Cover
H8 - nieuw (1).pptx
Summary
# De eukaryote cel: structuur en compartimentalisatie
Dit onderwerp behandelt de fundamentele structuur van eukaryote cellen, de essentie van compartimentalisatie en de rol van diverse organellen in het cellulaire functioneren, in contrast met prokaryote cellen.
### 1.1 Definitie en algemene kenmerken van de eukaryote cel
Eukaryote cellen worden gekenmerkt door het bezit van een echte celkern (karyon), waarin het genetisch materiaal is opgesloten in een membraanstructuur. Dit staat in contrast met prokaryote cellen, die geen dergelijke membraangebonden kern hebben. Eukaryote cellen zijn over het algemeen groter dan prokaryote cellen. Door hun grotere volume hebben ze echter een kleiner membraanoppervlak per volume-eenheid, wat wordt gecompenseerd door een uitgebreid intern membraansysteem.
### 1.2 Compartimentalisatie
Compartimentalisatie is een cruciaal principe in eukaryote cellen. Het interne membraansysteem verdeelt de cel in verschillende compartimenten, ofwel organellen, die elk een specifieke functie uitvoeren. Dit heeft meerdere voordelen:
* **Vergroting van membraanoppervlak:** Belangrijke biochemische processen die op biomembranen plaatsvinden, profiteren van dit vergrote oppervlak.
* **Parallele processen:** Verschillende biochemische processen kunnen gelijktijdig en onafhankelijk van elkaar plaatsvinden zonder elkaar te beïnvloeden.
* **Efficiëntie:** Specialisatie van organellen leidt tot efficiëntere biochemische reacties.
Een nadeel van compartimentalisatie is de energie die nodig is voor transport tussen de verschillende compartimenten.
### 1.3 Vergelijking met prokaryote cellen
| Kenmerk | Prokaryote cel | Eukaryote cel |
| :-------------------- | :------------------------------ | :-------------------------------------- |
| **Celkern** | Geen echte kern (DNA los in cytoplasma) | Echte kern met membraan |
| **DNA** | Circulair, geen histonen | Lineair, geassocieerd met histonen (chromatine) |
| **Organellen** | Geen membraangebonden organellen | Membraangebonden organellen aanwezig |
| **Ribosomen** | Kleiner (70S) | Groter (80S), ook in organellen (70S) |
| **Celgrootte** | Kleiner (typisch 1-5 µm) | Groter (typisch 10-100 µm) |
| **Celwand** | Vaak aanwezig (peptidoglycaan) | Aanwezig in planten (cellulose), fungi (chitine); afwezig in dieren |
| **Mitochondriën** | Afwezig | Aanwezig |
| **Chloroplasten** | Afwezig | Aanwezig in planten en algen |
| **Cytoskelet** | Eenvoudiger of afwezig | Complex, bestaande uit microtubuli, microfilamenten en intermediaire filamenten |
### 1.4 Dierlijke versus plantencellen
Hoewel veel organellen gedeeld worden, zijn er belangrijke verschillen tussen dierlijke en plantencellen:
* **Celwand:** Plantencellen bezitten een rigide celwand van cellulose, terwijl dierlijke cellen dit niet hebben.
* **Plastiden:** Plantencellen bevatten chloroplasten (voor fotosynthese) en andere plastiden, die afwezig zijn in dierlijke cellen.
* **Vacuolen:** Grote centrale vacuolen zijn kenmerkend voor plantencellen en spelen een rol bij turgor, opslag en afbraak. Dierlijke cellen hebben kleinere, vaak tijdelijke vacuolen.
### 1.5 Belangrijke organellen en celonderdelen
#### 1.5.1 Celwand
De celwand biedt mechanische steun, bescherming en bepaalt de vorm van de cel. Bij planten bestaat deze uit cellulose, bij fungi uit chitine. Dierlijke cellen hebben geen celwand.
#### 1.5.2 Plasmamembraan
Het plasmamembraan, reeds besproken in Hoofdstuk 7, omgeeft de cel en reguleert de passage van stoffen.
#### 1.5.3 Cytosol
Het cytosol is de vloeibare component van het cytoplasma, bestaande uit ongeveer 70% water en 20% eiwitten. Het kan een meer vloeibare (solfase) of viskeuze (gelfase) toestand aannemen. Belangrijke metabole processen vinden hier plaats. Het cytosol is **niet** hetzelfde als het cytoplasma, dat ook de organellen omvat.
#### 1.5.4 De celkern (nucleus / karyon)
De celkern is het centrale controlecentrum van de eukaryote cel en bevat het genetisch materiaal.
* **Uitzonderingen:** Zoogdier erytrocyten (rode bloedcellen) en zeefvaatcellen bij planten missen een kern in hun volwassen stadium.
* **Nucleolus (kernlichaampje):** Hier vindt de synthese van ribosomen plaats.
* **Nucleaire envelop (kernenvelop):** Een dubbele membraanstructuur met poriën die de kern scheidt van het cytoplasma. Deze envelop is in verbinding met het endoplasmatisch reticulum.
* **Genetisch materiaal:** Het DNA is georganiseerd in chromatine, een complex van DNA en histon-eiwitten. Bij celdeling condenseert chromatine tot zichtbare chromosomen. Chromatine bestaat uit nucleosomen (DNA rond een octameer van histonen) en linker DNA.
* Chromatine is opgebouwd uit een DNA-helix die rond 8 histonen (een octameer) is gewonden, wat een nucleosoom vormt. Dit wordt verbonden door 'linker DNA'.
* Dit kan verder gecondenseerd worden tot een solenoïde structuur.
* Bij celdeling wordt chromatine zichtbaar als chromosomen, die onderzocht kunnen worden via een karyogram (22 paar autosomen en 1 paar geslachtschromosomen).
* **Centrale dogma:** De kern is de plaats waar de transcriptie (DNA naar mRNA) en replicatie (DNA-verdubbeling voor celdeling) plaatsvinden. Ook de synthese van ribosomale RNA's en de assemblage van ribosomale subeenheden vinden hier plaats, waarna deze via kernporiën naar het cytoplasma worden getransporteerd.
#### 1.5.5 Ribosomen
Ribosomen zijn kleine, membraanloze structuren die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese (translatie). Ze worden gesynthetiseerd in de nucleolus en bestaan uit ribosomale eiwitten en rRNA. Ze komen voor:
* Vrij in het cytoplasma.
* Gebonden aan het endoplasmatisch reticulum.
Eukaryote ribosomen zijn groter dan prokaryote ribosomen en hebben meer ribosomale eiwitten en langere rRNAs. De Svedberg (S) eenheid, gebruikt om de grootte van ribosomale subeenheden aan te geven, is gebaseerd op sedimentatiesnelheid en is dus niet additief.
#### 1.5.6 Eiwitverkeer in de cel: het endomembraansysteem
Het endomembraansysteem omvat organellen die betrokken zijn bij de productie, modificatie, sortering en transport van eiwitten en lipiden. Het omvat het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat, lysosomen, peroxisomen, vacuoles en het plasmamembraan.
##### 1.5.6.1 Endoplasmatisch reticulum (ER)
Het ER is een uitgebreid netwerk van membranen dat in verbinding staat met de kernenvelop. Er zijn twee typen:
* **Ruw endoplasmatisch reticulum (RER):** Bedekt met ribosomen.
* **Functie:** Synthese van secretorische eiwitten (eiwitten die de cel verlaten), post-translationele modificatie (bv. vouwing met chaperonne-eiwitten, glycosylering) en aanmaak van eigen membraanlipiden. Eiwitten worden in het ER-lumen (de binnenruimte) gemodificeerd en vervolgens via vesikels naar het Golgi-apparaat getransporteerd.
* **Glad endoplasmatisch reticulum (SER):** Membraanstructuur zonder ribosomen.
* **Functie:** Lipidensynthese, koolhydraatmetabolisme, en detoxificatie van giftige stoffen (bv. alcohol, medicijnen). De functie is celspecifiek.
##### 1.5.6.2 Golgi-apparaat
Het Golgi-apparaat bestaat uit gestapelde, afgeplatte membraanzakken (cisternen). Het wordt beschouwd als het "verdeelcentrum" van de cel.
* **Functie:** Verdere post-translationele modificatie van eiwitten en lipiden (bv. glycosylering, fosforylering), aanmaak van lysosomen, opslag, sortering en transport van moleculen via secretorische vesikels.
* **Polariteit:** Het Golgi heeft een "cis"-zijde (aan de kant van het ER, ontvangt vesikels) en een "trans"-zijde (aan de kant van het plasmamembraan, vertrekt vesikels). De eiwitflow verloopt typisch via ER $\rightarrow$ cis Golgi $\rightarrow$ trans Golgi $\rightarrow$ plasmamembraan.
* **Exocytose:** Het proces waarbij vesikels versmelten met het plasmamembraan en hun inhoud buiten de cel afgeven. Dit proces is essentieel voor het uitscheiden van eiwitten en de recycling van membranen.
##### 1.5.6.3 Lysosomen
Lysosomen zijn membraangebonden blaasjes die hydrolytische enzymen bevatten, zoals proteasen, lipasen en nucleasen, die optimaal functioneren bij een lage pH (4-5).
* **Functie:**
* **Autofagie:** Afbraak en recycling van eigen celcomponenten (bv. verouderde organellen).
* **Intracellulaire digestie:** Afbraak van opgenomen materialen, zoals pathogenen, na versmelting met endosomen (via endocytose).
* **Primaire lysosomen:** Afgesnoerd van het Golgi-apparaat.
* **Secundaire lysosomen:** Ontstaan door versmelting van primaire lysosomen met endosomen of autofagosomen, en voeren intracellulaire vertering uit.
* **Restlichaampjes:** Bevatten onverteerd materiaal en worden via exocytose uitgescheiden.
* **Lysosomale stapelingsziekten:** Defecten in lysosomale enzymen leiden tot de ophoping van onafgebroken substraten, wat ernstige ziekten kan veroorzaken (bv. Tay-Sachs, Pompe).
##### 1.5.6.4 Peroxisomen
Peroxisomen zijn membraangebonden organellen die afkomstig zijn van het SER.
* **Functie:** Bevatten oxidatieve enzymen die vetzuren, alcohol en andere stoffen afbreken, waarbij waterstofperoxide ($H_2O_2$) wordt gevormd. Katalasen in peroxisomen breken $H_2O_2$ weer af, waardoor ze fungeren als "free radical scavengers".
##### 1.5.6.5 Vacuolen
Vacuolen zijn membraangebonden blaasjes met diverse functies:
* **Voedselvacuolen:** Betrokken bij de opname van voedsel (vooral bij ééncelligen).
* **Contractiele vacuolen:** Pompen overtollig water uit de cel (bij sommige ééncelligen).
* **Centrale vacuole:** Een grote vacuole in plantencellen, dient als opslagplaats, afvalverwerker en draagt bij aan de turgordruk.
##### 1.5.6.6 Proteasomen
Proteasomen zijn membraanloze, holle cilindervormige complexen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van specifieke eiwitten in het cytoplasma en de kern.
* **Functie:** Afbraak van verkeerd gevouwen, beschadigde of overtollige eiwitten. Dit is cruciaal voor eiwitkwaliteitscontrole en regulatie van cellulaire processen.
#### 1.5.7 Energieomzettende organellen
Mitochondriën en chloroplasten zijn gespecialiseerde organellen die energie omzetten.
##### 1.5.7.1 Mitochondriën
Mitochondriën zijn de "energiefabriekjes" van de eukaryote cel.
* **Bouw:** Ze hebben een dubbele membraan. De binnenmembraan is sterk geplooid (cristae) om het oppervlak voor ATP-productie te vergroten. Ze bevatten eigen circulair DNA en ribosomen, waardoor ze deels autonoom zijn en zelf eiwitten kunnen produceren.
* **Functie:** Celrespiratie, de productie van ATP uit de afbraak van organische moleculen. Glycolyse vindt plaats in het cytosol, de Krebscyclus in de matrix, en oxidatieve fosforylering op de binnenmembraan. Het aantal en de grootte van mitochondriën is afhankelijk van het energieverbruik van het celtype.
##### 1.5.7.2 Plastiden (o.a. Chloroplasten)
Plastiden komen voor in planten en algen.
* **Typen:**
* **Amyloplasten (leucoplasten):** Opslag van zetmeel.
* **Chromoplasten:** Bevatten pigmenten (niet-chlorofyl).
* **Chloroplasten:** Bevatten chlorofyl en zijn de plaats van fotosynthese.
* **Bouw:** Chloroplasten hebben een dubbele membraan, eigen circulair DNA en ribosomen, wat duidt op semiautonomie en eigen eiwitsynthese. Ze bevatten thylakoïden, waar de lichtreacties van de fotosynthese plaatsvinden, en stroma, waar de donkerreacties (Calvincyclus) plaatsvinden.
#### 1.5.8 Het cytoskelet
Het cytoskelet is een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten dat structurele steun, vormbehoud, mobiliteit en intracellulair transport mogelijk maakt.
* **Componenten:**
* **Microfilamenten (actinefilamenten):** Dunne filamenten van actine, die betrokken zijn bij celvorm en -beweging (bv. pseudopodia, spiercontractie), en cytoplasmatische stroming.
* **Intermediaire filamenten:** Draadvormige structuren (bv. keratine) die mechanische sterkte bieden en organellen fixeren.
* **Microtubuli:** Holle buizen van tubuline, essentieel voor celvorm, chromosoomtransport tijdens celdeling, en de beweging van cilia en flagellen. Ze vormen ook de "monorails" voor transport van organellen, aangedreven door motormoleculen zoals kinesine en dyneïne.
* **Cilia en flagellen:** Draadvormige uitsteeksels aan het celoppervlak die beweging mogelijk maken. Ze hebben een karakteristieke structuur met 9 dubbeltten en 2 centrale microtubuli.
### 1.6 De endosymbiontentheorie
Deze theorie verklaart de oorsprong van mitochondriën en chloroplasten. Het stelt dat deze organellen oorspronkelijk vrije aërobe bacteriën (voor mitochondriën) en cyanobacteriën (voor chloroplasten) waren die werden opgenomen door een gastheercel. In plaats van te worden afgebroken, gingen ze een symbiotische relatie aan met de gastheercel.
**Bewijzen voor de endosymbiontentheorie:**
* **Dubbele membraan:** De buitenste membraan zou afkomstig zijn van de instulping van het plasmamembraan van de gastheercel, de binnenste van de oorspronkelijke bacteriële membraan.
* **Semiautonomie:** Mitochondriën en chloroplasten bezitten eigen circulair DNA, wat vergelijkbaar is met bacterieel DNA.
* **Eigen ribosomen:** Ze hebben hun eigen ribosomen (70S), vergelijkbaar met die van bacteriën.
* **Eigen eiwitsynthese:** Ze kunnen gedeeltelijk hun eigen eiwitten synthetiseren.
* **Onafhankelijke replicatie:** Ze vermenigvuldigen zich onafhankelijk van de celdeling van de gastheercel.
* **Gevoeligheid voor antibiotica:** Ze zijn gevoelig voor antibiotica die bacteriële eiwitsynthese remmen.
De theorie, oorspronkelijk voorgesteld door Lynn Margulis, wordt ondersteund door genetische analyses en moleculaire studies.
---
# De celkern en ribosomen
Hier is de samenvatting voor "De celkern en ribosomen" gebaseerd op de verstrekte documentinhoud.
## 2 De celkern en ribosomen
De celkern (nucleus/karyon) is een centraal organel in eukaryote cellen dat het genetisch materiaal bevat en beschermt, terwijl ribosomen essentieel zijn voor de eiwitsynthese.
### 2.1 De eukaryote cel: compartimentalisatie
Eukaryote cellen onderscheiden zich van prokaryote cellen door het bezit van een echte celkern en door compartimentalisatie. Dit laatste betekent dat de cel is opgedeeld in verschillende organellen, elk met een specifieke functie, gescheiden door membranen. Deze compartimentalisatie biedt voordelen zoals:
* **Vergroot membraanoppervlak:** Belangrijke biochemische processen, die op biomembranen plaatsvinden, kunnen parallel verlopen zonder elkaar te beïnvloeden.
* **Efficiëntie:** Verschillende biochemische processen vinden tegelijkertijd plaats in specifieke omgevingen.
* **Nadeel:** Dit interne membraansysteem vereist energie voor transport tussen de compartimenten.
Bekende organellen in eukaryote cellen zijn onder andere de celkern, het endoplasmatisch reticulum (ER), het Golgi-apparaat, mitochondriën, lysosomen, peroxisomen, plastiden, vacuolen, ribosomen en proteasomen.
### 2.2 De celkern (nucleus / karyon)
De celkern is een kenmerkend organel van eukaryote cellen. Uitzonderingen hierop zijn onder andere de rode bloedcellen bij zoogdieren en de zeefvaatcellen bij planten.
#### 2.2.1 Structuur van de celkern
De celkern bestaat uit de volgende componenten:
* **Nucleolus (kernlichaampje):** Hier vindt de synthese van ribosomen plaats.
* **Nucleaire envelop (kernenvelop):** Dit is een dubbel membraan dat de kern omgeeft en is voorzien van poriën. De poriën reguleren de passage van moleculen tussen de kern en het cytoplasma.
* **Nucleoplasma:** Het vloeibare milieu binnen de kern, dat de genetische materialen bevat.
#### 2.2.2 Genetisch materiaal in de celkern
Het genetische materiaal in de kern is georganiseerd in:
* **Chromatine:** Dit is een complex van DNA en eiwitten, voornamelijk histonen. Chromatine kan in verschillende stadia van condensatie voorkomen:
* **'Relaxed' chromatin:** Een meer open structuur.
* **Solenoïde structuur:** DNA dat om histonen is gewikkeld in een soort 'draad'.
* **Nucleosoom:** De basiseenheid van chromatine, bestaande uit een DNA-helix (ongeveer 140 basenparen) gewikkeld rond een octameer van acht histonen, verbonden door 'linker DNA' (ongeveer 60 basenparen).
* **Chromosomen:** Dit zijn de sterk gecondenseerde vormen van chromatine die zichtbaar zijn tijdens de celdeling (mitose). Een karyogram toont de geordende set chromosomen van een individu, meestal bestaande uit 22 paren autosomen en 1 paar geslachtschromosomen.
#### 2.2.3 Functie van de celkern
De celkern speelt een cruciale rol in het **centrale dogma van de moleculaire biologie**, dat de stroom van genetische informatie beschrijft: DNA $\to$ RNA $\to$ eiwit. De kern is de plaats van:
* **Replicatie:** Het verdubbelen van DNA, wat plaatsvindt tijdens de celdeling.
* **Transcriptie:** Het overschrijven van genetische informatie van DNA naar messenger-RNA (mRNA).
Bepaalde eiwitten, zoals polymerasen en ribosomale eiwitten, migreren vanuit het cytoplasma naar de kern om daar hun functie uit te oefenen.
### 2.3 Ribosomen
Ribosomen zijn essentieel voor de eiwitsynthese en bevinden zich vrij in het cytoplasma of gebonden aan het endoplasmatisch reticulum. Ze zijn relatief klein en worden geassembleerd in de nucleolus.
#### 2.3.1 Structuur van ribosomen
Ribosomen bestaan uit twee subeenheden: een grote en een kleine subeenheid. Beide subeenheden zijn opgebouwd uit:
* **Ribosomale eiwitten.**
* **Ribosomaal RNA (rRNA).**
Ribosomen zelf bezitten geen membraanstructuur. De grootte van ribosomen wordt uitgedrukt in Svedberg-eenheden (S), die de sedimentatiesnelheid tijdens ultracentrifugatie aangeven en dus niet direct optelbaar zijn voor de totale massa. Eukaryote ribosomen zijn vergelijkbaar met prokaryote ribosomen, maar bevatten meer ribosomale eiwitten en langere rRNA-moleculen.
#### 2.3.2 Functie van ribosomen
De primaire functie van ribosomen is **eiwitsynthese**, specifiek het proces van **translatie**. Hierbij wordt de genetische informatie in mRNA vertaald naar een specifieke sequentie van aminozuren, waaruit uiteindelijk een eiwit ontstaat.
### 2.4 De weg van een secretorisch eiwit
Secretorische eiwitten, die buiten de cel functioneren, volgen een specifieke route:
1. **Endoplasmatisch reticulum (ER):** Synthese en initiële modificatie (vouwen, glykosylering) vindt plaats op of in het ruw ER.
2. **Golgi-apparaat:** Verdere modificatie, sortering en verpakking in transportvesikels.
3. **Transportvesikels:** Vervoeren de eiwitten naar de celmembraan.
4. **Celmembraan (PM):** Via exocytose wordt de inhoud van de vesikels buiten de cel gebracht.
Dit transport en de modificaties onderweg zorgen ervoor dat het eiwit zijn correcte structuur en functie krijgt.
---
# Eiwitverkeer en organellen voor eiwitverwerking
Dit onderwerp beschrijft de intracellulaire routes die eiwitten volgen na synthese, inclusief de rol van het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat en lysosomen bij hun modificatie, sortering en transport.
### 3.1 Het endoplasmatisch reticulum (ER)
Het endoplasmatisch reticulum (ER) is een uitgebreid netwerk van membranen dat nauw verbonden is met het kernmembraan. Het bestaat uit twee hoofdtypen: het ruw ER (RER) en het glad ER (SER), die functioneel en structureel van elkaar verschillen.
#### 3.1.1 Ruw endoplasmatisch reticulum (RER)
Het RER wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van ribosomen op het oppervlak. De belangrijkste functies van het RER zijn:
* **Synthese van secretorische eiwitten:** Eiwitten die bestemd zijn voor secretie uit de cel, integratie in celmembranen, of transport naar andere organellen, worden gesynthetiseerd op de ribosomen van het RER en komen direct in het ER-lumen terecht.
* **Post-translationele modificatie:** In het ER-lumen ondergaan eiwitten diverse modificaties, zoals vouwing met behulp van chaperone-eiwitten, en het aanhechten van koolhydraatketens (glycosylering).
* **Transport:** Eiwitten en lipiden die in het RER worden geproduceerd, worden via transportvesikels naar het Golgi-apparaat vervoerd.
* **Aanmaak van membraanlipiden:** Het RER is ook betrokken bij de synthese van lipiden die voor celmembranen nodig zijn.
#### 3.1.2 Glad endoplasmatisch reticulum (SER)
Het SER heeft geen ribosomen op zijn oppervlak en is meer tubulair van structuur. De functies van het SER omvatten:
* **Lipidensynthese:** Het SER is de primaire locatie voor de synthese van lipiden, waaronder fosfolipiden en steroïden.
* **Koolhydraatmetabolisme:** Het speelt een rol in de afbraak van glycogeen tot glucose.
* **Detoxificatie:** In met name levercellen is het SER betrokken bij de ontgifting van schadelijke stoffen, zoals alcohol en medicijnen, door deze om te zetten in minder toxische verbindingen.
### 3.2 Het Golgi-apparaat
Het Golgi-apparaat, ook wel het Golgi-complex genoemd, bestaat uit een stapel afgeplatte, membraanomsloten zakjes, cisternae genaamd. Het functioneert als het "verdeelcentrum" van de cel.
* **Bouw en Polariteit:** Het Golgi-apparaat heeft een duidelijke polariteit met een *cis*-zijde (de "onrijpe" zijde die vesikels van het ER ontvangt) en een *trans*-zijde (de "rijpe" zijde waarvandaan vesikels worden afgesnoerd). Tussen deze zijden bevinden zich de mediale cisternae.
* **Functies:**
* **Post-translationele modificatie:** Eiwitten die vanuit het ER aankomen, ondergaan verdere modificaties in het Golgi, zoals glycosylering, fosforylering, en sulfatering.
* **Sortering en Verpakking:** Eiwitten, lipiden en andere moleculen worden gesorteerd en verpakt in secretorische vesikels voor transport naar hun uiteindelijke bestemming.
* **Aanmaak van Lysosomen:** Het Golgi-apparaat is de bron van primaire lysosomen.
* **Stockage:** Het kan moleculen tijdelijk opslaan.
* **Transport:** Via secretorische vesikels worden de verpakte stoffen naar het plasmamembraan (PM) getransporteerd voor uitscheiding (exocytose) of naar andere locaties binnen de cel.
#### 3.2.1 Exocytose
Exocytose is het proces waarbij vesikels die celproducten bevatten, versmelten met het plasmamembraan en hun inhoud naar buiten uitscheiden. Dit proces is cruciaal voor secretie, signaaltransductie en het aanleveren van membraancomponenten. Het Golgi-apparaat speelt een sleutelrol in de vorming van de vesikels die voor exocytose worden gebruikt.
### 3.3 Lysosomen
Lysosomen zijn membraanomsloten vesikels die een reeks hydrolytische enzymen bevatten, waaronder proteasen, sacharidasen, lipasen en nucleasen.
* **Kenmerken:** Ze hebben een lage pH (ongeveer 4-5) in hun lumen, wat optimaal is voor de activiteit van hun enzymen.
* **Functies:**
* **Autofagie:** Lysosomen breken versleten of beschadigde celcomponenten en organellen af voor recycling.
* **Intracellulaire digestie:** Ze smelten samen met endosomen die pathogenen (zoals bacteriën) of andere opgenomen deeltjes bevatten, en breken deze af. Dit proces wordt ook wel *intracellulaire vertering* genoemd.
* **Endocytose:** Lysosomen werken samen met endosomen, die ontstaan uit instulpingen van het celmembraan tijdens de opname van stoffen.
#### 3.3.1 Primaire en secundaire lysosomen
Primaire lysosomen zijn kleine vesikels die direct van het Golgi-apparaat worden afgesnoerd. Secundaire lysosomen ontstaan wanneer primaire lysosomen versmelten met endosomen of autofagosomen, en dienen voor de eigenlijke intracellulaire vertering. Onverteerd materiaal kan worden verwijderd via exocytose als een "restlichaampje".
#### 3.3.2 Lysosomale stapelingsziekten
Deficiënties in specifieke lysosomale enzymen kunnen leiden tot lysosomale stapelingsziekten, waarbij onverteerde substraten zich ophopen in de cel en schade veroorzaken. Voorbeelden zijn de ziekte van Tay-Sachs (tekort aan ß-hexosaminidase A, leidend tot ophoping van lipiden) en de ziekte van Pompe (tekort aan alpha-1,4-glucosidase, leidend tot ophoping van glycogeen).
### 3.4 Peroxisomen
Peroxisomen zijn kleine, membraanomsloten organellen die worden afgesnoerd van het glad ER. Ze bevatten oxidatieve enzymen, waaronder katalasen.
* **Functies:**
* **Afbraak van vetzuren:** Ze breken vetzuren af, waarbij waterstofperoxide ($H_2O_2$) wordt gevormd.
* **Detoxificatie:** Ze zijn betrokken bij de afbraak van alcohol en andere toxische stoffen.
* **Afbraak van H$_2$O$_2$:** Katalasen breken het gevormde waterstofperoxide af, dat anders schadelijk zou zijn voor de cel. Ze fungeren als "free radical scavengers".
### 3.5 Vacuolen
Vacuolen zijn membraanomsloten compartimenten met diverse functies, afhankelijk van het celtype.
* **Voedselvacuolen:** Ontstaan door fagocytose en bevatten voedseldeeltjes die worden afgebroken.
* **Contractiele vacuolen:** Voorkomend in sommige eencelligen, pompen deze overtollig water uit de cel.
* **Centrale vacuole:** In plantencellen neemt deze een groot deel van het celvolume in beslag en dient als opslagplaats voor water, ionen, voedingsstoffen en afvalstoffen. Het speelt ook een rol in turgordruk.
### 3.6 Proteasomen
Proteasomen zijn complexe, holle cilindervormige structuren die bestaan uit proteasen. Ze bevinden zich in het cytoplasma en de kern en zijn niet door een membraan omgeven.
* **Functie:** Proteasomen zijn verantwoordelijk voor de selectieve afbraak van ubiquitine-gelabelde eiwitten. Dit proces is essentieel voor het verwijderen van:
* Eiwitten met een foute vouwing.
* Gedefecteerde eiwitten.
* Eiwitten die hun functie hebben vervuld.
De afbraakproducten zijn aminozuren, die opnieuw kunnen worden gebruikt voor eiwitsynthese.
---
# Energie-omzettende organellen en cytoskelet
Dit hoofdstuk behandelt de energieomzettende organellen, mitochondriën en chloroplasten, inclusief de endosymbionttheorie, en de structuur en functies van het cytoskelet.
### 4.1 Energie-omzettende organellen
Eukaryote cellen bevatten gespecialiseerde organellen die verantwoordelijk zijn voor de omzetting van energie. De twee belangrijkste zijn mitochondriën en chloroplasten.
#### 4.1.1 Mitochondriën
Mitochondriën worden vaak de "energiefabriekjes" van de eukaryote cel genoemd. Hun aantal en grootte variëren afhankelijk van het weefseltype, wat de hoge energiebehoefte van sommige cellen weerspiegelt.
* **Functie:** De primaire functie van mitochondriën is celrespiratie, een proces dat leidt tot de productie van ATP (adenosinetrifosfaat). Hoewel glycolyse in het cytoplasma plaatsvindt, vinden de Krebscyclus en oxidatieve fosforylering plaats in de mitochondriën.
* **Bouw:** Mitochondriën hebben een dubbel membraansysteem. De buitenmembraan is glad, terwijl de binnenmembraan sterk geplooid is, wat resulteert in structuren genaamd cristae. Deze plooiingen vergroten het oppervlak voor biochemische reacties.
* **Semiautonomie:** Mitochondriën worden beschouwd als semiautonoom omdat ze hun eigen circulaire DNA en eigen ribosomen bezitten. Hierdoor kunnen ze een deel van hun eiwitten zelf produceren, onafhankelijk van de kern. Ze reproduceren zich ook onafhankelijk van de kern, hoewel ze ook nucleair gecodeerde eiwitten gebruiken.
#### 4.1.2 Chloroplasten
Chloroplasten zijn organellen die uitsluitend in plantencellen voorkomen en cruciaal zijn voor fotosynthese.
* **Functie:** Chloroplasten bevatten chlorofyl, het pigment dat lichtenergie absorbeert voor fotosynthese. Planten zijn dankzij dit proces autotroof, wat betekent dat ze hun eigen voedsel kunnen produceren.
* **Bouw:** Net als mitochondriën hebben chloroplasten een dubbel membraansysteem. Binnenin bevinden zich thylakoïden, die gestapeld kunnen zijn tot grana. De ruimte rond de thylakoïden wordt het stroma genoemd.
* **Semiautonomie:** Chloroplasten vertonen ook semiautonomie, met eigen circulair DNA en eigen ribosomen, waardoor ze eigen eiwitten kunnen synthetiseren en onafhankelijk van de kern kunnen reproduceren.
#### 4.1.3 Endosymbionttheorie
De endosymbionttheorie, voorgesteld door Lynn Margulis, verklaart de oorsprong van mitochondriën en chloroplasten.
* **Concept:** De theorie stelt dat deze organellen oorspronkelijk vrije, aërobe bacteriën waren die door een grotere eukaryote cel werden opgenomen (endocytose).
* **Voordelen:** De gastheercel profiteerde van de efficiënte energieproductie (ATP) door de aërobe bacterie. De bacterie profiteerde van bescherming en voedingsstoffen van de gastheer.
* **Bewijs:** Verschillende observaties ondersteunen deze theorie:
* **Dubbele membraan:** De buitenmembraan wordt verondersteld afkomstig te zijn van de instulping van het plasmamembraan van de gastheercel, terwijl de binnenmembraan het restant is van de oorspronkelijke bacteriële membraan.
* **Eigen circulair DNA en ribosomen:** Dit komt overeen met de kenmerken van bacteriën.
* **Eigen eiwitsynthese:** Chloroplasten en mitochondriën kunnen zelfstandig eiwitten produceren.
* **Onafhankelijke vermenigvuldiging:** Ze kunnen zich splitsen, onafhankelijk van de celdeling van de gastheercel.
* **Gevoeligheid voor antibiotica:** Ze vertonen een vergelijkbare gevoeligheid voor bepaalde antibiotica als bacteriën.
* **DNA-sequentieanalyse:** Moderne DNA-analyse bevestigt de evolutionaire verwantschap met bacteriën.
> **Tip:** Denk bij de endosymbionttheorie aan een symbiose waarbij de opgenomen bacterie een "intern symbiont" werd, wat uiteindelijk evolueerde tot de organellen die we nu kennen.
### 4.2 Cytoskelet
Het cytoskelet is een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten in het cytoplasma van eukaryote cellen, essentieel voor structuur, vorm, beweging en transport.
* **Functies:**
* **Structurele steun:** Biedt mechanische ondersteuning en handhaaft de celvorm.
* **Fixatie van organellen:** Zorgt ervoor dat organellen op hun plaats blijven binnen de cel.
* **Vormgeving van cellen:** Maakt celvervorming mogelijk, zoals bij amoeboïde beweging.
* **Mobiliteit:** Is cruciaal voor zowel celbeweging (bv. flagellen, cilia) als intracellulair transport van organellen.
* **Organeltransport:** Functioneert als "monorails" voor het transport van organellen, mogelijk gemaakt door koppeling met motormoleculen.
* **Chromosoombeweging:** Speelt een rol bij de beweging van chromosomen tijdens celdeling.
#### 4.2.1 Bestanddelen van het cytoskelet
Het cytoskelet bestaat uit drie hoofdtypen filamenten, die verschillen in diameter en eiwitsamenstelling:
* **Microfilamenten (Actinefilamenten):**
* **Samenstelling:** Bestaan uit het eiwit actine.
* **Diameter:** Ongeveer 7 nanometer (nm).
* **Functie:** Belangrijk voor het behouden van de celvorm, het mogelijk maken van celvervorming (bv. pseudopodia), spiercontractie en cytoplasmatische stroming.
* **Intermediaire filamenten:**
* **Samenstelling:** Bestaan uit keratine-achtige, draadvormige eiwitten.
* **Diameter:** Ongeveer 8-12 nm.
* **Functie:** Bieden structurele ondersteuning en helpen bij het fixeren van de celkern en andere organellen.
* **Microtubuli:**
* **Samenstelling:** Holle buizen opgebouwd uit globulaire eiwitten (α- en β-tubuline).
* **Diameter:** Ongeveer 25 nm.
* **Functie:** Essentieel voor de beweging van chromosomen tijdens de mitose, voortbeweging van cellen via cilia en flagellen, transport en beweging van organellen, en het behouden van de celvorm door drukbestendigheid te bieden.
#### 4.2.2 Cilia en flagellen
Microtubuli vormen de basisstructuur van cilia (trilharen) en flagellen (zweepdraden), die gebruikt worden voor celbeweging of het verplaatsen van vloeistoffen.
* **Structuur:** Kenmerkend is de "9+2" structuur: negen dubbeltten van microtubuli rond een centraal paar microtubuli. Aan de basis bevinden zich basale lichaampjes, die bestaan uit negen tripletten van microtubuli.
* **Cilia:** Korte, talrijke structuren (2-10 µm) die gebruikt worden om vloeistoffen over een weefseloppervlak te laten stromen, zoals in de trachea (luchtpijp).
* **Flagellen:** Langere, enkelvoudige of paarsgewijze structuren (100-200 µm) die zorgen voor de voortbeweging van de cel, zoals bij spermacellen.
> **Tip:** Het verschil in aantal en lengte tussen cilia en flagellen correleert met hun verschillende functies: cilia voor het verplaatsen van vloeistoffen, flagellen voor de voortbeweging van de cel zelf.
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Eukaryote cel | Een celtype dat gekenmerkt wordt door de aanwezigheid van een celkern en andere membraangebonden organellen, in tegenstelling tot prokaryote cellen. |
| Prokaryote cel | Een cel die geen celkern of andere membraangebonden organellen bevat; het genetisch materiaal bevindt zich vrij in het cytoplasma. |
| Compartimentalisatie | Het proces waarbij een cel wordt verdeeld in afzonderlijke, membraangebonden compartimenten (organellen), elk met specifieke functies, wat efficiëntie en specialisatie bevordert. |
| Organellen | Gespecialiseerde structuren binnen de cel die specifieke functies uitvoeren, zoals de kern, mitochondriën en het endoplasmatisch reticulum. |
| Kern (nucleus/karyon) | Het centraal gelegen organel in eukaryote cellen dat het genetisch materiaal (DNA) bevat en de celactiviteiten reguleert. |
| Nucleolus (kernlichaampje) | Een structuur binnen de celkern die betrokken is bij de synthese van ribosomen. |
| Nucleaire enveloppe | Een dubbel membraan dat de celkern omgeeft en poreuze structuren bevat die de uitwisseling van moleculen tussen de kern en het cytoplasma reguleren. |
| Chromatine | Een complex van DNA en eiwitten (histonen) waaruit chromosomen bestaan; het speelt een rol bij de compactie van DNA en de regulatie van genexpressie. |
| Histonen | Eiwitten die fungeren als spoelen waaromheen DNA wordt gewikkeld om chromatine te vormen en zo de compactie van het genetisch materiaal te bevorderen. |
| Nucleosoom | De basiseenheid van chromatine, bestaande uit een segment DNA dat rond een octameer van histonen is gewikkeld. |
| DNA (Desoxyribonucleïnezuur) | Het molecuul dat de genetische informatie draagt in alle bekende levende organismen en vele virussen. |
| Chromosoom | Een georganiseerde structuur van DNA en eiwitten die zich in de celkern bevindt en zichtbaar wordt tijdens de celdeling. |
| Karyogram | Een geordende weergave van de chromosomen van een individu, gerangschikt naar grootte en patroon. |
| Autosomen | Alle chromosomen behalve de geslachtschromosomen; ze komen in paren voor bij diploïde organismen. |
| Geslachtschromosomen | De chromosomen die het geslacht van een individu bepalen (bij de mens X en Y). |
| Centrale dogma | Het proces dat de stroom van genetische informatie beschrijft: DNA wordt getranscribeerd naar RNA, en RNA wordt getransleerd naar eiwitten. |
| Ribosoom | Een klein celonderdeel dat verantwoordelijk is voor de eiwitsynthese door het mRNA te vertalen naar een aminozuursequentie. |
| rRNA (ribosomaal RNA) | Een type RNA dat een structureel en katalytisch onderdeel vormt van ribosomen. |
| Eiwitsynthese (translatie) | Het biologische proces waarbij genetische informatie, gecodeerd in mRNA, wordt gebruikt om een specifieke sequentie van aminozuren te produceren, resulterend in een eiwit. |
| Endoplasmatisch reticulum (ER) | Een netwerk van membraanbuizen en -zakken in het cytoplasma van eukaryote cellen, betrokken bij eiwit- en lipidesynthese en transport. |
| Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) | Het deel van het ER dat bedekt is met ribosomen en betrokken is bij de synthese en modificatie van eiwitten die bestemd zijn voor secretie of incorporatie in membranen. |
| Glad endoplasmatisch reticulum (SER) | Het deel van het ER dat geen ribosomen heeft en betrokken is bij lipidesynthese, koolhydraatmetabolisme en ontgifting. |
| Golgi-apparaat | Een organel in eukaryote cellen dat betrokken is bij het modificeren, sorteren en verpakken van eiwitten en lipiden voor secretie of levering aan andere organellen. |
| Lysosoom | Een membraangebonden organel dat een verscheidenheid aan hydrolytische enzymen bevat, verantwoordelijk voor de afbraak van afvalstoffen en intracellulaire componenten. |
| Hydrolytische enzymen | Enzymen die chemische bindingen kunnen verbreken door toevoeging van een watermolecuul, vaak gebruikt in lysosomen voor afbraakprocessen. |
| Autofagie | Het proces waarbij een cel zijn eigen beschadigde of overbodige componenten afbreekt en recycleert. |
| Intracellulaire digestie | Het afbreken van materialen binnen de cel, vaak uitgevoerd door lysosomen na fusie met endosomen of autofagosomen. |
| Endosoom | Een membraangebonden blaasje dat ontstaat door endocytose en betrokken is bij het transport en de verwerking van opgenomen materialen. |
| Endocytose | Het proces waarbij de cel stoffen opneemt door het omringen en insluiten van de externe stof met het celmembraan, wat resulteert in de vorming van een endosoom. |
| Exocytose | Het proces waarbij de cel inhoud van intracellulaire vesikels naar buiten vrijgeeft door versmelting van de vesikelmembraan met het celmembraan. |
| Peroxisoom | Een klein, membraangebonden organel dat betrokken is bij diverse metabolische reacties, waaronder de afbraak van vetzuren en de neutralisatie van toxische stoffen, met vorming van waterstofperoxide. |
| Katalase | Een enzym dat waterstofperoxide (H2O2) afbreekt tot water en zuurstof, vaak aanwezig in peroxisomen. |
| Vacuole | Een membraangebonden blaasje binnen een cel dat kan dienen voor opslag van water, voedingsstoffen of afvalstoffen, of voor contractiele functies bij eencelligen. |
| Proteasoom | Een complex eiwitcomplex in cellen dat ongewenste of beschadigde eiwitten afbreekt. |
| Mitochondrion | Een dubbel membraan-omsloten organel in eukaryote cellen dat verantwoordelijk is voor celademhaling en de productie van ATP. |
| Chloroplast | Een organel in plantencellen en algen dat verantwoordelijk is voor fotosynthese, waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie. |
| Fotosynthese | Het proces waarbij planten en andere organismen lichtenergie gebruiken om koolstofdioxide en water om te zetten in glucose (suiker) en zuurstof. |
| Endosymbionttheorie | Een theorie die stelt dat bepaalde organellen in eukaryote cellen, zoals mitochondriën en chloroplasten, oorspronkelijk vrije prokaryote cellen waren die in symbiose met een gastheercel leefden. |
| Cytoskelet | Een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten en -buizen in het cytoplasma van eukaryote cellen, dat structuur, vorm, beweging en ondersteuning biedt. |
| Microtubuli | Holle buizen bestaande uit tubuline-eiwitten, die deel uitmaken van het cytoskelet en betrokken zijn bij celvorm, transport en beweging van chromosomen. |
| Microfilamenten (actinefilamenten) | Dunne vezels bestaande uit actine-eiwitten, die deel uitmaken van het cytoskelet en betrokken zijn bij celvorm, spiercontractie en intracellulair transport. |
| Intermediaire filamenten | Vezels van het cytoskelet die bestaan uit keratine-achtige eiwitten en zorgen voor mechanische stabiliteit van cellen en weefsels. |
| Ciliën | Kleine, haarachtige structuren op het oppervlak van sommige cellen die betrokken zijn bij beweging en het verplaatsen van vloeistoffen. |
| Flagellen | Lange, zweepachtige structuren die cellen helpen bij voortbeweging. |