Studybot answer

Question asked by: Soap1605 - 2 years ago

Maak een oefenexamen van de volgende tekst:









Celbiologie
Thema A: de cel
Zelfstudieopdracht A1: structuur en functie van eukaryote cellen
Samenvatting hoofdstuk 2: human histology: the cell
INTRODUCTIE
Een belangrijk component van een cel is zijn omgeven wand, wat bestaat uit een celmembraan
o Gespecialiseerde veranderingen van het celmembraan, organellen genoemd, omgeven kleine elementen binnenin de cel.
De vloeistof in de cel wordt het cytosol genoemd
o Is een dense vloeistof wat veel protenen en essentile enzymen en metabolieten bevat.
Het genetisch materiaal van de cel, in de vorm van chromosomen, bevindt zich in de nucleus
De energie voor cellulaire activiteit wordt vooral gegenereerd door mitochondrin
Er is een continue aanmaak van nieuwe structurele deeljtes in de cel, dit gebeurt in het endoplasmatisch reticulum en het golgiapparaat
Lysosomen worden gebruikt om materiaal van buitenaf af te breken, zij bevatten afbraak enzymen
Cytoskeleton controleert de vorm van de cel en de beweging binnenin de cel (protene)
Alle cellen zijn gelijkaardig opgesteld:
o Het buitenste membraan dat de cel scheidt van de buitenwereld
o Cellen zijn opgebouwd uit protenen, electrolyten en carbohydraten (cytosol)
o Ze hebben allemaal een nucleus wat het genetisch materiaal bevat
o Mitochondrin die energie voorzien
o Endoplasmatisch reticulum (ER) wat zorgt voor biosyntese van protenen en sommige vetten
o Het golgiapparaatje is betrokken bij de verwerking van biosynthetische producten voor opname in de cel of voor secretie
o Vesicles (blaasje) zetten zich rond de cel voor transport
o Lysosomen bevatten hydrolytische enzymen om macromoleculen af te breken
o Peroxisomen bevatten enzymen die deelnemen aan het vetzuurmetabolisme















VESIKELS
Vesikels zijn zeer kleine membraangebonden lichaampjes. Ze zijn voortgekomen van verschillende compartimenten
Ze worden gevormd bij het uitkomen van bestaande membraangebieden en hebben 2 voornamelijke functies:
1. Materiaal transporteren of materiaal opslaan in hun lumen
2. Laat de uitwisseling van celmembraan tussen verschillende celcompartimenten toe
Er zijn enkele hoofdtypen van vesikels:
o Van het celoppervlak voortgekomen endocytische vesikels
o Van het golgi-apparaat voortgekomen transport- en secretorische vesikels
o Van het ER voorgekomen transportvesikels
o Lysosomen
o Perioxisomen
LYSOSOMEN
Lysosomen maken deel uit van het zure vesikelsysteem, wat betrokken is bij de degradatie van protenen
Een lysosoom is een membraangebonden organel met een hoge concentratie aan hydrolytische enzymen, actief in een zuur pH-gebied. Het lysosoom werkt als intracellulair verteringssysteem
Lysosomen worden beschouwd als het enige onderdeel van het zure vesikelsysteem
o We spreken over het zure vesikelsysteem omdat het een groep vesikels is met een H+-ATPase
Het vacuolair ATPase kan de pH-waarde in haar lumen laten dalen tot pH = 5
o Deze lage waarde activeert de zure hydrolase enzymen, afkomstig van vesikels van het golgi-apparaat
o De membraanprotenen die nodig zijn voor lysosomale functies zijn nog niet aanwezig in de golgi hydrolase vesikels
Een functioneel lysosoom (die voldoet aan het zure milieu en de hydrolasen) ontstaat uit de fusie van hydrolase vesikels met endosomen die de geschikte membraanprotenen wel bevatten
Fagolysosoom = fagosoom + endolysosoom fagocytose
Autofagolysosoom = ingepakt organel + endolysosoom autofagie
Restlichaam = onverteerbare, amorfe en membraanachtige brokstukken in membraangebonden vesikels
KLINISCH VOORBEELD
In het zure vesikelsysteem zijn er meer dan 30 bepaalde en specifieke zure hydrolasen. Deze zorgen niet alleen voor de degradatie van abnormaal grote moleculen, maar ze recycleren of verwerken ook normale bestandsdelen van de cel.
Genetische defecten in de productie van specifieke zure hydrolasen leidt tot het onvermogen om specifieke klassen van moleculen te degraderen. Deze hopen zich dan op in het zure vesikelsysteem. We spreken hier over enkel gen autosomale recessieve eigenschappen (single-gene autosomal recessive traits).
Lysosomal glycogen storage disease/acid maltase deficiency (AMDZiekte van Pompe leidt tot de ophoping van glycogeen, dat niet afgebroken kan worden.
Enzym in lysosoom werkt niet opstapeling glycogeen in spiercellen, spierzwakte en ademhalingsmoeilijkheden

7.6 extra bij gemeenschappelijke structuur:
Microtubuli verankerd in cel door het basaal membraan
Basaal membraan: 9 tripletten (zoals centriool)
Cilia en flagella bewegen door grote motorprotenen: dynene
o Bevestigd langs elke buitenste microtubuli doublet 2 voeten die langs de aangrenzende microtubuli wandelen loopbeweging aan n kant van de cirkel microtubuli buigen als een geheel organel
o ATP = energiebron
Buitenste doubletten en 2 centrale microtubuli bij elkaar gehouden door flexibele cross-linking protenen

Samenvatting Campbell Biology hoofdstuk 7
7.1
MICROSCOPIE (P 164-166)
1590: ontstaan microscopen
1665: R. Hooke ontdekt celwand via microscoop
A. van Leeuwenhoek ontwierp microscoop om levende cellen te kunnen bekijken
3 belangrijke parameters binnen de microscopie:
o Magnification: de vergroting, op schaal brengen
o Resolution: hoe goed iets zichbaar is
o Contrast: onderscheid tussen lichte en donkere gebieden
SOORTEN MICROSCOPEN
Lichtmicroscoop (LM)
o Zichtbaar licht (golfstralen) wordt door de specimen en door de glazen lenzen verstuurd
o Lenzen buigen het licht af zodat de afbeelding van het specimen gezien kan worden
o 0,2 nm
o 3 parameters:
Vergroting:
Verhouding van beeldgrootte van het object tot zijn ware grootte
1000x
Resolutie:
Maat voor de helderheid van het beeld
Contrast:
Verschil in helderheid tussen licht en donkere gebieden
Methoden voor het verbeteren van het contrast:
Kleuring van cel componenten
Labelen van cel componenten (vb. fluorescente markers)
Elektronenmicroscoop (EM)
o Stuurt elektronenbundels doorheen het specimen of op het oppervlak ervan, hierdoor krijgen we een beeld met grijstinten
o Elektronenbundels hebben een kleinere golflengte dan zichtbaar licht, hierdoor kan de resolutie veel hoger zijn
o We kunnen structuren herkennen door het verschil in contrast
o Tegenwoordig: resolutie: 0,002 nm (theoretisch) (beter dan LM)
o Nadeel EMen: de cellen worden gedood bij klaarmaken specimen voor onder de EM
Scannende elektronenmicroscoop (SEM)
o Beeld van oppervlak van specimen in 3D
Transmissie elektronenmicroscoop (TEM)
o Beeld van interne structuren van de cel
CELFRACTIONERING (DOEL: DETERMINEREN VAN FUNCTIES VAN CELORGANELLEN)
Zorgt ervoor dat cellen apart genomen worden
Isoleert (fractioneert) cel componenten en andere sub-cellulaire structuren van elkaar op vlak van grote en dichtheid
Techniek: centrifuge
1. Cellen worden in een blender gemixt
2. Het homogene mengsel wordt gecentrifugeerd
3. Vloeistof boven korrels wordt opnieuw (sneller) gecentrifugeerd
4. Men bekomt gewenste celcompartimenten op basis van centrifurgeersnelheid (in g) en duur
Op lagere snelheid: grotere componenten
Op hogere snelheid: kleinere componenten
7.2
PROKARYOTE CELLEN VS EUKARYOTE CELLEN
Prokaryote cellen
= bacterin en archaea Eukaryote cellen
= protisten, fungi, planten en dieren
Gelijkenissen
Celmembraan
Cytosol
Ribosomen
Chromosomen (DNA ovv chromosomen)
Cytoplasma (bevat cytosol en celorganellen)
Verschillen
DNA bevindt zich in een gebied zonder membraan (nucleode) DNA bevindt zich in de nucleus
Weinig/geen celorganellen Celorganellen aanwezig
Relatief klein (0,1 5 m) Relatief groot (10 100 m)
Enkelvoudig membraan Dubbel membraan
Ribosomen klein Ribosomen groter

Als de cel groeit gaat de oppervlakte minder toenemen dan het volume
Bij cellen die veel materiaal uitwisselen (zoals darmcellen) moet de opp/V verhouding goed groot zijn
Grotere organismen hebben geen grotere cellen, enkel meer cellen
Het duurt lang eerdat de cel (afval)stoffen afgevoerd heeft
Er is een fysische begrenzing aan de afmeting van de cellen

Celcompartimentalisatie: de cel is binnenin verdeeld door membraangebonden organellen. Hierdoor kan ieder compartiment zijn functie uitvoeren in eigen milieu.
CELORGANELLEN BOUW EN FUNCTIE
Celorganel Bouw Functie
Plasmamembraan/
celmembraan/
plasmalemma - Dubbele laag fosfolipiden
- Semi-permeabel membraan - Selectieve barrire (tss intern en extern milieu v.d. cel) die zuurstof, voedingsstoffen en afvalstoffen doorlaten
- Osmose of diffusie


Celwand - Permeabel
- Bescherming cel, sterke laag rondom cel
Kern/nucleus/nucleolus - Dubbel membraan
- Kernporin
- Een cel bevat 1 of meerdere nucleoli (opgebouwd uit granulen)
- Aantal nucleoli afhankelijk v. soort en delingsfase waarin cel zich bevindt
- 5m
- Bevat het genetisch materiaal: DNA o.v.v. chromosomen
- Ribosomaal-RNA (rRNA) aanmaken
- Belangrijke rol bij regelprocessen binnen de cel

Nuclear lamina
- Binnenkant v. kernmembraan: netachtige structuur opgebouwd uit protenefilamenten - Onderhoudt de vorm v.d. kern door het kernmembraan (mechanisch) te ondersteunen

Endoplasmatisch Reticulum - SER of RER
- Netwerk van membranen cisternae uitstulpingen (zakjes en tubes)
- Dubbel membraan
- Lumen: binnenkant ER - Enkel bij eukaryoten
-RER (ribosomen): actief bij eiwitsynthese via porin ribosomen naar binnen en gevouwen in de juiste vorm met vesikel naar buiten
-SER: ontgiftiging / detoxificatie
Opslag calcium
Aanmaak vetten

Ribosoom - Vrij in het cytosol of gebonden aan het RER of het kernmembraan (nuclear envelope)
- Complex v. eiwitten en RNA-ketens
- Geen membraan
- Opgebouwd uit ribosomaal-RNA
- Maakt protenen aan (m.b.v. info van DNA)
- Synthese v. eiwitten
Golgi-apparaat



- Platte blaasjes/zakjes cisternae
- Bevat vesikels
- 2 zijdes (cis en trans) - Actief bij (eiwit)synthese,
- Opslag vesikels
- Transport vesikels
- Modificaties van producten afkomstig uit vesikels / ER
Lysosoom - Enkel membraan
- Blaasje in cytoplasma
- Enkel in dierlijke cellen en sommige protisten
- Digestion = verteringsorganel vertering - Spijsverteringsorganel waar macromoleculen gehydrolyseerd worden
- Bevat lysosomale enzymen (verteringsenzymen)
- Lysosoom H+-ATPase (zit op het membraan van endosoom afkomstig uit de cel) + golgi hydrolase vesikel smelten samen
- Zure omgeving nodig
Autofagie Membraan Iets wat we niet meer nodig hebben in de cel wordt omringd en daarna verteerd door lysosoom (autofagolysosoom)
Vacuole - Enkel membraan - Blaasje (in cytoplasma) gevuld met vocht, dit vocht bestaat uit kleurstoffen, reservestoffen
- Stevigheid cel
- Afkomstig van golgi-apparaat of ER
- Voedsel vacuole, centrale vacuole, contractiele vacuole (samen te trekken)
Mitochondrion - Dubbel membraan
- Bevat een matrix (binnenruimte)
- 1-10m
- Instulpingen: cristae
- Enzymen, ribosomen en DNA (circulair) - Energiecentrale v.d. cel
- Hoe meer energiebehoefte, hoe groter het aantal mitochondrin
- Productie v. ATP (en NADH, FADH2)
- Celademhaling vindt hier plaats

Peroxisoom - Enkel membraan - Bij eukaryote cellen
- Synthese v. fosfolipiden
- Vormt H2O2 (toxisch) en zet dit om naar H2O en O2 (niet toxisch)
Microfilamenten

(rood streepjes) - 7nm
- Opgebouwd uit protenen (actine) - Membraam van cel vervormen pseudopodia uitstulpingen
- Ondersteuning cel
- Cel beweging
- Spiercontractie
- Cytoplasmatische stroming

Microtubulus (mv. microtubuli)

(paars) - 25nm
- Opgebouwd uit protenen (alfa en beta)
- Geen membraan
- Holle buizen - Ondersteuning
- Transsport vesikels
- Spoelfiguur
Intermediaire filamenten


- 8-12nm
- Opgebouwd uit protenen
- In nucleair lamina - Behoud de cel vorm
- Verankering organellen
Centrosoom - Opgebouwd uit een centriolenpaar
- 9 tripletten - Vorming van microtubuli


Flagellum - Cluster van microtubuli
- Uitstulping v.h. celmembraan
- 5m
- 9 doubletten samengehouden door dyneine - In dierlijke cellen, zorgt voor voortbeweging (zoals bij zaadcel)
Microvilli
- Uitstulpingen aan het celmembraan - Vergroten de opp. v.d. cel
Cilium
-15m
- Kleine staart
DE NUCLEUS: INFORMATIE CENTRALE
DNA ovv chromosomen, de chromosomen bevatten de genetische informatie
o Bevat 1 lange DNA-molecule geassocieerd met veel protenen (helpen met het reduceren van de grootte (coil) zodat het in de kern past)
o 46 chromosomen in de mens
Een chromosoom bestaat uit chromatine(draden) die bestaan uit DNA en protenen
Chromosomen kunnen enkel despiraliseren bij celdelingen
Elke eukaryoot organisme heeft een soortspecifiek aantal chromosomen
o Geslachtscellen bevatten de helft
Kernenvelop
o Dubbel membraan (lipide bilayer met protenen) die de kern omgeeft
o Geperforeerd door kernporin
Omringd door nuclear pore complex (NPC) (protenen structuur)
Belangrijke rol in het regelen van de in-en uitgang van protenen, RNA, grote complexen en macromoleculen
Kernlamina
o Netachtige serie eiwitfilamenten die inwendig oppervlak van kernenvelop bedekken
o Stand houden van vorm van kern
Kernmatrix
o Netwerk van eiwitvezels doorheen de celkern
Kernlamina en kenmatrix helpen bij het organiseren van genetisch materiaal zodat het efficint werkt.
Nucleolus
o Massa van donker gekleurde korrels en vezels aangrenzend deel van het chromatine
RIBOSOMEN
Cellen die meer aan protenesynthese doen hebben veel meer ribosomen en nucleoli nodig
o Nucleoli staan in voor de ribosoomproductie
o Hoe hoger protene synthese, hoe hoger het aantal ribosomen
Zijn complexen gemaakt uit rRNA en protenen
Ribosomen hebben geen membraan
Bouwen protenen in 2 cytoplasmatische locaties:
o Vrije ribosomen: vrij in het cytoplasma
o Gebonden ribosomen: gebonden aan buitenkant ER/kernenvelop
Maken protenen die bedoeld zijn voor invoegen in membranen, voor het verpakken binnen in bepaalde organellen zoals lysosomen of voor exporteren buiten de cel (secretie)
7.4
HET ENDOMEMBRANAIR SYSTEEM
Bestaat uit: ER, golgi, lysosomen, vacuole, plasmamembraan en kernmembraan (envelop)
Functies:
o Protenesynthese
o Protenetransport in membranen, organellen en uit de cel
o Metabolisme = stofwisseling is het geheel van biomedische processen dat plaatsvindt in de cellen van organismen (bv detoxificatie). Enzymen spelen bij deze omzettingen een centrale rol
Vesikels = zakje bestaande uit membraan
De membranen vd celorganellen van het endomembranair systeem verschillen in structuur en functie
ENDOPLASMATISCH RETICULUM (ER)
STRUCTUUR
Uitgebreid netwerk van membranen, het bestaat uit twee dicht bij elkaar liggende membranen waartussen kanalen en holtes gevormd worden
o Opening: lumen
o Flappen: cisternae
Membaan is doorlopend met kernenvelop
De binnenkant van het ER: ER lumen, dit loopt over in ruimte tussen 2 membranen celkern
Secretorische protenen zoals bv. Glycoprotenen
Twee soorten:
o Zacht ER: buitenkant van membraan zonder ribosomen (SER)
o Ruw ER: buitenkant van membraan bezet met ribosomen (RER)
FUNCTIES
Zacht endoplasmatisch reticulum
o Synthese van lipiden (olin, steroden, membraanfosfolipiden)
o Metabolisme van koolhydraten
o Ontgiften (afbreken) van drugs en gif (toevoegen van OH, waardoor stof polair wordt en kan oplossen)
o Opslag van Calcium (zit in ER, wanneer signaal komt zal het vrijkomen in cytosol voor taak uit te voeren)
Ruw endoplasmatisch reticulum
o Aanmaken van secretie protenen
o Aanmaken van membraanfosfolipiden van precursoren uit het cytosol
o Membraan fabriek: groeit in plaats door het toevoegen van membraan protenen en fosfolipiden aan zijn eigen membraan
o Breidt uit: protenen worden getransporteerd via vesikels naar andere componenten van het endomembranaire systeem
GOLGI-APPARAAT
STRUCTUUR
Transportblaasjes voeren stoffen van het ER naar het golgi-apparaat
Platte membranen zakken (cisternae)
Membraan van elke cisternae in een stapel scheidt zijn interne plaats van het cytosol
Vesikels geconcentreerd in de buurt van de golgi zijn gengageerd in de overdracht van materialen tussen delen van de golgi en andere structuren
Membranen van de cisternae aan weerszijden van de stapel verschillen in dikte en moleculaire compositie
Cis-kant en trans-kant
o Cis: aan dezelfde kant, dicht bij ER
o Trans: aan de andere kant, uitgang voor vesikels
Producten worden gemodificeerd tijdens de doorvoer van de cis-kant naar de trans-kant
Vervaardigen macromoleculen
Golgi-blaasjes zijn onderling niet gebonden
Golgi-apparaat komt alleen voor in cellen die aan secretie doen
FUNCTIES
Magazijn voor ontvangen, sorteren, verzenden en vervaardigen van moleculen
Producten van de ER (protenen) gemodificeerd en opgeslagen verzonden naar andere bestemmingen
Komen uitgebreid voor in cellen die gespecialiseerd zijn in secretie
LYSOSOMEN
Lysosomale enzymen werken het beste in de zure omgeving in het lysosoom
Als een lysosoom openbreekt zullen de lysosomale enzymen niet actief zijn omdat het cytosol een neutrale pH waarde heeft, maar als er te veel lysosomen openbreken kan een cel vernietigd worden door zelfvertering
Protenen van het lysosomaal membraan zijn beschermd tegen vernietiging door hun driedimensionele vorm
Hydrolytische enzymen en lysosomaal membraan worden gemaakt door het ER en dan verstuurt naar het golgi-apparaat voor verdere ontwikkeling en bewerking
2 processen:
o Fagocytose = lysosomen verteren materialen die in de cel genomen worden
o Autofagie = lysosomen recycleren intracellulaire materialen (materialen binnen cel)
Een beschadigd organel/klein deel cytosol wordt omringd door een dubbel membraan van het ER. Endolysosomen gaan hiermee samensmelten tot een autofagielysosoom
VACUOLEN
Grote membraangebonden vesikels afgeleid van het ER en het golgi-apparaat
Selectief in het transporteren van opgeloste stoffen oplossing binnenin verschilt van cytosol
Vacuolen beoefenen een reeks functies in verschillende soorten cellen
o Voedselvacuole
Gevormd door fagocytose
Vertering, opslag, afvalverwerking, waterbalans, celgroei, bescherming
o Contractiele vacuole: verwijderen van overtollig water uit zoetwaterprotisten
o Centrale vacuole bij planten: stevigheid




7.5
MITOCHONDRIN EN CHLOROPLASTEN
Mitochondrin en chloroplasten hebben een gelijke evolutionaire oorsprong
Mitochochondrin en chloroplasten hebben gelijkenissen op vlak van bacterin, namelijk de endosymbiontentheorie
o Endosymbiontentheorie = mitochondrin en plastiden (chloroplasten) zijn ontstaan als prokaryote cellen die opgenomen werden door gastheercellen. De opgenomen cellen en de gastheercel evolueerden tot een enkel organisme
Mitochondrin hebben een dubbel membraan
Mitochondrin en chloroplasten zijn autonoom
MITOCHONDRIN
STRUCTUUR
1-10 m
Terug te vinden in bijna elke eukaryote cel
In een cel kunnen honderden of duizenden mitochondrin voorkomen aantal komt overeen met metabolische activiteit van de cel, cellen die samentrekken/bewegen hebben meer mitochondrin dan cellen die minder actief zijn
Binnen- en buitenmembraan
o Binnenmembraan met instulpingen die cristae worden genoemd
o Buitenmembraan is zacht
Verdeeld in 2 interne compartimenten:
o Intermembranaire ruimte:
Smalle regio tussen de twee membranen
o Matrix
Omsloten door het binnenste membraan
Verschillende typen enzymen
Enzymen die ATP aanmaken, katalyseren sommige stappen van de cellulaire ademhaling
Ribosomen
Mitochondriaal DNA
Protenen die functioneren in ademhaling
Bewegen, veranderen van vorm, versmelting of splitsen in 2
Enzymen in de matrix katalyseren bij celademhaling
Enzymen in het binnenste membraan zoals enzym dat ATP maakt
OORSPRONG (ENDOSYMBIOSE THEORIE)
Vroege voorvader van de eukaryote cel slokte een zuurstof-gebruikende, niet-gefotosynthese prokaryote cel, de opgeslokte cel vormde een band met de gastheer, een endosymbiont (een cel die leeft in een andere cel)
Evolutie: gastheer en endosymbiant voegen zich samen in een cel, dit werd een eukaryote cel met een mitochondrion
Bevat ribosomen + meerdere circulaire DNA-moleculen geassocieerd met het binnenste membraan
DNA
o Programmeert de synthese van sommige organel protenen op ribosomen die daar gesynthetiseerd en verzameld zijn
Autonome organellen (zelfstandige) die groeien en reproduceren binnenin de cel
FUNCTIES
Converteren energie naar vormen die cellen kunnen gebruiken voor werk
Plaatsen van cellulaire ademhaling, stofwisselingsproces dat zuurstof gebruikt voor de toevoer van ATP door het extraheren van energie uit suikers, vetten en andere brandstoffen
PEROXISOOM
Gespecialiseerd metabolische compartiment begrensd door 1 membraan
Detoxificatie van alcohol in de lever
Gebruiken soms O2 om vetzuren af te breken tot kleinere moleculen die getransporteerd worden naar de mitochondrin om dan als brandstof te dienen voor de celademhaling
o Het gevormde H2O2 is toxisch, het nadien gevormde water (vorming door enzym) niet
Kunnen splitsen wanneer ze te groot worden
Structuur is belangrijk voor de functie!
o Enzymen die H2O2 en die deze stof ontdoen zitten ver weg van andere cellulaire componenten die beschadigd kunnen worden
Nemen toe in aantal doordat ze in 2 splitsen wanneer ze een bepaalde grootte omvatten
7.6
CYTOSKELET
= een netwerk van microtubuli, microfilamenten en tussenfilamenten die helemaal door het cytoplasma steken. Hebben een mechanische (beweging)-, transport- en signaalfunctie (eukaryoot cytoskelet)
Functie: versterkt vorm cel (belangrijk bij dierlijke cel zonder celwand) en zorgt dat cel kan bewegen (mechanisch)
Als het cytoskelet samenwerkt met motorprotenen kunnen cellen bewegen (langs celvezels buiten cellen)
Het cytoskelet kan het celmembraan manipuleren zodat het inwaarts buigt om voedselvacuolen te vormen
Componenten van het cytoskelet:
o Microtubulus
o Microfilamenten
o Tussenfilamenten
Microtubuli Microfilamenten Intermediaire filamenten
Structuur Holle buizen Twee verweven actine draden Vezeleiwitten opgerold in kabels
Diameter 25 nm 7 nm 8-12 nm
Protenen sub-eenheden Tubuline Actine Verschillende, o.a. keratine
Functies Onderhoud vorm cel
Chromosoom beweging in celdeling
Beweging organellen
Cel bewegelijkheid Onderhoud vorm cel
Verandering in cel vorm
Spiercontractie
Cel bewegelijkheid
Deling van dierlijke cellen Onderhoud vorm cel
Verankering van celkern en andere celorganellen
Vorming van de nucleaire lamina

MICROTUBULUS
Een tubuline dimer bestaat uit 2 polypeptideketens: -tubuline en -tubuline. Door deze toe te voegen groeien microtubuli
Microtubuli betrokken bij scheiding chromosomen bij celdeling spoelfiguur
Aanwezig in alle eukaryote cellen


CENTROSOMEN EN CENTRIOLEN
In dierlijke cellen: microtubuli groeien uit een centrosoom.
o Deze bevindt zich vaak dicht bij de celkern
o Deze microtubuli dienen als compressiebestendige balken
In het centrosoom bevindt zich een centriolenpaar, bestaande uit 9 stellen microtubulitripletten, deze zijn gerangschikt in ringvorm
CILIUM EN FLAGELLUM
Veel eencellige eukaryoten worden doorheen het water aangedreven door cilia of flagella
Cilia en flagella die aan een cel hangen (een cel die vastzit) kunnen vloeistoffen over de cel doen bewegen
Cilium kan ook dienen als antenne van de cel om signalen op te vangen. Vooral voor: hersenfuncties en embryonale ontwikkeling
Gelijkenis: opgebouwd uit een groep microtubuli, omhuld in een verlenging van het celmembraan
In bijna elke cilia en flagella vindt men 9 microtubulidoubletten terug in ringvorm, met 2 microtubuli in het midden
MICROFILAMENTEN
Kleine stevige draden, opgebouwd uit moleculen Actine (= bolvormig protene)
Aanwezig in alle eukaryote cellen
Actinefilamenten en filamenten opgebouwd uit myosine reageren en kunnen spiercellen laten samentrekken
Pseudopodia
INTERMEDIAIRE FILAMENTEN
Niet terug te vinden in alle eukaryote cellen, enkel voorkomend in dierlijke cellen (inclusief gewervelden)
Zelfs na de dood kunnen intermediaire filamenten behouden blijven (bv in dode huid met keratine filamenten). Microtubuli en microfilamenten blijven niet behouden
Nucleus bevindt zich vaak in een kooi met intermediaire filamenten.
o De intermediaire filamenten zijn zeer belangrijk in het behouden van de vorm van cellen en organellen
7.7
DE EXTRACELLULAIRE MATRIX (ECM) VAN DIERLIJKE CELLEN
Omdat dierlijke cellen geen celwand hebben (wat plantencellen wel hebben) hebben ze vaak een ECM
Bestaat uit glycoprotenen en koolhydraten die door de cel worden gesecreerd
o Secretie = afgifte nuttige stoffen
o Het meest gebruikte glycoprotene hiervoor is collageen, dit vormt sterke vezels buiten de cel
Ongeveer 40% van de protenen in het menselijk lichaam is collageen
Fibronectine (extracellulair glycoprotene), afgescheiden door dierlijke cellen, helpt de cellen met binden aan het ECM
Integrine verbindt het ECM met het cytoskelet . Het verstuurt ook signalen tussen het ECM en het cytoskelet , zo kan het ECM het gedrag van een cel ook regelen



CELL JUNCTIONS
Naburige cellen hangen vaak vast, werken op elkaar in en communiceren op plaatsen waar er direct fysiek contact is
In dieren zijn er 3 types van cell junctions
1. Dichte junctie: het celmembraan van naburige cellen worden zeer dicht tegen elkaar geduwd, er kan geen water doorheen geraken
2. Desmosoom: bevestigt cellen in sterke vellen hangen bv spiercellen aan elkaar in een spier
3. Gap junctions: voorziet kanalen van een cel naar een aangrenzende cel, noodzakelijk voor communicatie tussen cellen in verschillende soorten weefsels
Alle 3 de types komen voor in epitheelweefsel
VISUALIZING THE SCALE OF THE MOLECULAR MACHINERY IN A CELL
Membraanprotene: protenen in het celmembraan die deeltjes doorheen membranen transporteren
Transcriptie: in de celkern, de informatie in een DNA-sequentie wordt omgezet naar mRNA, door de tussenkomst van een enzym RNA-polymerase. Na de synthese verlaat mRNA de kern via kernporin
Translatie: in het cytoplasma, de informatie in mRNA wordt gebruikt om een polypeptide te vormen met een specifieke sequentie van aminozuren. tRNA en ribosomen spelen ook een rol hierbij
Anatomie van een dierlijke cel



















Zelfstudieopdracht A2: celmembranen
Samenvatting Campbell - Biology hoofdstuk 8
LIFE AT THE EDGE
Het celmembraan/plasmamembraan dat de cel omringt kan gezien worden als de rand van het leven, de grens die een levende cel scheidt van zijn omgeving en controle heeft over in- en uitgaand verkeer doorheen het celmembraan
In- en uitgaand verkeer van stoffen wordt soms gedaan via transportprotenen
Het celmembraan doet aan selectieve permeabiliteit: het laat toe dat sommige stoffen gemakkelijker door het celmembraan gaan dan andere fundamenteel voor het leven
Celmembraan bestaat uit een bilayer van fosfolipiden, met een hydrofiel en hydrofoob gedeelte
In de lipide layer bevinden zich aquaporines (= transportprotene).
o Aquaporine = een kanaaleiwit in een celmembraan; het bevordert specifieke osmose, de diffusie van vrij water door het celmembraan.
o 1 molecule van dit eiwit zorgt er voor dat er ongeveer 3 miljarden watermoleculen doorheen het membraan kunnen per seconde

Andere transportprotene: (potassium)ionkanaal: het laat potassium (kalium) ionen door het membraan
8.1
CELMEMBRANEN ZIJN VLOEIBARE MOZAEKEN VAN LIPIDEN EN PROTENEN
Lipiden en protenen zijn hoofdbestanddelen van het celmembraan, maar ook koolhydraten zijn belangrijk
Fosfolipiden zijn de meest voorkomende lipiden in membranen
o Ze zijn in staat om membraan aan te maken dankzij hun moleculaire structuur.
o Is een amfipathische molecule, dit wil zeggen dat het een hydrofobe (water-bang) en een hydrofiele (water-lievend) kant heeft
Andere soorten membraanlipiden zijn ook amfipatisch
Een fosfolipiden bilayer is stabiel omdat het de hydrofiele gedeelten naar de buitenkant gericht heeft (zowel naar cytosol als naar buitenkant cel), waar zich oa water bevindt. De hydrofobe staarten bevinden zich in een niet-waterige omgeving
Protenen worden niet willekeurig verspreid in het membraan
o Hebben hun functie en specifieke lipiden bij deze pleister worden lipid rafts genoemd
DE VLOEIBAARHEID VAN MEMBRANEN
Membranen zijn geen statische vellen moleculen die stevig op hun plaats zijn vastgezet
o Een membraan wordt hoofdzakelijk samengehouden door hydrofobische interacties. Deze zijn veel zwakker dan covalente bindingen
De meeste lipiden en sommige protenen kunnen zich zijwaarts verplaatsen in het celmembraan
Heel zelden kan een lipide ook een flip-flop uitvoeren waarbij het van de ene fosfolipidenlaag naar de andere gaat
De zijwaartse beweging van de fosfolipiden is heel snel. Aangrenzende fosfolipiden verwisselen ongeveer 107 keer per seconde.
o Een fosfolipide kan dus 2 m reizen per seconde
Protenen daarentegen bewegen veel trager omdat ze veel groter zijn, maar sommige membraanprotenen drijven (bewegen dus niet)
Sommige membraanprotenen lijken in een zeer gerichte manier te bewegen, wellicht langs draden van het cytoskelet, gedreven (in de cel) door motorprotenen MAAR veel membraanprotenen worden onbeweeglijk gehouden door hun verbinding met het cytoskelet of het ECM
EXPERIMENT
Als men membraanprotenen van cellen van muizen en van mensen samenbrengen ontstaan er hybride cellen waarbij de membraanprotenen na 1 uur al door elkaar gemixt worden. Dus moeten zijdelingse bewegingen hiervoor maken
HARD WORDEN VAN MEMBRAAN IVM DE TEMPERATUUR
Een celmembraan blijft vloeibaar wanneer de temperatuur daalt totdat de fosfolipiden zich in een kleine verpakte ruimte bevestigen en het membraan hard wordt (zoals spekblokjes die hard worden bij afkoeling)
De temperatuur waarbij een membraan hard wordt is afhankelijk van de soorten lipiden waaruit het membraan is opgebouwd
o Een membraan blijft wel vloeibaar bij een daling van de temperatuur als het rijk is aan overzadige koolhydraatstaarten
o Door knikken in de staarten (waar dubbele bindingen zittten) kunnen onverzadigde koolhydraatstaarten niet zo dicht samen genomen worden als verzadigde koolhydratenstaarten
Ook cholesterol (dat zich tussen de fosfolipiden van het celmembraan zet van dierlijke cellen) heeft een effect op de vloeibaarheid van het celmembraan bij verschillende temperaturen:
o Bij lichaamstemperatuur (37) zorgt cholesterol ervoor dat het celmembraan minder vloeibaar wordt door de beweging van fosfolipiden te beperken
o Cholesterol zorgt voor hindering van korte nadering/verpakking van de fosfolipiden, hierdoor wordt de temperatuur, die bereikt moet worden bij verharding van het membraan, verlaagd
o Cholesterol is een vloeibaarheidsbuffer
o In plantencellen is er weinig cholesterol aanwezig, daar werkt een sterode lipide als buffer
Membranen moeten vloeibaar zijn om goed te werken. De vloeibaarheid benvloedt de permeabiliteit van het membraan en de mogelijkheid van de membraanprotenen om te bewegen naar de plaats waar hun functie nodig is
Wanneer een membraan hard wordt, worden de enzymatische protenen inactief (als hun activiteit beweging in het celmembraan eist), MAAR membranen die TE vloeibaar zijn kunnen hun functie ook niet uitvoeren


DE EVOLUTIE VAN VERANDERINGEN IN DE SAMENSTELLING VAN MEMBRAANLIPIDEN
Veranderingen in de samenstelling van celmembraanlipiden zijn evolutionaire aanpassingen die de geschikte vloeibaarheid van het celmembraan onder specifieke omgevingstoestanden houden
o Bv. Vissen die in extreem koude leven hebben celmembranen met een hoge concentratie aan onverzadigde koolhydraatstaarten, om hun membraan vloeibaar te houden
o Bv. Sommige bacterin en archaea bereiken temperaturen boven de 90 in geisers of warmwaterbronnen. Hun membranen bevatten ongewone/ongebruikelijke lipiden die extreme vloeibaarheid voorkomen bij zon hoge temperaturen
De mogelijkheid om de samenstelling van membraanlipiden aan te passen in verband met veranderde temperaturen is gevolueerd in gebieden waar temperaturen variren
o Bv. Sommige bacterin en archaea kunnen het aantal onverzadigde koolhydratenstaarten in hun celmembranen veranderen, afhankelijk van de temperatuur in welke ze groeien
MEMBRAANPROTENEN EN HUN FUNCTIES
Membraanprotenen zijn vaak geclusterd in groepen die terug te vinden zijn in de vloeibare matrix van de lipide bilayer
Fosfolipiden vormen het hoofdbestanddeel van het celmembraan, maar protenen staan vooral in voor de membraanfuncties
Er zijn 2 voornamelijke soorten membraanprotenen:
1. Integrale protenen
Zij doorboren het hydrofobe deel van de lipide bilayer
Zij hebben ook een hydrofiel en hydrofoob deel
Functie: sommige van deze protenen bevatten hydrofiele kanalen om hydrofiele stoffen doorheen het membraan te laten

2. Perifere protenen
Liggen niet in de lipide bilyaer, ze zijn gebonden aan het membraan
Aan de kant van het cytoplasma (binnenkant cel) worden die protenen op hun plaats gehouden door het cytoskelet (microfilamenten).
Aan de buitenkant van de cel kunnen ze vasthangen aan het ECM (of andere materialen buiten de cel)
Deze geven dierlijke cellen een sterker omhulsel dan het celmembraan alleen zou kunnen geven

Functies membraanprotenen:
1. Transport door celmembraan
2. Enzymatische activiteit verhogen: membraanprotenen kunnen enzymen zijn
3. Signaal transductie: een membraanprotene kan een bindingsplaats hebben met een specifieke vorm. Een chemicaal message (hormoon) kan doorgegeven worden van de buitenkant naar de binnenkant
4. Een cel herkent een naburige cel (= cell-cell recognition): sommige glycoprotenen dienen als identificatieaanhangsels die herkend worden door membraanprotenen van andere cellen
5. Intercellulaire verbinding/celjuncties: membraanprotenen van naburige cellen kunnen zich samenvoegen via verschillende soorten verbindingen (junctions) bv. Gap junctions, tight junctions, desmosoom
6. Verbinding met het cytoskelet en het ECM: membraanprotenen zijn vaak verbonden met microfilamenten van het cytoskelet. Dit helpt bij het onderhouden van de vorm van de cel en het stabiliseert ook de ligging van membraanprotenen
Membraanprotenen die verbonden zijn met het ECM kunnen extracellulaire en intracelullaire veranderingen regelen

DE ROL VAN MEMBRAANKOOLHYDRATEN BIJ CEL-CEL HERKENNING (CELL-CELL RECOGNITION)
Cel-cel herkenning is de mogelijkheid van een cel om naburige cellen te onderscheiden, dit is cruciaal voor het goed functioneren van een organisme
Cel-cel herkenning is de basis voor de afweer van het immuunsysteem tegen lichaamsvreemde cellen
Cellen herkennen andere cellen door te binden aan moleculen, die vaak koolhydraten bevatten, die zich in het extracellulair milieu van het celmembraan bevinden
Membraankoolhydraten zijn meestal korte ketens van minder dan 15 suiker-eenheden.
o Sommigen zijn gebonden aan lipiden (samen glycolipiden genoemd), maar de meeste zijn verbonden met protenen (samen glycoprotenen)
De koolhydraten verschillen niet enkel van organisme tot organisme, maar vaak ook van cel tot cel in eenzelfde organisme. (het verschil van het molecule en de plaats op het opp. van de cel)
o Bv. Bij verschillende bloedgroepen zijn er verschillende koolhydraten op glycoprotenen van het oppervlak van rode bloedcellen
SYNTHESE EN EENZIJDIGHEID VAN MEMBRANEN
Membranen hebben duidelijke binnen- en buitenvlakken
De 2 lipidenlagen kunnen een verschillende samenstelling hebben
8.2
MEMBRAANSTRUCTUUR LEIDT TOT SELECTIEVE PERMEABILITEIT
Kleine moleculen en ionen bewegen door het celmembraan in beide richtingen
Ondanks het grote aantal van moleculen die door het celmembraan gaan , hebben membranen toch een selectieve permeabiliteit.
Andere stoffen dan kleine moleculen en ionen, neemt de cel niet op

PERMEABILITEIT VAN DE LIPIDE BILAYER
Apolaire moleculen zoals koolhydraten, CO2, O2 zijn hydrofoob
o Ze kunnen oplossen in de bilayer (lipiden ook hydrofoob) en er gemakkelijk doorgaan, zonder hulp van membraanprotenen
Het hydrofobe gedeelte van het celmembraan verhindert de directe doorgang van ionen en polaire moleculen, deze zijn hydrofiel
Glucose, andere suikers en zelfs water gaan niet zo snel door het celmembraan als apolaire moleculen
TRANSPROTENEN
Ionen en polaire moleculaen kunnen niet doorheen het celmembraan geraken zonder hulp, maar deze hydrofiele deeltjes kunnen contact met de bilayer vermijden door doorheen transportprotenen te gaan
o De kanaalprotenen hebben een hydrofiel kanaal dat als tunnel gebruikt kan worden voor ionen
Voor het transport van watermoleculen zijn er aquaporines
Hiernaast zijn er carrier eiwitten, zij blijven vasthangen aan hun passagier en veranderen van vorm zodat ze doorheen het membraan geraken
8.3
PASSIEF TRANSPORT
= een diffusie van een deeltje doorheen een membraan met geen energie-investering
Moleculen beschikken over thermische energie, dankzij hun constante beweging.
o Een resultaat van deze beweging is diffusie (= evenredige verspreiding van moleculen over de beschikbare ruime, van een hoge naar een lage concentratie)








Elk molecule beweegt willekeurig, behalve een groep moleculen die in dezelfde richting beweegt
Diffusie gebeurt met de eigen concentratiegradint mee, het is een proces met passief transport, dat wil zeggen dat er geen ernergie (ATP) nodig is voor de verplaatsing van de moleculen




EFFECTEN VAN OSMOSE OP DE WATERBALANS
Osmose = diffusie van water door een semi-permeabel membraan naar de kant met de hoogste osmotische waarde
o Osmotische waarde = # opgeloste deeltjes per volume-eenheid
Passief transport
Toniciteit = het vermogen van een cel, omgeven door een oplossing, om water te doen opnemen of afnemen concentratie van de oplossing en permeabiliteit van het membraan belangrijk
Isotonische omgeving = cel en omgeving hebben dezelfde concentratie, de snelheid waarmee water diffuseert is gelijk in beide richtingen (water dat de cel binnendringt en water dat de cel verlaat)
Hypertonische omgeving = omgeving heeft een hogere concentratie dan de cel, er zal meer water de cel verlaten dan dat er water binnenkomt, de cel zal dus verschrompelen cbin < cbuit
Hypotonische omgeving = omgeving heeft een lagere concentratie dan de cel, er zal meer water binnenkomen in de cel dan dat er water de cel verlaat, de cel kan lyseren (kapot springen) cbin > cbuit

GEFACILITEERDE DIFFUSIE: PASSIEF TRANSPORT MBV PROTENEN
Gefaciliteerde diffusie word uitgevoerd door twee types van transport protenen, namelijk kanaal protenen (channel proteins) en vervoer protenen (carrier proteins)
Kanaalprotenen: watermoleculen of specifieke oplossing kan doorgaan via een kanaal in het kanaalprotene
Vervoerprotenen: vervoer protenen wisselen steeds tussen 2 vormen waarbij ze een oplossing door het membraan vervoeren tijdens de wisseling van deze vormen (verplaatst met concentratie gradint mee)
8.4: ACTIEF TRANSPORT
= gebruikt energie om oplossingen tegen hun gradint in te verplaatsen
De nood aan energie bij actief transport
o Om oplossingen tegen hun concentratie gradint in te verplaatsen is er energie nodig
o De transport protenen die hiervoor zorgen zijn allen vervoer protenen
o De energie nodig voor dit actieve transport wordt geleverd door ATP hydrolyse
o Belangrijke transportsystemen: natrium-kaliumpomp en protonenpomp
NATRIUM-KALIUMPOMP
Fosfaatgroep (ATP) aan transportprotene binden (=fosforyleren) om te kunnen werken
o 3 Na+ naar buiten
o 2 K+ naar binnen
Spanning over het membraan potentiaalverschil (binnenkant positiever en buitenkant negatiever)
Buitenzijde cel concentratie Na+ groter, binnenzijde cel concentratie K+ groter tegen concentratie gradint is
ELEKTROCHEMISCHE GRADINT
Elektrische gradint/ kracht ontstaat want enkel K+ kan door het cel membraan (met concentratie gradint mee) extracellulaire kant + en intracellulaire kant
Elektrische gradint en concentratie gradint gelijk K+ gaat niet meer bewegen potentiaalverschil over het celmembraan

Endocytose : Instulping van het celmembraan. Vesikels worden endosomen genoemd (groter dan 250nm).
Exocytose : Omgekeerde van endocytose. Fusie tussen membraangebonden vesikel en het celoppervlak. Secretie van de inhoud van de vesikel.
Fagocytose : Receptoren op het celmembraan herkennen protenen op een deeltje buiten de cel (vaak een bacterie). Binding v.d. receptoren activatie van cel-signalisatie systemen cel gaat het deeltje opslokken. Groter dan 250nm
Pinocytose : Extracellulaire vloeistof opnemen d.m.v. instulpingen.
Macropinocytose : Groter dan pinocytose, vorming sheets (sikkelvormige uitstulpingen-)
Transcytose : Internalisering van materiaal door vesikelvorming. Transport door de cel en vrijlating aan de andere kant v.d. cel.
Receptorgemedieerde endocytose : Receptor protenen op celmembraan binden met specifieke buiten de cel en trekken hen naar binnen. COATED PITS.
Caveolae heeft 3 functies:
1. Potocytose
2. Transcytose
3. Signalisatie (receptoren op celoppervlak extracellulaire evenementen veroorzaken intracellullaire signalisatie)


ZSO 3: leven en energie
6.1 METABOLISME: OMZETTING VAN MATERIE EN ENERGIE ONDER INVLOED VAN DE WETTEN VAN DE THERMODYNAMICA
Metabolisme = totaal van chemische reacties die plaatsvinden in een organisme
ORGANISATIE VAN CHEMISCHE REACTIES TOT METABOLISCHE ROUTES
Metabolische route = molecule wordt in verschillende stappen omgezet naar eindproduct
Elke stap gekatalyseert door specifiek enzyme



Enzymen worden gereguleerd (balans metabolisch vraag en aanbod)
2 soorten processen:
o Katabolisch (afbraak)
Energie (die opgeslagen zat in de moleculen) komt vrij
vb. celademhaling: glucose (in aanwezigheid van zuurstof)
o Anabolisch proces (synthese/biosynthese)
Verbruiken energie om complexe moleculen te maken (combinatie van kleinere moleculen)
vb. eiwitsynthese uit aminozuren
Energie die vrijkomt bij Katabolische processen wordt opgeslagen en gebruikt voor anabolische processen
Bio-energentica = studie van de energy flow in organismen
ENERGIEVORMEN
Energie = de mogelijkheid om verandering te veroorzaken, de mogelijkheid om arbeid te verrichten. Er zijn verschillende soorten (joule):
o Kinetische energie = bewegingsenergie bv. Elektronen die zich verplaatsen
De energie die geassocieerd wordt met de onderlinge beweging van objecten. Bewegende materie kan arbeid verrichten door beweging te verlenen aan een andere materie
o Thermische energie = warmte (= kinetische energie door willekeurige beweging van moleculen en atomen) bv. Overdracht van thermische energie van het ene naar het andere object (hitte)
o Potentile energie = opgeslagen (zwaartekracht)energie bv. Schikking van elektronen in moleculen
De energie die materie bezit als resultaat van de locatie of ruimtelijke rangschikking (structuur) ervan.
o Chemische energie = beschikbare potentile energie die kan vrijgezet worden in chemische reacties bv. Voedselmolecules
Anabolisme
Opbouw
Biosynthese
Anabolische pathways
Vorming van complexe moleculen op basis van minder complexe componenten (moleculen) met gebruik van ATP
Katabolisme
Afbraak of degradatie
Van complexe naar minder complexe moleculen
Katabolische pathways
Omzetting van chemische energie in een voor organismen bruikbare vorm
Organismen zetten energie om in bruikbare vorm
DE WETTEN VAN ENERGIETRANSFORMATIE
DEFINITIES
Thermodynamica = studie van energietransformatie
Systeem = onderzochte materie
Omgeving = alles buiten de onderzochte materie
Gesoleerd systeem = kan geen energie uitwisselen met omgeving
Open systeem = wisselt energie en materie uit met omgeving
Spontaan proces = entropie neemt toe, reactie gebeurt vanzelf (energetisch gunstig)
Niet-spontaan proces = entropie neemt af, reactie vereist energie (deels omgezet in hitte en leidt uiteindelijk ook tot hogere entropie van de omgeving )
WETTEN
1ste wet van thermodynamica
o Wet van behoud van energie, energie kan worden omgezet of overgedragen maar niet gemaakt of vernietigd
o Organisme is een open systeem, wisselt uit met de omgeving
o C6H12O6 + 6 02 6 CO2 + 6 H2O +(ATP + warmte)
2de wet van thermodynamica
o Bij elke energie-omzetting gaat een deel verloren omgezet in hitte (dit is onvermijdbaar) opwarming (wet van de toename van entropie)
o Toename van warmte betekent ook toename van de beweging van moleculen
o Organisme organiseert zich ten koste van omgeving (waar entropie toeneemt)
Wet van toename van entropie (S)
o Bij elke energietransformatie neemt de moleculaire wanorde toe
BIOLOGISCHE ORDE EN WANORDE
Simpele wanordelijke startmoleculen complexe gestructureerde moleculen (synthese)
Gestructureerde grote moleculen kleine wanordelijke moleculen (katabolische processen: afbraak)
Entropie van organisme kan dalen (vb. ordening van moleculen), maar totale entropie van de omgeving moet stijgen 2e wet van thermodynamica nooit geschonden!
6.2 VERANDERING IN VRIJE ENERGIE BIJ REACTIES
VERANDERING IN VRIJE ENERGIE (G) + EXERGONISCHE EN ENDERGONISCHE RERACTIES IN HET METABOLISME
Vrije energie (G) = deel van de energie in een systeem (levende cel) dat arbeid kan leveren wanneer de temperatuur en druk binnen het systeem eenvormig zijn. De verandering in vrije energie van een syteem wordt berekend:
o G = H T. S
H: verandering in enthalpie (in biologische systemen = totale E)
T: absolute temperatuur
S: verandering in entropie









G < 0
Exergonische reactie: levert vrije energie (warmte entropie stijgt), dit is een spontaan proces
Grootte G = maximum hoeveelheid arbeid dat reactie kan leveren (deel van G verloren als hitte, kan dus geen arbeid leveren)
Verbindingen breken levert geen energie op, maar kost net energie
Energie opgeslagen in verbindingen = potentile energie die vrijkomt wanneer nieuwe bindingen gevormd worden nadat de originele gebroken zijn




G > 0
Endergonische reactie: vereist energie, neemt energie op uit de omgeving, energie wordt opgeslagen in moleculen, dit is een niet-spontaan proces
Grootte G = hoeveelheid energie nodig voor de reactie
Standaard omstandigheden voor reacties in een cel: 25C, 1M concentratie, pH 7
Omkeerbare reactie: ene richting endergonisch, andere richting exergonisch





VRIJE ENERGIE, STABILITEIT EN EVENWICHT
G = Geinde Gbegin
G < 0: verlies van vrije energie, waardoor het systeem stabieler wordt
Vrije energie instabiliteit
Systeem streeft naar stabiliteit (lage vrije energie)
Evenwicht = staat van maximale stabiliteit
Chemisch evenwicht = toestand bij chemische reacties waarbij beide reacties tegelijkertijd gebeuren, hierdoor zijn er geen veranderingen meer in concentraties
Systeem weg van evenwichtstoestand energie stijgt door bv. Een van de producten verwijderen/toevoegen
EVENWICHT EN METABOLISME
Reactie in gesoleerd systeem evenwicht
Metabolische reacties: reversibel (omkeerbaar): in gesoleerd systeem evenwicht
o Metabolisme in evenwicht: minimale G geen arbeid meer verrichten, cel = dood
o Metabolisme nooit in evenwicht: constante verplaatsing van stoffen in en uit de cel door middel van een open systeem (uitwisseling met omgeving)
Reactieproducten als reagens in volgende stap
Afvalproducten uit de cel omgeving
Regelmatige voorraad voedingsstoffen (glucose e.a.)
6.3 ATP VERSCHAFT CELLULAIR WERK DOOR EXERGONISCHE REACTIES AAN ENDERGONISCHE REACTIES TE KOPPELEN
3 soorten werk van de cel:
o Chemische werk = pushen van endergonische reacties die niet spontaan zouden gebeuren bv. Synthese van monomeren tot polymeren
o Transport werk = pompen van substanties door het membraan tegen de richting van spontane beweging
o Mechanisch werk = bv. Bewegen van cilia, contractie van spiercellen, beweging van chromosomen tijdens de celdeling
Energie koppeling = gebruik van exergonisch proces om een endergonisch proces aan te drijven ATP = directe bron van energie voor cellulaire werk
STRUCTUUR EN HYDROLYSE VAN ATP
ATP : adenosinetrifosfaat bestaat uit het suiker ribose met de voedende base adenine en een ketting van 3 fosfaatgroepen (=trifosfaat)
o ATP is een van de nucleoside trifosfaten dat gebruikt wordt om RNA te maken
Bindingen tussen fosfaatgroepen van ATP kunnen gebroken worden door hydrolyse door toevoeging van een watermolecule breekt eind fosfaatbinding en verlaat een molecule van anorganisch fosfaat (=Pi) het ATP vorming van ADP = adenosinedifosfaat (exergonische reactie)



In cel geen standaard voorwaarden omdat concentraties product en reagens verschillen van 1M
Fosfaatbindingen van ATP zijn niet zo sterk reagens (ATP en water) hebben relatief hoge energie tov de producten (ADP en Pi)
Vrijgekomen energie door de hydrolyse van ATP komt van de chemische verandering naar een lagere vrije energie van het systeem (dus niet van de fosfaatbindingen)
Alle 3 de fosfaatgroepen zijn negatief geladen ladingen dicht opeen onderlinge afstoting zorgt voor instabiliteit trifosfaatstaart = chemische equivalent (= gelijkwaardig) van een opeengedrukte veer
HOE DE HYDROLYSE VAN ATP ZIJN WERK DOET
ATP gehydrolyseerd in testbuis vrije energie warmt water op
o Rillen: ATP hydrolyse gedurende spiercontractie om lichaam op te warmen
In cel: gebruik van warmte is inefficint onderdeel van een waardevolle energiebron
Protenen gebruiken de energie van ATP-hydrolyse voor de 3 types van cellulair werk
bv. Specifieke enzymen geven cel de mogelijkheid om de energie van ATP hydrolyse direct te gebruiken voor endergonische chemische reacties
Als G endergonische reactie < hoeveelheid energie van ATP-hydrolyse 2 reacties kunnen gekoppeld worden gekoppelde reacties zijn exergonisch
Koppelen van exergonische- en endergonische reacties:
o Door fosforylering (binding van ATP-fosfaat aan andere molecule) = intermediair
o Intermediair-P (gefoforyleerd) wordt veel reactiever (minder stabiel) met specifieke enzymes
Transport- en mechanisch werk: ATP-hydrolyse leidt tot verandering van vorm van protene en van mogelijkheid om te binden met een ander molecule
Motorprotenen langs cytoskelet cyclus
1. ATP bindt niet-covalent aan motorprotene
2. ATP-hydrolyse
3. Een ander ATP-molecule bindt aan motorprotene
Bij elk stadium verandert motorprotene van vormen en van mogelijkheid om aan het cytoskelet te binden resulteert in beweging van het protenen naast het cytoskelet
Fosorylatie en defosforylatie zorgen voor cruciale veranderingen
bv.
Glutaminezuur glutamine (endergonisch +)

conversiereactie gekoppeld met ATP-hydrolyse 2 stappen!
1ste: P van ATP bindt aan Glu
2de: P weg en in de plaats NH3

E nodig
E beschikbaar







DE REGENERATIE VAN ATP
Vrije energie, nodig voor ADP + P afkomstig van katabolische reacties
ATP = hernieuwbare bron additie van fosfaat aan ADP
Beide richtingen van het omkeerbare proces van ATP kunnen niet bergafwaarts zijn regeneratie van ATP is noodzakelijk endergonisch
Waar komt de chemische energie vandaan?
o C6 H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + energie
o Relocatie van elektronen: van glucose verplaatsen zich naar het meer elektronegatieve zuurstof-atoom verlies Epot door covalente bindingen Epot, ATP en warmte naar omgeving
o Glucose wordt geoxideerd (CO2), zuurstof gereduceerd
o Redoxreactie is exotherm als elektronen na afloop van de reatie verplaatst worden naar (hier dichter bij) meer elektronegatieve atomen (zuurstof van CO2)
6.4 ENZYMES VERSNELLEN METABOLISCHE REACTIES DOOR ENERGIEBARRIRES TE VERLAGEN
Spontane chemische reactie verloopt soms zo traag dat het onmerkbaar is bv. Hydrolyse van sucrose naar glucose is exergonisch sucroseoplossing opgelost in steriel water blijft jaren op kamertemperatuur zonder hydrolyse, maar door toevoeging van het enzyme sucrase wordt sucrose binnen enkele seconden gehydrolyseerd

Enzyme (uitgang-ASE) = macromolecule (protene) dat zich gedraagt als katalysator versnelt reactie zonder zelf opgebruikt te worden
DE ACTIVERENDE ENERGIEBARRIRE
Chemische reactie = zowel bindingen breken als bindingen vormen
Een molecule omzetten in een ander molecule energie opnemen uit de omgeving = activeringsenerige startmolecule verwringen tot een zeer onstabiele vorm vorming nieuwe bindingen + opgenomen energie wordt vrijgelaten in de vorm van warmte vorming nieuwe molecule met een lagere energie-inhoud
Activeringsenergie wordt geleverd door warmte-energie
Wanneer de moleculen genoeg energie hebben geabsorbeerd om de bindingen te breken reagens is in onstabiele staat = transitie staat
AB + CD AC + BD
reagens reactieproducten
Schema:
o bergop = activatie van reagens waarin de vrije energie-inhoud van het reagens toeneemt
o Aan de top wordt activeringsenergie geabsorbeerd waardoor het in transitie staat komt en bindingen gebroken kunnen worden
o Nieuwe stabiele vorm = energie wordt vrijgegeven aan de omgeving (bergaf)
Totale afname van vrije energie vorming van nieuwe bindingen laat meer energie vrij dan er genvesteerd was in het afbreken van de bindingen
Actievatie-energie vormt barrire dat de graad van de reactie bepaald
HOE ENZYMEN DE REACTIE VERSNELLEN
Protenen, DNA rijk aan vrije energie potentieel om tot ontbinding over te gaan (gunstig) blijven volhouden omdat sommige cellen niet over de berg van de activatie-energie geraken barrires moeten overwonnen worden
Hitte kan de graad van de reactie doen toenemen: laat reagens toe de transitie staat vaker te bereiken (ongunstig!), dit zorgt voor denaturatie (dode cellen) versnelt alle reacties, niet enkel diegene die nodig zijn
Transitietoestand = toestand waarbij er genoeg activeringsenergie is opgenomen om de bindingen te breken
Katalyse (gunstig) = selectief versnellen van reacties zonder zelf verbruikt te worden, dit verlaagt de activeringsenergie barrire, dit stelt de cel in staat om genoeg energie te absorberen om transitie staat te bereiken
Enzyme kan de G niet van een reactie veranderen + kan van een endergonische reactie geen exergonische reactie maken!
Enzyme kan enkel een reactie die voorkomt bespoedigen, dit stelt de cel in staat om een dynamisch metabolisme (reactie sneller te laten doorgaan) te hebben metabolische routes
Enzymen zijn specifiek voor de reacties die ze katalyseren bepalen welke chemische processen er in de cel gebeuren op elk moment

ZSO 4: celademhaling
LEVEN IS WERKEN
Levende cellen hebben energie nodig van uitwendige bronnen om hun functies te kunnen uitvoeren (bv. reproductie, stoffen doorheen membranen sturen)
De energie opgeslagen in organische moleculen van voedsel is vooral afkomstig van de zon
Energie komt in een ecosysteem terecht als zonlicht (voor fotosynthese) en verlaat het als hitte (na ATP- vorming), maar de chemische elementen die noodzakelijk zijn voor het leven worden gerecycleerd
Cellulaire ademhaling lijkt in veel opzichten op de verbranding van benzine in een automotor, alleen zal de eigenlijke verbranding op een andere manier gebeuren.
KATABOLISME ZET ENERGIE VRIJ DOOR HET OXIDEREN VAN ORGANISCHE STOFFEN
KATABOLISCHE REACTIES EN PRODUCTIE VAN ATP
Door de activiteit van enzymen kan een cel organische moleculen rijk aan potentile energie afbreken tot afvalproducten met minder energie
Katabolisme is gelinkt aan een chemische aandrijfveer; ATP: om te blijven werken moet een cel zijn voorraad ATP hernieuwen door ADP + Pi
Anarobe celademhaling
o Fermentatie: katabolisch proces waarbij suiker of een andere organische stof gedeeltelijk wordt afgebroken zonder zuurstof
o Sommigen prokaryote cellen doen aan dit soort ademhaling
Arobe celademhaling
o meest efficinte katabolische proces
o zuurstof + organische brandstof als reagentia cellen van meeste eukaryoten en veel prokaryoten voeren dit uit
o ALGEMEEN
Organische samenstelling (suikers, vetten en protenen) + O2 CO2 + H2O + energie
CELLEN RECYCLEREN DE ATP DIE ZE VERBRUIKEN TIJDENS ARBEID
De ATP-molecule is zeer onstabiel en zal hierdoor heel makkelijk een fosfaatgroep afstaan aan een andere molecule, meestal een enzym. Dit ander molecule wordt hierbij gefosforyleerd en wordt zo voorbereid om te reageren (fysisch of chemisch). Tijdens deze reactie verliest het molecule zijn fosfaatgroep. De uiteindelijke balans is dan dat ATP is omgezet naar ADP en een anorganische fosfaatgroep. Om de cel draaiende te houden moeten ADP en Pi dus steeds weer worden omgezet naar ATP. Hierbij spelen redox-reacties een belangrijke rol
REDOXREACTIES: OXIDATIE EN REDUCTIE
Glucose kan ontbonden worden in energie (voor ATP-synthese) door de relocatie van elektronen (naar zuurstof) tijdens chemische reacties
!!! dit gebeurt in stappen !!!
Wanneer een elektron wordt weggezogen van een minder elektronegatief atoom (C of H) naar een meer elektronegatief atoom (O) dan staat het potentile energie af.


HET PRINCIPE
DEF: transfer van 1 of meer elektronen van het ene naar het andere reactant (oxidatie en reductie gebeuren tegelijk)



Reductie: opname van elektronen
Oxidatie: verlies van elektronen
Reductor (elektronendonor CH4) wordt geoxideerd en doet andere reduceren
Oxidator (elektronenacceptor O2) wordt gereduceerd en doet andere oxideren
Niet alle redox vereisen echter een volledige transfer van elektronen. Wanneer de verdeling van elektronen over een covalente binding wijzigt spreek men ook van een redox-reactie.
Hoe meer elektronegatief een element is, hoe meer energie nodig om een e- weg te trekken
VORMING VAN ENERGIE VIA NAD+ EN DE ELEKTRONENKETTING

Energie komt NOOIT IN 1 KEER vrij altijd in stapjes
Bij cellulaire ademhaling worden niet alle elektronen tegelijk van H naar O getransfereerd (waterstofatomen worden een voor een weggehaald van het glucosemolecule)
Dehydrogenase (een enzym!) haalt 2 elektronen en 2 protonen weg bij glucose. Vervolgens binden de 2 elektronen en 1 proton aan het co-enzym NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide)
die hierbij wordt omgezet naar NADH
NAD+ (oxideert) makkelijk naar NADH
Elektronen vrijgekomen van glucose en nadien als potentile energie opgeslagen in NADH moeten zuurstof bereiken.
Bij lancering van een raket gaat O2 reageren met H2, maar bij celademhaling is dit anders:
o De waterstof die reageert met zuurstof is niet afgeleid van H2 maar van organische moleculen
o Er komt een elektronen transportketting (=bestaat uit een aantal moleculen, vaak protenen, ingebouwd in het binnenste membraan van het mitochondria van eukaryote cellen) tussen om de val van elektronen in kleine, energie-uitstotende stappen te laten verlopen
o Elektronen gaan van de ene ketting naar de andere waarbij er energieverlies is bij de redoxreacties
o O2 + H2 H2O
Weg die elektronen volgen
Cellulaire ademhaling: glucose NADH elektronentransportketen zuurstof

DE FASEN VAN CELADEMHALING










1. GLYCOLYSE
ALGEMEEN
Katabole reactie waarbij glucose wordt omgezet in 2 moleculen pyruvaat
Vindt plaats in het cytosol
Vinden redoxreacties plaats waarbij elektronen van de organische substraten worden overgedragen naar NAD+
WERKING
Glucose (6-koolsof suiker) wordt gesplitst in twee 3-koolstof suikers
Deze 2 kleinere suikers worden geoxideerd en herschikt tvv 2 moleculen pyruvaat
Er komt geen C vrij onder vorm van CO2 bij de glycolyse, O2 moet niet aanwezig zijn
Als er wel O2 aanwezig is dan kan de chemische energie in pyruvaat en NADH vrijgegeven worden bij de oxidatie van pyruvaat, de citroenzuurcyclus en de terminale oxidaties
2. KREBSCYCLUS
ALGEMEEN
Katabool proces dat degradatie van suiker verder gaat voltooien, hierbij wordt CO2 afgegeven
Vindt plaats in het mitochondria
Vinden redoxreacties plaats waarbij elektronen van de organische substraten worden overgedragen naar NAD+
Gereduceerde co-enzymen reductie van NAD+ en FAD
NAD+ + 2 H + + 2e- NADH (elk gevormde NADH bevat ATP) + H +
FAD + 2 H + + 2e- FADH2


OXIDATIE VAN PYRUVAAT TOT ACETYL COA (MET O2)
Dit gebeurt via een multi-enzymencomplex






1. Carbonylgroep (COO-) volledig geoxideerd afsplitsen van CO2
2. Productie van NADH
3. CoA is met zijn S-atoom verbonden met 2-koolstof intermediair tvv acetyl CoA
o Acetyl CoA heeft een hoge potentile energie, deze wordt gebruikt om een acetylgroep af te staan aan een molecule in de citroenzuurcyclus
WERKING
STAP 1
2 C-atomen komen in de gereduceerde vorm van een acetylgroep
Acetylgroep van acetyl CoA bindt zich met oxaloacetaat tvv citraat (Oxidatie citraat oxaloacetaat binden met nieuwe acetylgroepen = herhalen CYCLUS)
STAP 3 + 4
2 C-atomen verlaten de cyclus ovv 2 volledig geoxideerde CO2 moleculen
STAP 3 + 4 + 8
NAD+ wordt gereduceerd tot NADH
STAP 6
Elektronen worden overgebracht naar FAD ipv naar NAD+
FAD FADH2
STAP 5
Er wordt een GTP molecule gevormd door substraat-level fosforylatie
Er wordt een ATP molecule gevormd door substraat-level fosforylatie
vrijgegeven ATP komt enkel van citroenzuurcyclus
Productie: 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP + binnen: acetyl-groepen (2Cs - gereduceerd) Buiten: 2 CO2 (geoxideerd)





3. OXIDATIEVE FOSFORYLATIE
ALGEMEEN
Elektronen via NADH of FADH2 , doorgegeven aan een elektronentransportketen
Deze elektronen worden via verscheidene moleculen doorgegeven aan moleculaire zuurstof die dan combineert met 2 protonen tot water (oxidatie)
Tijdens het transport van de elektronen over de transportketen wordt potentile chemische energie opgebouwd die het mitochondrion kan gebruiken om ATP te vormen.
Bijna 90% van alle ATP wordt gevormd bij deze stap (andere 10% substraat-level fosforylatie = vorming van ATP doordat een P en ADP via een enzym ATP vormen)
Tijdens de cellulaire ademhaling wordt de energie van 1 glucose gebruikt om 32 ATP-moleculen te vormen.
WERKING ELEKTRONENTRANSPORT
Elektronentransportketen: verzameling van voornamelijk eiwitten met daarop een prostetische groep die alterneert tussen een gereduceerde en geoxideerde toestand bij het ontvangen en doorgeven van elektronen
Zit ingebouwd in het binnenste membraan van het mitochondrion (opp sterk vergroot door cristae)

NADH geeft zijn elektronen af aan de elektronentransportketen. De elektronen worden dan doorgegeven tussen de delen van de keten waarbij telkens een beetje energie wordt afgeven. Uiteindelijk komen ze terecht in een eiwit Cytochroom a3 waar ze worden gebonden aan zuurstof en er 2 protonen worden gebonden: er ontstaat water.
Q op de foto is een kleine hydrofobe molecule (geen protene)
Cytochromen hun prosthetische groep bevat een ijzer-atoom die werkt als elektronenacceptor en donor
FADH2 geeft elektronen af op een lager energieniveau dan NADH
FADH2 => 1/3 minder energie voor ATP-synthese


WERKING CHEMI-OSMOSE
Het enzym ATP-synthase, dat zich bevindt in het binnenste membraan van mitochondrin of in het celmembraan van prokaryoten, zorgt voor de aanmaak van ATP uitgaande van ADP en een anorganische fosfaatgroep (Pi met i = inorganic)
ATP-synthase gebruikt de energie van een ionengradint om ATP-synthese te bekrachtigen, de krachtbron voor ATP-synthese is het verschil

Report answer