivalent deel ontvangt. Dit wordt vereenvoudigd doordat het DNA georganiseerd is in een aantal chromosomen (strengen DNA en bijhorende eiwitten). In voorbereiding van de eigenlijke celdeling, en na de duplicatie van het genoom, gaat het chromatine condenseren. Elke DNA-streng plooit zich vele malen, waardoor de chromosomen zo dik worden dat ze zichtbaar zijn door een lichtmicroscoop.Elk chromosoom bestaat uit twee dochterchromatiden.De twee chromatiden zijn identieke copies van dezelfde DNA-molecule.Ze zitten aanvankelijk aan elkaar vast, maar zullen tijdens de celdeling uit elkaar getrokken worden, om uiteindelijk elk in een andere dochtercel te belanden. De deling van de kern (mitose) wordt meestal onmiddellijk gevolgd door de deling van het cytoplasma (cytokinese). Mitose en cytokinese geven aanleiding tot de miljarden somatische cellen waaruit ons lichaam bestaat. Gameten (eicellen en zaadcellen) komen echter tot stand via een variant van de celdeling, de meiose. Dit proces speelt zich enkel af in gespecialiseerde organen (de gonaden) en impliceert een halvering van het aantal chromosomen (zie verder). 

5.1.   De mitotische celcyclus http://micro.magnet.fsu.edu/cells/fluorescencemitosis/index.htmlhttp://micro.magnet.fsu.edu/cells/mitosisjava/mitosisjava.html 

Een celcyclus bestaat essentieel uit twee grote fasen : een korte mitotische fase (of M-fase), tijdens dewelke zowel de mitose als de cytokinese plaatsvinden; en een langere interfase, tijdens dewelke de cel groeit en haar chromosomen verdubbelt in voorbereiding van de celdeling. De interfase wordt vaak ingedeeld in een G1-fase (eerste Gap-fase), gevolgd door een S-fase en tenslotte een G2-fase. In elk van de drie onderdelen van de interfase groeit de cel door de productie van ewitten en cytoplasmatische organellen, maar enkel in de S-fase worden de chromosomen verdubbeld. Het mitotische spoellichaampje speelt een belangrijke rol bij de mitose.Het bestaat uit microtubuli en bijhorende eiwitten, en wordt waarschijnlijk aangemaakt met materiaal afkomstig van het cytoskelet. Naarmate de mitose vordert, groeit het spoellichaampje door de incorporatie van steeds meer eenheden van het eiwit tubuline. De ontwikkeling van het spoellichaampje begint in het centrosoom. Bij dierlijke cellen zitten op deze plek in het cytoplasma twee structuurtjes, de centriolen, maar deze lijken geen onmisbare rol te spelen bij de celdeling. Ze ontbreken bij planten, en wanneer ze bij dierlijke cellen experimenteel weggenomen worden, kan de celdeling toch perfect doorgaan.

36

 Nog tijdens de interfase verdubbelt het centrosoom zich.De twee centrosomen zullen tijdens de eerste fasen van de mitose uit elkaar bewegen en tussen beiden ontstaat het spoellichaampje.Hoewel de mitose een continu, dynamisch proces is, is het gebruikelijk het onder te verdelen in vijf perioden : de profase, de prometafase, de metafase, de anafase, en de telofase.   

 

I to III, prophase IV, metaphase V and VI, anaphase VII and VIII, telophase.

   Tijdens de profase condenseert het chromatine zich en worden de afzonderlijke chromosomen zichtbaar. Ze manifesteren zich als twee identieke zusterchromatiden, die aan elkaar vast zitten. De nucleoli verdwijnen. In het cytoplasma begint het spoellichaampje zich te vormen.

37

  Tijdens de prometafase verbrokkelt de kernmembraan. De microtubuli van het spoellichaampje kunnen nu doordringen in de kern en interageren met de chromosomen. Op beide chromatiden van elk chromosoom ontwikkelt zich t.h.v. het centromeer (een insnoering in het chromosoom) een structuur van eiwitten (het kinetochoor). Sommige microtubuli van het spoellichaampje hechten zich hieraan vast. Dit gaat gepaard met schokkerige bewegingen van de chromosomen. In de metafase bevinden de centrosomen zich aan tegenovergestelde polen van de cel. De chromosomen situeren zich in een denkbeeldig vlak (de metafaseplaat) halverwege. De centromeren van alle chromosomen liggen netjes geallinieerd, met elke zusterchromatide aan een andere kant van de metafaseplaat en via de kinetochoor verbonden aan de tegenovergestelde polen van de cel. De anafase start met het uiteenwijken van de gepaarde centromeren van elk chromosoom. Uiteindelijk komen de zusterchromatiden volledig los van elkaar, en kunnen ze beschouwd worden als volwaardige, onafhankelijke chromosomen. Naarmate de microtubuli verkorten, bewegen de zusters zich in tegenovergestelde richting. Aan het einde van de anafase bevatten beide uiteinden van de cel een volledige set equivalente chromosomen. Tijdens de telofase ontstaan rond beide sets chromosomen kernmembranen. Ze worden opgebouwd uit stukken van het ouderlijke kernmembraan, aangevuld met andere cytoplasmatische membranen. De chromosomen verliezen hun geplooide structuur. Op het moment dat deze laatste fase van de mitose voltooid is, is de cytokinese gewoonlijk reeds een eind gevorderd.Bij dierlijke cellen start de cytokinese met het verschijnen van een groef, die eerst zichtbaar wordt aan de oppervlakte van de cel, ter hoogte van de metafaseplaat. Een ring van actine en myosine moleculen zorgt ervoor dat de ouderlijke cel volledig ingesnoerd wordt, en uiteindelijk aanleiding geeft tot twee dochtercellen. Bij plantencellen is er geen sprake van zo’n groef. Tijdens de telofase bewegen zich hier kleine blaasjes van het Golgi-apparaat naar het midden van de cel, waar ze samensmelten en een celplaat vormen. De blaasjes brengen materiaal aan voor een nieuw stuk celwand, dat zich langzaam vormt en uiteindelijk fusioneert met de ouderlijke celwand.De mitotische celcyclus bij de eukaryoten is waarschijnlijk ge 챘 volueerd uit het relatief eenvoudige voortplantingsproces van prokaryoten. Bacteri 챘 n reproduceren zich door een eenvoudige binaire celdeling. 

5.2.     Regulatie van de celcyclus  De timing en de frequentie van de celdeling in de verschillende delen van meercellige organismen is van het grootste belang voor een normale groei, ontwikkeling en instandhouding. De frequentie waarmee cellen delen, is sterk afhankelijk van hun functie. Menselijke huidcellen, bijvoorbeeld, delen zeer regelmatig, terwijl levercellen slechts delen als het echt nodig is, zoals wanneer er schade moet hersteld worden. Sommige zeer gespecialiseerde menselijke cellen, zoals zenuwcellen en spiercellen, delen bij volwassen mensen helemaal niet meer. Deze differentiatie in de timing van de celcyclus is het gevolg van een regeling op moleculair niveau. Het doorgronden van dit regulatiesysteem is van het grootste belang, niet alleen om te begrijpen hoe normale celdelingen gebeuren, maar ook om in te zien hoe kankercellen de normale controle omzeilen. De achtereenvolgende stappen in de celcyclus worden gestuurd door een controlesysteem, bestaande uit een set cyclisch opererende moleculen. Het geheel wordt dikwijls vergeleken met het controlesysteem van een wasmachine; het celcyclus-controlesysteem loopt door aan een eigen tempo, maar is toch afhankelijk van een aantal externe en interne clues. De stappen van de celcyclus worden getimed door ritmische veranderingen in de activiteit van een bepaald soort enzymen (de cycline-afhankelijke proteïne-kinasen of CdK’s), die andere eiwitten kunnen activeren of deactiveren. Deze enzymen ontlenen hun naam aan het feit dat ze enkel werken wanneer ze gebonden zijn aan cycline, een eiwit waarvan de concentratie cyclisch varieert. De cel zal bijvoorbeeld pas overgaan van de G2-fase naar de M-fase wanneer er voldoende MPF actief is. MPF (maturation promoting factor, of M-phase promoting factor) ontstaat door de binding van cycline op een CdK. De cycline-concentraties stijgen tijdens de G1, de S en de G2-fase en vallen drastisch terug tijdens de mitose.

38

De CdK-concentratie verandert nauwelijks. MPF stimuleert allerlei andere enzymen, onder andere in de kernmembraan (de juiste werking is nog niet helemaal opgehelderd). In een late fase van de mitose breekt het zijn eigen cycline-gedeelte af. Het CdK wordt gerecycleerd. Voorbeeld van een interne clue is de koppeling van alle chromosomen aan het spoellichaampje. Zolang dit niet gebeurd is, zal de anafase (het uiteenwijken van de zusterchromatiden) niet aangevat worden. Dit voorkomt dat de dochtercellen chromosomen zouden missen of op overschot hebben. De kinetochoren zenden, zolang ze niet gebonden zijn aan de microtubuli van het spoellichaampje, signalen uit waardoor het anafase-promoting complex (APC) geïnactiveerd wordt. Eenmaal alle kinetochoren vastgehaakt zijn, houdt dit signaal op, en wordt het licht voor het APC op groen gezet. Ook vele externe chemische en fysische prikkels beïnvloeden de celdeling. Cellen zullen bijvoorbeeld niet delen wanneer onvoldoende voedingsstoffen aanwezig zijn.Om de deling van zoogdiercellen te initiëren zijn specifieke groeifactoren noodzakelijk – dit zijn eiwitten die uitgescheiden worden door andere cellen.Voorbeeld van zo’n groeifactor is PDGF (platelet-derived growth factor), een eiwit dat aangemaakt wordt door  bloedplaatjes (een soort bloedcellen). PDGF stimuleert de deling van fibroblasten, bindweefselcellen die instaan voor de heling van wonden. De nood aan groeifactoren verklaart wellicht ook het verschijnsel van de densiteits-afhankelijke inhibitie van celdeling. Cellen in artifici 챘 le culturen houden op met delen wanneer 챕챕 n laag cellen de voedingsbodem bedekt. Blijkbaar wordt de hoeveelheid groeifactoren en voedingsstoffen te klein wanneer een zekere populatiedensiteit bereikt wordt. Kankercellen ontsnappen aan het normale controlemechanisme van de celdeling.Ze delen buitensporig veel en invaderen andere weefsels. In culturen vertonen kankercellen ook geen densiteits-afhankelijke inhibitie.Mogelijk hebben ze geen groeifactoren nodig, of maken ze ze zelf aan. Kankercellen lijken ook ‘onsterfelijk’ : terwijl normale zoogdiercellen in celculturen slechts 20-50 maal delen en vervolgens verouderen en sterven, blijven kankercellen delen en leven. Eén beroemde lijn (de HeLa lijn, naar Henrietta Lacks, de draagster van de tumor waartoe de cellen oorspronkelijk behoorden) bestaat reeds sinds 1951. Het abnormale gedrag van de kankercellen kan catastrofaal zijn.De problemen kunnen beginnen wanneer 챕챕 n cel verandert in een kankercel (transformatie).Normaal herkent het immuunstelsel    de getransformeerde cel als een indringer en vernietigt ze, maar wanneer de cel hieraan ontsnapt, kan ze zich ontwikkelen tot een tumor, een massa abnormale cellen in een overigens normaal weefsel. Blijft de tumor op de oorspronkelijke plaats, dan spreekt men van een goedaardige tumor, en deze kunnen via een chirurgische ingreep verwijderd worden. Kwaadaardige tumoren invaderen echter andere weefsels, waardoor 챕챕 n of meerdere organen niet meer normaal kunnen functioneren. Cellen van kwaadaardige tumoren wijken vaak niet alleen af vanwege hun abnormale proliferatie-gedrag, maar door het bezit van een ongewoon aantal chromosomen, en een ontregeld metabolisme. Ze functioneren niet meer normaal.Door afwijkende structuren op hun celwand verliezen ze ook het contact met naburige cellen, waardoor ze zich kunnen verspreiden. Ze kunnen doordringen in de bloedbanen en het lymfevatenstelsel, en zo aanleiding geven tot nieuwe tumoren in diverse delen van het lichaam. Deze spreiding van kankercellen buiten de oorspronkelijke tumor noemt men metastasis.De behandeling met hoog-energetische straling en chemotherapie is erop gericht om actief-delende cellen zoveel mogelijk schade te berokkenen.Wetenschappers beginnen nog maar te begrijpen hoe een normale cel transformeert in een kankercel. De potenti 챘 le oorzaken van kanker zijn zeer divers, maar steeds lijkt het

39

controlesysteem van de celcyclus geraakt te worden. Wellicht blijven zovele vragen over kankercellen nog onbeantwoord omdat onze kennis van de werking van de cel nog zeer beperkt is. 

5.3.       Meiose en de seksuele levenscycli E 챕 ncelligen en sommige meercelligen kunnen zich vermenigvuldigen via de mitotische celcyclus. Bij 챕챕 ncelligen gebeurt dit door eenvoudige splitsing van de ouderlijke cel in twee dochtercellen; bij sommige meercelligen verlaat een groep cellen het ouderlijke lichaam, en geeft aanleiding tot een nieuw individu. Deze vorm van voortplanting noemt men aseksueel. Het resultaat van aseksuele reproductie is een groep genetisch identieke nakomelingen, een kloon.  Vele organismen kennen nog een andere vorm van voortplanting, de seksuele voortplanting. Deze resulteert in grotere variatie, omdat de nakomelingen een unieke combinatie van de genen van hun ouders erven.In tegenstelling tot een kloon, verschillen de producten van seksuele reproductie genetisch onderling én van hun ouders. Dit type voortplanting vereist een andere celdeling(de meiose), en het samensmelten van twee cellen (de bevruchting). 

5.3.1       De seksuele levenscyclusDe meeste organismen bestaan voornamelijk uit diploïde cellen.Wanneer de chromosomen van zulke cellen zichtbaar gemaakt worden met microscopische technieken, blijkt dat er van elk chromosoom een paar bestaat. Men spreekt van homologe chromosomen. Homologe chromosomen hebben eenzelfde lengte, hun centromeer zit op dezelfde positie, en kleuringen zorgen voor een identiek bandenpatroon.  Ze dragen ook telkens dezelfde genen; als bijvoorbeeld één van beide homologen een gen draagt dat instaat voor oogkleur, bevindt zich op dezelfde plaats (locus) op het andere homologe chromosoom élk een gen dat instaat voor oogkleur.Op deze regel vormen de seks-chromosomen een uitzondering.In tegenstelling tot alle andere chromosomen (de autosomen), lijken de homologen van het seks-chromosoom niet altijd perfect op elkaar. Bij de mens, bijvoorbeeld, hebben enkel vrouwen een homoloog stel seks-chromosomen (het sekschromosoom wordt aangeduid met de letter X, en vrouwen hebben dus een XX-genoom). Bij mannen wordt één van beide X-homologen vervangen door een korter chromosoom, het Y-chromosoom (mannen worden dus aangeduid met XY). Dat chromosomen in paren voorkomen, is een rechtstreeks gevolg van de seksuele voortplanting. Eén lid van een homoloog chromosomenpaar is steeds afkomstig van de moeder, het andere van de vader.

Zaadcellen en eicellen (gameten of voortplantingscellen) hebben maar 챕챕 n set chromosomen. Ze zijn haploïd.Een menselijke zaadcel bevat bijvoorbeeld slechts 22 autosomen en een Y-chromosoom; een eicel 22 autosomen en 챕챕 n X-chromosoom. Bij de bevruchting (fertilisatie, syngamie) worden de maternale en paternale chromosomensets verenigd en  ontstaat de eerste diploïde cel (de zygote), waaruit het nieuwe individu door opeenvolgende mitotische delingen zal ontwikkelen.

De enige cellen die niet door mitose ontstaan zijn de gameten. Die ontstaan door een aparte vorm van celdeling, die bij de mens enkel plaatsvindt in de testes en de ovaria. 

40

5.3.2 De meiose De meiose lijkt sterk op de mitose, maar bij de meiose wordt de replicatie gevolgd door twee opeenvolgende celdelingen, meiose I en meiose II genaamd.

 

 Dit resulteert in vier dochtercellen, elk met half zoveel chromosomen als de ouderlijke cel. Zoals de mitotische celdeling, wordt ook de meiose voorafgegaan door een interfase, waarin elk van de chromosomen zich verdubbelt. Zo ontstaan voor elk chromosoom twee identieke zusterchromatiden, die aan elkaar vastgehecht blijven t.h.v. het centromeer. 

41

De meiotische profase I duurt langer en is complexer dan de mitotische. De chromosomen worden compacter. Homologe chromosomen, elk bestaande uit twee zusterchromatiden, ontmoeten elkaar en zijn onder de microscoop zichtbaar als tetraden. Op dit moment wisselen de chromatiden van homologe paren chromosomen segmenten DNA uit, in een proces dat crossing over genoemd wordt. Ondertussen ontwikkelt zich de spoelfiguur en naar het einde van de profase I zit elk chromosoom vast met haar kinetochoor aan de microtubuli.  De chromosomen bewegen vervolgens naar het centrum van de cel.In de metafase I liggen de chromosomen, nog steeds in homologe paren, in de metafaseplaat. Microtubuli verbinden 챕챕 n lid van een homoloog paar met de ene pool van de cel, en het andere lid met de andere pool.Tijdens de anafase I worden de homologe chromosomen uit elkaar getrokken. De zusterchromatiden blijven echter aan elkaar vastzitten.In de telofase I zit aan elke pool van de cel een haplo 챦 de set chromosomen, elk nog bestaande uit twee zusterchromatiden. De cytokinese is dan meestal al volop bezig.De hieropvolgende deling (meiose II) wordt niet voorafgegaan door een verdubbeling van het DNA. In profase II wordt opnieuw een spoellichaampje gevormd, en de chromosomen bewegen richting metafaseplaat. Tijdens metafase II liggen de chromosomen t.h.v. de metafaseplaat, met de zusterchromatiden naar tegengestelde polen gericht. In de anafase II scheiden de zusterchromatiden eindelijk en bewegen naar de respectievelijke polen van de cel. De telofase II omhelst de vorming van nieuwe kernmembranen, en gebeurt simultaan met de cytokinese.  

5.3.3     Oorsprong van genetische variatieBij dieren die zich seksueel voortplanten, is het gedrag van de chromosomen tijdens de meiose en de bevruchting verantwoordelijk voor de variatie in kenmerken die inelke generatie ontstaat.  Drie mechanismen dragen bij tot deze genetische variatie. 

Onafhankelijke segregatie van chromosomen De oriëntatie van de homologe chromosomen tijdens metafase I is onderling onafhankelijk. De eerste meiotische deling resulteert dus in een willekeurig assortiment van paternale en maternale chromosomen in de dochtercellen.Voor een organisme met 2 homologe paren chromosomen (2n=4, n=2) bestaan er dus 4 mogelijke combinaties van chromosomen in de gameten. Bij n=3 zijn er 8 combinaties mogelijk. In het algemeen leidt onafhankelijke segregatie tot 2n mogelijke gameten, waarbij n het aantal chromosomen is in een haploïde cel. Voor de mens betekent dit dat maternale en paternale chromosomen op 223 (ongeveer 8 miljoen) manieren kunnen gecombineerd worden in de zaad- en eicellen. 

Crossing-overWe kunnen echter nog moeilijk spreken van ‘paternale’ en ‘maternale’ chromosomen, omdat tijdens de profase I de homologe chromosomen in sterke mate genen gaan uitwisselen. Dit gebeurt zeer nauwkeurig, zodat enkel equivalente stukken DNA worden uitgewisseld. Het gevolg is dat zelfs één chromosoom in een gameet erfelijke informatie van de vader én de moeder meedraagt.

42

 

Willekeurige bevruchtingTenslotte is ook de bevruchting in grote mate een random proces. Een menselijke eicel, zelf één van meer dan 8 miljoen mogelijke combinaties van chromosomen, gaat samen met zaadcel, die één van 8 miljoen andere mogelijke combinaties vertegenwoordigt.Zelfs wanneer we het proces van crossing-over buiten beschouwing laten, kunnen twee ouders meer dan 64 miljard (8 miljoen x 8 miljoen) verschillende diploïde combinaties aanmaken.  

centrosomen en centriolen    http://mcdougald.blogspot.com/2005/06/wells-centrioles-and-cancer-bad-things.html 

43

Centrosomen  spelen  ook een  hoofdrol  in de  oorsprong van microtubules ( nucleatie )  elongatie ( polymerisatie ) and degradatie  (depolymerisatie ).

binnenin elke  centrosoom bevinden zich een paar  centriolenrondom het  centriolen  bevindt zich  in het cytoplasma , een netwerk van fijne draden . de centriolen staan op elkaar in een rechte hoek . 

Centrioles 

centriolen bestaan uit negen groepen van drie microtubules , die op hun beurt de wanden van de centriole vormen  . Elk trio is verbonden met zijn buren op verschillende plaatsen langsheen de lengteas van de microtubules   Elk trio is ook inwaarts  geplooid zoals het schroeblad van een turbine  Een bepaald centriool bezit  nog andere  strukturen  ___genoemd de subdistale  aanhangels__op elk trio  . . De subdistale aanhangsels verankeren de microtubules en vormen zo de as  die het

44

pericentriole  materiaal bevatten die  de microtubules nucleatie  veroorzaken   De paired centriolen paren zijn ook verbonden door draadstukturen 

Delende  cel  met Centrioles, Spindles en  Chromosomes 

 

Mechanisme achter celdeling opgehelderd Ben van Raaij16 januari 2009

 - Een lastige kwestie uit de celbiologie – hoe verdelen cellen bij de celdeling hun chromosomen – lijkt opgelost. Cellen gebruiken daarbij een speciaal eiwit, Aurora B. Als dat niet goed werkt, kan dit leiden tot kanker of het syndroom van Down.

Dat schrijven onderzoekers van UMC Utrecht en de Amerikaanse universiteit van Pennsylvania (VS) vandaag (16 januari) in Science Express.

De chromosomen in de celkern – de dragers van het dna – worden bij de celdeling gekopieerd en zodanig gescheiden dat beide dochtercellen evenveel chromosomen krijgen. De verdubbelde chromosomen worden in een zogeheten mitotische spoel met trekdraden in tegenovergestelde richting uiteen getrokken. Als de draden niet goed aan de chromosomen vastzitten gaat het mis.

Het stofje Aurora B Kinase bewaakt of de trekdraden goed zijn gehecht, door de fysieke spanning te checken die ontstaat als de draden de chromosomen uiteentrekken. Kan het de spanning niet ‘voelen’, dan knipt het eiwit de verbinding door en stopt de celdeling.

De hoofdlijnen van dit proces waren al enkele decennia bekend, maar hoe het moleculair mechanisme werkte was nog onduidelijk. De onderzoekers gebruikten speciale biosensoren en levende cellen om de zaak op te helderen.

45

Een verkeerde verdeling van de chromosomen kan onder meer bijdragen aan het ontstaan van kanker. Kennis van het celdelingsproces lijkt dus van belang bij het voorkomen en behandelen van kanker, aldus de onderzoekers.

http://www.volkskrant.nl/wetenschap/article1133202.ece/Mechanisme_achter_celdeling_opgehelderd [+] Celbiologie

3

3' UTR

A

Acetylcholinereceptor Actief transport Actine Agranulocyt Alloplo 챦 de Anafase Apoptose Archegonium Autolyse Autoplo 챦 de

B

B-cel Basofiele granulocyt Blastocyste Bloedcel Bloedgroepantigeen Bloedplaatje

C

Cardiolipine Catabolietrepressie CdK (genetica) Cel (biologie) Celcyclus Celdifferentiatie Celfysiologie Celkern Celmembraan Celwand Centraal Dogma

(moleculaire biologie) Centriool Centrosoom Chromatine Chromatofoor Chromosoom Cistern Cytochroom A3 Cytogenetica Cytokinese Cytoplasma Cytoskelet Cytosol

F

Fagocytose Flowcytometrie Fluorescence Recovery After

Photobleaching

G

GLUT GLUT-1 GLUT-2 GLUT-3 GLUT-4 Gameet Gametangium Gen Gliacel Golgi-apparaat Granule Granulocyt

H

HbF Hemocyanine Hemoglobine Hexaplo 챦 de Histon (eiwit) Huidcel Hyaluronan Hydrodynamische focusing Hydrogenosoom Hyperpolarisatie Hypertrofie

I

Influx Insnoering van Ranvier Interstitium Intracellulaire vloeistof Intron Ionkanaal

K

Karyotype Kegeltje Kernporie

O

Octoplo 챦 de Organel [+] Organel Osmose

P

Pectine Peptidoglycaan Peroxisoom Pinocytose Piramidecellen Plantaardige cel Plasmodesma Plasmolyse Pluripotent Polyembryonie Polysoom Primaire celwand Profase Proliferatie (cel) Proteoom Protoplasma Purkinjecel

R

RNA Recombinant DNA Ribosoom Rode bloedcel

S

SNARE-eiwit Secundaire celwand Sensorische

zenuwcel Sequencing Sertolicel SiRNA Signaaltransductie Somatische cel Sperma Spiegelneuron Spiercel Staafje Stamcel

46

Cytotoxische T-cel

D

DNA DNA in organismen DNA-polymerase Dendritische spine Desmosoom Dictyosoom Diffusiesnelheid Diplo 챦 de Dochtercel

E

Eencellig organisme Efflux Embryonale stamcellen Endocytose Endomembraansysteem Endoplasmatisch

reticulum Endotheel Eosinofiele granulocyt Ependymcel Erythropoi 챘 sis Eukaryoten Exocytose Exon Extracellulair

Klokdiertjes

L

Langerhanscel Liposoom Lymfocyt Lyse Lysosoom

http://www.kennislink.nl/web/show?id=94744

M

Macrofaag Major Histocompatibility

Complex Meercellig organisme Meiose Melanocyt Membraan Membraaneiwit Membraanpotentiaal Messenger RNA Mestcel Methylguanine

methyltransferase MiRNA Microgliacel Microtubulus Mitochondriaal DNA Mitose Monocyt Motoreiwit Motorische zenuwcel Multipotent Myoblast Myofibril

N

NK-cel Netelcel Neutrofiele granulocyt Non-disjunctie Nuclear pore complex

T

T-cel T-helpercel Tetraplo 챦 de Thylako 챦 de Tight junction TmRNA Totipotent Transfer RNA Translocatie Trilhaar Triplo 챦 de Turgor

U

Unipotent

V

Vacuole Vacuolemembraan Vector (celbiologie) Verbranding

(biologie) Vesicle (cel) Volwassen stamcel

W

Witte bloedcel

Z

Zenuwcel Zenuwweefsel Zweepstaartje

CELBIOLOGIE Lessen 

http://www.euronet.nl/users/warnar/biotechnologie1.htm 째. Hierarchie en functie van celcomponenten째. De celkern째. Centrale dogma en DNA (websites)째. Genetische verwantschap Sexchromosomen째. Genetica en statistiek

47

째. Evolutie theorie째. History of Biotechnology째. Celdeling [link]째. Toxicologie lessen 째. Microbiologie lessen

 

http://vcell.ndsu.edu/animations/home.htm 

The Virtual Cell Animation Collection  2005 Cell Biology Education!

Click here to read the article and download the included PDF file.

 

 

Protein trafficking is used to describe the process of moving proteins from the rough ER, through the Golgi apparatus, where they are modified and packaged into vesicles.More detail...

Photosynthesis is the means by which plants make use of chorophyll and light to produce energy. This section covers the basic stages in the photosynthetic electron transport chain. More detail...

Photosynthesis allows plants to use the energy in light to produce molecular oxygen. Photosystem II is the complex where this action occurs. More detail...

Once translated, proteins are dispersed throughout the cellular environment. This section covers

Gradients are used to create energy that can power biological cyles. ATP synthase is powered

Cellular respiration occurs in the mitochondria and provides both animals and

48

thetransport of a protein into a specific organelle--the mitochondria. More detail...

by a hydrogen gradient, located in the mitochondria. This section covers the action of this specific gradient. More detail...

plants with the energy needed to power other cellular processes. This section covers the electron transport chain. More detail...

Transcription describes the process in which mRNA is produced. This section covers the creation of mRNA, as well as the factors leading up to its production. More detail...

After being transcribed,mRNA is processed. Before mRNA can be spliced, certain features must be added. These alterations are made during mRNA processing. More detail...

Before being used in translation, mRNA must be spliced. During splicing, exons are removed and the translateable introns that remain are spliced into a single strand of mRNA.More detail...

Translation is the process in which ribosomestranslate a strand of mRNA into a protein. This section covers the steps leading up to the creation of such a protein. More detail...

The lac operon refers to the gene responsible for digesting lactose molecules in a bacterial cell. This section covers the activation and function of this gene. More detail...

49

Cellular Visions: The Inner Life of a Cell http://www.studiodaily.com/main/searchlist/6850.html Watch The Video:   [High]   [Low]

De Celcyclus 

http://members.home.nl/larsbosboom/celcyclus.htm

1.1 De normale celcyclus   De cel vermenigvuldigt zich door al zijn componenten te dupliceren en vervolgens in twee챘 n te splitsen. Dit proces van duplicatie en splitsing wordt de celcyclus genoemd. De belangrijkste taak hierbij is het doorgeven van de genetische informatie aan de nieuwe generatie cellen. Het is belangrijk dat er gedurende de celcyclus zo weinig mogelijk fouten gemaakt worden, daarom hebben cellen een complex netwerk van eiwitten ontwikkeld, dat het celcyclus controle systeem heet. 

50

overzicht celcyclus                   

De celcyclus bestaat uit 3 fases (fig. 1.1). Twee belangrijke fases zijn de S fase (S staat voor synthese) en de M fase (M staat voor mitose). In de S fase vindt DNA replicatie plaats. Dit duurt zo’n 10 tot 12 uur en beslaat bij zoogdiercellen ongeveer de helft van de tijd van de gehele celcyclus. In de M fase vindt chromosoom segregatie plaats en splitst de cel zich in twee챘 n. Deze fase is veel korter, in zoogdiercellen minder dan een uur.

De meeste cellen hebben meer tijd nodig om te groeien en hun eiwitten en organellen te verdubbelen dan ze nodig hebben om hun DNA te verdubbelen en in twee 챘 n te splitsen. Daarom zijn er een soort tussenfases in de celcyclus ingevoerd. De G1 fase (G komt van het engelse woord gap) zit tussen de M en de S fase en de G2 fase tussen de S en de M fase. De G1, S en G2 fase samen wordt de interfase genoemd. In humane cellen duurt de interfase ongeveer 23 uur. 

1.1.2 De S faseHet is belangrijk dat tijdens de DNA replicatie zo min mogelijk fouten optreden. Zonder herstelmechanismen zou 1 op de 104 basen een incorrecte zijn. Het werkelijke aantal fouten na DNA replicatie is 1 op de 1010 nucleotiden. Dit komt omdat na DNA replicatie proofreading en DNA mismatch repair plaatsvindt. Proofreading gebeurt tijdens de synthese van de nieuwe streng en wordt uitgevoerd door DNA polymerase zelf. Na proofreading is het aantal fouten nog 1 op de 107. Na de synthese moet het aantal fouten dus nog verder omlaag. Dit gebeurt door mismatch repair waar enkele eiwitten (Mut eiwitten) bij betrokken zijn. Na mismatch repair is in de normale celcyclus het aantal fouten op een acceptabel niveau, dus 1 op de 1010. 

1.1.3 De M faseIn de M fase vinden er een aantal gebeurtenissen plaats, te beginnen met de profase. De profase begint met chromosoom condensatie: de verdubbelde DNA strengen in de chromosomen gaan zich verdichten in meer compacte chromosomen, wat nodig is voor segregatie. De nucleaire envelop gaat kapot en de gerepliceerde chromosomen, die elk een paar zuster chromatiden bevatten, worden gebonden aan de microtubuli van de mitose spoel. Tijdens de mitose rust de cel kort in de metafase en de plotselinge scheiding van de chromatiden geeft het begin van de anafase aan. De chromosomen verplaatsen naar de tegenovergestelde polen van de spoel waar ze hun normale vorm weer aannemen. De cel wordt dan in twee 챘 n gesplitst door cytokinese (fig. 1.2) 

51

 Figuur 1.1 De fases van de celcyclus

Figuur 1.2 De celdeling van eukaryote cellen

1.1.4 De G1  en G 2  fase De twee tussenfases zijn er niet alleen om tijd vrij te maken voor het groeien van de cel. Ze zijn er ook om de cel te laten controleren of de interne en externe omstandigheden geschikt zijn en of de voorbereidingen klaar zijn om de cel te laten doorgaan met de belangrijke S of M fase. Vooral de G1 fase is hierbij erg belangrijk. De lengte van deze fase kan sterk vari 챘 ren, afhankelijk van externe omstandigheden en extracellulaire signalen van andere cellen. Bij erg slechte omstandigheden kan een cel zelfs tijdelijk overgaan in de G0 fase een extra tussenfase). Overigens verkeren ook alle cellen die volwassen en volledig uitgedifferentieerd zijn voortdurend in de G ｭ 0fase. 

Als alle omstandigheden weer goed zijn bereiken cellen in de G1 (of G0) fase na enige tijd een bepaald punt aan het einde van de G1 fase, het restriction point. Pas als een cel dit punt gepasseerd is kan de cel overgaan tot DNA replicatie. 

1.2 Controle van de celcyclusElk controlesysteem heeft de volgende vaardigheden nodig:

Een klok of timer die er bij elke gebeurtenis voor zorgt dat er genoeg tijd voor is. Een mechanisme om elke gebeurtenis in de goede volgorde te laten verlopen;

mitose moet bijvoorbeeld altijd na DNA replicatie komen. Een mechanisme om te zorgen dat elke gebeurtenis maar 1 keer per cyclus

gebeurt. Binaire (aan/uit) switches die gebeurtenissen in werking zetten op een

irreversibele manier en ervoor zorgen dat ze niet ondertussen afgebroken kunnen worden.

Back-up mechanismen en aanpassingsmogelijkheden om er zeker van te zijn dat de cyclus goed kan werken, zelfs wanneer onderdelen van het systeem slecht functioneren en in speciale celtypen of omstandigheden.

Hieronder wordt het celcyclus controlesysteem besproken en wordt duidelijk dat het controlesysteem alle bovengenoemde eigenschappen bezit.

52

1.2.1 Checkpoints                In de cel zijn zogenaamde checkpoints aanwezig, waar

de celcyclus gestopt kan worden als voorgaande gebeurtenissen niet zijn voltooid (fig. 1.3). Bijvoorbeeld chromosoom separatie in de M fase wordt uitgesteld als sommige chromosomen nog niet klaar zijn met hun voorbereiding. 

Het passeren van de G1 en G2 fase wordt uitgesteld door remmechanismen als het DNA is beschadigd door straling of chemicali챘 n. Pauzes bij deze damage checkpointsmaken tijd vrij om het beschadigde DNA te repareren. 

De checkpoints werken op basis van negatieve intracellulaire signalen, in plaats van door het wegvallen van positieve signalen die normaal gesproken de celcyclus voortgang stimuleren. 

1.2.2 Cyclines en kinases                    

53

 Figuur 1.3 Checkpoints in het controlesysteem

 Figuur 1.4 Overzicht van de kern van het controlesysteem

     Erg belangrijk voor het controlesysteem is de eiwitfamilie cyclin-

dependant kinases (Cdks). Cdks zijn alleen actief als ze gebonden zijn aan cyclines. Cyclines ondergaan een cyclus van synthese en degradatie tijdens elke celcyclus. De cyclische veranderingen in cycline levels resulteren in het cyclische activeren van cycline-Cdk complexes. Dit activeren brengt op zijn beurt weer celcyclus gebeurtenissen teweeg, zoals het starten van DNA replicatie (fig. 1.4). 

Er zijn 4 klassen cyclines, elk genoemd naar het stadium van de celcyclus waar ze binden aan Cdks. Drie van deze klassen komen voor in alle eukaryote cellen:- G1/S-cyclinesbinden Cdks aan het eind van de G1 en staan de cel toe om over te gaan tot DNA replicatie. - S-cyclinesbinden Cdks tijdens de S fase en zijn nodig voor de initiatie van DNA replicatie. - M-cyclines stimuleren de gebeurtenissen van mitose. 

       

54

 Figuur 1.5 Het remmen van de celcyclus door beschadiging van het DNA

                   Beschadiging van het DNA leidt tot het activeren van het genregulatie eiwit p53, dat de transcriptie van bepaalde genen stimuleert. Een van deze genen codeert voor het CKI (Cdk inhibitor) eiwit p21. P21 bindt aan G1/S-Cdk en S-Cdk en remt hun activiteit, wat meehelpt met het blokkeren van de S fase.In onbeschadigde cellen is p53 erg onstabiel en in lage concentratie aanwezig. Dit komt omdat het interactie aangaat met een ander eiwit, Mdm2. Dit eiwit werkt als een ligase dat aan p53 bindt om het te laten vernietigen doorproteasomen. DNA beschadiging activeert eiwit kinases die p53 fosforyleren en daarmee de binding met Mdm2 verbreken. Hierdoor stijgt de concentratie p53 en kan het de transcriptie van genen stimuleren (fig. 1.5) Als het DNA zodanig beschadigd is dat er geen reparatie meer kan plaatsvinden moet de cel stoppen  met delen om ernstige mutaties te voorkomen. Deze cellen moeten overgaan tot apoptose(geprogrammeerde celdood). Het wel of niet overgaan tot apoptose hangt af van de concentratie p53. Deze functie van p53 is erg belangrijk voor de bescherming tegen kanker. 

1.2.4 Overzicht van het celcyclus controlesysteem

 Figuur 1.6 Overzicht van het celcyclus controle systeem

De kern van het celcyclus controlesysteem is een serie van cycline-Cdk complexen (fig. 1.6). De activiteit van elk complex is afhankelijk van verschillende remmende checkpointmechanismen, welke informatie verschaffen over het extracellulaire milieu, beschadiging van de cel en incomplete celcyclus gebeurtenissen (fig. 1.6, boven). 

1.2.5 Extracellulaire controle

55

Om te blijven delen hebben cellen stimulerende stoffen van buurcellen nodig, die mitogenen genoemd worden. Mitogenen werken de remmende mechanismen in de celcyclus tegen en stimuleren op die manier de celdeling. Er zijn 50 verschillende eiwitten die als mitogen functioneren. De meeste zijn niet celspecifiek en hebben meerdere functies. Mitogenen stimuleren G1- en G1/S-Cdks. Mitogenen werken door binding aan receptoren aan de buitenkant van de cel, die dan intracellulaire signalen afgeven. Groeifactoren binden ook aan receptoren aan de buitenkant van de cel en brengen intracellulaire signalen op gang. Vaak hangt dit samen met celdeling, maar soms ook alleen met de groei ofanderszins met de synthese van eiwitten. Ook survival factoren binden aan receptoren. Zij stimuleren intracellulair Bcl-2 en IAP’s. Als cellen survival factoren missen gaat de cel over tot apoptose (zie paragraaf 1.3). 

1.3 Overige controlesystemen voor het ‘juiste’ gedrag van cellen in het organisme

 

Figuur 1.7 Inductie van apoptose

1.3.1 ApoptoseApoptose maakt gebruik van een familie van proteases die caspases worden genoemd. Caspases worden gesynthetiseerd in de cel als inactieve procaspases. Als een procaspasegeactiveerd is tot caspase klieven ze andere procaspases die dan weer actief worden waardoor een caspase cascade ontstaat. Deze caspases klieven ook andere onderdelen van de cel waardoor de cel zichzelf snel vernietigd en opgenomen kan worden door andere cellen. 

Het activeren van procaspases in de cel kan worden veroorzaakt van buiten af  door het activeren van death receptors op het celoppervlak. Het eiwit Fas ligand bijvoorbeeld, kan binden op (aan) de receptor Fas. Door deze binding worden intracellulaire adaptoreiwitten aangetrokken waar de procaspases op hun beurt weer aan binden. Hierdoor worden de procaspases geactiveerd en ontstaat er een caspase cascade die apoptose veroorzaakt (fig. 1.7A). 

Als cellen beschadigd zijn kunnen ze apoptose ook in werking zetten vanuit de cel zelf. Op de best begrepen manier, laten mitochondria cytochrome c vrij in het cytosol waar het een binding aangaat met het adaptor eiwit Apaf-1 (fig. 1.7B). Hierbij is p53 nodig, dat de transcriptie activeert van genen die coderen voor eiwitten die het vrijkomen van cytochrome c stimuleren. Deze eiwitten horen bij de Bcl-2 familie. Eiwitten van de Bcl-2 familie helpen met het reguleren van het activeren

56

van procaspases. Sommige eiwitten remmen apoptose door bijvoorbeeld het vrijkomen van cytochrome c te blokkeren en andere eiwitten stimuleren apoptose juist weer door bijvoorbeeld te binden aan inactieve apoptose remmende eiwitten van de familie.

Een ander belangrijke eiwitfamilie is de IAP (inhibitor of apoptosis) familie. Zij binden aan procaspases om hun activeren te voorkomen en ze binden aan caspases om hun activiteit te remmen.

1.3.2 Telomeren en telomeraseIeder chromosoom heeft op de uiteinden telomeren zitten, DNA sequenties die geen genetische informatie bevatten maar wel belangrijk zijn omdat ze: 

de chromosomen uit elkaar houden het DNA beschermen tegen enzymatische afbraak van de eindstukken doordat er een

soort eiwitkap opzit

Telomeren worden bij elke deling van de cel een stukje korter. Na verloop van tijd krijgen ze daardoor een kritische minimale lengte en kunnen ze niet verder ingekort worden. Normaliter wordt dit gesignaleerd door het celcyclus controle systeem en er volgt een celdelingstop en /of apoptose. 

Het verkorten van de telomeren bij een celdeling kan voorkomen worden door telomerase. Dit is een transcriptie enzym dat als doel heeft de lengte van de telomeren te handhaven en zo het aantal delingen en daarmee de levensduur van de cel te be 챦 nvloeden. Het telomerase gen zit op het einde van chromosoom 5p. De toename van telomerase zorgt voornamelijk in de kortetelomeren voor een verlenging. Remming van telomerase zorgt voor een verkorte levensduur van de cel (zie paragraaf 2.4).

NOTES

Cell Biology (nature ) CELL CYCLE

The different phases of the cell cycle.

In the first phase (G1) the cell grows.

When it has reached a certain size it enters the phase of DNA-synthesis (S) where the chromosomes are duplicated.

During the next phase (G2) the cell prepares itself for division. 

During mitosis (M) the chromosomes are separated and segregated to the daughter cells, which thereby get exactly the same chromosome set up. 

57

 

The cells are then back in G1 and the cell cycle is completed. Nobel Laureates, using genetic and molecular biology methods, have discovered mechanisms controlling the cell cycle. CDK-molecules and cyclins drive the cell from one phase to the next. The CDK-molecules can be compared with an engine and the cyclins with a gear box controlling whether the engine will run in the idling state or drive the cell forward in the cell cycle. 

http://sandwalk.blogspot.com/2009/04/nobel-laureate-sir-paul-nurse.html 

CELFUSIE de fusie van twee cellen resulterend in een nieuwe cel met het genetisch materiaal van de oorspronkelijke twee cellen. * Elektroporatie is één van de technieken die hiervoor kan worden gebruikt.

* Genetische modificatie ( GM) =bestaat o.a. uit mutatie , veredeling en celfusie* Celfusie is een ( andere )manier om DNA te combineren, hierbij laten onderzoekers twee gewone cellen samensmelten* Bij celfusie worden alle eigenschappen van 2 cellen gecombineerd* Door celfusie bevat de nieuwe cel de genen van beide cellen

De "bevruchting van een eicel door een spermatozoide" is( bijvoorbeeld bij zoogdieren ) een speciale "natuurlijke " vorm van "celfusie"van twee haploïde ( = elk de helft van het nucleair genoom van de soort = bij de mens is dat een haploide celkern met 23 chromosomen ipv de 46 van de zygote ) genetische inhouden van hun beider ( vrouwelijke en mannelijke ) 

CELKERN

58

Nucleus / microscopisch zichtbaar celdeeltje, dat omgeven wordt door een membraan en dat chromosomen bevat.

http://www.wetenschapsforum.nl/moderator/dnabasis/celkern.png

http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i004388.htmlHet regelcentrum van de cel waarin DNA, de drager van erfelijk materiaal, ligt opgeslagen.In de celkern ligt 2 meter DNA stevig opgerold en veilig opgeslagen. Kopietjes van het DNA worden via openingen in het celkernmembraan naar de celvloeistof gestuurd. Deze kopietjes dienen als recept voor de aanmaak van eiwitten die belangrijk zijn voor alle processen in de cel. Tijdens de celdeling is de kluwen opgerold DNA zichtbaar als x-vormige chromosomen.

59