Samenvatting Celbiologie
Deel 1
College 1 – Inleiding levende cellen
Leven bevat beschrijvende definitie (= wat noemt men levende cel) en functionele definitie (wat is
leven, filosofisch). Leven is een definitie, een term; niet concreet. Exacte verklaring omvat de
mechanismen die minimaal nodig zijn.
Vermenigvuldiging als essentiële beschrijving leven? Problemen: cellen delen niet altijd op tijdstip
van observatie én virussen kunnen niet delen. Virussen bevatten complexiteit. Eerste leven was
eenvoudiger dan huidige virussen. Wel of niet kunnen delen ‘moderne’ eigenschap.
Vorm cel ook niet houdbaar als definiëring van leven; veelvoud vormen cellen waar te nemen. Vorm
cel geeft geen informatie m.b.t. hoe ‘modern’ dit organisme is.
Beweeglijkheid als kenmerk leven; gericht bewegen naar voedsel toe.
Bij ontwikkeling embryo zebravis vindt gastrulatie plaats (= meercellig organisme krijgt vorm van vele
cellen). Celdeling vindt niet altijd plaats. Na differentiatie kunnen deze soms niet meer delen, zoals
bijv. neuronen die delen totdat ze in stasis komen.
Is cel levend of dood = beweegt er iets in de cel? Ja = levend. Geen beweging, cel waarschijnlijk dood.
Celdood mogelijk door slijtage (moeilijk meten, verwarring met ‘slaaptoestand’ in sporenvorm) of
geprogrammeerde celdood (= apoptose). Apoptose cruciaal voor leven, bijv. vorming vingers tijdens
embryonale ontwikkeling. Apoptose heeft rol in controlesystemen van de celdeling.
Cellen zijn aangepast aan wisselende omstandigheden; resultaat: celopbouw is zeer complex.
Complexiteit is voornamelijk nog onbegrepen, van klein aantal aspecten weten wij wel veel.
Onbetrouwbaarheid cartoons in biologie doordat zij het volgende bevatten:
1. Schaal/verhoudingen die niet kloppen
2. Principes oftewel elementen die onmogelijk zijn
3. Elementen die overbodig zijn
Neem hypothesen/cartoons/plaatjes niet voor feit aan, wees kritisch a.d.v. deze drie punten.
Evolutietheorie 1: leven kan zich aanpassen aan veranderende omstandigheden door een proces van
mutatie en selectie; aantoonbaar met microben in een buis. Genetische verandering van organisme
zorgt bij volgende generatie voor mutator (heeft nieuwe eigenschap). Door sequencing kunnen
genomen bestudeerd worden, waardoor evolutieonderzoek mogelijk is.
Evolutietheorie 2: alle huidige organismen stammen af van gezamelijke voorouders; argumenten in
geologie, verwantschappen in DNA en andere principes (bijv. homologe organen). Bouwplan
eukaryoten (= symbiosetheorie) valt hier ook onder. Eerste cellen eenvoudiger. Symbiose tussen
organellen in huidige cellen ontstaan door endosymbiose, waarbij hostcel via fagocytose een cel
waarmee de hostcel een symbiotische relatie had opnam. Eukaryoten ontstonden door opname van
eubacteriën die functioneerden als de huidige mitochondria.
Evolutietheorie 3: alle leven is ontstaan uit organische moleculen in levenloze ‘oersoep’. Argument:
why not?
1
,College 2 – Inleiding microscopie en GFP
Antonie van Leeuwenhoek ontwikkelde eerste microscoop, enkele lens, voor textielindustrie.
Gebruikte voor biologie, tekende zeer precies en realistisch. Uitspraak: “het beweegt dus het leeft.”
Later lichtmicroscopie ontwikkeld; resolutie beperkt door golflengte licht (minimaal 200 nm)
Elektronenmicroscopie: lichtmicroscoop waarbij elektronen worden gebruikt i.p.v. fotonen en
magneten i.p.v. lenzen, resolutie niet meer beperkt door golflengte (minimaal 0.2 nm). Voor werking
moet water d.m.v. alcohol uit systeem worden verwijderd, zorgt voor onbetrouwbaarheid plaatjes.
Verdere beperking: verbetering resolutie door meer elektronen erop te gooien vernietigd sample.
Probleem verholpen door cryo-EM.
Cryo-elektronenmicroscopie: water snel bevriezen, zorgt voor ‘vitreous ice’, waardoor water in cel
blijft en foto mogelijk maakt, bevordert betrouwbaarheid. Probleem: cel gaat wel dood door stikstof.
Gebruik van celkweek om cellen organismen te bestuderen nadelig: cellen gedragen zich
onnatuurlijk doordat deze uit natuurlijke omgeving is gehaald. Weefsels hebben eigenschappen
gebaseerd op interacties met cellen; weefselkweek ook problematisch. Diermodel door implantatie
microscoop in dier is moeilijk en zorgt voor ethische problematiek. Oplossing: lagere organisme met
doorzichtig lichaam, bijv. zebravis; voelt geen pijn. Dier bevat geen hersenen maar wel imuuncellen.
Nadeel: in sommige medische en farmaceutische aspecten moeilijk vergelijkbaar.
Fluorescentiemicroscopie, m.b.v. element fluor, straalt licht
terug. Fluorescerende stoffen koppelen aan specifieke plaatsen
cel leidt tot plaatjes. Probleem: door kleuring verandert of
sterft cel. Oplossing: GFP. Inbrengen na promotor op plaats gen
x; bij uiting gen x wordt GFP geproduceerd; zodoende kan men
onderzoeken onder welke omstandigheden gen wordt
uitgebracht tot expressie (werkt in levende cel). Zo kan men
regelelementen (= promotors) van genen bestuderen. Voor
maken van zulke transgenen is echter vergunning nodig.
Men kan gen x ook fuseren met GFP waardoor dit één eiwit
wordt dat gen x fluorescerend maakt. GFP-gen geen probleem voor functie eiwit x, ondanks dat GFP
wellicht groter kan zijn dan eiwit x. Hoeft niet per se achter gen x, kan ook voor of tussen.
Transgenese: GFP-actine (mens) in zebravis.
GFP kan worden gebruikt als moleculaire sensor (EGFP = Enhanced GFP), bijv. voor meting calcium.
Hierbij zorgt binding calcium ervoor dat calmoduline conformeert waardoor het een M13 peptide
kan binden. Gen GFP enkel tot uiting bij calcium, gebruikt als Ca2+-detector in zenuwonderzoek.
Methode mogelijk om te achterhalen hoe calcium een rol speelt in denken van organisme.
Eiwitten kunnen niet door membraan diffunderen; dit leidt tot celdood.
2
, Deel 2
College 3 – Energie
Centrale energieomzettingsketens zijn in organismen sterk geconserveerd (= overeenkomend), bijv.
citroenzuurcyclus. Energiehuishouding in de cel mogelijk door (1) energiebron, ofwel licht ofwel
chemische energie uit voedsel, (2) omzetting energie tot hoge-energie elektronen en (3) H+-gradiënt,
gebruikt (4) voor o.a. actief membraan transport, ATP synthese en rotatie flagellum. Gradiënt kan
enkel ontstaan bij aanwezigheid membraan; zonder gradiënt is cel overigens dood.
Energiehuishouding d.m.v. mitochondriën/plastiden functioneert op vergelijkbare wijze als in
prokaryoten. In diercellen, energiehuishouding door mitochondriën, in planten door plastiden.
Mitochondriën onder cryo-EM geeft tubulaire vorm in tegenstelling tot ovale vorm. Fluorescentie
microscopie geeft weer dat een dynamische verandering van vorm optreedt. Verandering vorm op
basis van cytoskelet. Kortom: mitochondria zijn dynamisch, niet statisch.
Type mitochondria verschilt per type weefsel. In spieren
bijv. zitten mitochondria in rijtjes geordend doordat deze
moeten samentrekken. Staart spermacel omwonden door
mitochondria voor energie.
Voor bestudering organellen: organel zuivering; cel kapot
maken, vervolgens centrifugeren zodat gradiënt ontstaat
op basis van dichtheid/grootte verscheidene organellen.
Mitochondria heeft eigen DNA t.o.v. ‘hostcel’; kunnen ook delen. Deel DNA mitochondria
overgedragen aan kern. Bij noodzaak wordt dit gen in kern via transcriptie/translatie tot eiwit
gemaakt, waarna het dit eiwit transporteert naar het mitochondria. Mitochondria is zodoende
afhankelijk van kern, o.a. voor celdelingsgen FTSZ.
Stofwisseling mitochondria: chemische voedselbron
treedt matrix (= binnenmembraan) binnen.
ATP-synthase functioneert als motor; dit is
gedeeltelijk membraaneiwit, gedeeltelijk enzym,
lost niet op in water noch in vetten, bemoeilijkt
daardoor isolatie. ATPase wanneer ADP + Pi wordt
omgezet tot ATP; ADPase wanneer ATP wordt
gebruikt voor pompende werking, komt warmte bij
vrij, voornamelijk in bruin vetweefsel.
Mitochondria betrokken bij medicatief onderzoek:
bij mutaties reageert O2 met hogere e- i.p.v. lagere,
zorgt voor ROS (= Reactive Oxygen Species), veroorzaakt
o.a. kanker. ROS-vorming ook gekoppeld aan veroudering;
beperking schade ROS zorgt voor ouderdom.
3
Deel 1
College 1 – Inleiding levende cellen
Leven bevat beschrijvende definitie (= wat noemt men levende cel) en functionele definitie (wat is
leven, filosofisch). Leven is een definitie, een term; niet concreet. Exacte verklaring omvat de
mechanismen die minimaal nodig zijn.
Vermenigvuldiging als essentiële beschrijving leven? Problemen: cellen delen niet altijd op tijdstip
van observatie én virussen kunnen niet delen. Virussen bevatten complexiteit. Eerste leven was
eenvoudiger dan huidige virussen. Wel of niet kunnen delen ‘moderne’ eigenschap.
Vorm cel ook niet houdbaar als definiëring van leven; veelvoud vormen cellen waar te nemen. Vorm
cel geeft geen informatie m.b.t. hoe ‘modern’ dit organisme is.
Beweeglijkheid als kenmerk leven; gericht bewegen naar voedsel toe.
Bij ontwikkeling embryo zebravis vindt gastrulatie plaats (= meercellig organisme krijgt vorm van vele
cellen). Celdeling vindt niet altijd plaats. Na differentiatie kunnen deze soms niet meer delen, zoals
bijv. neuronen die delen totdat ze in stasis komen.
Is cel levend of dood = beweegt er iets in de cel? Ja = levend. Geen beweging, cel waarschijnlijk dood.
Celdood mogelijk door slijtage (moeilijk meten, verwarring met ‘slaaptoestand’ in sporenvorm) of
geprogrammeerde celdood (= apoptose). Apoptose cruciaal voor leven, bijv. vorming vingers tijdens
embryonale ontwikkeling. Apoptose heeft rol in controlesystemen van de celdeling.
Cellen zijn aangepast aan wisselende omstandigheden; resultaat: celopbouw is zeer complex.
Complexiteit is voornamelijk nog onbegrepen, van klein aantal aspecten weten wij wel veel.
Onbetrouwbaarheid cartoons in biologie doordat zij het volgende bevatten:
1. Schaal/verhoudingen die niet kloppen
2. Principes oftewel elementen die onmogelijk zijn
3. Elementen die overbodig zijn
Neem hypothesen/cartoons/plaatjes niet voor feit aan, wees kritisch a.d.v. deze drie punten.
Evolutietheorie 1: leven kan zich aanpassen aan veranderende omstandigheden door een proces van
mutatie en selectie; aantoonbaar met microben in een buis. Genetische verandering van organisme
zorgt bij volgende generatie voor mutator (heeft nieuwe eigenschap). Door sequencing kunnen
genomen bestudeerd worden, waardoor evolutieonderzoek mogelijk is.
Evolutietheorie 2: alle huidige organismen stammen af van gezamelijke voorouders; argumenten in
geologie, verwantschappen in DNA en andere principes (bijv. homologe organen). Bouwplan
eukaryoten (= symbiosetheorie) valt hier ook onder. Eerste cellen eenvoudiger. Symbiose tussen
organellen in huidige cellen ontstaan door endosymbiose, waarbij hostcel via fagocytose een cel
waarmee de hostcel een symbiotische relatie had opnam. Eukaryoten ontstonden door opname van
eubacteriën die functioneerden als de huidige mitochondria.
Evolutietheorie 3: alle leven is ontstaan uit organische moleculen in levenloze ‘oersoep’. Argument:
why not?
1
,College 2 – Inleiding microscopie en GFP
Antonie van Leeuwenhoek ontwikkelde eerste microscoop, enkele lens, voor textielindustrie.
Gebruikte voor biologie, tekende zeer precies en realistisch. Uitspraak: “het beweegt dus het leeft.”
Later lichtmicroscopie ontwikkeld; resolutie beperkt door golflengte licht (minimaal 200 nm)
Elektronenmicroscopie: lichtmicroscoop waarbij elektronen worden gebruikt i.p.v. fotonen en
magneten i.p.v. lenzen, resolutie niet meer beperkt door golflengte (minimaal 0.2 nm). Voor werking
moet water d.m.v. alcohol uit systeem worden verwijderd, zorgt voor onbetrouwbaarheid plaatjes.
Verdere beperking: verbetering resolutie door meer elektronen erop te gooien vernietigd sample.
Probleem verholpen door cryo-EM.
Cryo-elektronenmicroscopie: water snel bevriezen, zorgt voor ‘vitreous ice’, waardoor water in cel
blijft en foto mogelijk maakt, bevordert betrouwbaarheid. Probleem: cel gaat wel dood door stikstof.
Gebruik van celkweek om cellen organismen te bestuderen nadelig: cellen gedragen zich
onnatuurlijk doordat deze uit natuurlijke omgeving is gehaald. Weefsels hebben eigenschappen
gebaseerd op interacties met cellen; weefselkweek ook problematisch. Diermodel door implantatie
microscoop in dier is moeilijk en zorgt voor ethische problematiek. Oplossing: lagere organisme met
doorzichtig lichaam, bijv. zebravis; voelt geen pijn. Dier bevat geen hersenen maar wel imuuncellen.
Nadeel: in sommige medische en farmaceutische aspecten moeilijk vergelijkbaar.
Fluorescentiemicroscopie, m.b.v. element fluor, straalt licht
terug. Fluorescerende stoffen koppelen aan specifieke plaatsen
cel leidt tot plaatjes. Probleem: door kleuring verandert of
sterft cel. Oplossing: GFP. Inbrengen na promotor op plaats gen
x; bij uiting gen x wordt GFP geproduceerd; zodoende kan men
onderzoeken onder welke omstandigheden gen wordt
uitgebracht tot expressie (werkt in levende cel). Zo kan men
regelelementen (= promotors) van genen bestuderen. Voor
maken van zulke transgenen is echter vergunning nodig.
Men kan gen x ook fuseren met GFP waardoor dit één eiwit
wordt dat gen x fluorescerend maakt. GFP-gen geen probleem voor functie eiwit x, ondanks dat GFP
wellicht groter kan zijn dan eiwit x. Hoeft niet per se achter gen x, kan ook voor of tussen.
Transgenese: GFP-actine (mens) in zebravis.
GFP kan worden gebruikt als moleculaire sensor (EGFP = Enhanced GFP), bijv. voor meting calcium.
Hierbij zorgt binding calcium ervoor dat calmoduline conformeert waardoor het een M13 peptide
kan binden. Gen GFP enkel tot uiting bij calcium, gebruikt als Ca2+-detector in zenuwonderzoek.
Methode mogelijk om te achterhalen hoe calcium een rol speelt in denken van organisme.
Eiwitten kunnen niet door membraan diffunderen; dit leidt tot celdood.
2
, Deel 2
College 3 – Energie
Centrale energieomzettingsketens zijn in organismen sterk geconserveerd (= overeenkomend), bijv.
citroenzuurcyclus. Energiehuishouding in de cel mogelijk door (1) energiebron, ofwel licht ofwel
chemische energie uit voedsel, (2) omzetting energie tot hoge-energie elektronen en (3) H+-gradiënt,
gebruikt (4) voor o.a. actief membraan transport, ATP synthese en rotatie flagellum. Gradiënt kan
enkel ontstaan bij aanwezigheid membraan; zonder gradiënt is cel overigens dood.
Energiehuishouding d.m.v. mitochondriën/plastiden functioneert op vergelijkbare wijze als in
prokaryoten. In diercellen, energiehuishouding door mitochondriën, in planten door plastiden.
Mitochondriën onder cryo-EM geeft tubulaire vorm in tegenstelling tot ovale vorm. Fluorescentie
microscopie geeft weer dat een dynamische verandering van vorm optreedt. Verandering vorm op
basis van cytoskelet. Kortom: mitochondria zijn dynamisch, niet statisch.
Type mitochondria verschilt per type weefsel. In spieren
bijv. zitten mitochondria in rijtjes geordend doordat deze
moeten samentrekken. Staart spermacel omwonden door
mitochondria voor energie.
Voor bestudering organellen: organel zuivering; cel kapot
maken, vervolgens centrifugeren zodat gradiënt ontstaat
op basis van dichtheid/grootte verscheidene organellen.
Mitochondria heeft eigen DNA t.o.v. ‘hostcel’; kunnen ook delen. Deel DNA mitochondria
overgedragen aan kern. Bij noodzaak wordt dit gen in kern via transcriptie/translatie tot eiwit
gemaakt, waarna het dit eiwit transporteert naar het mitochondria. Mitochondria is zodoende
afhankelijk van kern, o.a. voor celdelingsgen FTSZ.
Stofwisseling mitochondria: chemische voedselbron
treedt matrix (= binnenmembraan) binnen.
ATP-synthase functioneert als motor; dit is
gedeeltelijk membraaneiwit, gedeeltelijk enzym,
lost niet op in water noch in vetten, bemoeilijkt
daardoor isolatie. ATPase wanneer ADP + Pi wordt
omgezet tot ATP; ADPase wanneer ATP wordt
gebruikt voor pompende werking, komt warmte bij
vrij, voornamelijk in bruin vetweefsel.
Mitochondria betrokken bij medicatief onderzoek:
bij mutaties reageert O2 met hogere e- i.p.v. lagere,
zorgt voor ROS (= Reactive Oxygen Species), veroorzaakt
o.a. kanker. ROS-vorming ook gekoppeld aan veroudering;
beperking schade ROS zorgt voor ouderdom.
3
