H2: De structuur en functie van cellen Flashcards
Plasmamembraan
Het buitenmembraan waarmee alle cellen omgeven zijn.
Omsluit materiaal in de cel dat bestaat uit:
- Voornamelijk water
- Andere enzymen en andere structuren die de cel nodig heeft om in leven te blijven
Alle levende cellen kunnen we classificeren als…
- Eukaryoot
- Prokaryoot
Eukaryoten
Menselijke cellen die bestaan uit 3 basiscomponenten
Uit welke 3 basiscomponenten bestaan eukaryoten
- Plasmamembraan
- Nucleus of kern
- Cytoplasma
Nucleus of kern
Membraangebonden compartiment dat het genetische materiaal van de cel herbergt en functioneert als het ‘informatiecentrum’
Cytoplasma
Omvat alles in de cel buiten de kern
Samengesteld uit een zachte, gelachtige vloeistof (cytosol)
Cytosol
Bevat verschillende microscopische structuren (=celorganellen)
Celorganellen
Microscopische structuren met elk een gespecialiseerde functie
Prokaryoten
Bacteriën die voldoen aan volgende criteria:
- Plasmamembraan omgeven door een stijve celwand
- Genetisch materiaal geconcentreerd in een bepaald gebied (niet een celkern)
- Missen de meeste organellen die in eukaryoten worden aangetroffen
Activiteiten van cellen
- Grondstoffen verzamelen
- Afvalstoffen uitscheiden
- Maken van macromoleculen
- Groeien en voortplanten (reproduceren)
Structurele verschillen tussen cellen weerspiegelen verschillen in functie
Geef vben
- Spiercellen: mitochondriën om energie voor spiercontractie te produceren
- Zenuwcellen: lang en dun, langste transporteren zenuwimpulsen van tenen tot aan ruggenmerg
- Cellen in niertubili: kubusvormig en stevig aan elkaar verbonden voor transport van water en andere moleculen
Wat is één kenmerk dat alle cellen gemeen hebben?
Ze zijn klein in één of meer dimensies
Benoem de drie belangrijkste soorten microscopen die tegenwoordig gebruikt worden om de cel te bestuderen
- Lichtmicroscoop (LM)
- Transmissie-elektronenmicroscoop (TEM)
- Scanning elektronenmicroscoop (SEM)
Waarom zijn alle cellen klein? Waarom is dit belangrijk?
- Totale metabole activiteit van cel is recht evenredig met volume van het cytoplasma (= de grootte) –> om activiteiten te ondersteunen: voedingsstoffen gelijk aan grootte nodig + manier om afvalstoffen kwijt te geraken
- Alle grondstoffen, energie en afval moeten het plasmamembraan passeren om in en uit de cel te gaan
- Cellen die groter worden nemen in volume meer toe dan in grootte (8voudige vergroting in V = 4voudige vergroting in grote)
–> Hoe groter de cel, hoe groter de kans dat zijn groei en metabolisme beperkt worden door het vermogen om zichzelf via het plasmamembraan te voeden –> Hoe kleiner de cel, hoe effectiever hij grondstoffen kan verkrijgen en afvalstoffen kan vervoeren
Microvilli
Microscopische kleine projecties van het plasmamembraan.
–> Effectieve manier om oppervlakken i.v.t. volume te vergroten (vooral bij cellen die stoffen in en uit het lichaam transporteren)
Lichtmicroscoop (LM)
Gebruikt zichtbaar licht om een klein monster te verlichten dat bekeken wordt via een vergrotende lens
- Max 1000x vergroten
- enige microscoop die op levende monsters gebruikt kan worden
- meer dan 300j oud
Transmisse-elektronenmicroscoop (TEM)
Bombardeert dunne plak van het object met een bundel elektronen
- 2D beeld dat tot 10 000x kan vergroot worden
- Enige microscoop die structurele details bij hoge vergroting kan onthullen
Scanning elektronenmicroscoop (SEM)
Maakt gebruik van elektronenbundel om het opp. van een object te scannen waardoor een 3D beeld van het buitenoppervlak ontstaat
- vergroting van 100 000x
- zwart-wit beeld dat nadien ingekleurd wordt
Celkern of nucleus
Informatiecentrum van de cel die het grootste deel van genetisch materiaal bevat in de vorm van lange DNA moleculen (DNA controleert bijna alle activiteiten van de cel)
Wat is de opbouw van de celkern
Het buitenoppervlakte van de kern bestaat uit een dubbellaags membraan (= kenrmembraan)
–> houdt DNA binnen in de kern
- Wordt overbrugt door kernporiën –> te klein voor DNA om te passeren, maar maakt doorgang voor RNA moleculen en kleine eiwitten
In de kern zit nucleolus
–> synthetiseert componenten van ribosomen (RNA en ribosomale eiwitten)
Deze gaan door de kernporiën en vormen in het cytoplasma ribosomen
Wat is de opbouw van ribosomen
Kleine structuren samengesteld uit RNA en bepaalde eiwitten die vrij in het cytosol zweven of zijn gemaakt aan het endoplasmatisch reticulum.
Voor wat zijn de ribosomen verantwoordelijk?
Het maken van specifieke eiwitten
–> Assembleren aminozuren tot eiwitten door de aminozuren in de juiste volgorde te verbinden volgens een RNA-template
–> Ribosomen vastgemaakt aan ER geven eiwitten vrij in de plooien van ER
Endoplasmatisch reticulum
Synthetiseert, samen met aangehechte ribosomen, de meeste chemische verbindingen die door de cel worden aangemaakt.
–> output is nog niet definitieve vorm
Opbouw van ER
Uitgebreid gebouwen, vliezig systeem dat een met vloeistof gevuld ruimte omringt
–> Deel van ER verbonden met kernmembraan
2 soorten ER :
1. Ruw ER
2. Glad ER
Ruw ER
Oppervlakte bezaaid met ribosomen dat korrelig uiterlijk geeft
–> betrokken bij synthese van eiwitten
Leg uit synthese van eiwitten in ER
- Eiwitten komen vrij in de vloeistof gevulde ruimte van ER
- Nadien komen ze in glad ER waar ze verpakt en overgedragen worden naar golgi-apparaat
Glad ER
regio’s zonder ribosomen
–> Synthetiseert andere macromoleculen: lipiden (enkele hormonen)
- Talrijke enzymen in oppervlakte van glad ER vergemakkelijken chemische reacties die nodig zijn voor het vormen van macromoleculen
- Verantwoordelijk voor verpakken van eiwitten en lipiden voor levering aan Golgi
Hoe worden eiwitten en lipiden verpakt in glad ER voor levering aan golgi
- Nieuwe gesynthetiseerde eiwitten en lipiden verzamelen zich in de buitenste lagen van glad ER
- Kleine delen van met vloeistof omringde ruimte omgeven door ER-membraan en afgeknepen
- Blaasjes gevormd die vloeistof, eiwitten, vezels en lipiden bevatten
- Migreren naar het golgi-apparaat, fuseren met het membraan ervan en geven hun inhoud eraan af voor verder verwerking
Golgi-apparaat
Raffinage-, verpakking-, verzendcentrum van de celO
Opbouw van golgi-apparaat
Ziet eruit als een reeks onderling verbonden met vloeistof gevulde ruimte omgeven door een membraan. Bevat enzymen om producten van ER te verfijnen tot uiteindelijke vorm
Hoe gebeurd verpakking en verzending in golgi
Inhoud beweegt naar buiten door een langzaam, maar continu proces
–> Op de buitenste laag zijn de producten eindelijk klaar om in blaasjes te worden verpakt en naar hun uiteindelijke eindbestemming te worden verbonden
blaasjes
Membraangebonden bolletjes die iets in de cel omsluiten
Benoem de verschillende soorten blaasjes
- Blaasjes die cellulaire producten verzenden en opslaan
- Secretoire blaasjes
- Endocytotische blaasjes
- Peroxisomen
- Lysosomen
Blaasjes die cellulaire producten verzenden en opslaan
Omsluiten en transporteren producten van ER en Golgi-apparaat
Verzendlabels bepalen welk product er in het blaasje wordt gedaan en naar waar het gestuurd wordt
–> Producten die niet meteen nodig zijn, blijven in celcytoplasma
Secretoire blaasjes
Bevatten producten bestemd voor export vanuit de cel
Migreren naar plasmamembraan en geven hun inhoud buiten de cel af
–> Worden gemaakt in golgi-apparaat
Endocytotische blaasjes
Omsluiten bacteriën en grondstoffen uit extracellulaire omgeving
–> Brengen ze via endocytose in de cel
Peroxisomen
Enzymen voor afbraak van giftige afvalstoffen geproduceerd in de cel of van buitenaf binnengedrongen (enzymen zo krachtig dat ze in blaasjes moeten gehouden worden om schade aan de rest van de cel te voorkomen)
–> Ontgiftigingsproces vindt plaats in de blaasjes
geproduceerd in golgi
Lysosomen
Spijsverteringsenzymen (ook krachtige enzymen + geproduceerd in golgi)
- versmelten met endocytotische blaasjes voor vertering van bacteriën en andere grote objecten
- Voeren huishoudelijke taken uit: oplossen en verwijderen van beschadigde mitochondriën en ander celafval
- Als taken voltooid zijn, worden ze restlichamen (in de cel gehouden of inhoud uit de cel verwijdert)
Mitochondriën
Verantwoordelijk voor het grootste deel van bruikbare energie (energiecentrales)
Aantal varieert afhankelijk van behoefte aan energie
Opbouw van mitochondriën
Glad buitenmembraan dat gehele oppervlakte bedekt
Binnenmembraan met talloze plooien om opp te vergroten
–> Bevat honderden eiwit-enzymen: katalysatoren om voedsel af te breken en energie vrij te maken
–> Proces verbruikt zuurstof en koolstofdioxide
Voor wat wordt de energie die vrijkomt uit mitochondriën gebruikt
Om ATP te maken
–> ATP geëxporteerd naar het cytosol –> beschikbaar als snelle energiebron voor de cel
Alternatieve bronnen voor energie (niet in membraangebonden houder)
- Ruwe energie opslaan in lipiden –> vetcellen zijn hiervoor gespecialiseerd
- Energie opslaan in glycogeenkorrels –> spiercellen gebruiken glycogeenkorrels omdat de energie opgeslagen hierin sneller kan worden gebruikt om ATP te produceren
Cytoskelet (opbouw + functie)
Losjes gestructureerd netwerk van vezels, microtubuli (kleine, holle buisjes) en microfilamenten (dunne, vaste vezels)
–> Samengesteld uit eiwitten
Hechten zich aan elkaar en aan eiwitten in het plasmamembraan die typische koolhydraatgroepcomponenten bevatten
–> Raamwerk voor zacht plasmamembraan
–> ondersteunt en verankert structuren binnen de cel
Cilia
Haarachtige structuur
Verplaatsen materialen langs het oppervlakte van een cel met een borstelende beweging
–> komen voor op cellen langs luchtwegen en in bepaalde kanalen van het lichaam (talrijk aanwezig)
Flagella
Haarachtige structuur, langer dan cilia (enkel aangetroffen op zaadcellen)
zweepachtige beweging zorgt voor verplaatsing
Centriolen
Korte, staafvormige microtubulaire structuren die zich in de buurt van de kern bevinden.
Essentieel voor proces van celdeling: nemen deel aan het uitlijnen en delen van genetisch materiaal van de cel
Opbouw van plasmamembraan
- Twee lagen fosfolipiden: lipiden met polaire kop en neutrale niet-polaire staarten
- Lipid bilayer
- cholesterol of eiwitten
Wat is de functie van cholesterol in het plasmamembraan
- Verhoogt mechanische sterkte van membraan door te voorkomen dat het te stijf of flexibel wordt
- Voorkomt dat fosfolipiden te veel bewegen
- Helpt eiwitten in het membraan te verankeren
Wat is de functie van eiwitten in het plasmamembraan
- Bieden middelen om moleculen en informatie door plasmamembraan te transporteren
- Enkele verankeren het interne ondersteuningsnetwerk van de cel
Wat zijn de eigenschappen van plasmamembraan
- niet rigide: behouden van vorm is te danken aan inwendig structuur i.p.v. stijfheid van membraan zelf
- Fosfolipiden en eiwitten niet verankerd op specifieke posities –> drijven rond in lipiden dubbellaag
HET PLASMAMEMBRAAN IS GEEN STARRE STRUCTUUR EN HET PATROON BINNENIN VARIEERT CONTINU
Transport doorheen het plasmamembraan
- Passief transport: diffusie en osmose
- Actief transport
Passief transport
Transporteren van een molecule zonder dat een cel energie moet gebruiken, berust op het mechanisme van diffusie
Diffusie
In gas of vloeistof: moleculen bewegen willekeurig rond, botsen met andere moleculen en veranderen van richting.
= Bewegen van moleculen van het ene gebied naar het andere als resultaat van deze willekeurige beweging
Het proces van diffusie
- Als meer moleculen in het ene gebied: strikt toevallig meer moleculen neiging om van gebied met hoge concentratie naar gebied met lage concentratie te diffunderen
- Netto diffusie van moleculen vereist een verschil in concentratie (= concentratiegradiënt), tussen twee punten
–> Als concentratie aan beide kanten gelijk: evenwichtstoestand, moleculen bewegen in willekeurig maar gelijk in alle richtingen
Kenmerk van diffusie
Enkel effectief over korte afstanden:
- Goed voor transport binnen cellen, over celmembranen of tussen aangrenzende cellen
- Niet goed voor transport tussen organen van menselijk lichaam
Nettodiffusie van water
Altijd in de richting van de oplossing met de hogere concentratie opgeloste stoffen en weg van oplossing met hoge concentratie water (hoe meer opgeloste stoffen, hoe lager de concentratie van water)
Osmose
De netto diffusie van water over een selectief permeabel membraan
Het proces van osmose
- Een selectief doorlaatbaar membraan scheidt zuiver water van een oplossing van glucose in water
- Wanneer osmose optreed, stijgt het volume in de linkerkamer –> vloeistofdruk ontstaan die voortdurende osmose van water teweegbrengt
- De beweging van links naar rechts (door verschillen in vloeistofdruk) = de beweging van rechts naar links (door osmose): geen verdere netto verandering in het watervolume aan elke kant van het membraan
Osmotische druk
De vloeistof die nodig is om osmose precies tegen te gaan
Wat zijn de drie vormen van passief transport door het celmembraan
- Diffusie door de lipidedubbellaag
- Diffusie door kanalen
- Gefaciliteerd vervoer of diffusie
Diffusie door de lipidedubbellaag
Laat een vrije doorgang toe voor sommige moleculen
Geen doorgang: polaire of elektrisch geladen moleculen
Wel doorgang: Kleine ongeladen niet-polaire moleculen (bv: zuurstof en ureum)
Diffusie door kanalen
Water en veel ionen diffunderen via kanalen in het plasmamembraan
–> Kanalen opgebouwd uit eiwitten die de gehele lipidedubbellaag omspannen
Grootte en vorm van eiwitkanalen + lading van aminozuurgroepen die het kanaal vormen, bepalen welke moleculen er doorheen kunnen
- Sommige zijn de hele tijd open: waterkanalen (diffusie bepaald door aantal kanalen waardoor het molecuul past)
- Andere zijn ‘gated’= onder bepaalde voorwaarden openen en sluiten: transport van ionen in cellen die elektrisch prikkelbaar zijn (bv: zenuwcellen)
Gefaciliteerd vervoer of diffusie
Molecuul gaat niet door een kanaal, maar hecht zich aan membraaneiwit (transporteiwit) –> Vorm of oriëntatie van eiwit verandert –> molecuul wordt naar andere kant van membraan gebracht en daar losgelaten –> eiwit terug naar oorspronkelijke vorm
- Selectief voor bepaalde stoffen: glucose en andere eenvoudige suikers
- Bewegingsrichting = van gebied met hoge concentratie naar gebied met lage concentratie - geen energie nodig
- Normale diffusieproces gefaciliteerd door transporteiwit
Actief transport
Kan stoffen door het plasmamembraan verplaatsen tegen hun concentratiegradiënt in
- Stelt cel in staat om essentiële moleculen op te hopen, zelfs als concentratie buiten de cel laag is, en om moleculen die niet meer nodig zijn te verwijderen
–> vereist het gebruik van energie
Proces van actief transport
- Bewerkstelligd door eiwitten die het plasmamembraan overspannen
–> Eiwitten hebben energie nodig om moleculen te transporteren - Gebruik van ATP: breken af tot ADP en fosfaatgroepen en gebruiken de vrijgekomen energie om 1 of meer moleculen te verplaatsen
- Transporteiwitten –> pompen
belangrijkst = natrium-kalium pomp –> Natrium uit de cel en kalium in de cel - Gebruiken niet allemaal ATP –> sommige ontlenen energie aan het ‘bergafwaarts’ gefaciliteerd transport van één molecuul om een ander molecuul ‘bergopwaarts’ te transporteren (windmolen
Endocytose
Verplaatsen materialen de cel in
Proces van endocytose
- Moleculen opgelost in extracellulaire vloeistof omgeven door een holte gevormd door een invouwing van het plasmamembraan
- Uiteindelijk knijpt de zak af en vormt membraangebonden blaasjes in de cel
–> Selectie van moleculen vergemakkelijkt: receptoren aan oppervlakte voor bepaalde moleculen (insuline en bepaalde enzymen komen zo de cel binnen
–> Sommige niet-selectief : verzwelgen allen in de extracellulaire stof (cellen in spijsverteringskanaal of witte bloedcellen
Exocytose
Verplaats materialen de cel uit
Proces van exocytose
Een al in de cel aanwezig blaasje smelt met plasmamembraan en geeft inhoud af aan de vloeistof rond de cel
–> Giftige afvalstoffen, onverteerbaar materiaal en speciale producten worden zo afgegeven
Receptoreiwitten
Eiwitten die het plasmamembraan overspannen en informatie over het membraan ontvangen en verzenden
–> Sommige moleculen zorgen ervoor dat er iets in de cel gebeurt, zonder dat er moleculen passeren over het membraan
Proces van receptoreiwitten
- Een signaalmoleculen benadert ene receptoreiwit ingebed in het celmembraan
- De signaalmolecule bindt zich op en sleutel-en-slot manier aan een specifieke receptorplaats, veroorzaakt een reeks biochemische gebeurtenissen die veranderingen in de cel veroorzaken
- Wanneer het signaalmolecule loskomt, stopt de reactie
–> receptormoleculen zijn heel specifiek voor een bepaald molecule of groep moleculen + verschillende cellen hebben verschillende sets receptoreiwitten
Waarom is het belangrijk dat een cel zijn volume behoudt?
De cel moet zijn volume behouden omdat het celmembraan heel snel kan loskomen bij te veel volume en cel gaat automatisch alle stoffen opslaan die nuttig lijken –> gevaarlijk worden!
Natrium-kalium pomp
zorgt ervoor dat het volume van de cel constant blijft door stoffen die de cel niet nodig heeft weg te sturen (Na) en stoffen die hij wel nodig heeft op te nemen (K)
Proces van Natrium-kalium pomp
- Pomp heeft 3 bindingsplaatsen die toegankelijk zijn voor natriumionen van in de cel –> 3 natriumionen gaan zich binden
- Dit activeert de afbraak van ATP in ADP en P
- De energie die vrijkomt zorgt ervoor dat de pomp van vorm verandert, waardoor Na wordt verdreven
- Twee bindingsplaatsen voor K worden blootgelegd voor kaliumionen van buiten de cel
- De binding van K veroorzaakt een andere vormverandering
- De K ionen worden naar de cel getransporteerd ( aantal ionen van 3 naar 2 gebracht = kleiner volume)
- Plasmamembraan is veel meer permeabel voor K dan voor Na - proces verhoogt K concentratie niet veel omdat deze er toch zo weer kunnen uitlekken, maar houdt concentratie van Na laag door degene die toch naar binnen lekken meteen terug weg te sturen
–> Activiteit van pomp wordt aangepast naarmate het celvolume groter of kleiner moet worden (concentratie Na hoger of lager)
Toniciteit
Relatieve concentratie van opgeloste stoffen in twee vloeistoffen
Extracellulaire vloeistof= isotoon
Dezelfde concentratie als de intracellulaire vloeistof
Hypertoon
Concentratie buiten de cel is groter dan binnen de cel
–> Cel krimpt
Schaadt de normale functies van de cel en cel sterft afH
Hypotoon
Concentratie buiten de cel is kleiner dan binnen de cel
–> Cel zwelt op
Zorgt ervoor dat de cel openbarst en sterft
Metabolisme
= stofwisseling
Som van alle chemische reacties die plaatsvinden in het organisme
metabole route
Ene reactie volgt naar de andere in geordende en voorspelbare patronen
Soorten metabole routes
- Lineair: metabole route waarbij het product (eindmateriaal) van de ene reactie het substraat (startmateriaal) van de andere wordt
- Cyclus: cyclus waarin substraatmoleculen binnenkomen en productmoleculen weggaan, maar de fundamentele cyclus herhaalt zich keer op keer
Twee basis metabole reacties
- Anabolisme: moleculen samengevoegd tot grotere moleculen met meer energie (vereist energie) bv: synthese van eiwitten
- Katabolisme: grotere moleculen worden afgebroken tot kleinere moleculen (geeft energie vrij)
bv: afbraak van energie, glucose in water, koolstofdioxide
Twee kenmerken van metabolische routes
- Elke chemische reactie vereist een specifiek enzym –> Cel reguleert en controleert de snelheden van chemische reacties door specificiteit en beschikbaarheid van belangrijke enzymen
- Metabolisme vergt veel energie: voor bouwen van macromoleculen en voor cellulaire activiteiten aan te drijven
