CELLEN EN WEEFSELS - SAMENVATTING
Het examen bestaat uit 3 open vragen (waaronder 1 over de huid), 2 volledige geziene preparaten,
5 ongeziene preparaten en 10 (moeilijke) begrippen. Voor dit vak, kan de focus best gelegd
worden op partim weefsels en de preparaten, aangezien dat ook de meeste leerstof bevat.
Openvragen: een vraag over cellen, een vraag over weefsels en een vraag over de huid
Partiem cellen
1) Bespreek de opbouw van genetisch materiaal in de nucleus.
De kern van elke eukaryote cel bevat de gecodeerde informatie voor de synthese van alle eiwitten in
het lichaam. ‘Leven’ is dan ook afhankelijk van de mogelijkheid van cellen om deze informatie ‘op te
slaan’, te ‘lezen’ (= transcriptie) en te ‘vertalen’ (= translatie). De erfelijke informatie wordt
doorgegeven van cel naar cel tijdens de mitotische celdeling en van individu naar individu via de
(geslachtelijke) voortplanting.
Lang voordat men wist dat DNA deze genetische informatie in zich draagt, was het duidelijk dat het
overerven van eigenschappen verloopt via chromosomen (< Grieks: chroma= kleur). Chromosomen
zijn draadvormige structuren die in de nucleus zichtbaar worden wanneer de cel begint te delen.
Elk chromosoom bezit één enkele enorm lange lineaire DNA molecule (= DNA-helix), die door de
geassocieerde proteïnen (= histonen) wordt geplooid en verpakt tot een compactere structuur.
Nucleosomen bestaan uit een binnenste gedeelte van 8 histonen (telkens 2 moleculen van H2A, H2B,
H3 en H4; dus een octameer) en een DNA dubbelstrenghelix van 146 nucleotidenparen lang dat
hierrond gewikkeld ligt (1,75 windingen).
De nucleosomen zijn met elkaar verbonden via een stukje interstitieel (‘link’) DNA, zodat dit uitzicht
van een kralensnoer van nucleosomen (diameter 11 nm) ontstaat dat zichtbaar is in de
elektronenmicroscoop.
De nucleosomen worden vervolgens spiraalsgewijs samengepakt in een compactere chromatinefibril
(diameter 25-30 nm). Hiervoor is het histon H1 mee verantwoordelijk. Delen van chromatinefibrillen
kunnen in meer gecondenseerde (heterochromatine) of in gedecondenseerde (euchromatine) vorm
voorkomen (zie hier voor een voorbeeld van een interfasechromosoom). Genen die in euchromatine
voorkomen zijn beschikbaar voor transcriptie, en komen dus tot expressie in de cel.
Wanneer cellen worden aangezet tot deling (zie hoofdstuk celdeling), worden de chromatinefibrillen
nog meer gecondenseerd zodat de zeer compacte metafase chromosomen zichtbaar worden.
2) Bespreek de opbouw en functie van de nucleolus.
De nucleolus (meervoud: nucleoli; NL: kernlichaampje) is een inclusie van de nucleus, die niet
omsloten is door een membraan. De nucleolus is biochemisch en structureel duidelijk te onderscheiden
van de rest van de kern. Het ronde gebied (1-3 µm in doormeter) kan eenvoudig herkend worden in
lichtmicroscopische en elektronenmicroscopische beelden. Bij inactieve cellen is de nucleolus meestal
niet te onderscheiden, terwijl actieve cellen grotere of meerdere nucleoli vertonen.
De nucleolus is de zone waar ribosomale eenheden worden geassembleerd uit ribosomaal RNA (rRNA)
en ribosomale eiwitten.
Transcriptie van ribosomaal RNA vindt plaats vanuit genen in het DNA die coderen voor rRNA. Dit DNA
zit in gebieden van bepaalde chromosomen en worden ‘nucleolar organising regions’ (NORs) genoemd.
Bij het proces van celdeling zullen de nucleoli verdwijnen en zullen vanuit deze NORs nucleoli opnieuw
opgebouwd worden.
Rondom de NORs bevinden zich de elementen nodig voor transcriptie van rRNA (namelijk
ribonucleoproteïne signaal herkenningspartikels en het enzyme RNA polymerase I). Ter hoogte van het
pars fibrosa (= fibreuze zone) bevinden zich eiwitten die deelnemen aan het verwerken van rRNA
1
,precursoren tot matuur rRNA. Ter hoogte van de pars granulosa (= granulaire zone) vindt de
assemblage van ribosomen plaats.
Ter hoogte van de nucleolus vinden we ook nog eiwitten terug die van belang zijn bij de regulatie van
de celdelingscyclus.
3) Bespreek de opbouw van de kernenvelop (=kernmembraan), inclusief de
kernporiën.
De kernenvelop (= nucleaire envelop of kernmembraan) vormt een barrière tussen de inhoud van de
kern en het omringende cytoplasma. Op deze manier zorgt de kernenvelop ervoor dat de kern een
apart biochemisch compartiment blijft.
De kernenvelop bestaat uit 2 parallelle membranen, de binnenste kernmembraan en de buitenste
kernmembraan, met daartussen de perinucleaire ruimte (20-50 nm breed).
De binnenste kernmembraan bevat eiwitten die zorgen dat de chromosomen hieraan kunnen hechten,
en eiwitten die een ankerplaats zijn voor de nucleaire lamina (= lamina densa). De nucleaire lamina
bestaat uit een netwerk van fibreuze intermediaire filamenten (lamines: lamine A, lamine B, lamine C)
en is elektronendens. Meestal ligt tegen de nucleaire lamina heterochromatine aan.
De buitenste kernmembraan staat rechtstreeks in verbinding met het ruw endoplasmatisch reticulum
(RER; zie verder). De buitenste kernmembraan bevat, net zoals RER, ribosomen (zie verder). De
kernenvelop is eigenlijk te beschouwen als een gespecialiseerde cisterne van het RER.
De kernenvelop is geperforeerd door de kernporiën, die de ‘poorten’ vormen waarlangs moleculen de
kern kunnen binnenkomen of verlaten. Een kernporie is een relatief grote structuur (diameter: 70-130
nm) die bestaat uit een 30-tal verschillende eiwitten. Vele van deze eiwitten bevatten uitgebreide
ongestructureerde regio’s waarin de polypeptideketens een ongeordend gel-achtig netwerk vormen dat
het centrum van de porie (diameter ongeveer 9-11 nm) vult. Door deze gel worden macromoleculen
(eiwitten, RNA,..) tegengehouden, maar kunnen kleine water-oplosbare moleculen vrij en niet-selectief
bewegen tussen de kern en het cytosol. Op die manier oefenen de eiwitten van de kernporie controle
uit over het nucleair transport.
4) Bespreek de transportmechanismen tussen de kern en het cytoplasma
( = nucleair export)
Bij transport van eiwitten vanuit de kern naar het cytoplasma beschikken deze eiwitten over nucleaire
export signalen (NES). Deze aminozuursequenties zijn rijk aan leucine.
NES op eiwitten worden herkend door exportines (= nucleaire export receptoren). Het eiwit/exportine-
complex kan de kernporie passeren. Ook hier speelt het Ran een belangrijke rol.
Dezelfde kernporiecomplexen die gebruikt worden voor export van eiwitten worden ook gebruikt voor
export van RNA en ribosomale subunits. Zowel m(essenger)RNA, r(ibosomaal)RNA als t(ransfer)RNA
moeten immers uit de kern geëxporteerd worden om hun rol te vervullen in de eiwitsynthese. De
meeste RNAs zullen hiervoor complexen aangaan met eiwitten die nucleaire export signaalsequenties
(NES) bezitten en aldus als ribonucleoproteïne-complexen doorheen de kernporie geëxporteerd
worden.
5) Bespreek de transportmechanisme tussen het cytosol naar de kern (=
nucleair import)
Voor transport van cytosol naar de kern bezitten eiwitten signaalsequenties, die de nucleaire lokalisatie
signalen (NLS) worden genoemd. Deze oligopeptiden bestaan uit korte sequenties van enkele
aminozuren die verschillende positief geladen lysines en/of arginines bevatten.
Het NLS op het eiwit wordt herkend door importines (= nucleaire importreceptoren) die zich op dat
moment eveneens in het cytosol bevinden.
2
, Deze importreceptoren interageren met de tentakel-achtige cytosolische fibrillen die uit de kernporie
steken en leiden op die manier het eiwit naar de kernporie. Vervolgens grijpt het importine vast op het
gelachtig netwerk van de nucleaire porie-eiwitten. Zo loodsen ze de eiwitten naar de binnenkant van
de nucleus. Het importine-eiwit complex laat los, zodat de lege receptor kan terugkeren naar het
cytosol voor hergebruik
Het importeren van eiwitten in de nucleus vergt energie. Deze wordt geleverd door hydrolyse van GTP.
Het eiwit ‘Ran’ speelt hierin een centrale rol.
Sommige eiwitten, zoals transcriptiefactoren, oefenen hun activiteit uit ter hoogte van de kern. Hun
acties worden in feite gecontroleerd en gereguleerd door de mate waarin ze geïmporteerd worden in
de nucleus (zie hier voor een voorbeeld).
De nucleaire porie-eiwitten kunnen zeer snel macromoleculen in beide richtingen pompen door de
kernporie.
6) Bespreek de opbouw en functie van ribosomen.
Ribosomen zijn de plaatsen waar cellulaire eiwitsynthese plaatsgrijpt. Mature ribosomen zijn dan ook
altijd verbonden met mRNA. Meestal zal 1 stuk mRNA verbonden zijn met verschillende ribosomen.
In de TEM zijn ribosomen (max 30 nm diameter) meestal terug te vinden in groepjes die
polyribosomen worden genoemd. Polyribosomen zitten ofwel vrij in het cytosol of zitten vast aan het
endoplasmatisch reticulum (ruw endoplasmatisch reticulum; zie verder).
Een eukaryote cel kan gemakkelijk 10 miljoen ribosomen bevatten.
Elk ribosoom is opgebouwd uit twee subeenheden, die meestal benoemd worden met hun ’S-Waarden’.
Deze waarde refereert naar hun sedimentatiegraad in de ultracentrifuge.
Eukaryote ribosomen bestaan uit een kleine en grote subeenheid.
Centraal in de eenheid bevindt zich het ribosomaal RNA (rRNA). De 60S subeenheid bevat 5S rRNA
(120 nucleotiden), 28S RNA (5000 nucleotiden) en 5.8S rRNA (160 nucleotiden) die compact
gevouwen zijn tot een driedimensionale structuur dat het ‘hart’ vormt van de subeenheid. Een 50-tal
ribosomale eiwitten zitten op het oppervlak van het rRNA. De 40S subeenheid bevat 18S rRNA (2000
nucleotiden) waarmee een 30-tal proteïnen verbonden zijn.
Prokaryote ribosomen hebben een gelijkaardige opbouw, zij het dat de S-waarden en moleculaire
gewichten van de subeenheden lichtjes verschillen.
rRNA transcriptie en ribosoom assemblage grijpen plaats in de nucleolus.
7) Bespreek de microscopische bouw en functie van ruw endoplasmatisch
reticulum en Golgi-apparaat.
Ruw endoplasmatisch reticulum (RER)
Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) is herkenbaar aan de aanhechting van (poly)ribosomen aan de
cytoplasmakant van de ER membranen. Dit zorgt ervoor dat RER gemakkelijk herkenbaar is in TEM-
beelden en grote hoeveelheden RER in lichtmicroscopische preparaten herkenbaar zijn door hun
basofilie.
Synthese van eiwitten start altijd in het cytosol waar vrije ribosomen aan mRNA binden. Tijdens de
eerste momenten van translatie wordt bepaald of de zich vormende eiwitten bestemd zijn voor het
cytoplasma, of voorbestemd zijn voor het endoplasmatisch reticulum (en verder voor andere
membraan-omgeven organellen). Dit noemt men eiwitsortering. Voor deze sortering bezitten de
eiwitten een specifieke ‘signaal’sequentie aan aminozuren.
3
