Genen en cellen deel 1 aantekeningen
HC 1 Cellen Celopbouw
Celtheorie
1. Een levend organisme bestaat uit minstens één cel
2. Cellen zijn de kleinste unit van leven
3. Nieuwe cellen komen voort uit ouder-cellen door celdeling
4. Cellen leven, omdat ze metabolisme hebben
Alle Organismen:
- Samengesteld uit dezelfde moleculen
- Hebben metabolisme en gebruiken energie
- Hebben interactie met de omgeving (milieu)
- Zijn stabiel (homeostase)
- Reproduceren op basis van de gegevens opgeslagen in het DNA (genoom)
- Kennen groei en ontwikkeling
- Staan onder invloed van evolutie
Metabolisme
Opbouw en afbraak van stoffen die het functioneren van levende cel mogelijk maken
• Anabolisme: opbouw van macromoleculen en structuren van de cel
• Katabolisme: afbraak van macromoleculen om energie of bouwstenen te produceren
• Deze processen worden uitgevoerd door enzymen (eiwitten)
Homeostase
Cellen staan in contact met hun omgeving
- Stress
- Voiding
- ontwikkeling
Homeostase: Reactie op omgeving en op interne processen zodanig dat cel zelf in stabiele
conditie blijft
- regulatie metabolism
- stress response
Diversiteit in het leven
Eigenschappen gecodeerd in het genoom
- Overerfbaar
- Bevat genen die coderen voor eiwitten
- Eiwitten voeren cellulaire processen uit
- Variatie in eigenschappen ontstaan door mutaties
- Mutatie leidt tot veranderd eiwit, met veranderde functie
- Omgeving bepaalt voordeel/nadeel van de mutatie
- Natuurlijke selectie / evolutie
1
,Twee mechanismen voor evolutie
Verticaal
• Doorgeven van genetische veranderingen aan nageslacht
• Veranderde soorten komen voort uit voorouders
• Natuurlijke selectie door omgeving
Horizontaal
• Uitwisseling genen tussen soorten
• Zeldzaam in hogere organismen → veelvoorkomend bij bacteriën
Basis celtypen:
Prokaryote cel: bacterien en archaea
Eukaryote cel: planten/ schimmels en dieren
Genoom en proteoom
Het genoom van een cel bevat de genen
• alle genen aanwezig in een cel
– coderen voor eiwitten
• informatie wordt niet altijd afgelezen → regulatie
Proteoom: verzameling eiwitten aanwezig in een cel
– op een bepaald moment
– onder specifieke omstandigheden
– wisselt per cel-type
Deze bepalen vorm en functie cel:
– Metabolisme: opbouw en afbraak bouwstenen
– Signalering en regulatie
Cytoplasma
Inhoud van een cel buiten de kern, maar binnen de plasmamembraan
• Ribosomen → translatie (eiwitproductie)
• Semi-autonome Organellen
– Mitochondriën
– Chloroplasten
• Endomembraan systeem
– ER, Golgi, lysosomen/peroxisomen
• Cytoskelet
• Cytosol (de oplossing waar dit alles in drijft)
2
,In het cytoplasma vindt metabolisme plaats
Mitochondrien
- Hoofdstuk 7
- Zijn de energie voorzieningen van de cel→ produceren ATP
- Hebben zuurstof nodig voor reacties
- Bevatten een dubbel membraan → zijn van oorsprong waarschijnlijk symbiotische
bacteriën
Endoplasmatisch reticulum
- Netwerk van membraanbuizen
o lumen afgeschermd van cytoplasma
o Ruw endoplasmic reticulum (rough ER)
o verbonden met ribosomen
o eiwitsynthese
o eiwitmodificatie → glycosylering, lipidering
o eiwit-kwaliteitscontrole (afbraak als niet goed)
o Biogenese van eiwitten die getransportereerd worden naar
1. plasmamembraan
2. extracellulaire ruimte
3. lysosomen en peroxisomen
▪ transport via vesicles
Glad ER
• Smooth endoplasmic reticulum (smooth ER)
– Geen ribosomen
– Detoxificatie van opgenomen moleculen (alcohol, hydrophobe moleculen; in
o.a. lever)
– Metabolisme van polysacchariden: bijv. glycogeen productie (in o.a. lever)
– Synthese en modificatie van lipiden (voor membranen en vetopslag)
Excretie en het golgi apparaat
• Golgi: stapel membraan compartimenten
• eiwitten reizen tussen de compartimenten in vesicles
3
,Functies golgi:
• Protein sorting:
– membraaneiwitten naar de plasma membraan
– excretie extracellulaire eiwitten
– lysosomen en peroxisomen
• Opdelen van eiwitketens in functionele units
– proteolyse door proteases (eiwitknippende enzymen)
Peroxisomen en lysosomen
Bevatten schadelijke enzymen en stoffen
• H2O2 (waterstofperoxide)
• Lysozyme (breekt suikerketens in celwand bacteriën af)
• Proteases (breken eiwitten af)
Zeer reactief en daarom ingepakt in vesicle
• Afgeschermd van rest cytoplasma
• Fuseren met vesicles met materiaal dat moet worden afgebroken
– Bacteriën/virussen in vesicles
– Oude organellen (lysosomen)
4
,HC 2 Cellen Chemie van de cel
Bouwstenen van de cel
- Atomen en chemische bindingen→ moleculen
- Macromoleculen:
• Koolhydraten
• Eiwitten
• vetten/ lipiden (membranen)
• Nucleine zuren/ DNA en RNA (genen)
Waarom kennis nodig?
- Cellen zijn opgebouwd uit sturcturen die bestaan uit atomen
- Cellen oefenen hun functie uit door deze structuren
- Cellen gebruiken daarbij energie
Structuren aanmaken: chemische bindingen aanleggen
- Eiwit bestaat uit aminozuren
- Een eiwit fucntioneerd als het gevouwen is (3d structuur)
Elementen vind je in bepaalde verhoudingen en hoeveelheden
Elementen in het lichaam:
- Cellen zijn vooral opgebouwd uit C, O, H en N
Wat zijn atomen:
- De kleinste deeltjes die de eigenschappen van een element hebben
- Die bestaan uit deeltjes: protonen, electronen, neutronen
Atoomnummer staat voor het aantal protonen (alle atomen van een element hebben
hetzelfde atoomnummer
Isotopen
- Atomen van hetzelfde element
• In kern: zelfde aantal protonen, verschillend aantal neutronen in kern
(atoomnummer hetzelfde)
Radio- isotoop:
- Nucleus van radio-isotopen is instabiel en vervalt
• Emissie energie (y straling)
• Emissie deeltjes (a en B straling)
- Emissie van deeltjes verandert het isotopp in een ander element
• Ander atoomnummer
• Verval verloopt constant (half waarde tijd)
- C14 wordt gebruikt voor dateringen, electron uitgezonden en neutron omgezet in
proton
- Worden gebruikt als tracers: gelabeld molecuul met radio-isotoop waarbij de energie
emissie detecteerbaar is→ de tracers worden vervolgens opgenomen door
organismen in de cel (substraat voor emtabolisme, afgebroken/ omgezet op bepaalde
plaats)
- PET scan: straling geven plaats tracer weer die wordt gemeten door de PET scanner
5
,PET scan:
• Patient wordt geinjecteerd met tracer en in PET scanner gemeten
• Cellen nemen tracer op
– Opname vooral in metabool activieve cellen
→behoefte aan energie
– Hoe meer hoe beter detecteerbaar
• Scanner detecteert locale stralings energie
• Beeld geeft de variatie in metabolism (veel/weinig) en abnormale activiteitspieken
– bijvoorbeeld in groeiende tumoren
Electronen bevinden zich in schillen rond de kern van een atoom:
- Eerste schil: Laagste energie, 1 orbital, ruimte voor 2 electronen
- Tweede schil: 4 orbitals,ruimte voor 8 electronen
- Derde schil: 9 orbitals, 18 electronen (8/10)→ orbital= schil
Moleculen bevatten 2 of meer atomen, verbindingen: moleculen bestaand uit meer dan 1
soort atoom
Chemische binding
Binding wordt bepaald door de electronen in de buitenste schil
• Als schillen vol zijn kan geen chemische binding met andere atomen worden
gevormd
– Element bestaat alleen als 1 atoom
• komt niet voor in moleculen en verbindingen
– Helium, Neon, Argon
• Moleculen en Verbindingen worden gevormd door interacties tussen de electronen
van atomen → Electronen proberen orbitals/schillen te vullen
Chemische bindingen
• Covalente binding (gemeenschappelijke elektronen paren)
• Ion binding
• Waterstofbrug
– Tussen moleculen
– Binnen een (macro)molecuul
• (Van der Waals interacties) (elekctromagnetische krachten tussen moleculen)
6
,Elektronegativiteit:
• Een atoom heeft geen lading
• Een atoom dat een e- opneemt of afgeeft krijgt lading (Ion)
• Electronegativiteit (“Electronegativity”):
– Eigenschap om e- van andere atomen aan te trekken
– Verbindingen krijgen stabiliteit door schillen op te vullen
Ion binding:
Niet volledig gevulde schillen kunnen electronen opnemen of afstaan
• Een Atoom heeft evenveel electronen als protonen
– geen lading
Bij Ion binding gaat electron over van ene atoom naar andere atoom
• Een Atoom dat een electron verliest wordt positief geladen
• Een Atoom dat een electron opneemt wordt negatief geladen
• Een Atoom met een lading heet een Ion
• Tegengesteld geladen Ionen trekken elkaar aan
Radicalen:
Moleculen met een ongepaard electron in buitenste schil
Vb.: (waterstof peroxide; O2)
H2O2 → OH• + OH•
• Een ongepaard electron is uiterst reactief (heeft hoog energie niveau)
– Schade aan membranen en eiwitten
– Breuk in DNA
→ In peroxisomen voor afbraak
→ In cytoplasma bestreden met antioxidanten/enzymen
2H2O2 → 2H2O + O2
Covalente binding:
• Atomen v.e. verbinding missen een electron in buitenste schil
• Electronen in schil worden vervolgens gedeeld
• Sterkste chemische binding
– vanwege de gedeelde electronen
7
, – apolair
polair en apolair
• a-polaire covalente bindingen kennen een evenredige ladingsverdeling
– weinig verschil in electronegativiteit
– electronen verdelen zich over hele molecuul
• Polaire covalente bindingen
– tussen twee atomen groot verschil in electronegativiteit
– beinvloedt de plaats van electronen
Polaire covalente binding
• Zuurstof kan 2 e- opnemen in buitenste schil
• 2 Waterstof atomen nemen ieder een e- op
• Twee covalente bindingen
• Polair: Zuurstof heeft meer protonen en trekt de e- meer zijn schil in
Water absorbeerd temperatuurstijging
• Water absorbeert hitte en vertraagt temperatuur stijging
– Temperatuur: beweging van moleculen
– Energie/hitte verbreekt eerst de H-bonds in water en leidt daarna to meer
beweging
Verdamping:
• Water moleculen breken uit vloeistof
• Moleculen nemen energie mee
• Temperatuur blijft laag
Hydrofiel en hydrofoob
Hydrofiele moleculen
– Polair
– H-bruggen met water
• Voorbeeld: suiker
Hydrofobe moleculen
– a-polair
– Afgestoten door water
8
, • Voorbeeld: olie, lipiden
– Amphipathische
• Voorbeeld: lipiden en sommige eiwitten
• kennen hydrophoob en hydrophiel deel
interacties tussen gelijke eigenschap
afstoten van tegengestelde eigenschap
• voorbeeld: phospholipiden in membranen
Zuren en basen
• Acids/Zuren
– Doneren H+ bij oplossen in water
– Zure oplossingen: pH < 7
• Bases/Basen (2 soorten)
– 1. Doneren OH- bij oplossen in water
– 2. Nemen H+ op uit water
– Basische oplossingen: pH > 7
PH
• Geeft de H+ (H3O+) concentratie van een vloeistof
• 1 pH unit betekent een 10X hogere of lagere H+ concentratie (logarithmisch)
Highest H+ Lowest H+
0---------------------7-------------------14
Acidic Neutral Basic
PH van oplossingen
Beïnvloedt cellulaire processen:
– Vorm en lading van moleculen
• H+ gebonden of niet geeft ladingsverschil
• Beïnvloedt interacties tussen moleculen
• Beïnvloedt dus vorm van enzymen
– Verloop chemische reacties
– Verandert de oplosbaarheid van moleculen
– Heeft allemaal met lading te maken
9
HC 1 Cellen Celopbouw
Celtheorie
1. Een levend organisme bestaat uit minstens één cel
2. Cellen zijn de kleinste unit van leven
3. Nieuwe cellen komen voort uit ouder-cellen door celdeling
4. Cellen leven, omdat ze metabolisme hebben
Alle Organismen:
- Samengesteld uit dezelfde moleculen
- Hebben metabolisme en gebruiken energie
- Hebben interactie met de omgeving (milieu)
- Zijn stabiel (homeostase)
- Reproduceren op basis van de gegevens opgeslagen in het DNA (genoom)
- Kennen groei en ontwikkeling
- Staan onder invloed van evolutie
Metabolisme
Opbouw en afbraak van stoffen die het functioneren van levende cel mogelijk maken
• Anabolisme: opbouw van macromoleculen en structuren van de cel
• Katabolisme: afbraak van macromoleculen om energie of bouwstenen te produceren
• Deze processen worden uitgevoerd door enzymen (eiwitten)
Homeostase
Cellen staan in contact met hun omgeving
- Stress
- Voiding
- ontwikkeling
Homeostase: Reactie op omgeving en op interne processen zodanig dat cel zelf in stabiele
conditie blijft
- regulatie metabolism
- stress response
Diversiteit in het leven
Eigenschappen gecodeerd in het genoom
- Overerfbaar
- Bevat genen die coderen voor eiwitten
- Eiwitten voeren cellulaire processen uit
- Variatie in eigenschappen ontstaan door mutaties
- Mutatie leidt tot veranderd eiwit, met veranderde functie
- Omgeving bepaalt voordeel/nadeel van de mutatie
- Natuurlijke selectie / evolutie
1
,Twee mechanismen voor evolutie
Verticaal
• Doorgeven van genetische veranderingen aan nageslacht
• Veranderde soorten komen voort uit voorouders
• Natuurlijke selectie door omgeving
Horizontaal
• Uitwisseling genen tussen soorten
• Zeldzaam in hogere organismen → veelvoorkomend bij bacteriën
Basis celtypen:
Prokaryote cel: bacterien en archaea
Eukaryote cel: planten/ schimmels en dieren
Genoom en proteoom
Het genoom van een cel bevat de genen
• alle genen aanwezig in een cel
– coderen voor eiwitten
• informatie wordt niet altijd afgelezen → regulatie
Proteoom: verzameling eiwitten aanwezig in een cel
– op een bepaald moment
– onder specifieke omstandigheden
– wisselt per cel-type
Deze bepalen vorm en functie cel:
– Metabolisme: opbouw en afbraak bouwstenen
– Signalering en regulatie
Cytoplasma
Inhoud van een cel buiten de kern, maar binnen de plasmamembraan
• Ribosomen → translatie (eiwitproductie)
• Semi-autonome Organellen
– Mitochondriën
– Chloroplasten
• Endomembraan systeem
– ER, Golgi, lysosomen/peroxisomen
• Cytoskelet
• Cytosol (de oplossing waar dit alles in drijft)
2
,In het cytoplasma vindt metabolisme plaats
Mitochondrien
- Hoofdstuk 7
- Zijn de energie voorzieningen van de cel→ produceren ATP
- Hebben zuurstof nodig voor reacties
- Bevatten een dubbel membraan → zijn van oorsprong waarschijnlijk symbiotische
bacteriën
Endoplasmatisch reticulum
- Netwerk van membraanbuizen
o lumen afgeschermd van cytoplasma
o Ruw endoplasmic reticulum (rough ER)
o verbonden met ribosomen
o eiwitsynthese
o eiwitmodificatie → glycosylering, lipidering
o eiwit-kwaliteitscontrole (afbraak als niet goed)
o Biogenese van eiwitten die getransportereerd worden naar
1. plasmamembraan
2. extracellulaire ruimte
3. lysosomen en peroxisomen
▪ transport via vesicles
Glad ER
• Smooth endoplasmic reticulum (smooth ER)
– Geen ribosomen
– Detoxificatie van opgenomen moleculen (alcohol, hydrophobe moleculen; in
o.a. lever)
– Metabolisme van polysacchariden: bijv. glycogeen productie (in o.a. lever)
– Synthese en modificatie van lipiden (voor membranen en vetopslag)
Excretie en het golgi apparaat
• Golgi: stapel membraan compartimenten
• eiwitten reizen tussen de compartimenten in vesicles
3
,Functies golgi:
• Protein sorting:
– membraaneiwitten naar de plasma membraan
– excretie extracellulaire eiwitten
– lysosomen en peroxisomen
• Opdelen van eiwitketens in functionele units
– proteolyse door proteases (eiwitknippende enzymen)
Peroxisomen en lysosomen
Bevatten schadelijke enzymen en stoffen
• H2O2 (waterstofperoxide)
• Lysozyme (breekt suikerketens in celwand bacteriën af)
• Proteases (breken eiwitten af)
Zeer reactief en daarom ingepakt in vesicle
• Afgeschermd van rest cytoplasma
• Fuseren met vesicles met materiaal dat moet worden afgebroken
– Bacteriën/virussen in vesicles
– Oude organellen (lysosomen)
4
,HC 2 Cellen Chemie van de cel
Bouwstenen van de cel
- Atomen en chemische bindingen→ moleculen
- Macromoleculen:
• Koolhydraten
• Eiwitten
• vetten/ lipiden (membranen)
• Nucleine zuren/ DNA en RNA (genen)
Waarom kennis nodig?
- Cellen zijn opgebouwd uit sturcturen die bestaan uit atomen
- Cellen oefenen hun functie uit door deze structuren
- Cellen gebruiken daarbij energie
Structuren aanmaken: chemische bindingen aanleggen
- Eiwit bestaat uit aminozuren
- Een eiwit fucntioneerd als het gevouwen is (3d structuur)
Elementen vind je in bepaalde verhoudingen en hoeveelheden
Elementen in het lichaam:
- Cellen zijn vooral opgebouwd uit C, O, H en N
Wat zijn atomen:
- De kleinste deeltjes die de eigenschappen van een element hebben
- Die bestaan uit deeltjes: protonen, electronen, neutronen
Atoomnummer staat voor het aantal protonen (alle atomen van een element hebben
hetzelfde atoomnummer
Isotopen
- Atomen van hetzelfde element
• In kern: zelfde aantal protonen, verschillend aantal neutronen in kern
(atoomnummer hetzelfde)
Radio- isotoop:
- Nucleus van radio-isotopen is instabiel en vervalt
• Emissie energie (y straling)
• Emissie deeltjes (a en B straling)
- Emissie van deeltjes verandert het isotopp in een ander element
• Ander atoomnummer
• Verval verloopt constant (half waarde tijd)
- C14 wordt gebruikt voor dateringen, electron uitgezonden en neutron omgezet in
proton
- Worden gebruikt als tracers: gelabeld molecuul met radio-isotoop waarbij de energie
emissie detecteerbaar is→ de tracers worden vervolgens opgenomen door
organismen in de cel (substraat voor emtabolisme, afgebroken/ omgezet op bepaalde
plaats)
- PET scan: straling geven plaats tracer weer die wordt gemeten door de PET scanner
5
,PET scan:
• Patient wordt geinjecteerd met tracer en in PET scanner gemeten
• Cellen nemen tracer op
– Opname vooral in metabool activieve cellen
→behoefte aan energie
– Hoe meer hoe beter detecteerbaar
• Scanner detecteert locale stralings energie
• Beeld geeft de variatie in metabolism (veel/weinig) en abnormale activiteitspieken
– bijvoorbeeld in groeiende tumoren
Electronen bevinden zich in schillen rond de kern van een atoom:
- Eerste schil: Laagste energie, 1 orbital, ruimte voor 2 electronen
- Tweede schil: 4 orbitals,ruimte voor 8 electronen
- Derde schil: 9 orbitals, 18 electronen (8/10)→ orbital= schil
Moleculen bevatten 2 of meer atomen, verbindingen: moleculen bestaand uit meer dan 1
soort atoom
Chemische binding
Binding wordt bepaald door de electronen in de buitenste schil
• Als schillen vol zijn kan geen chemische binding met andere atomen worden
gevormd
– Element bestaat alleen als 1 atoom
• komt niet voor in moleculen en verbindingen
– Helium, Neon, Argon
• Moleculen en Verbindingen worden gevormd door interacties tussen de electronen
van atomen → Electronen proberen orbitals/schillen te vullen
Chemische bindingen
• Covalente binding (gemeenschappelijke elektronen paren)
• Ion binding
• Waterstofbrug
– Tussen moleculen
– Binnen een (macro)molecuul
• (Van der Waals interacties) (elekctromagnetische krachten tussen moleculen)
6
,Elektronegativiteit:
• Een atoom heeft geen lading
• Een atoom dat een e- opneemt of afgeeft krijgt lading (Ion)
• Electronegativiteit (“Electronegativity”):
– Eigenschap om e- van andere atomen aan te trekken
– Verbindingen krijgen stabiliteit door schillen op te vullen
Ion binding:
Niet volledig gevulde schillen kunnen electronen opnemen of afstaan
• Een Atoom heeft evenveel electronen als protonen
– geen lading
Bij Ion binding gaat electron over van ene atoom naar andere atoom
• Een Atoom dat een electron verliest wordt positief geladen
• Een Atoom dat een electron opneemt wordt negatief geladen
• Een Atoom met een lading heet een Ion
• Tegengesteld geladen Ionen trekken elkaar aan
Radicalen:
Moleculen met een ongepaard electron in buitenste schil
Vb.: (waterstof peroxide; O2)
H2O2 → OH• + OH•
• Een ongepaard electron is uiterst reactief (heeft hoog energie niveau)
– Schade aan membranen en eiwitten
– Breuk in DNA
→ In peroxisomen voor afbraak
→ In cytoplasma bestreden met antioxidanten/enzymen
2H2O2 → 2H2O + O2
Covalente binding:
• Atomen v.e. verbinding missen een electron in buitenste schil
• Electronen in schil worden vervolgens gedeeld
• Sterkste chemische binding
– vanwege de gedeelde electronen
7
, – apolair
polair en apolair
• a-polaire covalente bindingen kennen een evenredige ladingsverdeling
– weinig verschil in electronegativiteit
– electronen verdelen zich over hele molecuul
• Polaire covalente bindingen
– tussen twee atomen groot verschil in electronegativiteit
– beinvloedt de plaats van electronen
Polaire covalente binding
• Zuurstof kan 2 e- opnemen in buitenste schil
• 2 Waterstof atomen nemen ieder een e- op
• Twee covalente bindingen
• Polair: Zuurstof heeft meer protonen en trekt de e- meer zijn schil in
Water absorbeerd temperatuurstijging
• Water absorbeert hitte en vertraagt temperatuur stijging
– Temperatuur: beweging van moleculen
– Energie/hitte verbreekt eerst de H-bonds in water en leidt daarna to meer
beweging
Verdamping:
• Water moleculen breken uit vloeistof
• Moleculen nemen energie mee
• Temperatuur blijft laag
Hydrofiel en hydrofoob
Hydrofiele moleculen
– Polair
– H-bruggen met water
• Voorbeeld: suiker
Hydrofobe moleculen
– a-polair
– Afgestoten door water
8
, • Voorbeeld: olie, lipiden
– Amphipathische
• Voorbeeld: lipiden en sommige eiwitten
• kennen hydrophoob en hydrophiel deel
interacties tussen gelijke eigenschap
afstoten van tegengestelde eigenschap
• voorbeeld: phospholipiden in membranen
Zuren en basen
• Acids/Zuren
– Doneren H+ bij oplossen in water
– Zure oplossingen: pH < 7
• Bases/Basen (2 soorten)
– 1. Doneren OH- bij oplossen in water
– 2. Nemen H+ op uit water
– Basische oplossingen: pH > 7
PH
• Geeft de H+ (H3O+) concentratie van een vloeistof
• 1 pH unit betekent een 10X hogere of lagere H+ concentratie (logarithmisch)
Highest H+ Lowest H+
0---------------------7-------------------14
Acidic Neutral Basic
PH van oplossingen
Beïnvloedt cellulaire processen:
– Vorm en lading van moleculen
• H+ gebonden of niet geeft ladingsverschil
• Beïnvloedt interacties tussen moleculen
• Beïnvloedt dus vorm van enzymen
– Verloop chemische reacties
– Verandert de oplosbaarheid van moleculen
– Heeft allemaal met lading te maken
9
