This summary is based on the 3rd edition of Essential Cell Biology from Alberts et al. The remaining chapters can be accessed when logged in and can be found here: Second part of the summary
Cells are the fundamental units of life; all living things are made of cells. The present-day cells are believed to have evolved from an ancestral cell that excited more than 3 billion years age. Cells vary enormous in appearance and function, however all living cells have a similar basic chemistry.
With the invention of the microscope, it became clear that plants and animals are assemblies of cells, that cells can also exist as independent organisms, and that cells individually are living in the sense that they can grow, reproduce, convert energy from one form into another, respond to their environment, and so on. Although cells are varied when viewed from the outside, all living things are fundamentally similar inside. And in all living things, genetic instructions, called genes, are stored in DNA molecules. In every cell, the instructions in the DNA are read out, or transcribed, into a chemically related set of molecules made of RNA. The messages carried by the RNA molecules are in turn translated into yet another chemical form: they are used to direct the synthesis of a huge variety of large protein molecules that dominate the behaviour of the cell. In sum, the reproduction process exists of replication (DNA synthesis), transcription (RNA synthesis) and translation (protein synthesis). Unfortunately, the copying of DNA is not always perfect, and the instructions are occasionally corrupted. Later is this summary we will discuss this further.
Cells are enclosed by a plasma membrane that separates the inside of the cell from the environment. And all cells contain DNA as a store of genetic information and use it to guide the synthesis of proteins. Cells in a multicellular organism, though the all contain the same DNA, can be very different. They use their genetic information to direct their biochemical activities according to cues they receive from their environment.
Cells of animal and plant tissues are typically 5-20 micrometer in diameter and can be seen with a light microscope, which also reveals some of their internal components (organelles). The electron microscope permits the smaller organelles and even individual molecules to be seen, but specimens require elaborate preparation and cannot be viewed alive. So, the invention of the light microscope led to the discovery of cells
The presence or absence of a nucleus is used as the basis for a simple but fundamental classification of all living things. Organisms whose cells have a nucleus are called eukaryotes. Organisms whose cells do not have a nucleus are called prokaryotes. Bacteria, the simplest of present-day living cells, are prokaryotes. Different species of prokaryotes are diverse in their chemical capabilities and inhabit an amazingly wide range of habitats. Prokaryotes are divided into two groups: eubacteria and archaea. As mentioned above eukaryotic cells possess a nucleus. They probably evolved in a series of stages from cells more similar to bacteria. An important step appears to have been the acquisition of mitochondria, origination as engulfed bacteria living in symbiosis with larger anaerobic cells.
There are a lot of organelles found in eukaryotic cells: the nucleus is the most prominent organelle in most plant and animal cells. It contains the genetic information of the organism, stored in DNA molecules. The rest of the cell’s contents, apart from the nucleus, constitute the cytoplasm. Chloroplasts are green organelles found only in the cells of plants and algae, not in the cells of animals or fungi. They perform photosynthesis and in the process they release oxygen as a molecular by-product. Other organelles are the mitochondria, which are generators of chemical energy for the cell. Mitochondria contain their own DNA and reproduce by dividing in two. Furthermore, they take the energy from the oxidation of food molecules to produce adenosine triphosphate (ATP). The endoplasmatic reticulum (ER) is the site at which most cell membrane components, as well as materials destined for export from the cell, are made. The Golgi apparatus often modifies chemically the molecules made in the ER and directs them to various locations of the cell. Lysosomes are organelles in which intracellular digestion occurs and peroxisomes generate a dangerously reactive chemical, hydrogen peroxide. Finally, the cytoskeleton is responsible for directed cell movements.
Free-living single-celled eucaryotic micro organisms include some of the most complex eucaryotic cells known, and they are able to swim, mate, hunt and devour food. Other types of eukaryotic cells, derived from a fertilized egg, cooperate to form large, complex multicellular organisms composed of thousands of billions of cells.
Biologists have chosen a small number of organisms as a focus for intense investigation. These include the bacterium E. coli, brewer’s yeast, a nematode worm, a fly, a small plant, a mouse and the human species itself.
Although the minimum number of genes needed for a viable cell is probably less than 400, most cells contain significantly more. Yet even such a complex organism as a human has only about 30.000 genes – twice as many as a fly, seven times many as E. coli.
The cell is the structural and functional unit of all known living organisms, but the smallest particle of an element that still retains its distinctive chemical properties is an atom. Each atom has as center a positively charged nucleus, which is surrounded by a cloud of negatively charged electrons. The nucleus consists of two kinds of particles:
positively charged protons
neutrons, which are electrically neutral
The number of protons present in an atomic nucleus determines its atomic number. Because the whole atom is electrically neutral, the number of negatively charged electron surrounding the nucleus is equal to the number of positively charged protons that the nucleus contains. Isotopes of an element have nuclei with the same number of protons (the same atomic number) but different numbers of neutrons.
The atomic weight of an atom, or the molecular weight of a molecule, is its mass relative to that of a hydrogen atom. The mass of an atom or a molecule is often specified in daltons. If a substance has a molecular weight of M, a mass of M grams of the substance will contain 6 x 10^23 molecules. This quantity is called one mole of the substance. The concept of mole is used widely in chemistry as a way to represent the number of molecules that are available to participate in chemical reactions. There are 92 naturally occurring elements, each differing from the others in the number of protons and electrons in its atoms. Living organisms are made of only a small selection of these elements.
The outermost electrons determine how atoms interact. The number and arrangement of its electrons determine the chemical properties of an atom. An atom is most stable when all of its electrons are at their lowest possible energy level and when each electron shell is completely filled. The number of electrons an atom must acquire of lose to attain a filled outer shell is known as its valence. Chemical bonds form between atoms as electrons move to reach a more stable arrangement. Clusters of two or more atoms held together by covalent bonds are known as molecules. There are two ways to create chemical bonds:
Also covalent and noncovalent chemical bonds have different strengths and lengths. Noncovalent bonds as a rule are much weaker.
Another noncovalent bond is the hydrogen bond, by which water is held together. These bonds are much weaker than covalent bonds. Molecules carrying positive or negative charges (ions) dissolve readily in water and are called hydrophilic, meaning that the are ‘water-loving’. Hydrophobic (water fearing) molecules on the other hand, are uncharged and form few or no hydrogen bonds, and so do not dissolve in water.
Substances that release protons when they dissolve in water and thus forming H3O+, are termed acids. The higher the concentration of H3O+, the more acidic the solution. The opposite of an acid is a base; any molecule capable of accepting a proton is called a base or alkaline. The concentration of H3O+ is expressed using the pH scale.
Living organisms contain a distinctive and restricted set of small carbon-based molecules that are essentially the same for every living species. The main categories are:
Sugars: a primary source of chemical energy for cells and can be incorporated intro polysaccharides for energy storage
Fatty acids: also important for energy storage, but their most essential functions is in the formation of cell membranes. There are two kinds of fatty acids saturated and non-saturated. The first has no double bounds between its carbon atoms and contains the maximum possible numbers of hydrogens. The non-saturated fatty acids have tails with one or more double bounds. These double bounds create kinks in the molecules, interfering with their ability to pack together in a solid mass. How tightly the fatty acids, found in cell membranes, pack affects the fluidity of the membrane.
Amino acids: the subunits of proteins. The covalent linkage between two adjacent amino acids in a protein chain is called a peptide bound, the chain of amino acids is also known as a polypeptide.
Nucleotides: the subunits of DNA and RNA
These four families of small organic molecules, together with the macromolecules made by linking them into long chains, account for a large fraction of a cell’s mass.
The vast majority of the dry mass of al cell consists of macromolecules, formed as polymers of sugars, amino acids, or nucleotides. Macromolecules are intermediated both in size and complexity between small molecules and cell organelles. They have many remarkable properties that are not easily deduced from the subunits from which they are made. Their remarkable diversity arises from the fact that each macromolecule has a unique sequence of subunits.
Noncovalent bounds specify the precise shape of a macromolecule: weak noncovalent bonds form between different regions of a macromolecule. Two types of noncovalent bounds are discussed earlier: ionic bounds and hydrogen bounds, but there is a third type of weak bound that result from ‘van der Waals attractions’. These attractions are a form of electrical attraction caused by fluctuating electric charges that whenever two atoms come within a very short distance of each other. These weak noncovalent bounds can cause the macromolecule to fold into a unique three-dimensional shape with a special chemistry, as seen in proteins.
Living organisms are able to exist because of a continual input of energy. Part of this energy is used to carry out essential functions, like reactions that support cellular metabolism, growth and reproduction, and the remainder is lost in the form of heat.
All animals live on energy stored in the chemical bonds of organic molecules made by other organisms, which they take as in food. Animals obtain food by eating plants or by eating animals that feed on plants. But ultimately, the primary source of energy for most living organisms is the sun.
Plants and photosynthetic bacteria use solar energy to produce organic molecules from carbon dioxide. They use the energy they derive from sunlight to form chemical bonds between atoms, linking them into small chemical building blocks such as sugar, amino acids, nucleotides and fatty acids. These small molecules in turn are converted into the macromolecules that form the plant.
The reactions of photosynthesis take place in two stages:
In the light-dependent stage energy for the sunlight is captured and transiently stored as chemical bond energy in specialized small molecules that carry energy in their reactive chemical groups. Oxygen is released as a by-product of the first stage.
In the second stage the molecules that serve as energy carriers are used to help drive a carbon-fixation process in which sugars are manufactured from carbon dioxide gas and water. By producing sugars, these light-independent reactions generate a critical source of stored chemical bond energy and materials.
The net result of the entire process of photosynthesis is:
Light energy + CO2 + H20 ® sugars + O2 + energy
To use to energy to live, grow and reproduce, organisms must extract it in a usable form. In both plants and animals, energy is extracted from food molecules by a process of oxidation, or controlled burning. Next to oxidation there is a process called cellular respiration. Photosynthesis and cellular respiration are complementary processes; cellular respiration uses the O2 to form CO2 from the same carbon atoms that had been taken up as CO2 and converted into sugars by photosynthesis. In this process, the organisms obtain the chemical bond energy that they need to survive.
Oxidation refers to the removal of electrons and reduction (the converse of oxidation) refers to the addition of electrons. Because the number of electrons is conserved in a chemical reaction – there is no net loss or gain – oxidation and reduction always occur simultaneously.
Cells use enzymes to catalyze the oxidation of organic molecules in small steps, through a sequence of reactions that allows useful energy to be harvested.
Each of the many hundreds of chemical reactions that occur in a cell is specifically catalyzed by an enzyme. Large numbers of different enzymes work in sequence to form chains of reactions, called metabolic pathways, each performing a particular set of functions in the cell.
Catabolic reactions break down food molecules through oxidative pathways and release energy. Anabolic reactions generate the many complex molecules needed by the cell, and they require an energy input. In animal cells, both the building blocks and the energy required for the anabolic reactions are obtained by catabolism.
Enzymes catalyze reactions by binding to particular substrate molecules in a way that lowers the activation energy required for making and breaking specific covalent bonds. The rate at which an enzyme catalyzes a reaction depends on how rapidly it finds its substrate and how quickly the product forms and then diffuses away. These rates vary widely from one enzyme to another, and they can be measured after mixing purified enzymes and substrates together under a set of defined conditions. In general, the stronger the binding of the enzyme and substrate, the slower their rate of dissociation.
If a reactions leads to a release of free-energy, this energy can be harnessed to do work or drive chemical reactions. Chemical reactions proceed only in the direction that leads to a loss of free energy; in other words, the spontaneous direction for any reaction is the direction that goes ‘downhill’. This kind of reaction is often said to be energetically favorable. But even energetically favorable reactions require activation energy to get them started!
As mentioned above, the push over the energy barrier is greatly aided by enzymes. A substance that can lower the energy barrier, and hence the activation energy of a reaction is termed a catalysts. Like all other catalysts, enzyme molecules themselves remain unchanged after participating in a reaction and therefore can function over and over again.
If the concentration of the substrate is increased progressively from a very low value, the concentration of the enzyme-substrate complex, and therefore the rate at which product is formed, initially increases in a linear fashion in direct proportion to substrate concentration. But at a very high concentration of substrate it reaches a maximum value, termed Vmax. At this point, the active sites of all enzyme molecules in the sample are fully occupied with substrate, and the rate of product formation depends only on how rapidly the substrate molecule can be processed; also called the turnover number.
The concentration of substrate needed to make the enzyme work efficiently is often measured by a different parameter, the Michaelis’ constant (Km). An enzyme’s Km is the concentration of substrate at which the enzyme works at half its maximum speed (0.5 Vmax). A low value of Km indicated that a substrate binds very tightly to the enzyme, and a large value corresponds to weak binding. But enzymes cannot change the equilibrium point for reactions!
Although enzymes speed up reactions, they cannot by themselves force energetically unfavorable reactions to occur. But this can be done through enzymes that directly couple energetically favorable reactions, which release energy and produce heat, to energetically unfavorable reactions, which use this energy. But (according to the second law of thermodynamics) a chemical reaction can proceed only if it results in a net increase of the disorder in the universe. The criterion for an increase of disorder can be expressed most conveniently in term of free energy (G) of a system. The free-energy change for a reaction, ∆G, measures the disorder, and it must be less than zero for a reaction to proceed.
Energetically favorable reactions are those that create disorder by decreasing the free energy of a system to which the belong; in other words, they have a negative ∆G. Conversely, energetically unfavorable reactions, with a positive ∆G, create order in the universe. Because energetically unfavorable reactions require energy, they can take place only if they are coupled to a second reaction with a negative ∆G so large that the net ∆G of the entire process is negative.
In concluding, by creating a reaction pathway that couples an energetically favorable reaction to an energetically unfavorable one, enzymes cause otherwise impossible chemical transformations to occur.
The free-energy change for a chemical reaction, ∆G, depends on the concentration of the reacting molecules, and it may be calculated from these concentrations if the equilibrium constant (K) of the reaction (of the standard free-energy change ∆Gº for the reactants) is known. Because the equilibrium constant of a reaction is related directly to the standard free energy change (∆Gº), it is often employed as a measure of the binding strength between molecules. This value is very useful as it indicates the specificity of the interactions between molecules.
Equilibrium constants govern all of the associations (and dissociations) that occur between macromolecules and small molecules in the cell. The equilibrium constant becomes larger as the binding energy between the two molecules increases, and the more likely that these molecules will be paired.
In living systems energy capture is achieved by means of a couple reactions, in which an energetically favorable reaction is used to drive and energetically unfavorable one that produces an activated carrier molecule. Coupling mechanisms require enzymes, and they are fundamental to all of the energy transactions in the cell. The most important of the activated carrier molecules are ATP, NADH and NADPH. ATP carries high-energy phosphate groups, whereas NADH an NADPH carry high-energy electrons.
The most important of the activated carrier molecules in cells is ATP (adenosine 5’-triphosphate). ATP is synthesized in an energetically unfavorable phosphorylation reaction in which a phosphate group is added to ADP (adenosine 5’-diphosphate). When required, ATP gives up this energy packet in an energetically favorable hydrolysis to ADP and inorganic phosphate. The regenerated ADP is then available to be used for another round of the phosphorylation reaction that forms ATP, creating an ATP cycle in the cell. Therefore, an energetically unfavorable biosynthetic reaction can be driven by ATP hydrolysis. For example, the synthesis of a polynucleotide likes RNA and DNA.
NAD+ and NADP+ each pick up a ‘packet of energy’ in the form of two high-energy electrons plus a proton (H+), becoming NADH and NADPH, respectively. Like ATP, NADPH is an activated carrier that participates in many important biosynthetic reactions that would otherwise be energetically unfavorable. NADH, by contrast, has a special role as an intermediate in the catabolic system of reactions that generate ATP through the oxidation of food molecules.
Food molecules provide the carbon skeletons for the formation of larger molecules. The covalent bonds of these larger molecules are typically produced in reactions that are coupled to energetically favorable bond changes in activated carrier molecules such as ATP and NADPH.
Proteins are by far the most structurally complex and functionally sophisticated molecules known. Proteins are assembled from a set of 20 different amino acids, each with different chemical properties. A protein molecule is made from a long chain of these amino acids, each linked to its neighbor through a covalent peptide bond. Proteins, therefore, are also called polypeptides. Each polypeptide chain consists of a backbone that supports the different amino acid side chain. The polypeptide backbone if formed from the repeating sequence of atoms along the polypeptide chain. Attached tot this repetitive chain are any of the 20 different amino acid side chains. These side chains give each amino acid its unique properties, for example hydrophobic, nonpolar or positively charged.
Each type of protein has a unique amino acid sequence that determines both its three-dimensional shape and its biological activity. Long peptides are very flexible and therefore proteins can fold in enormous number of ways. The folded structure of a protein is stabilized by noncovalent interactions between different parts of the polypeptide chain.
The final folded structure, of conformation, is the one in which the free energy (G) is minimized. A protein can be unfolded, or denatured, by treatment with certain solvents that disrupt the noncovalent interactions holding the folded chain together. When the denaturing solvent is removed, the protein often refolds spontaneously, or renatures, into its original conformation.
When proteins fold improperly, the can form aggregates that can damage cells and even whole tissue. Aggregated proteins underlie a number of neurodegenerative disorders, including Alzheimer’s disease and Huntington’s disease. Although a protein chain can fold into its correct conformation without outside help, protein folding in a living cell in generally assisted by special proteins called molecular chaperones. These proteins bind to partly folded chains and help them to fold along the most energetically favorable pathway. However, the final three-dimensional shape of the protein is still specified by its amino acid sequence: chaperones merely make the folding process more efficient and reliable.
Although the overall conformation of each protein is unique, two regular folding patterns are often found in parts of them. Hydrogen bonds between neighboring regions of the polypeptide backbone can give rise to regular folding patterns, known as a helices and b sheets. In an a helix the N-H of every peptide bond is hydrogen-bonded to the C=O of a neighboring peptide bond located four peptide bonds away in the same chain. In the case of the b sheet the individual polypeptide chains in the sheet are held together by hydrogen-bonding between peptide bonds in different strands, and the amino acid side chains in each strand project alternately above and below the plane of the sheet.
A a helix is generated when a single polypeptide chain turns around itself to form a structurally rigid cylinder. Sometimes a pair of a helices will wrap around one another to form a particularly stable structure, known as coiled-coil. This structure forms when the two a helices have most of their nonpolar (hydrophobic) side chains on one side, so that they can twist around each other with these side chains facing inwards. b Sheets are made when hydrogen bonds form between segments of polypeptide chains lying side by side. When the structure consists of neighboring polypeptide chains that run in the same orientation, it is considered a parallel b sheet; when it forms from a polypeptide chain that fold back and forth upon itself the structure is an antiparallel b sheet. b Sheets provide an ideal ice-binding surface in an antifreeze protein.
The structure of many proteins can be subdivided into smaller globular regions of compact three-dimensional structure, known as protein domain. So, a protein’s structure begins with its amino acid sequence, which is thus considered its primary structure. The next level of organization includes the a helices and b sheets that form within certain segments of polypeptide chain; these folds are elements of the protein’s secondary structure. The full, three-dimensional conformation formed by an entire polypeptide chain is referred as the tertiary structure. Finally, if a particular protein molecule is formed as a complex of more than one polypeptide chain, than the complete structure is designed its quaternary structure.
The same weak noncovalent bonds that enable a polypeptide chain to fold into a specific conformation also allows proteins to bind to each other to produce larger structures in the cell. Any region on a protein’s surface that interacts with another molecule through sets of noncovalent bonds is termed a binding site. If a binding site recognizes the surface of a second protein, the tight binding of two folded polypeptide chains at this site will create a larger protein molecule with a precisely defined geometry. Each polypeptide chain in such a protein is called a subunit. Each of these protein subunits may contain more than one domain.
There are different types of proteins:
Globular proteins: in which the polypeptide chain folds up into a compact shape like a ball with an irregular surface. Enzymes tend to be globular proteins.
Fibrous proteins: these have a relatively simple, elongated three-dimensional structure. These proteins are especially abundant outside the cell, where they form the gel-like extracellular matrix that helps cells bind together to form tissues. These proteins are secreted by cells into their surface roundings, where they often assemble into sheets of long fibrils. Collagen is the most abundant of these fibrous proteins in animal tissues, and another example is elastin.
To help maintain their structures, the polypeptide chains in such proteins are often stabilizes by covalent cross-linkages. The most common cross-links in proteins are covalent sulfur-sulfur bonds. These disulfide bonds (also called S-S bonds) form as proteins are being exported from cells. Their formation is catalyzed in the endoplasmatic reticulum by a special enzyme that links together two –SH groups from cysteine side chains that are adjacent in the folded protein.
The biological function of a protein depends on the detailed chemical properties of its surface and how it binds to other molecules, called ligands. The ability of a protein to bind selectively and with high affinity to a ligand is due to the formation of a set of weak, noncovalent bonds and favorable hydrophobic interactions. Each individual bond is weak, so that an effective interaction requires that many weak bonds be formed simultaneously. The region of a protein that associates with a ligand, known as its binding sites, usually consists of a cavity in the protein surface formed by a particular arrangement of amino acids. These amino acids belong to widely separated regions of the polypeptide chain that are brought together when the proteins fold.
All proteins must bind to particular ligands to carry out their various functions. But this binding capacity seems to have been most highly developed for proteins in the antibody family. Antibodies, or immunoglobulins, are proteins produced by the immune system in response to foreign molecules. Each antibody binds to a particular target molecule, either inactivating that target directly or marking it for destruction. An antibody is Y-shaped and has two identical binding sites for its antigen, one on each arm of the Y.
For many proteins, binding to another molecule is their only function, but there are some proteins for which ligand binding is simply a necessary first step in their functions. This class of proteins is called enzymes. Enzymes are proteins that first bind tightly to specific molecules, called substrates, and then catalyze the formation or breakage of covalent bonds in these molecules. At the active site of an enzyme, the amino acid side chains of the folded protein are precisely positioned so that they favor the formation of the high-energy transition states that the substrates must pass through to be converted to product.
The three-dimensional structure of many proteins has evolved so that the binding of a small ligand can induce a significant change in protein shape.
Although the order of amino acids in proteins gives molecules their shape and the versatility to perform different functions, sometimes the amino acids by themselves are not enough. So proteins often employ small nonprotein molecules to perform functions that would be difficult or impossible using amino acids alone. Examples of these proteins are retinal (the light-sensitive molecule attached to rhodopsin in our eyes) and heme (gives hemoglobin and blood its red color, and enables hemoglobin to pick up oxygen in the lungs and release it in the tissues).
Inside the cell most proteins and enzymes do not work continuously or at full speed. Instead, their activity is regulated so that the cell can maintain itself in a state of equilibrium, generating only those molecules it requires to thrive under the current conditions. To achieve this balans, the activities of cellular proteins are controlled in an integrated fashion, with consideration of what reactions are occurring in other parts of the cell. By coordinating when and how proteins function, the cell ensures that it does not deplete its energy reserves by accumulating molecules it does not require.
Regulation of enzyme activity occurs at many levels. At one level, the cell controls how many molecules of each enzyme it makes by regulating the expression of the gene that encodes that protein. At another level, the cell controls enzymatic activities by confining sets of enzymes to particular subcellular compartments, enclosed by distinct membranes (both mechanisms are discussed later in this summary). But the most rapid and general process used to adjust reactions rates operated at the level of the enzyme itself. In this case, an enzyme’s activity changes in response to other specific molecules that it encounters.
The interaction between sites that are located on separate regions of a protein molecule is known to depend on a conformational change in the protein: binding at one of the sites causes a shift in the protein’s structure from one folded shape to a slightly different folded shape. Feedback inhibition, for example, triggers a conformational change. Many, if not most, protein molecules are allosteric: they can adopt two or more slightly different conformations that differ in catalytic activity, and by a shift from one to another, their activity can be regulated. This is true not only for enzymes but for many other proteins like receptors, structural proteins, and motor proteins. The enzyme can be turned on or off by ligands that bind to a distinct regulatory site to stabilize either the active or the inactive conformation.
Enzymes are not only regulated by the binding of small molecules. A second method commonly used by eukaryotic cells to regulate protein activity involves attaching a phosphate group covalenty to one of its amino acids side chains. Removal of the phosphate group by a second enzyme returns the protein to its original conformation and restores its initial activity. This reversible protein phosphorylation controls the activity of many different types of proteins in eukaryotic cells.
Protein phosphorylation involves the enzyme-catalyzed transfer of the terminal phosphate group of ATP to the hydroxyl group on a serine, threonine, of tyrosine said chain of the protein. This reaction is catalyzed by a protein kinase. The reverse reaction – removal of the phosphate group, or dephosphorylation – is catalyzed by a protein phosphatase. Cells contain hundreds of different protein kinases, each responsible for phosphorylating a different protein or set of proteins. Cells also contain many different protein phosphatases.
For many proteins, a phosphate group is added to a particular side chain and then removed in a continuous cycle. Phosphorylation cycles of this kind allow proteins to switch rapidly from one state to another. The energy required to drive this cycle is derived from the free energy of hydrolysis of ATP.
Eucaryotic cells have another way to regulate protein activity by phosphate addition and removal. Instead of being enzymatically transferred from ATP to the protein, the phosphate is part of a guanine nucleotide (either GTP or GDP) that is bound tightly to the protein. Such GTP-binding proteins are in their active conformations with GTP bound; the protein itself then hydrolyses this GTP to GDP, by releasing a phosphate, and flips to an inactive conformation. As with protein phosphorylation, this process is reversible.
The GTP-binding proteins often bind to other proteins to control enzyme activities, and their crucial role in intracellular pathways will be discussed later in this summary.
In concluding, many thousands of proteins in a typical eucaryotic cell are regulated either by cycles of phosphorylation and dephosphorylation, or by the binding and hydrolysis of GTP by a GTP-binding protein.
As mentioned above, conformational changes in proteins play a central part in enzyme regulation and cell signaling. But conformational changes also play another important role in the operation of the cell: they enable proteins whose major function is to move other molecules, the motor proteins, to generate the forces responsible for muscle contraction and the movements of the cell. The hydrolysis of ATP to ADP by motor proteins produces directed movements in the cell.
Highly efficient proteins machines are formed by assemblies of allosteric proteins. In most protein machines the hydrolysis of bound nucleoside triphosphates (ATP or GTP) drives an ordered series of conformational changes in some of the individual protein subunits, enabling the ensemble of proteins to move coordinately. In this way, the appropriate enzymes can be moved directly into the positions where they are needed to carry out successive reactions in a series as, for example, protein synthesis or DNA replication.
Life depends on stable and compact storage of genetic information. Genetic information is carried by very long deoxyribonucleic acid (DNA) molecules and encoded in the linear sequence of nucleotides A, T, G and C.
A DNA molecule consists of two long polynucleotide chains known as DNA chains, or DNA strands. Each of these chains is composed of four types of nucleotide subunits, and the two chains are held together by hydrogen bonds between the base portions of the nucleotides, nucleotides are composed of a five-carbon sugar to which are attached one or more phosphate groups and a nitrogen-containing base. In the case of the nucleotides in DNA, the sugar is deoxyribose attached to a single phosphate group, and the base may by adenine (A), cytosine (C), guanine (G), or thymine (T). The nucleotides are covalently linked together in a chain through the sugars and phosphates, which thus form a ‘backbone’ of alternating sugar-phosphate-sugar-phosphate.
The two polynucleotide chains in the DNA double helix are held together by hydrogen-bonding between the bases on the different strands; G-C and A-T. All the bases are therefore on the inside of the helix, with the sugar-phosphate backbones on the outside.
Each strand of DNA has a chemical polarity due to the linkage of alternating sugars and phosphates in its backbone The members of each base pair can fit together within the double helix only if the two strands of the helix are antiparallel, that is, only if the polarity of one strand is oriented opposite to that of the other strand. A consequence of these base-pairing requirements is that each strand of a DNA molecule contains a sequence of nucleotides that is exactly complementary to the nucleotide sequence of its partner strand. This is crucial importance for the copying of DNA, as we will see later in the summary.
Large amounts of DNA are required to encode all the information needed to make just a single-celled bacterium, and far more DNA is needed to encode the instructions for the development of multicellular organisms like ourselves.
In eukaryotic cells, enormously long double-stranded DNA molecules are package into chromosomes can be easily apportioned between the two daughter cells at each cell division. In eucaryotes the DNA in the nucleus is distributed among a set of different chromosomes. Each chromosome consists of a single, enormously long, linear DNA molecule associated with proteins that fold and pack the fine thread of DNA into a more compact structure. The complex of DNA and protein is called chromatin.
With the exception of the germ cells (sperm and eggs) and highly specialized cells that lack DNA entirely, human cells each contain two copies of each chromosome, one inherited from the mother and one from the father; the maternal and paternal chromosomes of a pair are called homologous chromosomes (homologs). The only nonhomologous chromosome pairs are the sex chromosomes in males, where a Y chromosome is inherited from the father and an X chromosome from the mother.
A display of the full set of 46 chromosomes is called the human karyotype. Cytogeneticists use alterations in banding patterns to detect chromosomal abnormalities that are associated with some inherited defects and with certain types of cancer.
The genetic material of a eukaryotic cell is contained within one or more chromosomes, each formed from a single, enormously long DNA molecule that contains many genes. In general, the more complex an organism is, the larger its genome. Furthermore, how the DNA is apportioned over chromosomes also differ from one species to another. Humans have 46 chromosomes, but a species of small deer has only 6 chromosomes. Thus, although gene number is roughly correlated with species complexity, there is no simple relationship between gene number, chromosome number and total genome size.
To form a functional chromosome, a DNA molecule must be able to replicate, and the replicated copies must be separated and partitioned reliably into daughter cells at each cell division. These processes occur through an ordered series of stages, known collectively as the cell cycle.
Two stages are important:
During interphase, the cell is actively expressing its genes, and during this stage the chromosomes are extended as long, thin, tangled threads of DNA in the nucleus. Still during the interphase and before cell division, the DNA is replicated and the chromosomes are duplicated. Once DNA replication is complete, the cell can enter M phase, when mitosis occurs. Mitosis is the division of the nucleus. During this stage, the chromosomes condense, gene expression largely ceases, the nuclear envelope breaks down, and the mitotic spindle forms from microtubules and other proteins. The condensed chromosomes are captured by the mitotic spindle, and one complete set of chromosomes is pulled to each end of the cell. A nuclear envelope form around each chromosome set, and in the final step of M phase, the cell divides to produces two daughter cells.
Three DNA sequence elements are needed to produce a eukaryotic chromosome that can be replicated and then segregated at mitosis. These sequences ensure that the chromosome can be replicated efficiently and passed on to daughter cells.
Telomere: contain repeated nucleotide sequences that enable the ends of chromosomes to be replicated. They also protect the end of the chromosome from being mistaken by the cell as a broken DNA molecule in need of repair. But the function of telomeres is discussed later in this summary.
Replication origin
Centromere: this allows one copy of each duplicated chromosome to be apportioned to each daughter cell.
The nucleus is delimited by a nuclear envelope formed by two concentric membranes. The nuclear envelope is supported by two networks of protein filaments: one, the nuclear lamina, forms a thin layer underlying and supporting the inner nuclear membrane; while the other, less regularly organized, surrounds the outer nuclear membrane. The two membranes are punctured at intervals by nuclear pores, which actively transport selected molecules to and from the cytosol.
The most obvious example of chromosome organization in the interphase nucleus is the nucleolus. This is a region where the parts of different chromosomes carrying genes for ribosomal RNA cluster together. Here, ribosomal RNAs are synthesized and combined with proteins to form ribosomes, the cell’s protein-synthesizing machines.
Chromosomes in eukaryotic cells consist of DNA tightly bound to a roughly equal mass of specialized proteins. These proteins fold the DNA into a more compact form so that it can fit into a cell nucleus.
The proteins that bind to the DNA to form eukaryotic chromosomes are traditionally divided into two general classes: the histones and the nonhistone chromosomal proteins. The complex of DNA and both classes of protein in chromosomes is called chromatin. Histones are responsible for the first and most fundamental level of chromatin packing: they pack DNA into a repeating array of DNA-protein particles called nucleosomes.
An individual nucleosome core particle consists of a complex of eight histone proteins (two molecules each of the histone H2A, H2B, H3 and H4) and a double stranded DNA of about 146 nucleotide pairs that winds around this histone octamer. Each nucleosome core particle is separated from the next by a region of linker DNA.
All four of the histones that make up the nucleosome core are relatively small proteins with a high proportion of positively charged amino acids. The positive charges help the histones bind tightly to the negatively charged sugar-phosphate backbone of DNA. Each of the core histones also has a long N-terminal amino acid ‘tail’, which extends out from the DNA histone core. These histone tails are subject to several types of covalent modification that control many aspects of chromatin structure.
Nucleosomes are further packed upon one another to generate a more compact structure, the 30-nm fiber. This happens with the aid of histone H1 molecules, which is thought to pull the nucleosomes together into a regular repeating array. This fiber can be further coiled and folded, producing more compact chromatin structures. But, some forms of chromatin are so highly compacted that the packaged genes cannot be expressed into protein.
As daughter cells complete their separation following mitosis, the mitotic chromosomes unfold into a more extended form: the interphase chromosomes. However, the chromatin in an interphase chromosome is not in the same packing state throughout the chromosome. In general, regions of the chromosome that contain genes that are being expressed are more extended, while those that contain quiescent genes are more compact. The most highly condensed form of interphase chromatin is called heterochromatin. Heterochromatin typically makes up about 10% of an interphase chromosome, and in mammalian chromosomes, it is typically concentrated around the centromere region and in the telomeres at the ends of the chromosomes. Most DNA that is folded into heterochromatin does not contain genes. However, genes that do become packaged into heterochromatin usually become resistant to being expressed because heterochromatin is unusually compact. The rest of the interphase chromatin, which is in a variety of more extended states, is called euchromatin.
Eucaryotic cells have several ways to rapidly adjust the local structure of their chromatin. One approach takes advantage of chromatin remodeling complexes, protein machines that use the energy of ATP hydrolysis to change the structure of nucleosomes.
In concluding, chromatin structure is dynamic: by temporarily altering its structure (using chromatin remodeling complexes and enzymes that modify histone tails) the cell can ensure that proteins involved in gene expression, replication, and repair have rapid, localized access to the necessary DNA sequences.
The ability of a cell to maintain order in a chaotic environment depends on the accurate duplication of the vast quantity of genetic information carried in its DNA. This duplication process, called DNA replication, must occur before a cell can produce two genetically identical daughter cells.
Despite systems for protecting the genetic instructions form copying errors and accidental damage, permanent changes, or mutations, sometimes do occur. Mutations in the DNA often affect the information it encodes. Occasionally, this can benefit the organism in which a mutation occurs. However, mutations are often detrimental: they are responsible for thousands of inherited diseases and many types of cancer. Without the cellular systems that are continually monitoring and repairing damage to DNA, it is questionable whether life could exist at all.
As mentioned earlier, each strand of the DNA double helix contains a sequence of nucleotides that is exactly complementary to the nucleotide sequence of its partner strand. Each strand can therefore act as a template for the synthesis of a new complementary strand.
The ability of each strand of a DNA molecule to act as a template for producing a complementary strand enables a cell to copy, or replicate, its genes before passing them on to its descendants. This replication is performed by a cluster of proteins that together form a ‘replication machine’. In each round of replication, each of the two strands of DNA is used as a template for the formation of a complementary DNA strand. The original strands, therefore, remain intact through many cell generations. DNA replication is called ‘semiconservative’ because each daughter DNA double helix is composed of one conserved strand and one newly synthesized strand.
The DNA double helix is normally very stable, because the two DNA strands are locked together by the large numbers of hydrogen bonds between the bases on both strands. The process of DNA replication begins by initiator proteins that bind to the DNA and pulled the two strands apart, by breaking the hydrogen bonds between the bases. Although the hydrogen bonds collectively make the DNA helix very stable, individually each hydrogen bond is weak. Separating a short length of DNA does not therefore require a large energy input. The positions at which the DNA is first opened are called replication origins, and they are usually marked by a particular sequence of nucleotides. An A-T base pair is held together by fewer hydrogen bonds than is a G-C base pair, therefore DNA rich in A-T base pairs is relatively easy to pull apart, and A-T-rich stretches of DNA are typically found at replication origins.
Once an initiator protein binds to DNA at the replication origin and locally opens up the double helix, it attracts a group a proteins that carry out DNA replication. This group operates as a protein machine, with each member carrying out a specific function.
As a DNA molecule replicates, its two strands are pulled apart to form one or more Y-shaped replication forks. At these forks, the replication machine is moving along the DNA, opening up the two strands of the double helix and using each strand as a template to make a new daughter strand. The enzyme DNA polymerase, situated in the fork, catalyzes the addition of nucleotides to the 3’ end of a growing DNA strand by forming a phosphodiester bond between this end and the 5’-phosphate group of the incoming nucleotide.
In concluding, DNA polymerase can catalyze the growth of the DNA chain in only one direction: the 5’-to-3’ direction. This problem is solved by the use of a ‘backstitching’ maneuver. The DNA strand whose 5’ end must grow is made discontinuously, in successive separate small pieces, with the DNA polymerase working backward from the replication fork in the 5’-to-3’ direction for each new piece. These pieces, called Okazaki fragments, are later ‘stitched’ together (by the enzyme ligase) to form a continuous new strand. The DNA strand that is synthesized discontinuously in this way is called the lagging strand; the strand that is synthesized continuously is called the leading strand. Because both of the new strands are synthesized in the 5’-to-3’ direction, the DNA replication forks are asymmetrical.
DNA polymerase replicated a DNA template with remarkable fidelity, making less tan one error in every 10^7 bases read. This is possible because the enzyme removes its own polymerization errors as it moves along the DNA (proofreading). Before the enzyme adds a nucleotide to a growing DNA chain, it checks whether the previous nucleotide added is correctly base-paired to the template strand. If so, the polymerase adds the next nucleotide; if not, the polymerase removes the mispaired nucleotide by cutting the phosphodiester bond it has just made, releases the nucleotide, and tries it again. Thus, DNA polymerase possess both a 5’-to-3’ polymerization activity and a 3’-to-5’ exonuclease (nucleic acid-degrading) activity.
This proofreading mechanism explains why DNA polymerase synthesize DNA only in the 5’-to-3’ direction. If DNA is synthesized in the 3’-to-5’ direction is would be unable to proofread: because if it removed an incorrectly paired nucleotide, the polymerase would create a chain end that is dead and unable to elongate.
Because the polymerase can join a nucleotide only to a base-paired nucleotide in a DNA double helix, it cannot start a completely new DNA strand. A different enzyme is needed and it is called primase. This enzyme makes short lengths of RNA, called primers, which are subsequently erased and replaced with DNA.
For the leading strand, an RNA primer is needed only to start replication at a replication origin; once a replication fork has been established, the DNA polymerase is continuously present with a base-paired 3’ end as it tracks along the template strand. But on the lagging strand, where DNA synthesis is discontinuous, new primers are needed continually.
To produce a continuous new DNA strand from the many separate pieces of RNA and DNA made on the lagging strand, three additional enzymes are needed. These act quickly to remove the RNA primer (nuclease), replace it with DNA (repair polymerase), and join the DNA fragments together (ligase).
DNA replication requires the cooperation of many proteins: at the head of the replication machine is a helicase, a protein that uses the energy of ATP hydrolysis to speed along DNA, unzipping the double helix as it moves. Another component of the replication machine, the single-strand binding proteins clings to the single-stranded DNA exposed by the helicase and transiently prevents is from re-forming base pairs. Yet another protein, called a sliding clamp, keeps the DNA polymerase firmly attached to the DNA template; on the lagging strand, the sliding clamp releases the polymerase from the DNA each time an Okazaki fragment is completed. This clamp proteins forms a ring around the DNA helix and binds polymerase, allowing it to slide along a template strand as it synthesis new DNA.
Most of the proteins involved in DNA replication are thought to be held together in a large multienzyme complex that moves as a unit along the DNA, enabling DNA to be synthesized on both strands in a coordinated manner.
Genetic information can be stored stably in DNA sequences only because a variety of DNA repair enzymes continuously scan the DNA and correct replication mistakes and replace damaged nucleotides. DNA can be repaired easily because one strand can be corrected using the other strand as a template.
In eucaryotes, a special enzyme called telomerase replicated the DNA at the ends of the chromosomes. Telomerase adds multiple copies of the same telomere DNA sequence to the ends of the chromosomes, thereby producing a template that allows replication of the lagging strand to be completed.
To survive and reproduce, individuals must be genetically stable. This stability is achieved not only through the extremely accurate mechanism for replicating DNA, but also through mechanisms for correcting the rare copying mistakes made by the replication machinery and for repairing the accidental damage that continually occurs to the DNA. Most of these changes in DNA are only temporary because they are immediately corrected by processes collectively called DNA repair.
Only rarely do the cell’s DNA replication and repair processes fail and allow a permanent change in the DNA. Such a permanent change is called a mutation. For example, a single nucleotide change causes the inherited disease sickle-cell anemia. It is very important to protect reproductive cells (germ cells) against mutation, because a mutation in one of these cells will be passed on to all the cells in the body of the multicellular organism that develops from it, including the germ cells for production of the next generation. However, the other cells (somatic cells) must also be protected from genetic change to safeguard the health and well-being of the individual. Therefore, cells have acquired an elegant set of mechanisms to reduce the number of mutations that occur in their DNA.
The rare copying mistakes that slip through the DNA replication machinery are dealt with by the mismatch repair proteins, which monitor newly replicated DNA and repair copying mistakes. The overall accuracy of DNA replication, including mismatch repair, is one mistake per 10^9 nucleotides copied.
A complex of mismatch repair proteins recognizes the DNA mismatches, removes (excises) one of the two strands of DNA involved in the mismatch, and resynthesizes the missing strand. To be effective in correcting replication mistakes, this mismatch repair system must always excise only the newly synthesized DNA, and thus, eliminating the mutation by using the original (old) template strand as the template. The importance of mismatch repair in humans was recognized when it was discovered that an inherited predisposition to certain cancers (especially some types of colon cancer) is caused by a mutation in the gene responsible for producing one of the mismatch repair proteins.
DNA is continually suffering damage in cells. There are many ways in which the DNA can be damaged, and these require other mechanism, than mismatch repair proteins, for their repair. Depurination and deamination are the most frequent chemical reactions known to create serious DNA damage in the cell. Furthermore, the ultraviolet radiation in sunlight causes also DNA damage.
The basic mechanism of DNA repair involved three steps:
In step one (excision), the damage is recognized and removed by one of a variety of different nuclease, which cleave the covalent bond that join the damaged nucleotides to the rest of the DNA molecule, leaving a small gap on one of the DNA double helix in this region. In step two (resynthesis), a repair DNA polymerase binds to the 3’-hydroxyl ends of the cut DNA strand. In then fills the gap by making a complementary copy of the information stored in the undamaged strand. In step three (ligation), DNA ligase seals the nick left in the sugar-phosphate backbone of the repaired strand. Nick sealing requires energy from ATP hydrolysis, remakes the broken phosphodiester bond between the adjacent nucleotides.
teps two and three are nearly the same for most types of DNA repair, including mismatch repair. However, step one uses a series of different enzymes, each specialized for removing different types of DNA damage.
Homologous recombination is the process by which two double-stranded DNA molecules of similar nucleotide sequence can cross over to create DNA molecules of novel sequence. Homologous recombination begins with a double-strand break in a chromosome, creating a complete break in the DNA molecule. The 5’ ends at the break are then chewed back by a DNA-digesting enzyme, creating protruding single-stranded 3’ ends. Each of these single strands then searches for a homologous, complementary DNA helix with which to pair, leading to the formation of a ‘joint-molecule’ between the two chromosomes. The nicks in the DNA strands are then sealed and this is known as a cross-strand exchange or ‘Holliday junction’. To regenerate two separate DNA molecules, the two crossing strands must be cut. The structure undergoes a series of rotational movements so that the two original noncrossing strands become crossing and vice versa.
Homologous recombination provides many advantages to cells and organisms:
In homologous recombination, DNA rearrangements occur between DNA segments that are very similar in sequence. A second type of recombination, called site-specific recombination, allows DNA exchange to occur between DNA double helices that are not similar in nucleotide sequences. Mobile genetic elements are thought to play a crucial role in this process. Mobile genetic elements are DNA sequences that can move from place to place in the genomes of their host. This movement creates change in the host genome provides a source of genetic variation.
More than 50% of the human genome consists of DNA that is repeated many times in the genome. Approximately two-thirds of this repeated DNA (about 34% of the total genome) consists of two classes of transposons that have multiplied to especially high copy numbers in the genome. Retrotransposons move via an RNA intermediate, instead of a DNA intermediate. One type of retrotransposon, the L1 element (or LINE-1), is a highly repeated sequence that constitutes about 15% of the total mass of the human genome.
Viruses are mobile genetic elements that can escape from cells
Viruses are little more than genes packaged in protective protein coats. They require host cells in order to reproduces themselves. Viral genomes can be made of DNA or RNA and can be single-stranded or double-stranded. One group of RNA viruses – the retrovirus – must copy their RNA genomes into DNA in order to replicate. The human immunodeficiency virus (HIV), which is the cause of AIDS, is a retrovirus.
When a particular protein is needed by the cell, the nucleotide sequences of the appropriate portion of the immensely long DNA molecule in a chromosome is first copies into another type of nucleic acid – RNA (ribonucleic acid). It is these RNA copies of short segments of the DNA that are used as templates to direct the synthesis of the protein.
The flow of genetic information in all living cells is therefore from DNA ® RNA ® protein. The conversation of the genetic instructions in DNA into RNAs and proteins is termed gene expression.
To express the genetic information carried in DNA, the nucleotide sequence of a gene is first transcribed into RNA. Like DNA, RNA is a linear polymer made of four different types of nucleotide subunits linked together by phosphodiester bonds. It differs from DNA chemically in two ways:
The nucleotides in RNA are ribonucleotides; they contain the sugar ribose rather than deoxyribose
Although RNA and DNA both contain the bases adenine (A), guanine (G), and cytosine (C), RNA contains uracil (U) instead of thymine (T) found in DNA.
Next to the chemical differences, there are also important differences in overall structure. Whereas DNA always occurs in cells as a double-stranded helix, RNA is single-stranded. This difference has important functional consequences; because RNA is single-stranded it can fold up into a variety of three-dimensional shapes. As we will see later in this summary, this ability allows RNA to carry out different functions, like for example catalytic functions.
All of the RNA in a cell is made by transcription. The enzymes that carry out transcription are called RNA polymerase. RNA polymerases catalyze the formation of phosphodiester bonds that link the nucleotides together and form the sugar-phosphate backbone of the RNA chain. The RNA polymerase moves stepwise along the DNA, unwinding the DNA helix to expose a new region of the template strand for complementary base-pairing. Nucleotide sequences in the DNA molecule indicate to the RNA polymerase where to start and stop transcribing. A promotor contains a sequence of nucleotides indicating the starting point for RNA synthesis. A subunit of bacterial polymerase, called sigma (s) factor, is primarily responsible for recognizing the promotor sequence on DNA.
RNA polymerase make about one mistake for every 10^4 nucleotides copied into RNA, compared with an error rate for DNA polymerase of about one in 10^7 nucleotides. Although RNA polymerase catalyzes essentially the same chemical reactions as DNA polymerase, there are some important differences between the two enzymes:
Cells make several different functional types of RNA, including messenger RNA (mRNA), which carries the instructions for making proteins, ribosomal RNA (rRNA), which is a component of ribosome’s; and transfer RNA (tRNA), which acts as an adaptor molecule in proteins synthesis.
Although the templating principle by which DNA is transcribed into RNA is the same in all organisms, the way in which the RNA transcripts are handled before the can be used by the cell differs a great deal between bacteria and eucaryotes. Bacterial DNA lies directly exposed to the cytoplasm, which contains the ribosomes on which protein synthesis takes places. In eukaryotic cells, by contrast, DNA is enclosed within the nucleus. Transcription takes place in the nucleus, but protein synthesis takes place on ribosomes in cytoplasm. So, before mRNA can be translated, it must be transported out of the nucleus. In addition, before RNA exists in the nucleus, it must go through several different RNA processing steps. Two processing steps that occur only on transcripts destines to become mRNA molecules are:
These two modifications are thought to increase the stability of the eukaryotic mRNA molecule, to aid its export from the nucleus to the cytoplasm, and to generally identify the RNA molecule as an mRNA. They are also used by the protein-synthesis machinery as an indication that both ends of the mRNA are present and that the message is therefore completed.
In eukaryotic DNA most genes are composed of a number of smaller coding regions (exons) interspersed with noncoding regions (introns). When a eukaryotic gene is transcribed from DNA into RNA, both exons and introns are copied. After capping, as the RNA polymerase continues to transcribe the gene, the process of RNA splicing begins, in which the intron sequences are removed from the newly synthesized RNA and the exons are stitched together. RNA splicing is performed by RNA molecules that recognize intron-exon boundaries and participate in the chemistry of splicing. These RNA molecules, called small nuclear RNAs (snRNAs), bind with additional proteins to form small nuclear ribonucleoprotein particles (snRNPs). These snRNPs form the core of the spliceosome, the largely assembly of RNA and protein molecules that performs RNA splicing in the cell. To splice an RNA, a group of snRNPs assemble at an intron-exon boundary, cut out the intron, and rejoin the RNA chain.
In concluding, eucaryotic mRNAs go through several additional RNA processing steps before the leave the nucleus, including RNA capping and polyadenylation. These reactions, along with splicing, are tightly coupled to transcription and take place as the RNA is being transcribed. The mature mRNA then moves to the cytoplasm. Furthermore, RNA splicing enables eucaryotes to increase the already enormous coding potential of their genomes.
Translation is the ‘transfer of the information’ in RNA into proteins. Because there are only 4 different nucleotides in mRNA and 20 different types of amino acids in a protein, this translation cannot be accounted for by a direct one-to-one correspondence between a nucleotide in RNA and an amino acid in protein. The rules by which the nucleotide sequence of a gene, through the medium of mRNA, is translated into the amino acid sequence of a protein are known as the genetic code.
Translation of the nucleotide sequence of mRNA into a protein takes place in the cytoplasm on large ribonucleoprotein assemblies called ribosomes. These attach to the mRNA and move stepwise along the mRNA chain, translating the message into protein. The nucleotide sequence in mRNA is read in sets of three nucleotides (codons), each codon corresponding to one amino acid. The correspondence between amino acids and codons is specified by the genetic code. The possible combinations of the 4 different nucleotides in RNA give 64 (4x4x4) different codons in the genetic code. Most amino acids are specified by more than one codon.
The codons in an mRNA do not directly recognize the amino acids they specify. Rather, the translation of mRNA into proteins depends on adaptor molecules that can recognize and bind both to the codon and to the amino acid. These adaptors consist of a set of small RNA molecules known as transfer RNAs (tRNAs).
tRNA acts as an adaptor molecule in protein synthesis and enzymes called aminoacyl-tRNA synthetases link amino acids to their appropriate tRNAs. Each tRNA contains a sequence of three nucleotides, the anticodon, which matches a codon in mRNA by complementary base-pairing between codon and anticodon.
Recognition and attachment of the correct amino acid depends on enzymes called aminoacyl-tRNA synthetases, which covalently couple each amino acid to its appropriate set of tRNA molecules. There is a different synthetase enzyme for each amino acid. The synthetase-catalyzed reaction that attaches the amino acid to the 3’ end of the tRNA is one of the many cellular reactions coupled to the energy-releasing hydrolysis of ATP. And it produces a high-energy bond between the charged tRNA and the amino acid. The energy of this bond is used at a later stage in protein synthesis to covalently link the amino acid to the growing polypeptide chain.
Each ribosome has a binding site for mRNA and three binding sites for tRNA. The tRNA sites are designated the A-, P-, and E-sites. Protein synthesis begins when a ribosome assembles at an initiation condon (AUG) in mRNA, a process that is regulated by proteins called translation initiation factors. Of all the charged tRNAs in the cell, only the charged initiator tRNA is capable of tightly binding to the P-site of the small ribosome subunit. The completed protein chain is released from the ribosome when a stop codon (UUA, UAG, of UGA) is reached. Proteins known as release factors bind to any stop codon that reaches the A-site on the ribosome, and this binding alters the activity of the peptidyl transferase in the ribosome, finally causing the release of the protein into the cytoplasm.
The stepwise linking of amino acids into a polypeptide chain is catalyzes by an rRNA molecule in the large ribosomal subunit. Thus the ribosome is an example of a ribozyme, an RNA molecule that can catalyze a chemical reaction.
The degradation of proteins in the cell is carefully controlled. Cells possess specializes pathways to enzymatically break proteins down into their constituent amino acids – a process called proteolysis. The enzymes that degrade proteins are known collectively as proteases. Proteases act by hydrolyzing the peptide bonds between amino acids. One function of the proteolytic pathways is to rapidly degrade those proteins whose lifetimes must be short. Another is to recognize and eliminate proteins that are damaged or misfolded. Eliminating improperly folded proteins is critical for an organism, because neurodegenerative disorders such as Huntington’s and Alzheimer’s are caused by the aggregation of misfolded proteins. Some proteins are degraded in the cytosol by large protein complexes called proteasomes. Proteasomes act primarily on proteins that have been marked for destruction by the covalent attachment of a small protein called ubiquitin.
From our knowledge of present-day organisms and their molecules, it seem likely that living systems began with the evolution of RNA molecules that could catalyze their own replication. We have seen that a protein is able to catalyze a biochemical reaction because is has a special surface on which a given substrate can react. In the same way, RNA molecules, with their unique folded three-dimensional shapes, can serve as enzymes. Although the fact that they are constructed of only four different subunits limits their catalytic efficiency and the range of chemical reactions they can catalyze compared with proteins. So, most catalytic functions in present-day cells have been taken over by proteins.
It has been proposed that, as cells evolved, the DNA double helix replaced RNA as a more stable molecule for storing increased amounts of genetic information, and proteins replaced RNAs as major catalytic and structural components.
The flow of information in present-day living cells is DNA ® RNA ® protein, with RNA serving primarily as a go-between. Some important reactions, however, are still catalyzed by RNA; these are thought to provide a glimpse into the ancient, RNA-based world.
A typical eukaryotic cell expresses only a fraction of it genes, and the distinct types of cells in multicellular organisms arise because different sets of genes are expressed as a cell differentiates. So, the different cell types of a multicellular organism contain the same DNA and, therefore all the genetic instructions necessary to direct the formation of a complete organism. Hence, the cells of an organism differ not because they contain different genes, but because they express them differently.
Although all of the steps involved in expressing a gene can in principle be regulated, for most genes the initiation of transcription is the most important point of control. Thus a cell can control the proteins it makes by:
We saw earlier that the promoter region of a gene attracts the enzyme RNA polymerase and correctly orients the enzyme to begin its task of making an RNA copy of the gene. The promoters of both bacterial and eukaryotic genes include an initiation site, where transcription begins. In addition to the promoter, nearly all genes have regulatory DNA sequences that are used to switch the gene on or off. Regulatory DNA sequences do not work by themselves; to have any effect these sequences must be recognized by proteins called gene regulatory proteins that bind to the DNA. It is the combination of a DNA sequence and its associated protein molecules that acts as the switch to control transcription.
Although each gene regulatory protein has unique features, most bind to DNA using one of a small number of protein structure motifs. The precise amino acid sequence that is folded into the DNA-binding motif determines the particular DNA sequence that is recognized. The DNA-binding motifs are the homeodomain that consists of three linked α helices; the zinc finger that is built from an α helix and a β sheet held together by a molecule of zinc; and the leucine zipper that is formed by two α helices.
RNA polymerase binds to the DNA and initiates transcription at a site called promoter. However, within the promoter is a short DNA sequence that is recognized by a gene regulatory protein. When the regulatory protein binds to this nucleotide sequence, termed the operator, it blocks access of RNA polymerase to the promoter. This prevents transcription of the operon and production of the tryptophan-producing enzymes; it switches genes off. The gene regulatory protein is known as the tryptophan repressor, and it is regulated in a clever way: the repressor can bind only to DNA if it has also bound several molecules of the amino acid tryptophan. Therefore, the tryptophan repressor in an allosteric protein: the binding of tryptophan causes subtle change in its three-dimensional structure so that it can now bind to the operator DNA.
Other bacterial gene regulatory proteins operate in the opposite manner by switching genes on, or activating them. These activator proteins bind to a regulatory sequence on the DNA and then interacts with the RNA polymerase to help it initiate transcription. Without the activator, the promoter fails to initiate transcription efficiently.
Regulation of transcription in eucaryotes differs in four important ways from that in bacteria:
While bacteria contain a single type of RNA polymerase, eukaryotic cells have three: RNA polymerase I / II / III. These polymerases are responsible for transcribing different types of genes. RNA polymerases III and I transcribe the genes encoding tRNA, rRNA and small RNAs. RNA polymerase II transcribes the vast majority of eukaryotic genes.
Bacterial RNA polymerase is able to initiate transcription without the help of additional proteins. However, eucaryotic RNA polymerases require the assembly of proteins called general transcription factors. The general are thought to position the RNA polymerase correctly at the promoter, to aid in pulling apart the two strands of DNA to allow transcription to begin, and to allow RNA polymerase to leave the promoter as transcription begins.
In bacteria, regulatory proteins usually bind to regulatory DNA sequences close to where RNA polymerase binds and then either activate or repress transcription of the gene. In eucaryotes, these regulatory DNA sequences are often separated from the promoter by many thousands of nucleotide pairs. So, in eucaryotes gene activation occurs at a distance.
Initiation of transcription in eukaryotic cells must also take into account the packing of DNA into nucleosomes and more compact forms of chromatin structure.
Eucaryotic gene regulatory proteins act in two fundamental ways:
In eucaryotes, the expression of a gene is generally controlled by a combination of gene regulatory proteins. The regulatory proteins do not each function individually, but they work together as a ‘committee’ to control gene expression.
In multicellular plants and animals, the production of different gene regulatory proteins in different cell types ensures the expression of only those genes appropriate to the particular type of cell. Although all cells must be able to switch genes on and off, multicellular organisms require special gene switching mechanisms for generating and maintaining their different types of cells. Once a cell in a multicellular organism has become differentiated into a particular cell type, it will generally remain differentiated, and if it is able to divide, all it progeny cells will be of that same cell type. This means that the changes in gene expression that give rise to a differentiated cell must be remembered and passed on to its daughter cells through all subsequent cell divisions. Cells have several ways of ensuring that daughter cells remember what kind of cells they are supposed to be:
Trough a positive feedback loop, where a key gene regulatory protein activates transcription of its own gene in addition to that of other cell-type-specific genes
Trough the propagation of a condensed chromatin structure from parent to daughter cell even though DNA replication intervenes
A single gene regulatory protein, if expressed in the appropriate precursor cell, can trigger the formation of a specialized cell type or even an entire organ.
The vast diversity of life we see around us has arisen through changes in DNA sequences that have accumulated since the first cells on earth arose some 3.5 billion years ago.
Genetic changes that offer an organism a selective advantage or those that are selectively neutral are the most likely to be perpetuated. Changes that seriously compromise an organism’s fitness are eliminated through natural selection.
Genetic variation (the raw material for evolutionary change) occurs by a variety of mechanisms and each of these forms of genetic variation has played an important part in the evolution of modern organisms:
Mutations within a gene: an existing gene can be modified by mutations that change a single nucleotide or that delete or duplicate on or more nucleotides in its DNA sequence. These so called point mutations typically arise from small errors in DNA replication or repair.
Gene duplication: an existing gene, a larger segment of DNA, or even a whole genome can be duplicated, creating a set of closely related genes within a single cell. Gene duplication is one of the most important sources of genetic diversity. Once a gene has been duplicated, one of the two gene copies is free to mutate and become specialized to perform a different function. Repeated rounds of this process of duplication and divergence can allow one gene to give rise to a whole family of genes within a single genome.
Gene deletion: individual genes, or whole blocks of genes can be lost through chromosome breakage and failures of repair.
Exon shuffling: the evolution of new proteins is thought to have been greatly facilitated by the organization of eukaryotic genes as relatively short exons separated by long, noncoding introns. The presence of introns greatly increases the probability that a chance recombination event generate a functional hybrid gene by joining together two initially separate exons coding for quite different protein domains; this process called exon shuffling.
Horizontal (intracellular) gene transfer: a piece of DNA can be transferred from the genome of one cell to that of another, even to that of another species. This process is rare among eucaryotes, but common among procaryotes.
By comparing the nucleotide or amino acid sequences of contemporary organisms, we are beginning to able to reconstruct how genomes have evolved in the billions of years that elapsed since the appearance of the first cells.
The human genome contains 3.2 x 10^9 nucleotide pairs divided among 22 autosomes and 2 sex chromosomes. The human genome sequence refers to the complete nucleotide sequence of the DNA contained in these 24 chromosomes.
Individual human differ from one another by an average of 1 nucleotide pair in every 1000; this variation underlies our individuality and provides the basis for identifying individuals by DNA analysis.
The first characteristic feature of the human genome is how little of it (only a few percent) codes for proteins or for structural or catalytic RNAs. Much of the remaining DNA is made up of transposable elements that have gradually colonized our genome over evolutionary time. A second feature of the human genome is the very large average size of 27.000 nucleotide pairs. Only about 1300 nucleotide pairs are required to encode a protein of average size, and most of the remaining DNA is a gene consists of long stretches of noncoding DNA that interrupt the relatively short protein-coding exons. Finally, the nucleotide sequence of the human genome has revealed that the critical information it carries seems to be in an alarming state of disarray.
A major obstacle in interpreting the nucleotide sequences of human chromosomes is the fact that much of the sequence appears unimportant. Comparative genome analyses provide a valuable tool for indentifying genes as well as functionally important regulatory sequences. Knowing the location, and possibly the function, of a gene in one genome consequently makes it easier to identify and predict the function of the corresponding gene in the other genome. Such comparisons have revealed that mice and humans share most of the same genes, and that large blocks of the mouse and human genomes contain these genes in the same order.
Even with the human genome in hand, many questions will continue to challenge cell biologists throughout the next century. Perhaps most puzzling is to determine how organisms built from essentially the same set of proteins can be so different. This will require understanding how genes are regulated and alternatively spliced to define each organism’s developmental programs.
Several approaches can be used to separate a particular type of cell from the cells that surround it in the body. If the cells are part of a compact tissue, they must first be dissociated from each other. This is often accomplished using proteolytic enzymes and other agent that disrupt the adhesive bonds between cells. Next, the different types of cells in the tissue must be isolated from each other. A fluorescence-activated cell sorter allows the isolation of specific types of cells. The isolated cells can be used for biochemical analysis or for establishing cell cultures.
Many animal and plant cells survive and proliferate in culture provided they have suitable medium containing nutrients and the necessary growth factor proteins. Experiments performed using cultured cells are said to be carried out in vitro (‘in glass’) to contrast them with experiments on intact organisms, which are said to be carried out in vivo (‘in the living’).
Most vertebrate cells cease to proliferate after a finite number of cell divisions. Like most human somatic cells, these cells do not express the enzyme telomerase, whose renew the ends of chromosomes at each cell division. As a result the chromosomes of human somatic cells progressively shrink at each cell division, and cell division stops when critical information is lost from the ends of chromosomes. This feature ensures that somatic cells do not divide indiscriminately and develop into cancerous cells. Cells that can divide indefinitely as the result of a genetic change are said to be immortalized and can be propagated in culture as a cell line. Immortalized cell lines can be regenerated by providing the cells with the gene that encodes the catalytic subunit of telomerase. The cell lines provide a convenient source of homogeneous cells.
Among the most promising cell lines to be developed are the human embryonic stem (ES) cell lines. The critical importance of these cell lines is the fact that the cells are undifferentiated; and given the appropriate treatment, they can give rise to any tissue in the body.
Recombinant DNA technology has revolutionized the study of the cell, making it possible for researchers to pick any gene at will from the thousands of genes in a cell, and after an amplification step, to determine the exact molecular structure of the gene. A crucial element in this technology is the ability to cut a large DNA molecule into a specific and reproducible set of DNA fragments using restriction nucleases, each of which cuts the DNA double helix only at a particular nucleotide sequence. In general, a nuclease catalyzes the hydrolysis of a phosphodiester bond in a nuclei acid. The restriction nucleases used in DNA technology come mainly from bacteria.
After a large DNA molecule is cleaved into smaller pieces using restriction nuclease, it is often desirable to separate the DNA fragments from one another. This is usually accomplished using gel electrophoresis, which separates the fragments on the basis of their length. When a voltage is applied across the gel slab, the DNA fragments migrate toward the positive electrode (DNA is negatively charged); the larger fragments migrate more slowly and after several hours the DNA fragments become spread out across the gel according to size. Isolating a particular DNA fragment is simple: a small section of the gel can now be cut out. Techniques are now available for rapidly determining the nucleotide sequence of any isolated DNA fragment.
In 1970 researchers developed methods that allows the nucleotide sequence of any purified DNA fragment to be determined simply and quickly. These techniques have made it possible to determine the complete nucleotide sequences of the genomes of dozens of single-celled organisms (including bacteria, archaea, and yeasts), as well as several more complex organisms.
Several schemes for sequencing DNA have been developed, but the enzymatic or dideoxy method is the most commonly used technique. The process of interpreting a genome sequence by locating its genes and assigning functions to them is called annotation. Identifying genes is easiest when the DNA sequence is from a simple genome that lacks introns and other nonessential DNA.
We have seen that the two strands of a double helix DNA are held together by weak hydrogen bonds that can be broken by heating the DNA to around 90°C or by subjecting it to extremes of pH. These treatments release the two strands from each other but do not break the covalent bonds between the nucleotides. If this process is slowly reversed (slowly lowering the temperature to normal body temperature of by bringing the pH back to neutral), the complementary strands will readily re-form double helices. This process is called hybridization or renaturation, and its results from a restoration of the complementary hydrogen bonds.
Nucleic acid hybridization can detect any given DNA or RNA sequence in a mixture of nucleic acid fragments. This technique relies on the fact that a single strand of DNA or RNA will form a double helix only with another nucleic acid strand of the complementary nucleotide sequence. Single-stranded DNAs of known sequences and labeled with fluorescent dyes or radioisotopes are used as probes in hybridization reactions. Nucleic acid hybridization can be used to detect the precise location of genes in chromosomes, or RNAs in cells and tissues.
To search for a nucleotide sequence by hybridization, a piece of nucleic acid is needed to search with. This DNA probe is a single-stranded DNA molecule that is used in hybridization reactions to detect nucleic acid molecules containing a complementary sequence. In the past, scientists were limited to using probed that could be obtained from natural sources. Today, short DNA strands of any sequence can be made by chemical (nonenzymatic) synthesis in the laboratory. Of the many uses of DNA probes, one of the most important is in identifying carriers of genetic diseases. More than 3000 different human genetic diseases are caused by mutations in single genes, including sickle-cell anemia. For some of these diseases, it is now possible to identify early in a pregnancy fetuses that carry two copies of a defective gene; this information may be the factor in decisions relating to possible termination of the pregnancy. A common laboratory procedure used to visualize the hybridization is called Soutern blotting.
The same techniques can also be used to ascertain an individual’s susceptibility to future diseases. For example, they can identify individuals who have inherited abnormal copies of a DNA mismatch repair gene.
Another important use of nucleic acid hybridization is to determine, for a population of cells, exactly which genes are being transcribed into mRNA and which genes are transcriptionally silent. DNA microarrays have revolutioned they way of analyzing genes by allowing the RNA products of thousands of genes to be monitored at the same time. By examining the expression of so many genes simultaneously, it is possible to identify and study the complex gene expression patterns that underlie cellular physiology, like responses to hormones.
DNA cloning techniques enable a DNA sequence to be selected from millions of other sequences and produced in unlimited amounts in pure form. DNA ligase reseals the nicks in the DNA backbone that arise during DNA replication and DNA repair. So, DNA fragments can be joined together in vitro using DNA ligase to form recombinant DNA molecules not found in nature.
The first step in a typical cloning procedure is to insert the DNA fragments to be cloned into a DNA molecule capable of replication, such as a plasmid or a viral genome. This recombinant DNA molecule is then introduced into a rapidly dividing host cell, usually a bacterium, so that the DNA is replicated at each cell division. The bacteria are then lysed, and the plasmid DNA is purified from the rest of the cell contents. The purified preparation of plasmid DNA will contain millions of copies of the original DNA fragment.
A collection of cloned fragments of chromosomal DNA representing the complete genome of an organism is known as a genomic library. The library is often maintained as clones of bacteria, each clone carrying a different DNA fragment. Complementary DNA (cDNA) libraries contain cloned DNA copies of the total mRNA of a particular cell type or tissue. cDNA is synthesized from mRNA and unlike genomic DNA clones, cloned cDNAs contain only protein-coding sequences; they lack introns, gene regulatory sequences and promoters. They are thus most suitable for use when the cloned gene is to be expressed to make a protein.
Cloning via DNA libraries was once the only route the gene isolation. However, a method known as the polymerase chain reaction (PCR) provides a quicker alternative for many cloning applications, particularly for those organisms whose complete genome sequence is known. PCR is based on the use of DNA polymerase to copy a DNA template in repeated rounds of replication. But because the oligonucleotide primers have to be chemically synthesized, PCR can be used only to clone DNA whose beginning and end sequences are known. Guided by these primers, DNA polymerase is then used to make many copies of the sequences required.
There are several useful applications of PCR:
PCR is now the method of choice for cloning relatively short DNA fragments from a cell.
PCR is able to detect infections by pathogens at very early stages. Short sequences complementary to the pathogen’s genome are used as primers, following many cycles of amplification, the presence or absence of even a few copies of an invading genome in a sample of blood can be ascertained. In this way PCR can be used to detect the presence of a viral genome in a sample of blood.
PCR is used in forensic science. Its extreme sensitivity makes it possible to work with a very small sample and still obtain a DNA fingerprint of the person from whom it came. The genome of each human differs in DNA sequence from the genome of every other human; the DNA amplified by PCR using a particular primer pair is therefore quite likely to differ in sequence from one individual to another.
Genetic engineering has far-reaching consequences. Bacteria, yeasts, and mammalian cells can be engineered to synthesize a particular protein from any organism in large quantities, thus making it possible to study proteins that are otherwise rare or difficult to isolate.
There are more than 10.000 human genes whose functions are unknown. Clues to a protein’s function can be obtained by examining when and where its gene is expressed in the cell or in the organism. Determining the pattern and timing of a gene’s expression can be accomplished by joining the regulatory region of the gene under study to a reporter gene, one whose activity can be easily monitored. One of the most popular reporter proteins used today is green fluorescent protein (GFP), whose allows the tracking of its movements inside the cell. In the case of GFP, the protein can be monitored over time in living organisms.
The ultimate test of the function of a mutated gene is to insert it into the genome of an organism and see what effect it has. Organisms into which a new gene has been introduced, or those whose genomes have been altered in other ways using recombinant DNA techniques, are known as transgenic organisms. Several types of gene alterations can be made in genetically engineered organisms:
Gene replacement: the normal gene is completely replaced by a mutant copy of the gene. This will provide information on the activity of the mutant gene, without interference from the normal gene, and thus the effect of small and subtle mutations can be determined
Gene knockout: the normal gene is completely inactivated. This is used to obtain information on the possible function of the normal gene in the whole animal
Gene addition: a mutant gene is added to the genome. Even this alteration can still provide useful information when the introduced mutant gene overrides the function of the normal gene
There is another way discovered to inactivate genes, known as RNA interference (RNAi). This technique relies on introducing intro a cell or organism a double stranded RNA molecule whose nucleotide sequence matches that of the gene to be inactivated. The RNA molecule hybridizes with the mRNA produced by the target gene en direct its degradation. Small fragments of this degraded RNA are subsequently used by the cell to produce more double-stranded RNA which directs the continued elimination of the target mRNA. Because these short RNA fragments can be passed on to progency cells, RNAi can cause heritable changes in gene expression.
In concluding, cloned genes can be permanently inserted into the genome of a cell or an organism by the techniques of genetic engineering. Cloned DNA can be altered in vitro to create mutant genes that can then be reinserted into a cell or an organism to study gene function.
Notes bij Gezonde en Zieke Cellen 1 (2015-2016)Deze aantekeningen zijn gebaseerd op 2015-2016
De cel is de kleinste organische eenheid in het lichaam en wordt afgesloten door een membraan. In de cel zitten verschillende organellen met een eigen functie, die ook omhuld worden door een membraan. De verschillende organellen die zich in de cel bevinden zijn de celkern, het golgi apparaat, het peroxisoom, het lysosoom, de mitochondria, vesicels en het endoplasmatisch reticulum. Door middel van aankleuren kunnen onder de microscoop de verschillende onderdelen van de cel en de aanwezige eiwitten duidelijker zichtbaar worden gemaakt. Cellen zijn heel dynamisch door de eiwitten in de cel. Er zijn verschillende soorten cellen met verschillende vormen en maten. Een spiercel ziet er anders uit dan een epitheelcel. Ook hebben fibroblasten bijvoorbeeld een hele andere functie dan spiercellen. Fibroblasten zijn cellen van het bindweefsel die collageen produceren en dus stevigheid geven aan weefsels, terwijl spiercellen voor beweging zorgen. Cellen vermenigvuldigen, sterven en specialiseren zich en daarnaast werken ze samen met en communiceren ze met andere cellen. De cel bestaat voor een groot gedeelte uit water en is een goed oplosmiddel voor polaire stoffen. De mens bestaat voor 70% uit water. Hydrofiele stoffen zijn stoffen die goed oplosbaar zijn in water en hydrofobe stoffen lossen niet op in water. Water is belangrijk, omdat het een oplosmiddel is voor hydrofiele (polaire) stoffen. Water is zelf ook een polair molecuul, wat betekent dat de negatieve en positieve lading in het molecuul niet gelijk verdeeld zijn. Water verdrijft polaire (hydrofobe) stoffen, zoals bijvoorbeeld vet. De cel maakt gebruik van amfipathische/amfifiele stoffen, die aan de ene kant een polaire kop en aan de andere kant een apolair (hydrofobe) staart (vetzuur) hebben. De amfipatsche stoffen kunnen met elkaar micellen vormen. Er ontstaat als het ware een bolletje doordat de hydrofobe staarten bij elkaar gaan zitten en de hydrofiele koppen zich naar buiten keren. Deze koppen gaan interacties aan met het water.
De opbouw van een celmembraan ziet er ongeveer hetzelfde uit. Zowel binnen als buiten de cel is een polaire omgeving waar de polaire koppen interacties mee aangaan. De koppen keren zich naar buiten en de apolaire staarten steken naar elkaar toe. Hierdoor ontstaat er een dubbele laag. De cel communiceert met de buitenkant (extracellulaire ruimte) door middel van eiwitten die door de membranen heen steken. Het deel van het eiwit dat zich in het celmembraan bevindt is hydrofoob. De cel bestaat naast 70% water uit 30% chemische stoffen. Dit zijn voornamelijk eiwitten, DNA, RNA, lipiden en suikers, dit zijn macromoleculen. Deze stoffen bestaan uit subunits, die gepolymeriseerd worden en zo lange ketens vormen. Bij eiwitten bijvoorbeeld zijn de subunits de 20 aminozuren. Voor DNA en RNA.....read more
Notes bij Gezonde en Zieke Cellen 1 (2014-2015)Deze aantekeningen zijn gebaseerd op 2014-2015
De cel is de kleinste organische eenheid in het lichaam en wordt afgesloten door een membraan. In de cel zitten verschillende organellen (bijvoorbeeld de celkern) met een eigen functie, die ook omhuld worden door een membraan. Door middel van aankleuren kunnen onder de microscoop de verschillende onderdelen van de cel en de aanwezige eiwitten duidelijker zichtbaar worden gemaakt. Cellen zijn heel dynamisch door de eiwitten in de cel. Er zijn verschillende soorten cellen met verschillende vormen en maten. Een spiercel ziet er anders uit dan een epitheelcel.
De cel bestaat voor een groot gedeelte uit water en is een goed oplosmiddel voor polaire stoffen. De mens bestaat voor 70% uit water. Water verdrijft echter vet, een hydrofobe stof. De cel maakt gebruik van amfipathische/amfifiele stoffen, die aan de ene kant een polaire kop en aan de andere kant een apolair (hydrofobe) staart (vetzuur) hebben. De amfipatsche stoffen kunnen met elkaar micellen vormen. Er ontstaat als het ware een bolletje doordat de apolaire staarten bij elkaar gaan zitten en de polaire koppen zich naar buiten keren. Deze gaan interacties aan met het water.
De opbouw van een celmembraan ziet er ongeveer hetzelfde uit. Zowel binnen als buiten de cel is een polaire omgeving waar de polaire koppen interacties mee aangaan. De koppen keren zich naar buiten en de apolaire staarten steken naar elkaar toe. Hierdoor ontstaat er een dubbele laag. De cel communiceert met de buitenkant (extracellulaire ruimte) door middel van eiwitten die door de membranen heen steken. Het deel van het eiwit dat zich in het celmembraan bevindt is hydrofoob.
De cel bestaat naast 70% water uit chemische stoffen. Dit zijn voornamelijk eiwitten, DNA, RNA, lipiden en suikers. Deze stoffen bestaan uit subunits, die gepolymeriseerd worden en zo lange ketens vormen. Bij eiwitten bijvoorbeeld zijn de subunits de 20 aminozuren. Voor DNA en RNA zijn er 4 nucleotiden. De losse subunits worden met covalente bindingen aan elkaar gekoppeld. De eenheden worden aan elkaar gekoppeld onder afsplitsing van water (condensatiereactie). De covalente verbindingen binnen een molecuul kunnen verbroken worden onder invloed van water (hydrolysereactie)......read more
Samenvatting week 4 (GZC I)Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
Primaire weefsels in ons lichaam zijn sociale verbanden van cellen die weefsels vormen. Ons lichaam kent vier primaire weefseltypen. De eerste zijn de epithelia: de cellulaire dekweefsels die de buitenkant van het lichaam en alle holten in het lichaam bekleden. Epitheelcellen grenzen heel nauw aan elkaar en zijn met stevige junctions verbonden. Epitheel staat vaak bloot aan slijtage, er is daarom veel celvernieuwing. Darmepitheel is eenlagig epitheel, de epidermis is een meerlagig epitheel.
De tweede groep van weefsels wordt gevormd door de bind- en steunweefsels en bloed. Dit weefsel bestaat uit cellen die in het algemeen omringd worden door een extracellulaire matrix, die zij zelf produceren. Een extracellulaire matrix bestaat uit weefselvloeistof, vezels en andere eiwitten, die door bijvoorbeeld fibroblasten worden gemaakt. Bindweefsel is veel luchtiger weefsel dan epitheel. De cellen zijn niet zo nauw verbonden met elkaar als in epitheel weefsel en communiceren daarom ook anders. Mesenchym: Embryonale term voor bindweefsel.Tot de bind- en steunweefsels behoren ook ons kraakbeen, bloed en onze botten. Het is een familie, omdat de cellen in deze weefsels erg op elkaar lijken met betrekking tot de productie van de belangrijkste extracellulaire matrixcomponenten zoals collageen en elastine. Maar ze zijn toch gespecialiseerd, want in bindweefsel is de extracellulaire matrix veel vloeibaarder dan in been waar het collageen juist voor een harde substantie zorgt.
De derde weefselgroep wordt gevormd door spierweefsel. Dit is onder te verdelen in skeletspierweefsel, hartspierweefsel en glad spierweefsel.
De vierde primaire weefselgroep is het zenuwweefsel. Zenuwweefsel bestaat uit neuronen met lange uitlopers en gliacellen. Tussen de cellen is zeer weinig extracellulaire matrix aanwezig. Zenuwcellen zijn heel specifiek door de lange uitlopers die synaptische contacten met elkaar maken.
Hoe ontstaan de verschillende weefsels in ons lichaam?
Er zijn in ons lichaam 200 verschillende soorten celtypen, die allemaal uit dezelfde embryonale stamcellen ontstaan. Embryonale stamcellen zijn omnipotent, dus kunnen ze aanleiding geven tot het ontstaan van alle mogelijke cellen in ons lichaam.
Verschillen Epitheel en Bindweefsel
Epitheel en bindweefsel zijn elkaars tegenpolen qua weefsels. Ze hebben een verschillend cytoskelet, verschillende vormen van communicatie, een verschillende extracellulaire matrix en een andere manier van bewegen. Alle weefsels bestaan uit cellen en door hen geproduceerde extracellulaire matrix (bevat componenten, zoals eiwitten en vezels). Per weefsel kunnen deze componenten en de hoeveelheid extracellulaire matrix echter sterk verschillen.
Epitheel
Het epitheel weefsel ontstaat uit alle drie de kiembladen. Uit de blastocyst ontstaan drie belangrijke kiembladen: het endoderm (waar je verteringskanaal uit gevormd wordt), het mesoderm (waar je bindweefsel, been, spieren, vetcellen en je bloedvatendotheel gevormd wordt) en het ectoderm (waar je epidermis.....read more
Samenvatting bij de colleges bij Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC), week 5Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
Er wordt bij deze tumoren onderscheid gemaakt tussen primaire en secundaire tumoren. De primaire tumoren ontstaan vanuit de hersenen, zenuwen en omgevende structuren zelf. Bij de secundaire tumoren gaat het om de metastasen in het zenuwstelsel, waarvan de primare tumor ergens anders in het lichaam is gelegen. De primaire tumoren kennen een incidentie van ongeveer 10 per 100.000 personen en meer dan de helft hiervan is kwaadaardig.
Ook kan er op anatomische gronden een onderverdeling gemaakt worden tussen intrinsieke en extrinsieke tumoren. Intrinsieke tumoren zijn de tumoren die zich binnen de begrenzing van de pia mater bevinden. Het gaat hierbij dus om tumoren die zich bevinden in de grote en kleine hersenen, hersenstam, verlengde merg en ruggenmerg. Deze tumoren gaan uit van zenuwcellen, hun uitlopers, niet-neuronale ondersteunende cellen (gliacellen) en afweercellen, mesenchymale cellen (zoals in de wand van bloedvaten) en metastasen. De extrinsieke tumoren bevinden zich buiten de pia mater en gaan uit van weefsels die het zenuwstelsel omgeven zoals het bot en de hersenvliezen en vanuit de weefsels die niet tot de hersenen gerekend worden, zoals de hypofyse. Weer een andere indeling maakt onderscheid tussen tumoren van het centrale zenuwstelsel aan de ene kant en tumoren van het perifere zenuwstelsel aan de andere kant. De meest voorkomende tumoren zijn de gliomen (neuro-epitheliale tumoren), de tumoren van de perifere zenuwen (schwannomen en neurofibromen), de meningeomen en de metastasen.
Over de pathogenese van primaire hersentumoren is nog maar weinig bekend. Wel bestaat er een relatie tussen het ontstaan ervan en schedelbestraling. Bijna altijd treedt een hersentumor sporadisch op, dus zonder dat er directe aanwijzingen bestaan op een verhoogde kans op hersentumoren in de familie. Wel zijn er enkele erfelijk overdraagbare aandoeningen bekend waarbij er een sterk verhoogd risico op hersentumoren bestaat. Voorbeeld hiervan zijn neurofibromatosis type 1 en 2, de ziekte van Von Hippel-Lindau en het syndroom van Turcot, het syndroom van Li-Fraumeni en het syndroom van Cowden. Er bestaat geen bewijs voor een relatie tussen hersentumoren en elektromagnetische straling afkomstig van telefoons en hoogspanningsmasten.
Hersentumoren
Symptomen van hersentumoren kunnen, op basis van het onderliggende pathofysiologische mechanisme, worden onderverdeeld in drie groepen:
Stoornissen in de prikkelgeleiding van neuronaal weefsel leidend tot epilepsie.
Verstoring van de neuronale functie ten gevolge van compressie of aantasting van neuronaal weefsel. Dit leidt tot ischemie en neurologische uitval.
Verhoging van de intracraniële druk leidend tot symptomen van hoofdpijn, misselijkheid en verschillende graden van bewustzijnsdaling.
Intrinsieke tumoren in het hersenparenchym veroorzaken vaker epileptische verschijnselen dan extrinsieke tumoren. Een eerste epileptische aanval zonder andere neurologische verschijnselen is dan.....read more
Samenvatting bij de colleges bij Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC), week 4Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
Het colorectaal carcinoom leidt tot een aanzienlijke mortaliteit in de westerse wereld. Het is de 2e doodsoorzaak ten gevolge van kanker in Nederland, met 10.000 nieuwe gevallen per jaar. De 5-jaarsoverleving is 40-45%. De incidentie zal de komende jaren verder stijgen. Men verwacht dat er in 2015 14.000 nieuwe gevallen zullen zijn. Iedereen heeft een levenslang risico op het colorectaal carcinoom (CRC) van 5-6%.
Een coloncarcinoom ontwikkelt zich uit een poliep. De overgang van poliep naar CRC zal gemiddeld in een periode van 10 tot 15 jaar na het optreden van de poliep plaatsvinden. 30-50% van alle volwassenen in Nederland ontwikkelt adenomateuze poliepen, en ongeveer 10% van deze poliepen zal zich ontwikkelen tot een CRC. In de ontwikkeling van de normale situatie naar een poliep en uiteindelijk naar een carcinoom treden mutaties op in het DNA. Meestal treedt de ontwikkeling van normaal darmslijmvlies naar poliep op door een mutatie in het APC-gen (tumorsuppressorgen). Deze poliep ontwikkelit zich verder tot een carcinoom door een mutatie in het p53 gen(het verlies van apoptose met als gevolg ongeremde groei).
25% van de poliepen komen voor in rectum, 25% in het sigmoïd, 20% in het colon descendens, 10% in het colontransversum, 10% in het colon ascendens en 10% in het caecum. Linkszijdige carcinomen komen dus vaker voor dan rechtzijdige carcinomen. In totaal zijn 70% van de coloncarcinomen linkszijdig.
De kans dat een persoon een poliep ontwikkelt neemt toe met de leeftijd. Ook het voorkomen van coloncarcinoom neemt toe met de leeftijd. Het verwijderen van een poliep leidt tot een reductie in het risico op een CRC. Je verwijderd de afwijking, nog voordat het kanker is geworden. De poliep kan endoscopisch verwijderd worden, dit heet poliepectomie. De manier van verwijderen is afhankelijk van de soort poliep. Wanneer de poliep een duidelijke steel heeft, kan er een metale lis omheen gelegd worden. Vervolgens wordt de steel doorgebrand door stroom door deze lis te laten gaan. De poliep kan vervolgens voor histologisch onderzoek/pathologisch onderzoek worden aangeboden. Wanneer er sprake is van een poliep zonder.....read more
Samenvatting bij de colleges bij Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC), week 3Deze samenvatting van de colleges is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
Van de urologische tumoren komt prostaatkanker het meest voor. In de onderstaande tabel staan de urologische tumoren op volgorde van voorkomen.
Tumor | Soort | Incidentie |
Prostaatkanker | Adenocarcinoom | 10.000 |
Blaaskanker | Overgangsepitheelcarcinoom | 4500 |
Nierkanker | Niercelcarcinoom | 1500 |
Testistumoren | Kiemceltumoren | 600 |
Peniskanker | plaveiselcelcarcinoom | 120 |
Een prostaat heeft ongeveer de grootte van een walnoot en weegt ongeveer 20-25 gram. Vaak zal de prostaat bij oudere mannen vergroten. Dit verschijnsel wordt benigne prostaat hyperplasie genoemd. Er kunnen dan obstructieve en irritatieve klachten ontstaan. Onder obstructieve klachten vallen: moeite met op gang komen (hesitatie), slappe straal, onderbroken mictie, gevoel niet helemaal leeg te plassen. Onder irritatieve klachten vallen: toegenomen frequentie mictie (vaker dan om de 2 uur), imperatieve drang (moeite om uit te stellen) en nycturie (’s nachts naar de wc moeten).
Andere oorzaken waarbij deze klachten van de lagere urinewegen kunnen ontstaan zijn: sclerose van de blaashals, strictuur van de urethra of meatus urethra stenose.
De prostaat bestaat uit een centraal gebied met fibreus weefsel en een perifeer gebied met vooral klierbuisjes. Deze klierbuisjes maken vloeistoffen die in de urethra kunnen worden uitgestoten (bijmenging voor bevruchting). Bij vergroting van de prostaat zal de urethra vernauwen. Hierdoor moet de blaas meer kracht leveren om de urine te lozen. Er ontstaat blaashypertrofie. Later kan urineretentie ontstaan.
Er is een centrale zone, een perifere zone, een transitionele zone of peri-urethrale zone en een anterieure zone. Carcinomen ontwikkelen zich met name in de perifere zone. Hierdoor ontbreken bij carcinomen in eerste instantie de mictie klachten. Er is niet direct obstructie van de urethra. In een later stadium kan dit echter wel optreden. In de transitionele zone ontstaat met name hyperplasie.
Wanneer een patiënt zich op het spreekuur meld met klachen van de lagere urine wegen kunnen de volgende testen zinvol zijn:
Urine sediment/kweek
Rectaal toucher
Samenvatting week 2 (GZC I)Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
De cel is de kleinste eenheid van leven. Er zijn veel verschillende cellen (ca. 200) in ons lichaam. De mens heeft ongeveer 1x1014 cellen. De cel vormt een onderdeel van het organismen. Terwijl er ook organismen zijn die uit slechts één cel bestaan, denk aan bacteriën, schimmels, gisten en parasieten. Celbiologie is belangrijk, omdat je moet weten hoe een gen tot een genproduct leidt in zijn natuurlijke omgeving (de cel). Op die manier is te achterhalen waar een storing (mutatie) zit en zo de mogelijke oorzaak van een ziekte opsporen om er vervolgens geneesmiddelen tegen te ontwikkelen. Cellen zijn heel dynamisch. Zij kunnen zich bewegen en zijn ook in staat om te eten, denk daarbij aan een macrofaag die een bacterie opeet. Verder zijn ze in staat te reproduceren, te communiceren en dood te gaan. De cellen kunnen zichtbaar worden gemaakt met behulp van een microsoop. Er zijn verschillende soorten microscopen, waaronder de lichtmicroscoop. Om in een cel te kunnen kijken en de organellen goed te zien is een elektronenmicroscoop nodig. Onder een elektronenmicroscoop kunnen echter geen levende cellen bekeken worden.
Organellen vormen membraanomgeven eilandjes in de cel met een eigen micro-milieu en specifieke functie. Ze worden gevormd en in stand gehouden door een constante aanvoer van nieuwe eiwitten. Transport van nieuw aangemaakte eiwitten naar het juiste organel is van levensbelang voor de cel. Een aantal onderdelen van de cel zijn:
Cytosol: gelachtige basissubstantie van de cel
Cytoplasma=cytosol + organellen
Celkern (nucleus): bevat DNA en wordt omgeven door een kernenvelop. De kern speelt een rol bij de aanmaak van mRNA en vormt de opslagplaats voor het genetisch materiaal.
Transport van eiwitten die naar de kern moeten
De kern is helemaal omgeven door een dubbel membraan waarin zich poriën bevinden. Deze kanaaltjes spelen een rol bij het transport van stoffen de kern in en uit. De nucleaire lamina die net onder de binnenste kernmembraangelegen, zorgen voor stevigheid. Een klein deel van de eiwitten die in de het cytosol geproduceerd worden,is bestemd voor de kern. Het eiwit zelf bevat een codein hun aminozuurvolgorde die de informatie bevat voor de eindbestemming. In het geval dat het eiwit naar de kern moet, bevat het een code, genaamd nuclear localization signal. Door een receptoreiwit, nuclear transport receptor, wordt deze code herkend. De receptor kan aan het eiwit binden en zo komt het eiwit via een kernporie de kern binnen. Ran-GTP (schakelaar) bindt aan het eiwitcomplex en verdringt daarmee het kerneiwit uit de receptor. De receptor gebonden aan het.....read more
Samenvatting week 1 (GZC I)Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
De cel is de kleinste organische eenheid in het lichaam en wordt afgesloten door een membraan. In de cel zitten verschillende organellen (bijvoorbeeld de celkern) met een eigen functie, die ook omhuld worden door een membraan. Door middel van aankleuren kunnen onder de microscoop de verschillende onderdelen van de cel en de aanwezige eiwitten duidelijker zichtbaar worden gemaakt. Cellen zijn heel dynamisch door eiwitten die dit veroorzaken.
De cel bestaat voor een groot gedeelte uit water en is een goed oplosmiddel voor polaire stoffen. De mens bestaat voor 70% uit water. Water verdrijft echter vet, een hydrofobe stof. De cel maakt gebruik van amfipathische/amfifiele stoffen, die aan de ene kant een polaire kop en aan de andere kant een apolair (hydrofobe) staart (vetzuur) hebben. . De amfipatsche stoffen kunnen met elkaar micellen vormen. Er ontstaat als het ware een bolletje doordat de apolaire staarten bij elkaar gaan zitten en de polaire koppen zich naar buiten keren. Deze gaan interacties aan met het water,
De opbouw van een membraan om de cel ziet er ongeveer hetzelfde uit. Zowel binnen als buiten de cel is een polaire omgeving waar de polaire koppen interacties mee aangaan. De koppen keren zich naar buiten en de apolaire staarten steken naar elkaar toe. Er ontstaat een dubbele laag. De cel communiceert met de buitenkant (extracellulaire ruimte) door middel van eiwitten die door de membranen heen steken. Het deel van het eiwit dat zich in het celmembraan bevindt is hydrofoob.
De cel bestaat naast 70% water uit chemische stoffen. Dit zijn voornamelijk eiwitten, DNA, RNA, lipiden en suikers. Deze stoffen bestaan uit subunits, die gepolymeriseerd worden en zo lange ketens vormen. Bij eiwitten bijvoorbeeld zijn de subunits de 20 aminozuren. Voor DNA en RNA zijn er 4 nucleotiden. De losse subunits worden met covalente bindingen aan elkaar gekoppeld. De ontstane ketens vormen een molecuul. De losse moleculen gaan ook een interactie met elkaar aan door middel van non-covalente bindingen.
Eiwitten
Een aminozuur bestaat uit een centraal C-atoom, een carboxylgroep en een aminogroep. Aan het centrale C-atoom zit een specifieke zijketen. Deze zijketens hebben een verschillend karakter, zoals hydrofoob, hydrofiel, zuur, base. Deze specificiteit van de zijketens zorgt uiteindelijk voor de eigenschappen van een eiwit. De aminozuurvolgorde is gecodeerd in het DNA. Het vormt de primaire structuur van een eiwit.
De aminozuren worden door peptidebindingen (covalente bindingen) aan elkaar gekoppeld. De peptidebinding is stijf en vlak, dus niet vrij draaibaar. Tussen de carboxylgroep.....read more
Samenvatting week 5 (GZC I)Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
Een primaire tumor ontstaat op een bepaalde locatie en is vaak goed behandelbaar. Een secundaire tumor ontstaat na metastase. De kankercellen van de primaire tumor verspreiden zich door het lichaam, waar door er ook op andere plekken tumoren ontstaan.. Een tumor ontstaat uit 1 cel. Deze cel is vaak een stamcelachtige cel. De kankercel ontstaat door een bepaalde mutatie, die ervoor zorgt dat een stamcel alleen maar dochtercellen produceert die zich niet differentiëren, maar alleen maar blijven delen. Deze cellen zijn pluripotent. Een andere optie is dat deze stamcel alleen maar stamcellen als dochtercellen produceert. Het gevolg is een ongeremde groei, waardoor een tumor ontstaat.
Er zijn twee soorten tumoren, goedaardige (= beligne) en kwaadaardige (=maligne). Het verschil daartussen is dat de kwaadaardige tumor in het omringende weefsels infiltreert en niet meer gelokaliseerd is. Behandeling is veel moeilijker, omdat de kankercellen door het lichaam worden verspreid via de bloedvaten en/of lymfevaten. Hierdoor ontstaan er op verschillende plaatsen tumoren. De weg naar een metastaserende tumorcel is als volgt. Eerst is het een beginnende, goedaardige tumorcel. Deze gaat zich veelvuldig delen, waardoor een goedaardige tumorcel ontstaat. Nu ontstaat er in een of meerdere cellen een mutatie waardoor ze door de basale lamina heen kunnen dringen. Zij produceren bepaalde enzymen die de basale lamina plaatselijk afbreken, waardoor de tumorcellen in het onderliggen weefsel kunnen infiltreren. Om zich verder te kunnen verspreiden moeten deze cellen in staat zijn hun junctions los te laten en moeten zich kunnen bewegen door het bindweefsel. Als dit het geval is kunnen deze cellen ook in debloedvaten of de lymfevaten infiltreren. Wanneer de kankercellen in staat zijn afweerreacties te ontwijken, kunnen zij zich op andere plaatsen in het lichaam vestigen. Er treedt extravasatie op, dit is uittreding van kankercel buiten de vaten en angiogenese (groei bloed –en lymfevaten). Hierdoor kan er een nieuwe tumor ontstaan op een andere plek.
Een tumorcel bestaat niet alleen uit kankercellen, maar daarnaast ook uit immuun cellen, fibroblasten (cancer assistent fibroblasts) en endotheelcellen. Deze gaan een interactie met elkaar aan binnen de tumor waardoor een zeer complex geheel ontstaat. Zo zorgen de fibroblasten in een tumor er voor dat er bloedvaten worden gevormd, zodat de kankercellen worden voorzien in voedingsstoffen en zuurstof. Ook onderdrukken zij het immuunsysteem.
Helaas zijn veel tumoren pas in een laat stadium te ontdekken. Er zijn al ongeveer 108 cellen ontstaan (diameter ± 5 mm), voordat de tumor zichtbaar is in de X-ray. Vervolgens is een tumor bij ongeveer 109 cellen voelbaar (diameter ± 20-50 mm) en al bij 1012 cellen gaat de patiënt dood. Doordat tumoren pas in een laat stadium worden ontdekt, past men zeer agressieve.....read more
Samenvatting literatuur - Van cel tot molecuul - Geneeskunde UL - 2016/2017Deze samenvatting is gebaseerd op collegejaar 2016-2017.
Deze samenvatting (deel 1 en deel 2) is te gebruiken bij alle verplichte hoofdstukken uit de volgende boeken voor het vak Van Cel tot Molecuul:
Essential Cell Biology van Alberts et al uit 2014, namelijk onderwerpen uit hoofdstukken
3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 19.
Elements of Medical Genetics van Turnpenny uit 2011, namelijk onderwerpen uit hoofdstukken
1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 17, 18, 22
Medical Physiology: A Cellular And Molecular Approach van Boron & Boulpaep uit 2008, namelijk hoofdstuk 2
Voordat een enzym een reactie kan katalyseren moet het enzym eerst binden aan zijn substraat. Vervolgens wordt er een product aangemaakt dat bindt aan het enzym. Wanneer dit product losraakt van het enzym kan er een volgend substraat binden. De gekatalyseerde reacties van een substraat dat een bepaald product vormt, verschillen in snelheid. De snelheid kan gemeten worden in een experiment waarbij zuivere enzymen en substraten gemixt worden onder zorgvuldige omstandigheden. Als alle enzymen gebonden zijn door substraat, is de Vmax bereikt.
De substraatconcentratie die nodig is om een enzym efficiënt te laten werken, wordt vaak gemeten met een andere parameter: Km. De Km is de substraatconcentratie waarbij het enzym op de helft van zijn maximale snelheid werkt (0,5 Vmax).
Wanneer een enzym de activeringsenergie voor de reactie Y naar X verlaagt, wordt tegelijkertijd ook de activeringsenergie voor de reactie X naar Y verlaagd met precies dezelfde hoeveelheid.
Het bestuderen van de kinetica (bewegingsleer) van een enzym (hoe snel het opereert, hoe het zich gedraagt tegenover het substraat, hoe de activiteit wordt gecontroleerd),.....read more
Aanvulling Samenvatting van Cel tot Molecuul Alberts blz 372-377Deze samenvatting is geschreven in collegejaar 2012-2013.
Thema 2.A.3 Abnormale Celgroei week 13Deze samenvatting is gebaseerd op collegejaar 2012-2013. Bekijk hier ons huidige aanbod.
Thema 2.A.3 Abnormale Celgroei week 12Deze samenvatting is gebaseerd op collegejaar 2012-2013. Bekijk hier ons huidige aanbod.
Thema 2.A.2 Abnormale celgroei week 6Deze samenvatting is gebaseerd op collegejaar 2012-2013. Bekijk hier ons huidige aanbod.
Summary: Essential Cell Biology (Alberts et al) - First partThis summary is based on the 3rd edition of Essential Cell Biology from Alberts et al. The remaining chapters can be accessed when logged in and can be found here: Second part of the summary
Cells are the fundamental units of life; all living things are made of cells. The present-day cells are believed to have evolved from an ancestral cell that excited more than 3 billion years age. Cells vary enormous in appearance and function, however all living cells have a similar basic chemistry.
With the invention of the microscope, it became clear that plants and animals are assemblies of cells, that cells can also exist as independent organisms, and that cells individually are living in the sense that they can grow, reproduce, convert energy from one form into another, respond to their environment, and so on. Although cells are varied when viewed from the outside, all living things are fundamentally similar inside. And in all living things, genetic instructions, called genes, are stored in DNA molecules. In every cell, the instructions in the DNA are read out, or transcribed, into a chemically related set of molecules made of RNA. The messages carried by the RNA molecules are in turn translated into yet another chemical form: they are used to direct the synthesis of a huge variety of large protein molecules that dominate the behaviour of the cell. In sum, the reproduction process exists of replication (DNA synthesis), transcription (RNA synthesis) and translation (protein synthesis). Unfortunately, the copying of DNA is not always perfect, and the instructions are occasionally corrupted. Later is this summary we will discuss this further.
Cells are enclosed by a plasma membrane that separates the inside of the cell from the environment. And all cells contain DNA as a store of genetic information and use it to guide the synthesis of proteins. Cells in a multicellular organism, though the all contain the same DNA, can be very different. They use their genetic information to direct their biochemical activities according to cues they receive from their environment.
Cells of animal and plant tissues are typically 5-20 micrometer in diameter and can be seen with a light microscope, which also reveals some of their internal components (organelles). The electron microscope permits the smaller organelles and even individual molecules to be seen, but specimens require elaborate preparation and cannot be viewed.....read more
Summary: Essential Cell Biology (Alberts et al) - Second partThis summary is based on the 3rd edition of Essential Cell Biology from Alberts et al. The first 10 chapters are open access and can be found here: First part of the summary
Cell membranes enable a cell to create barriers that confine particular molecules to specific compartments. The simplest bacteria have only a single membrane, the plasma membrane. Eucaryotic cells, however, contain in addition a profusion of internal membranes that enclose intracellular compartments. All cell membranes are composed of lipids and proteins and share a common general structure. The lipid component consists of many millions of lipid molecules forming a lipid bilayer. This lipid bilayer gives the membrane its basic structure and serves as a permeability barrier.
The lipids in cell membranes combine two very different properties in a single molecule: each lipid has a hydrophilic (‘water-loving’) has and one or two hydrophobic (‘water-hating’) hydrocarbon tails. There are three major classes of membrane lipid molecules:
The most abundant lipids in cell membranes are phospholipids, and the most common type of phosphoslipid in most cell membranes is phosphatidylcholine. Molecules with both hydrophilic and hydrophobic properties are termed amphipathic. This chemical property plays a crucial part in driving these lipid molecules to assemble into bilayers. They assemble spontaneously into bilayers when placed in water, forming closed compartments that reseals of torn.
Amphipathic molecules re subject to two conflicting forces: the hydrophilic head is attracted to water, while the hydrophobic tail shuns water and seeks to aggregate with other hydrophobic molecules. This conflict is resolved by the formation of a lipid bilayer, because the hydrophilic heads face the water at each of the two surfaces of the sheet of molecules and the hydrophobic tails are all shielded from the water and lie next to one another in the interior of this ‘sandwich’. Finally, the phospholipid bilayers spontaneously close in on themselves to form sealed compartments.
The lipid bilayer is fluid, and individual lipid molecules are able to diffuse within their own monolayer; they do not, however, spontaneously flip from one monolayer to the other. The two layers of the lipid bilayer have different lipid compositions, reflecting the different functions of the two faces of a cell membrane.
The fluidity of a cell membrane (the ease with which its lipid molecules move within the plane of the
.....read more Thema 2.A.2 Abnormale celgroei week 7Deze samenvatting is gebaseerd op collegejaar 2012-2013. Bekijk hier ons huidige aanbod.
Study Notes bij Van Mens tot Cel - Geneeskunde UL (2015-2016)Deze aantekeningen zijn gebaseerd op 2015-2016
Anatomie is van belang voor het uitvoeren van lichamelijk onderzoek. De oppervlakte anatomie is de ‘projectie op de lichaamswand’: je moet aan kunnen wijzen welke organen er op welke plek onder de huid zitten.
Anatomie is van belang bij :
De (algemene) bouw van organen in relatie tot hun functie
Samenhang van organen en orgaansystemen
Lichamelijk onderzoek: projectie van organen
Interpretatie van MRI, röntgen, CT opnamen enzovoort
We houden ons dit blok bezig met het aanleren van de algemene lichaamsbouw op verschillende niveaus:
Macroscopisch niveau: met het blote oog zichtbaar.
Microscopisch niveau: te zien met de microscoop
histologie (weefselleer) en cytologie (celleer).
Hierbij staat de relatie tussen een normale en afwijkende bouw en de betekenis hiervan voor het wel of niet juist functioneren van de organen en orgaansystemen centraal. Het doel van het bestuderen van de anatomie is om delen van het menselijk lichaam te leren herkennen, en om.....read more
Study Notes bij Van Mens tot Cel - Geneeskunde UL (2013-2014)Deze aantekeningen zijn gebaseerd op 2013-2014
HC Bouwplan: van mens tot cel (21 oktober 2013)
We houden ons dit blok bezig met het aanleren van de algemene lichaamsbouw op verschillende niveaus:
Macroscopisch niveau (met het blote oog zichtbaar).
Microscopisch niveau (te zien met de microscoop): histologie (weefselleer) en cytologie (celleer).
Hierbij staat de relatie tussen een normale en afwijkende bouw en de betekenis hiervan voor het wel of niet juist functioneren van de organen en orgaansystemen centraal. Het doel van het bestuderen van de anatomie is om delen van het menselijk lichaam te leren herkennen en om op die manier lichamelijk processen te begrijpen.
Thema’s
We werken dit blok aan de hand van verschillende thema’s. De eerste drie thema’s zijn bouwplan en ontwikkeling, de huid en het bewegingsstelsel. Bij het eerste thema gaan we in op de systematische anatomie, waarbij het lichaam is ingedeeld in orgaansystemen. We behandelen onder andere het ademhalingssysteem, bewegingssysteem, zenuwstelsel en circulatiestelsel. Bij de ontwikkeling gaan we in op het tot stand komen van de bouw. We gaan het er ook over hebben dat er veel mis kan gaan tijdens de ontwikkeling en over wat de sensitieve perioden zijn.
Vanaf thema 4 houden we ons bezig met de topografische anatomie: het deel van de anatomie dat het lichaam opdeelt in regio’s. De thema’s zijn borst, buik & bekken en hoofd & hals. We gaan in op de medische beeldvormende technieken waardoor we organen leren herkennen. De oppervlakte anatomie is de ‘projectie op de lichaamswand’: je moet aan kunnen wijzen welke organen er op welke plek onder de huid zitten. Dit is later van belang voor het uitvoeren van lichamelijk onderzoek.
Onderwijsvormen
Een KVC is een Klinisch Verdiepingscollege. Hierin wordt aangegeven hoe we in de kliniek gebruik kunnen maken van onze anatomische kennis.
Er zijn veel hoorcolleges waarin de stof aangeboden wordt die niet duidelijk in de kernboeken verwoord wordt, of waarin klinische verdieping wordt geboden. Ook is er elke week een Responsie College. Het is belangrijk dat je goed voorbereid naar een hoorcollege komt. Van tevoren kun je je vraag posten op het discussion board op blackboard.
Naast de colleges zijn er opdrachten die je moet maken en is er elke week een werkgroep. Daarbij zijn er deze periode practica: die zijn verplicht en mag je niet missen. Ook zijn er een aantal COO: Computer Ondersteunend Onderwijs. Als er op blackboard in het themamapje een COO staat, is dit verplicht om te maken. De COO die niet in het blokboek staan zijn de quizzen. Onder het mapje ‘overige COO’ vind je de niet-verplichte COO waar je door middel van spelletjes de anatomische.....read more
Study Notes bij Van Mens tot Cel - Geneeskunde UL (2014-2015)Deze aantekeningen zijn gebaseerd op 2014-2015.
We houden ons dit blok bezig met het aanleren van de algemene lichaamsbouw op verschillende niveaus:
Macroscopisch niveau: met het blote oog zichtbaar.
Microscopisch niveau: te zien met de microscoop: histologie (weefselleer) en cytologie (celleer).
Hierbij staat de relatie tussen een normale en afwijkende bouw en de betekenis hiervan voor het wel of niet juist functioneren van de organen en orgaansystemen centraal. Het doel van het bestuderen van de anatomie is om delen van het menselijk lichaam te leren herkennen, en om op die manier het geheel te kunnen begrijpen.
Thema’s
We werken dit blok aan de hand van verschillende thema’s. De eerste drie thema’s zijn bouwplan en ontwikkeling, de huid en het bewegingsstelsel. Bij het eerste thema gaan we in op de systematische anatomie, waarbij het lichaam is ingedeeld in orgaansystemen. We behandelen onder andere het ademhalingssysteem, bewegingssysteem, zenuwstelsel en circulatiestelsel. Bij de ontwikkeling gaan we in op het tot stand komen van de bouw. We gaan het er ook over hebben dat er veel mis kan gaan tijdens de ontwikkeling en over wat de sensitieve perioden zijn.
Vanaf thema 4 houden we ons bezig met de topografische anatomie: het deel van de anatomie dat het lichaam opdeelt in regio’s. De thema’s zijn borst, buik en bekken, en hoofd en hals. We gaan in op de medische beeldvormende technieken waardoor we organen leren herkennen. De oppervlakte anatomie is de ‘projectie op de lichaamswand’: je moet aan kunnen wijzen welke organen er op welke plek onder de huid zitten. Dit is later van belang voor het uitvoeren van lichamelijk onderzoek.
Onderwijsvormen
Een KVC is een Klinisch Verdiepings College. Hierin wordt aangegeven hoe we in de kliniek gebruik kunnen maken van onze anatomische kennis.
Er zijn veel hoorcolleges waarin de stof aangeboden wordt die niet duidelijk in de kernboeken verwoord wordt, of waarin klinische verdieping wordt geboden. Ook is er elke week een Responsie College. Het is belangrijk dat je goed voorbereid naar een hoorcollege komt. Van tevoren kun je je vraag posten op het discussion board op blackboard.
Naast de colleges zijn er opdrachten die je moet maken en is er elke week een werkgroep. Daarbij zijn er deze periode practica: die zijn verplicht en mag je niet missen. Ook zijn er een aantal COO: Computer Ondersteunend Onderwijs. Als er op blackboard in het themamapje een COO staat, is dit verplicht om te maken. De COO die niet in het blokboek staan zijn de quizzen. Onder het mapje ‘overige COO’ vind je de niet-verplichte COO waar je door middel van spelletjes de anatomische kennis kunt testen......read more
Study Notes bij Van cel tot molecuul - Geneeskunde UL (2013-2014)Deze aantekeningen zijn gebaseerd op 2013-2014.
Tijdens dit blok komen er twee basisvakken en één klinisch vak ten sprake. Moleculaire celbiologie, genetica en klinische genetica. Tijdens dit blok wordt er gewerkt aan de competenties AWV en gezondheidsbevordering. De twee coördinatoren van dit blok zijn Prof M. Breuning en Prof T. Raap.
Dit blok bevat zeven thema’s.
1. Humane Genoom en Chromosomen
2. Mono genetische Ziekten en Overervingspatronen
3. Replicatie, Transcriptie, Repair en Recombinatie
4. Translatie en Structuur/Functie van Eiwitten
5. Metabolisme en Enzymologie
6. Membranen en Transportprocessen
7. Communicatie en Signaaloverdracht
Bij elk thema hoort een werkgroep en twee studieopdrachten. Bij elke SO-2 worden er 2 studenten uitgekozen die de casus moeten presenteren. Ook moeten zij een verslag over die casus maken. Dit verslag moet schriftelijk ingeleverd worden tijdens de werkgroep, gemaild worden naar de werkgroep docent en online ingevoerd worden in TurnItin (via blackboard). Je moet goed voorbereid naar de werkgroep komen en je kernboeken meenemen. Het verslag wat je samen met een medestudent inlevert moet beoordeelt worden met een voldoende of goed. Wanneer het verslag met een onvoldoende beoordeelt is wordt het tentamencijfer van cel tot molecuul niet vrijgegeven.
Toetsing
Op vrijdag 20 december is er een deeltentamen. Dit deeltentamen gaat over de thema’s 1 tot en met 4. Het bestaat uit 35 meerkeuzenvragen en duurt 2 uur lang.
Het eindtentamen op 17 januari gaat over alle 7 thema’s.
Nucleotiden zijn de bouwstenen van het DNA. DNA bestaat uit een suikermolecuul, fosfaatgroep en een stikstofbase (guanine etc.). Deze structuur is hiernaast weergegeven. De fosfaatgroep is negatief geladen.
Een DNA-streng heeft een 5’ en een 3’ kant. Nieuwe nucleotiden bevinden zich aan de 3’ kant. Het DNA-molecuul bestaat uit een dubbele helix, dus uit 2 DNA strengen. Deze strengen zijn doormiddel van waterstofbruggen aan elkaar geketend. Tussen T en A 2 waterstofbruggen en tussen G en C 3. Bij de aanmaak van nieuw DNA wordt 1 streng gebruikt als matrijsstreng.
Het menselijk DNA kent 3 miljard basenparen, 22000 genen, 1 m lengte, 2nm dik, 3 picogram zwaar en kent 22 autosomen chromosomen en 2 geslachtschromosomen.
Spermacellen en eicellen zijn haploïd en een lichaamscel is diploïd. DNA zit verpakt in chromatine. Er zijn twee soorten chromatine: heterochromatine en euchromatine. Heterochromatine is donker, gecondenseerd, niet actief en er vindt geen DNA transcriptie plaats. Euchromatine is licht van kleur, is actief en er vindt transcriptie plaats. Een cel met een grote kern bevat meer euchromatine aangezien er meer chromatine actief zijn.
DNA is negatief geladen. DNA bindt met positief.....read more
Study Notes bij Van cel tot molecuul - Geneeskunde UL (2015-2016)Deze aantekeningen zijn gebaseerd op collegeweek 1 t/m 5 van het studiejaar 2015-2016.
Tijdens dit blok komen er twee basisvakken en één klinisch vak ten sprake. Moleculaire celbiologie, genetica en klinische genetica. Tijdens dit blok wordt er gewerkt aan de competenties AWV en gezondheidsbevordering. De twee coördinatoren van dit blok zijn Prof M. Breuning en Prof T. Raap.
Dit blok bevat zeven thema’s.
1. Humane Genoom en Chromosomen
2. Mono genetische Ziekten en Overervingspatronen
3. Replicatie, Transcriptie, Repair en Recombinatie
4. Translatie en Structuur/Functie van Eiwitten
5. Metabolisme en Enzymologie
6. Membranen en Transportprocessen
7. Communicatie en Signaaloverdracht
Bij elk thema hoort een werkgroep en twee studieopdrachten. Bij elke SO-2 worden er 2 studenten uitgekozen die de casus moeten presenteren. Ook moeten zij een verslag over die casus maken. Dit verslag moet schriftelijk ingeleverd worden tijdens de werkgroep, gemaild worden naar de werkgroep docent en online ingevoerd worden in TurnItin (via blackboard). Je moet goed voorbereid naar de werkgroep komen en je kernboeken meenemen. Het verslag wat je samen met een medestudent inlevert moet beoordeelt worden met een voldoende of goed. Wanneer het verslag met een onvoldoende beoordeelt is wordt het tentamencijfer van cel tot molecuul niet vrijgegeven.
Het deeltentamen gaat over de thema’s 1 tot en met 4. Het bestaat uit 35 meerkeuzenvragen.....read more
Study Notes bij Van cel tot molecuul - Geneeskunde UL (2014-2015)Deze aantekeningen zijn gebaseerd op collegeweek 2 t/m 5 van het studiejaar 2014-2015.
Nucleotiden zijn de bouwstenen van het DNA. DNA bestaat uit een suikermolecuul (desoxyribose), fosfaatgroep en een stikstofbase (guanine etc.). De fosfaatgroep is negatief geladen. Een DNA-streng heeft een 5’ en een 3’ kant: polariteit. Nieuwe nucleotiden worden aan de 3’ kant aangezet. In losse vorm zit bij RNA een H-groep en bij DNA OH-groep aan 3'. De fosfaatgroep zit aan 5' en de base aan 1'. Het DNA-molecuul bestaat uit een dubbele helix, dus uit 2 DNA strengen. Deze strengen zijn doormiddel van waterstofbruggen aan elkaar geketend. Tussen T en A 2 waterstofbruggen en tussen G en C 3. Bij de aanmaak van nieuw DNA wordt 1 streng gebruikt als matrijsstreng.
Het menselijk DNA kent in 3 miljard basenparen, 22000 genen, 1 m lengte, 2nm dik, 3 picogram zwaar en kent 22 autosomen chromosomen en 2 geslachtschromosomen. Dit is voor haploïde situatie. Spermacellen en eicellen zijn haploïd en een lichaamscel is diploïd. DNA zit verpakt in chromatine. Er zijn twee soorten chromatine: heterochromatine en euchromatine. Heterochromatine is donker, gecondenseerd, niet actief en er vindt geen DNA transcriptie plaats. Euchromatine is licht van kleur, is actief en er vindt transcriptie plaats. Bij euchromatine is het DNA gedecondenseerd zodat enzymen en polymerasen er beter bij kunnen. Een cel met een grote kern bevat meer euchromatine aangezien er meer chromatine actief zijn.
DNA is negatief geladen. DNA bindt met positief geladen histonen om een chromatine te vormen.Allereerst windt het DNA zich om de histonen (2x4 eiwitten) dit vormt een
nucleïosoom. Vervolgens condenseert dit verder met behulp van een 5e histon om een chromatine fiber te vormen. Die fibers maakt dan nog loops en die loops worden gecondenseerd met als resultaat het interfase chromosoom. De meest gecondenseerde vorm van chromatine is in de metafase. Een chromosoom is vaak in de metafase afgebeeld.
Een chromosoom bestaat uit 2 chromatiden. Het punt waarop deze chromatiden aan elkaar zitten wordt het centromeer genoemd. De uiteinden van de chromosoom/chromatiden noemt men het telomeer. Wanneer het centromeer zich niet exact in het midden bevindt (submetacentrisch), heeft de chromosoom lange (Q-armen) en korte (P-armen) armen. Overigens wordt ook bij chromosomen waarbij de armen evenlang zijn (metacentrisch) P en Q armen benoemd. Dit is om onderscheid te maken en zo genlocaties te kunnen aanduiden. Hele kleine armen noemt men satelliet armen. Dit komt voor bij acrocentrische chromosomen
Chromosomen worden geclassificeerd op lengte en op de positie van het centromeer. Wanneer hieruit geen onderscheidt kan worden gemaakt wordt er gekeken naar de G-banding van de chromosoom. Deze G-banding vindt plaats in de metafase met behulp van Giemsa, vervolgens krijgt het.....read more
TentamenTests bij Van Mens tot Cel - Geneeskunde UL - #1Bevat een blokspecifiek oefententamen met antwoorden uit voorgaande collegejaren.
A: Epidermis
B: Dermis
C: Hypodermis
A: Colon ascendens
B: Colon sigmoideus
C: Rectum
D: Duodenum
A: Connexine
B: Integrine
C: Cadherine
D: Claudine
A: Fibroblast
B: Neutrofiele granulocyt
C: Osteoprogenitor cel
D: Chondroblast
A: Trophoblast
B: Epiblast
C: Decidua
D: Allantois
A: Cysteine
B: Methionine
C: Proline
D: Glycine
A: Gestoorde passage van de voedselbolus
B: Nasale regurgitatie
C: Aspiratie
D: Reflux van de maaginhoud
A: Een kieuwboog afwijking
B: Een uiting van een vergrote lymfeknoop
C: Een aanlegstoornis van de schildklier
D: Een maligne aandoening met vochtholte
TentamenTests bij Cel tot Molecuul - Geneeskunde ULBevat een blokspecifiek oefententamen met antwoorden uit voorgaande collegejaren.
1. Hans en Tineke willen graag een kindje. Zowel de ouders van Hans als de ouders van Tineke zijn beide drager van een autosomaal recessieve ziekte. Wat is de kans dat Hans en Tineke een gezond kind krijgen?
A: 1:4
B: 1:8
C: 1:16
D: 1:32
E: 1:64
2. Merel is een gezonde 26-jarige vrouw. Haar vader heeft daarentegen een dominante erfelijke aandoening, die zich al op kinderleeftijd uit. Merel vraagt zich af hoe groot de kans is dat zij draagster is van dit dominante gen. Deze kans is:
A: 0%
B: 25%
C: 33%
D: 50%
3. Kleurenblindheid heeft een X-chromosomale overerving. De prevalentie van kleurenblindheid is onder de Nederlandse-mannen 4%. Het percentage Nederlandse-vrouwen dat homozygoot is voor deze genen zou rond de … liggen:
A: 0,16%
B: 0,2%
C: 0,8%
D: 1,6%
4. Angelos komt bij de huisarts. Hij maakt zich zorgen, aangezien zijn zus vorige week is overleden aan een aandoening die autosomaal recessief overerft. Voor zover Angelos weet is zijn zus de eerste in de familie waarbij deze ziekte tot uiting kwam. Angelos heeft op dit moment een kinderwens en vraagt de arts hoe groot de kans is dat zijn kind het zieke gen bevat, deze kans bedraagt:
A: 1:3
B: 1:6
C: 1:8
D: 1:12
5. Een vrouw met het syndroom van down is zwanger. Hoe groot is de kans dat dit kindje ook het syndroom van down krijgt? (de kans dat de meiose bij haar partner fout gaat is verwaarloosbaar).
A: 0%
B: 33%
C: 50%
D: 75%
6. Nancy en Robert hebben beide het syndroom van Down. Zij hebben een kinderwens. Hoe groot is de kans dat zij een kindje krijgen met het syndroom van Down?
A: 0 - 12,5%
B: 12,5 - 25%
C: 25 - 50%
D: >50%
7. Susan komt bij de huisarts en verteld dat haar broer vorige week is overleden aan de gevolgen van Duchenne’s spierdistrofie. Susan vraagt hoe groot de kans is dat haar kind ook duchenne zal krijgen. Haar broer is de enige in de familie die Duchenne heeft. De dragerschapsfrequentie van Duchenne is 1:30. Hoe groot is de kans dat Susan haar kind Duchenne krijgt?
A: 1:12
B: 1:24
C: 1:48
D: 1:60
8. 3 broers hebben een bepaalde aandoening die X-gebonden wordt overerft. De moeder van deze broers heeft dit gen niet. Welke uitspraak is juist:
A: De vader heeft het X-gen met de ziekte.
B: Er is sprake van nonpenetrantie
C: Er is 3x een noveau mutatie opgetreden
9. 3 broers hebben een bepaalde aandoening.....read more
Oefenmateriaal bij Gezonde en Zieke Cellen 1 (GZC)Bevat blokspecifiek oefenmateriaal met antwoorden uit voorgaande collegejaren.
A. Threonine
B. Thyrosine
C. Alanine
D. Serine
A. Voor de werking van DNA helicase is ATP hydrolyse nodig.
B. DNA replicatie is onafhankelijk van RNA primers.
C. DNA polymerase bevat endonuclease activiteit (endonuclease activiteit is het vermogen van een enzym DNA in het midden van een keten af te breken).
A. DNA mismatch repair functioneert niet goed in de ziekte HNPCC.
B. DNA schade heeft geen invloed op de celcyclus.
C. Proofreading corrigeert alle fouten gemaakt tijdens DNA replicatie.
A. DNA-mismatch repair
B. Het proces dat cross-links uit DNA haalt
C. Het proces dat breuken in DNA repareert
D. Het proces dat thymine dimeren uit het DNA verwijdert
A. DNA polymerase
B. DNA helicase
C. DNA ligase
D. DNA primase
C. Alanine
Bij het proces van fosforylering van eiwitten wordt een fosfaatgroep covalent gebonden aan een zijgroep van een aminozuur. Dit kan echter slechts bij 3 verschillende aminozuren: Serine, Threonine en Tyrosine, en dus niet bij Alanine.
A. Voor de werking van DNA helicase is ATP hydrolyse nodig.
A: DNA helicase is het eiwit dat betrokken is bij de scheiding van twee DNA strengen. Tijdens dit proces moeten de waterstofbruggen tussen de tegenover elkaar liggende nucleotidebasen worden verbroken. Hiervoor is energie nodig die vrijkomt bij de hydrolyse van ATP.
B: Onjuist. DNA polymerase kan stukjes nucleotiden toe voegen aan het 3’uiteinde van een groeiende polynucleotideketen. Het is echter niet in staat om een nieuwe polynucleotide keten te beginnen. Daarom wordt eerst een stukje complementair RNA op de DNA matrijs neergelegd (RNA primers).
C. Onjuist. DNA polmyerase heeft geen endonuclease activiteit. Wel bevat DNA polymerase exonuclease activiteit. Dit is het vermogen DNA vanaf een uiteinde (en dus niet in het midden van een keten) af te breken. Van dit mechanisme wordt gebruik gemaakt bij proofreading door DNA-polymerase.
A. DNA mismatch repair functioneert niet goed in de ziekte HNPCC.
A. HNPCC (Hereditair Non-Polyposis Colonrectaal Carcinoom) is een erfelijk tumorsyndroom dat wordt veroorzaakt door een afwijking in een gen dat codeert voor een mis-match-repair-eiwit. Doordat deze eiwitten niet goed functioneren, is het zelfherstellend vermogen van het DNA verminderd.
B. Onjuist. DNA schade heeft wel invloed op de celcyclus. Tijdens de checkpoints van de celcyclus wordt onder andere gekeken of DNA.....read more
Samenvatting bij de colleges bij Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC), week 1Deze samenvatting van de colleges is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
Alle afbeeldingen in deze samenvatting zijn opgenomen in de bijlage die je hieronder los kunt downloaden.
Normale groei van cellen is goed gecontroleerd. Een voorbeeld van normale groei is na weefselschade, of de turn-over van maagslijmvlies in het maagdarmkanaal. Een andere soort van gecontroleerde groei is aangepaste groei. De ene celsoort gaat over in de andere. Er is sprake van adaptatie. Wanneer de groei niet goed gecontroleerd is, is er sprake van autonome groei. De cellen vermenigvuldigen zich zonder dat zij reageren op de contactremming. Er is dan sprake van tumorgroei.
Groeistoornissen:
Groeistoornissen kunnen worden onderverdeel in gecontroleerde groeistoornissen en ongecontroleerde groeistoornissen. De gecontroleerde groeistoornissen worden weer verder onderverdeeld in:
kwantitatieve groeistoornissen. Binnen deze groei wordt onderscheid gemaakt in:
Hypertrofie: Het orgaan wordt groter, doordat de individuele cellen groter worden. Dit kan een pathologisch of fysiologisch proces zijn. Pathologisch: het groeien van het hart bij hypertensie of klepafwijkingen. Fysiologische hypertrofie: het groeien van de uterus bij zwangerschap en het groeien van de spieren bij bodybuilders.
Hyperplasie: Het orgaan wordt groter doordat de cellen zich delen. Dit kan een pathologisch of fysiologisch proces zijn. Pathhhologisch: prostaatgroei bij oudere mannen. Fysiologisch: lacterende mamma. Er kan ook een combinatie voorkomen van hyperplasie en hypertrofie.
Atrofie: Het orgaan wordt kleiner doordat zowel de grootte als het aantal cellen in het orgaan afneemt. Dit kan optreden als een orgaan nier meer van bloed wordt voorzien, niet meer wordt geïnnerveerd, geen hormonale beïnvloeding meer krijgt of niet meer beweegt.
Hypoplasie: Het orgaan is niet volledig tot ontwikkeling is gekomen. Het orgaan bevat hierdoor minder cellen dan in de normale situatie en is dus kleiner.
Aplasie: Het orgaan is wel aangelegd, maar niet tot ontwikkeling gekomen.
Agenese: Het orgaan is niet aangelegd.
Kwalitatieve groeistoornissen: Binnen deze groep wordt onderscheid gemaakt tussen:
Metaplasie: Een uitgerijpt gedifferentieerd weefsel gaat over in een ander uitgerijpt gedifferenteerd weefsel. Dit kan bijvoorbeeld optreden bij chronische irritatie. Er is dan sprake van een verandering in celtype, die beter bestand is tegen de stress-situatie. Deze verandering is reversibel. Een voorbeeld is de verandering van cilinderepitheel naar plaveiselepitheel in de bronchi bij roken.
Dysplasie: Er is sprake van abnormale rijping, waardoor het weefsel ordeloos wordt. De cellen zien er afwijkend uit. Er verlies van uniformiteit en
Samenvatting bij de colleges bij Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC), week 2Deze samenvatting van de colleges is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.
Incidentie van longkanker is 11500 per jaar in Nederland en per jaar gaan er ook zo'n 10000 mensen dood aan longkanker. Het is de vierde meest voorkomende vorm van kanker. Het is wel de meest dodelijkste vorm. De verhouding tussen mannen en vrouwen met longkanker is 1.55:1.00. 1 op de 15 mannen krijgt longkanker voor het 75 jaar. Bij vrouwen is dit 1 op de 25.
Het grootste risico voor het krijgen van longkanker is roken. Zo'n 85-90% van de patiënten met longkanker hebben gerookt, of roken. Het risico op longkanker neemt ook al toe door passief roken met 19%. Er gaan in Nederland zo'n 200 mensen dood ten gevolge van passief roken. Inmiddels is het meeroken veel minder.
Roken is dus een risicofactor voor het krijgen van longkanker. Dit wil niet zeggen dat als je nooit gerookt heb, je geen longkanker kan krijgen. Roken verhoogt de kans op longkanker, keelkanker, blaaskanker, hart-en vaatziekten en COPD.
Als je het hebt over preventie, dan heb je het over het vermijden van risicofactoren. Omgevingsfactoren spelen namelijk een grote rol in het ontwikkelen van longkanker. Gedacht wordt dat genetica hierbij ook een rol speelt. Dit is echter nog niet aangetoond. Screening wordt op dit moment nog niet toegepast. Er zou bij screening gebruik kunnen worden gemaakt van een CT-thorax. Een X-thorax en sputum cytologie zijn hiervoor niet geschikt.
Er zijn twee belangrijke soorten longkanker
NSCLC: non small cell lung carcinoma. Het niet-kleincellig longcarcinoom
SCLC: small cell lung carcinoma.
Het is belangrijk om te weten met welke van de twee je te maken hebt voor de behandeling en de prognose.
Als je kijkt naar het niet-kleincellig longcarcinoom onderscheiden we het adenocarcinoom, het plaveiselcelcarcinoom en het grootcellig ongedifferentieerd carcinoom. Ook hier is het onderscheid belangrijk voor de soort therapie, met name binnen de chemotherapie.
In zo'n 20% van de gevallen gaat het om een kleincellig longcarcinoom. De rest is niet-kleincellig.
Symptomen van longkanker zijn over het algemeen zeer aspecifiek. Er kunnen klachten zijn van hoesten, kortademigheid, hemoptoë, thoracale pijn, pneumonie, gewichtsverlies, algehele malaise, koorts en gegeneraliseerde zwakte. De longtumor zelf kan geen pijn veroorzaken, want in het longweefsel zelf zitten geen.....read more
Oefentoetsen bij Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC)Drie oefentoetsen, gebaseerd op 2007, 2008 & 2009. Let op: alleen de oefentoets van 2009 heeft antwoorden.
Algemene oncologie
1. Een voorbeeld van een tumor die overwegend hematogeen metastaseert is het:
a. mammacarcinoom
b. ovariumcarcinoom
c. niercelcarcinoom
2. Longmetastasen van een schildkliercarcinoom zijn een voorbeeld van metastasering via de:
a. vena pulmonalis
b. vena cava
c. vena porta
3. Het ontstaan van een urotheelcelcarcinoom van de blaas, is geassocieerd met
a. roken
b. Schistosoma infectie
c. asbest contact
4. Welke van de volgende micro-organismen kan gezien worden als een biologische verwekker van kanker?
a. Epstein-Barr-virus
b. Cytomegalie virus
c. Hepatitis A virus
5. Tot de meest frequente vormen van kanker bij kinderen horen:
a. melanomen
b. hersentumoren
c. longtumoren
6. Bij het typische incidentie-patroon van een West-Europees land , hoort een relatief lage incidentie van:
a. coloncarcinoom
b. cervixcarcinoom
c. longcarcinoom
Mamma
7. Alvorens tot een operatieve behandeling over te gaan, wordt bij de verdenking op mammacarcinoom eerst de zgn. “triple diagnostiek” verricht. Dit houdt in:
a. lichamelijk onderzoek, mammografie en echografie
b. mammografie, echografie en weefseldiagnostiek (cytologie en/of histologie)
c. lichamelijk onderzoek, mammografie/echografie en weefseldiagnostiek
8. Welke zenuwen komt u allemaal tegen in de oksel bij een okselklierdissectie? Geef het beste antwoord.
a. nn intercostobrachialis en n thoracicus longus
b. n axillaris, n brachialis en n thoracodorsalis
c. nn intercostobrachialis, n thoracicus longus en n thoracodorsalis
9. Bij een multifocaal mammacarcinoom, zonder doorgroei of infiltratie van de huid is
a. een gemodificeerde radicale mastectomie geïndiceerd
b. ablatio van de mamma in combinatie met een schildwachtklier procedure een goede behandeling
c. een mammasparende behandeling mogelijk
10. Er bestaan verschillende soorten mammacarcinomen. Welke komt verreweg het meeste voor?
a. invasief lobulair mammacarcinoom
b. slijmvormend adenocarcinoom
c. invasief ductaal carcinoom
11. Patiënte ondergaat een ablatio mammae wegens DCIS graad III. Dit is radicaal verwijderd. Welke nabehandeling zal nu volgen?
a. radiotherapie
b. hormoontherapie
c. geen
12. Patiënt ondergaat een segment excisie van de mamma wegens DCIS graad I. Dit is niet radicaal verwijderd. Welke nabehandeling zal nu volgen?
a. radiotherapie
b. re-excisie
c. hormoontherapie
Longziekten
13. Mediastinoscopie is belangrijk voor:
a. het vaststellen van de aard van de tumor (kleincellig of niet-kleincellig)
b. stadiering van een longcarcinoom
c. diagnostiek van perifeer gelegen longtumoren
14. Een patiënt met een longcarcinoom heeft een verhoogd alkalische fosfatase en hypercalciemie. In dit geval is het verstandig het standaard disseminatie onderzoek uit te breiden met:
a. een echografie of CT-scan van de bovenbuik
b. een CT-scan van de hersenen
c. een botscintigrafie
15. Een kleincellig longcarcinoom wordt in principe behandeld met:
a. chemotherapie
Begrippen bij Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC)Bulletpoint samenvatting voor het vak GZC II met alle belangrijke begrippen met toelichting. Gebaseerd op 2014-2015.
Bulletpoint samenvatting
Algemeen | |
| nieuwvorming |
| abnormale massa waarvan groei die van normale weefsels overstijgt, ongecoördineerd is en doorgaat nadat de stimulus is gestaakt |
| een afwijking, die histologisch de normale componenten toont van het orgaan waarin de afwijking gelokaliseerd is, maar in een abnormale rangschikking en graad van differentiatie bron: Ned Tijdschr Geneeskd. 1990;134:481-3 naar Albrechts, die de term hamartoom voor het eerst omschreef |
| normaal weefsel op de verkeerde locatie |
| toegenomen variatie in kern (vorm, grootte, etc..) |
| kernen zijn donkerder door toegenomen hoeveelheid DNA |
| verhouding van kerngrootte ten opzichte van de hoeveelheid cytoplasma |
| oriëntatie van de kernen in het cytoplasma |
| reversibele verandering van een celtype wordt verwisseld voor een ander als reactie op een prikkel; verandert terug als je de prikkel “weghaalt”; wanneer metaplasie sneller plaatsvindt of zonder prikkel kan dit een predispositie voor maligniteit zijn |
| toename van het aantal cellen |
| metaplasie met polymorfie, toegenomen aantal nucleoli, meer mitose, verlies van eigenschappen, verlies van architectuur |
| in hoeverre zie je nog het originele weefsel: goed, matig (tumor zichtbaar, maar je ziet van welk weefsel), slecht (te veel tumor om te zien van welk weefsel het afkomstig is), anaplasie/ongedifferentieerd |
| benigne is niet invasief, niet destructief, metastaseert niet; krijgt uitgang –oom; benigne tumoren kunnen wel klinisch relevant zijn als ze andere weefsels verdrukken (kan het geval zijn bij een meningioom) |
| tumor van slijmvliezen |
| vleesboom |
| invasief, destructief, lymfogene en/of hematogene metastasering; krijgen de naam –sarcoom of –carcinoom; uitzonderingen: lymfoom, mesothelioom en melanoom (zijn maligne!) |
| als tumorcellen in het “doelwitorgaan” een nieuwe tumor hebben gevormd spreekt men van metastase, route die wordt gevolgd: |
Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC 2) - B2 - Geneeskunde - UU - OefententamensBevat leeropdrachten bij Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC 2), gebaseerd op 2015-2016
Aanvankelijk is er sprake van een carcinoma in situ, die kan overgaan in een maligne vorm. Wanneer dit gebeurt, is niet bekend. Borstkanker heeft veelal een lage groeifractie (cellen in celcyclus) met een verdubbelingstijd van gemiddeld ruim 200 dagen. Tumoren van 1-2 cm noemen we klinisch vroeg ontdekte carcinomen, hoewel de tumor biologisch dan al ten minste twee derde van zijn totale groei heeft ondergaan en er derhalve eerder van een late ontdekking sprake is. Lokale infiltrerende groei is het gevolg van de vermeerdering van tumorcellen in het borstklierweefsel, waarin neoplastische groei is ontstaan. De meeste tumoren worden gevonden in het laterale bovenkwadrant, waar zich het meeste mammaweefsel bevindt. Bij microscopisch onderzoek worden echter meer, veelal niet-infiltrerende, onafhankelijke carcinomen gevonden. Infiltrerende ingroei vindt plaats langs de klierbuisjes, de bindweefselstrengen en het weinig weerstand biedende vetweefsel in de borst. Tumorcellen kunnen lymfevaten en bloedvaten op dezelfde wijze als witte bloed lichaampjes penetreren. Op deze wijze kan al voor de tumor ontdekt is metastasering plaatsvinden (Van der Velde, 7e druk, 2005).
Steeds meer gegevens tonen aan dat behandeling in een vroege fase en het bereiken van een plaatselijke genezing van invloed zijn op de uiteindelijke genezingskans.
Chirurgie.
Er zijn twee mogelijkheden: de mammasparende operatie en de gemodificeerde radicale mastectomie. Welke het wordt, hangt af van tumorgrootte, calcificaties, het te verwachten cosmetische resultaat en de wens van de patiënt. Multicentriciteit en macroscopische irradicaliteit zijn contra-indicaties voor MST (mamma-sparende therapie). De radicale mastectomie bestaat uit een ablatio mammae inclusief een okselklierdissectie. Bij het okselkliertoilet worden de n. thoracodorsalis en de n. thoracicus longus zo mogelijk gespaard. De schildwachtklierprocedure is een geaccepteerd alternatief voor de okseldissectie. De beste resultaten worden bereikt met een combinatie van preoperatieve lymfoscintigrafie met radiocolloïd en preoperatieve injectie met patentblauw. Contra-indicaties zijn multipele tumorhaarden, tumor groter dan T2 en klinisch verdachte okselklieren. Bij een positieve schildwachtklier.....read more
Gezonde & Zieke Cellen 2 (GZC 2) - B2 - Geneeskunde - UU - Notes (1415)Bevat aantekeningen bij de colleges, werkgroepen etc. gebaseerd op het studiejaar 2014-2015
Er zijn twee soorten gecontroleerde groei van cellen: normale groei (bijvoorbeeld herstel na weefselschade of turnover van maagslijmvlies) en adaptatie. Wanneer groei ongecontroleerd is, is er sprake van autonome groei ofwel tumorgroei: cellen delen onafhankelijk van signalen uit hun milieu.
Groeistoornissen
Groeistoornissen kunnen worden onderverdeel in gecontroleerde groeistoornissen en ongecontroleerde groeistoornissen. De gecontroleerde groeistoornissen worden weer verder onderverdeeld in:
Kwantitatieve groeistoornissen.
Hypertrofie: cellen worden groter. Dit kan een pathologisch of fysiologisch proces zijn. Pathologisch: het groeien van het hart bij hypertensie of klepafwijkingen. Fysiologisch: het groeien van de uterus bij zwangerschap en het groeien van de spieren bij bodybuilders.
Hyperplasie: cellen vermeerderen zich. Dit kan een pathologisch of fysiologisch proces zijn. Pathologisch: prostaatgroei bij oudere mannen. Fysiologisch: lacterende mammaklieren. Er kan ook een combinatie voorkomen van hyperplasie en hypertrofie.
Atrofie: grootte en aantal cellen neemt af. Dit kan optreden als een orgaan niet meer van bloed wordt voorzien, niet meer wordt geïnnerveerd, geen hormonale beïnvloeding meer krijgt of niet meer beweegt.
Hypoplasie: er zijn weinig cellen. Een orgaan is dan niet volledig tot ontwikkeling is gekomen en kleiner van omvang.
Aplasie: er zijn geen cellen. Het orgaan is wel aangelegd, maar niet tot ontwikkeling gekomen.
Agenese: het orgaan is niet aangelegd.
Essential Cell Biology (Alberts et al) - KernbegrippenBevat de belangrijkste begrippen uit het boek Essential Cell Biology met uitleg
Terminologie
Regionale anatomie Lichaam verdeeld in delen als romp en hoofd.
Systemische anatomie Lichaam verdeeld in orgaansystemen die samenwerken.
Klinische anatomie Manier waarop lichaam gebruikt wordt in geneeskunde.
Mediane vlak Vlak verticaal door midden van lichaam.
Sagittale vlak Vlak verticaal parallel aan mediane vlak.
Frontale vlak Vlak verticaal loodrecht op mediane vlak.
Transversale vlak Vlak horizontaal door het lichaam.
Superior/Craniaal Dichterbij het hoofd.
Inferior/Caudaal Dichterbij de voeten.
Anterior/Ventraal Dichterbij de voorkant (buik).
Posterior/Dorsaal Dichterbij de achterkant (rug).
Mediaal In het midden/centrum van het lichaam.
Lateraal Naar de zijkanten van het lichaam.
Proximaal Dichterbij een bepaald punt (meestal hoofd).
Distaal Verder van een bepaald punt af (meestal het hoofd).
Unilateraal Aan één zijde.
Bilateraal Aan beide zijde.
Ipsilateraal Aan dezelfde zijde.
Contralateraal Aan de andere zijde.
Flexie Buiging van een bepaald lichaamsdeel.
Extensie Strekken van een bepaald lichaamsdeel.
Huid
Epidermis Buitenste laag van de huid bestaande uit bovenste keratinelaag en daaronder gelegen basale laag.
Dermis Middelste laag bestaande uit collageen, elastische vezels en bevat follikels, zenuwen,bloedvaten talg- en haarklieren.
Subcutaan vetweefsel Onderste laag bestaande uit vet en los bindweefse
Functie van de huid Bescherming, warmteregulatie, gevoel en synthese van vitamine D
Skelet
Axiale skelet Botten van hoofd, nek en romp.
Appendiculaire skelet Botten van ledematen.
Kraakbeen Bevindt zich op gewrichten en flexibele delen.
Perichondrium Vlies om kraakbeen voor voeding, groei van nieuw
kraakbeen en aanhechting van pezen en ligamenten.
Bot, functie Bescherming, beweging, opslag van zouten en bloedcelnieuwvorming.
Periostium Vlies om bot met dezelfde functies als perichondrium.
Compact bot Oppervlakkige laag van het bot.
Diafyse Middelste plaat van het bot.
Epifyse Platen aan beide uiteinden van het bot.
Epifysiale platen De plek waar het bot groeit richting diafyse.
Voedingsarteriën Voorzien het spongieuze bot en beenmerg van bloed.
Periostale arteriën Voorzien het compacte bot (van diafyse).
Epifysiale arteriën Voorzien de uiteindes (epifysen) van het bot.
Sensorische zenuwen Zitten voornamelijk in het periostium.
Vasomotorishe zenuwen Zitten in het bot om diameter van bloedvaten te regelen.
Gewrichten
Gewrichten Op plaatsen waar twee structuren elkaar raken.
Fibreuze gewrichten Zitten aan elkaar vast door fibreus bindweefsel.
Synoviaal gewrichten Synoviale vloeistof tussen gewrichtsoppervlakken voor voeding en een glad glijdoppervlak.
Articulaire arteriën en venen Arteriën en venen die zich in het gewrichtskapsel bevinden.
Spieren
Skeletspierweefsel Vrijwillige beweging, bestaat uit spierweefsel en pees.
Hartspierweefsel Spierweefsel in hart, niet beïnvloedbaar door eigen wil.
Glad spierweefsel In wanden van bloedvaten, organen, haarzakjes, lens en pupil.
Lange spieren Worden het kortst als ze samentrekken, niet sterk.
Korte spieren Worden niet zo kort, maar wel.....read more
Summary: Essential Cell Biology (Alberts et al) - First partThis summary is based on the 3rd edition of Essential Cell Biology from Alberts et al. The remaining chapters can be accessed when logged in and can be found here: Second part of the summary
Cells are the fundamental units of life; all living things are made of cells. The present-day cells are believed to have evolved from an ancestral cell that excited more than 3 billion years age. Cells vary enormous in appearance and function, however all living cells have a similar basic chemistry.
With the invention of the microscope, it became clear that plants and animals are assemblies of cells, that cells can also exist as independent organisms, and that cells individually are living in the sense that they can grow, reproduce, convert energy from one form into another, respond to their environment, and so on. Although cells are varied when viewed from the outside, all living things are fundamentally similar inside. And in all living things, genetic instructions, called genes, are stored in DNA molecules. In every cell, the instructions in the DNA are read out, or transcribed, into a chemically related set of molecules made of RNA. The messages carried by the RNA molecules are in turn translated into yet another chemical form: they are used to direct the synthesis of a huge variety of large protein molecules that dominate the behaviour of the cell. In sum, the reproduction process exists of replication (DNA synthesis), transcription (RNA synthesis) and translation (protein synthesis). Unfortunately, the copying of DNA is not always perfect, and the instructions are occasionally corrupted. Later is this summary we will discuss this further.
Cells are enclosed by a plasma membrane that separates the inside of the cell from the environment. And all cells contain DNA as a store of genetic information and use it to guide the synthesis of proteins. Cells in a multicellular organism, though the all contain the same DNA, can be very different. They use their genetic information to direct their biochemical activities according to cues they receive from their environment.
Cells of animal and plant tissues are typically 5-20 micrometer in diameter and can be seen with a light microscope, which also reveals some of their internal components (organelles). The electron microscope permits the smaller organelles and even individual molecules to be seen, but specimens require elaborate preparation and cannot be viewed.....read more
Summary: Essential Cell Biology (Alberts et al) - Second partThis summary is based on the 3rd edition of Essential Cell Biology from Alberts et al. The first 10 chapters are open access and can be found here: First part of the summary
Cell membranes enable a cell to create barriers that confine particular molecules to specific compartments. The simplest bacteria have only a single membrane, the plasma membrane. Eucaryotic cells, however, contain in addition a profusion of internal membranes that enclose intracellular compartments. All cell membranes are composed of lipids and proteins and share a common general structure. The lipid component consists of many millions of lipid molecules forming a lipid bilayer. This lipid bilayer gives the membrane its basic structure and serves as a permeability barrier.
The lipids in cell membranes combine two very different properties in a single molecule: each lipid has a hydrophilic (‘water-loving’) has and one or two hydrophobic (‘water-hating’) hydrocarbon tails. There are three major classes of membrane lipid molecules:
The most abundant lipids in cell membranes are phospholipids, and the most common type of phosphoslipid in most cell membranes is phosphatidylcholine. Molecules with both hydrophilic and hydrophobic properties are termed amphipathic. This chemical property plays a crucial part in driving these lipid molecules to assemble into bilayers. They assemble spontaneously into bilayers when placed in water, forming closed compartments that reseals of torn.
Amphipathic molecules re subject to two conflicting forces: the hydrophilic head is attracted to water, while the hydrophobic tail shuns water and seeks to aggregate with other hydrophobic molecules. This conflict is resolved by the formation of a lipid bilayer, because the hydrophilic heads face the water at each of the two surfaces of the sheet of molecules and the hydrophobic tails are all shielded from the water and lie next to one another in the interior of this ‘sandwich’. Finally, the phospholipid bilayers spontaneously close in on themselves to form sealed compartments.
The lipid bilayer is fluid, and individual lipid molecules are able to diffuse within their own monolayer; they do not, however, spontaneously flip from one monolayer to the other. The two layers of the lipid bilayer have different lipid compositions, reflecting the different functions of the two faces of a cell membrane.
The fluidity of a cell membrane (the ease with which its lipid molecules move within the plane of the
.....read more
JoHo can really use your help! Check out the various student jobs here that match your studies, improve your competencies, strengthen your CV and contribute to a more tolerant world
There are several ways to navigate the large amount of summaries, study notes en practice exams on JoHo WorldSupporter.
Do you want to share your summaries with JoHo WorldSupporter and its visitors?
Field of study
Je vertrek voorbereiden of je verzekering afsluiten bij studie, stage of onderzoek in het buitenland
Study or work abroad? check your insurance options with The JoHo Foundation
Add new contribution