BIOLOGIE - SAMENVATTING Werking van levende wezens op moleculair en cellulair niveau

HOOFDSTUK 1 : DE CHEMIE VAN HET LEVEN – ERFELIJKE MOLECULEN

Biomoleculen- basisingrediënten van het leven- = organische macromoleculen

o 96% C, O, H en No 4% S, P, ionen (Ca, K, Na, Cl en Mg) + sporenelementen (I, Fe)

- enorme verscheidenheid: klein aantal bouwstenen (monomeren) unieke sequenties 3D-structuren

- 4 families:o Koolwaterstoffen (=polysacchariden, koolhydraten): 8%, suikers en polymereno Lipiden: 7%, vetten, fosfolipiden en steroïden, ze zijn hydrofoobo Eiwitten (=proteïnen, polypeptiden): 58%, polymeren van aminozuren (n=20)

verbonden met peptidebinding, meest verscheiden groep, elk eiwit unieke conformatie die zijn functie bepaalt

o Nucleïnezuren: 27%, polymeren van nucleotiden (n=4), DNA (1 soort) en RNA (verschillende soorten)

- elk levend wezen moet zijn eigen biomoleculen kunnen opbouwen (afbraak – biosynthese)o heterotrofe organismen: aan de hand van kleinere bouwstenen uit voedingo autotrofe organismen: met behulp van anorganische hulpmiddelen (vb CO2)

- bouwstenen waaruit cellen (kleinste structurele en functionele eenheid van het leven) zijn opgebouwd

- functionele bestanddelen waarmee cellen werkzaamheden kunnen uitvoeren-

Metabolisme- geheel van chemische reacties in cel die leiden tot aanmaak en werking van biomoleculen en

de daarvoor vereiste energie- 2 soorten:

o anabolisme: reacties die kleine moleculen omzetten tot grotere (= biosynthese), energie is nodig

o katabolisme: reacties die grote moleculen omzetten tot kleinere, energie komt vrij- Energiekoppeling: energiewinst uit katabolisme gekoppeld aan anabolisme dat energie

vereist energiedragers (kleine molecule voor gemakkelijke diffusie die energie kan opnemen en afstaan) vb:

o ATP: (adenosine trifosfaat) adenine, ribose en staart van 3 fosfaatmoleculen, staart is onstabiel, makkelijk fosfaat afsplitsen door hydrolyse ADP + 1 fosfaatgroep + energie (gebruikt om gefosforyleerd intermediar te vormen om uiteindelijk anabolische reactie te laten verlopen)

o NADH: (nicotinamide adenine dinucleotide), via oxidatie en katalyse van H+ NAD+ + 2H+ + energie

- koude chemie (4°-40°C) chemische reacties efficiënt bij hogere temperaturen enzymen (meestal eiwitten) om reacties te katalyseren: substraatspecifiek (specifieke vorm)

o aaneenkoppelen 3 substraatmoleculen: anabolismeo losknippen binding tussen 2 onderdelen van substraatmoleculen (katabolisme)

- duizenden chemische reacties, iedere reactie welbepaald enzym, dus specifiek eiwit eiwitsamenstellig van cel bepaalt dus metabolisme

- eiwitten belangrijkste biomoleculen: talrijkst en meeste functies:o enzymen: amylase

o structuur: collageeno transport: hemoglobineo beweging: myosineo opslag: caseïneo signaal: insulineo receptor: insulin-receptoro genregulatie: transcriptiefactoreno

DNA- Griffith: culturen van bacteriën die dodelijke longontsteking veroorzaken, 1 bacteriestam niet

virulent (rough) + dode virulente (smooth) bacteriën niet-virulente bacteriën wel virulent (smooth) geworden erfelijke eigenschap kan doorgegeven worden

- Avery: experiment van Griffith overdoen met chemisch gezuiverde extracten DNA kan virulentie doorgeven

- Watson en Crick: structuur van DNA (X-straal kristallografie)o polymeer van nucleotiden vast door suiker-fosfaatruggengraat

pentose: desoxyribose fosfaatgroep stikstofhoudende base

pyrimidines: cytosine, thymine purines: adenine, guanine

o 2 polynucleotides antiparallel in dubbele helixo base-paringsregels: Adenine bindt thymine (2 H-bruggen), guanine bindt cytosine (3

H-bruggen) 2 strengen zijn complementair- replicatie

o 2 ketens scheiden van elkaar, 1 van de 2 = matrijs 2 exacte kopies semi-conservatief

o begint op de ‘origins of replication’ waar enzyme helicase bindt en 2 ketens uit elkaar haalt

o begint simultaan op talrijke plaatseno in 2 richtingen 2 replicatievorken (asymmetrisch) o elongatie nieuwe polynucleotideketen DNA-polymerase: nucleoside trifosfaat

tegenover complementaire base op matrijsketen, hydrolyse van 2 fosfaten levert energie voor polymerizatie

o kan enkel in 5’ 3’ richting want nieuw nucleotide kan enkel aan 3’-C-atoom gebonden worden, waar energie-rijke binding wordt gekliefd, hetgeen de energie voor polymerisatie levert

leading strand: synthese continu laggin strand: discontinue synthese, okazaki fragmenten aan elkaar gelast

door DNA-ligaseo voordat DNA polymerase DNA keten kan beginnen moet er reeds een primer van een

10tal nucleotiden zitten primase (bestaat uit RNA)o Achteraf vervangt DNA polymerase de RNA-primers door DNA nucleotiden, ligase

last deze fragmenten aaneen- herstel en mutatie

o nauwkeurigheid base-paring + herstelmechanismeno proofreading: DNA polymerase controleert elk nieuw nucleotide en vervangt

eventueel foutief geplaatste nucleotideno excision repair: DNA moleculen kunnen beschadigd geraken (b door X-stralen, UV, …)

= mutagenen herstellen: verkeerde stukjes DNA-sequentie uitknippen door

nuclease en vervangen door juiste nucleotiden, geheel weer aan elkaar lassen door DNA polymerase en DNA ligase

o mutaties: niet hersteld permanente fouten thv 1 nucleotide: puntmutaties: substituties, inserties of deleties van

nucleotideparen ergste mutaties: frameshift thv gameten erfelijke ziekten

o bepaalde vormen van kanker: DNA-herstelmechanisme deficiënt: fouten stapelen op en leiden tot oncontroleerbare cellen

- genetische codeo eiwit aminozuursequenties bepaald door genen, zelf gekenmerkt door

nucleotidesequentieso triplet code

Van gen tot eiwit- link tussen DNA en eiwit: RNA

o pentose: riboseo uracil ipv thymineo enkelvoudige strengeno korto verschillende conformaties

- 2 stappen:o transcriptie

transcriptiefactoren: proteïnen die aan DNA kunnen binden thv promotor RNA polymerasen binden aan promotors en halen DNA strengen uiteen

(initiatie) kan met verschillende polymerasen achtereen, zoals in konvooi beëindigen transcriptie: DNA-sequentie STOP resultaat: mRNA die codeert voor polypeptide eukaryotische cellen: stukjes niet-coderende sequenties (nonsens) na

transcriptie uitgeknipt = splicingo translatie

tRNA: translatie van mRNA naar proteïne aminozuren uit cytoplasma naar ribosoom transporteren draagt anticodon, complementair aan codon op mRNA en hiermee

overeenkomend aminozuur aminoacyl-tRNA synthetase koppelt juiste aminozuur aan tRNA

ribosoom = proteïnesynthese-machine, 2 subeenheden opgebouwd uit aantal proteïnen en uit rRNA subeenheden komen samen als ze binden aan mRNA mRNA schuift doorheen ribosoom terwijl tRNA’s die af en aan komen

op 2 plaatsen kunnen binden wanneer polypeptide afgewerkt is, komt het los van het ribosoom en

valt dit terug uiteen in de subeenheden prokaryoten: kleiner, andere molec. samenstelling, toep: antibiotica

energie eiwitsynthese: GTP, nauw verwant met ATP vaak gebeurt proteïnesynthese in konvooi van ribosomen: polyribosomen tijdens en na translatie zal polypeptide spontaan plooien en wikkelen tot

specifieke conformatie eiwit kan daarna nog chemisch gemodificeerd worden

tRNA en rRNA ook vanuit DNA gemaakt door transcriptie niet elk gen codeert voor een polypeptide: sommige genen coderen voor RNA’s

- DNA triplets worden overgeschreven tot mRNA codons, meeste aminozuren worden gespecifieerd door 2 of meer codons genetische code is redundant

- genetische code is universeel: dezelfde code wordt gebruikt door alle levende wezens

Ribozymen- rRNA kan peptidebinding van nieuw aminozuur thv ribosoom katalyseren- = RNA met katalytisch vermogen

Oorsprong van de macromoleculen- abiotische theorie: organische verbindingen ontstonden spontaan in de vroege reducerende

aardatmosfeer waar veel energie aanwezig was onder vorm van bliksem en UV-licht Stanley Millers experiment: aminozuren en eenvoudige organische verbindingen maken in atmosfeer van methaan, ammoniak, water en waterstof

- panspermie: extraterrestrische oorsprong van het leven stuk meteoriet van planeet Mars dezelfde aminozuren van Miller’s experimenten in dezelfde verhoudingen meteorieten leven op aarde gebracht of vergelijkbare levensvormen ook op andere planeten kunnen ontstaan

- mogelijk door katalytische werking mineralen-houdend klein meer ingewikkelde polymeren

- protobionten konden ontstaan door self-assembly van moleculen, konden binnenomgeving creëren verschillend van buitenwereld die eenvoudig metabolisme bevordert, beste protobionten wel geselecteerd maar info kon niet doorgegeven worden

RNA-wereld- RNA was eerste genetisch materiaal:

o DNA kan niets doen zonder RNA, RNA niet per se afhankelijk van DNAo RNA tot veel meer functies in staat meerdere conformaties, chemische reacties

katalyseren (ribozymen), eiwitsynthese …o replicatie DNA is ingewikkelder door speciale conformatie en vereist veel meer

enzymeno sommige eenvoudige wezentjes nog RNA als genetisch materiaal (RNA-virussen),

sommigen daarva kunnen zelfs DNA maken uit RNA (reverse transcriptase)o zeer eenvoudige replicatoren uit RNA bestaan nog: viroïden

- RNA-polynucleotiden gesynthetiseerd zonder hulp van enzymen: ribozymen (zelf katalytisch) geholpen door vele verschillende 3D-conformaties

- mutaties en natuurlijke selectie zelfreplicerende RNA’s die ook korte polypeptiden konden vormen polypeptiden ontstaan die replicatie van RNA gingen helpen (polymerasen)

- moleculaire samenwerking verbeterde eens RNA en polypeptiden binnen protobionten metabolisme tot stand met polypeptide enzymen als katalysatoren

- vanuit RNA evolueerde DNA: stabielere drager van erfelijke eig, kan gemaakt worden op basis an RNA huidige wereld: DNA-wereld, rol RNA’s beperkt tot vertalers van genetische programma’s

Bouw van de prokaryotische cel- eerste levensvormen:

o oudste gekende fossielen: stromatolieten, 3,5 miljard jaar geledeno nog steeds alomtegenwoordig en talrijk: bacteriën alle voedselketens zijn er van

afhankelijk

- cytoplasma: cytosol (visceuze vloeistof met allerlei opgeloste stoffen) en ribosomen (eiwitsynthese)

- celmembraan = plasmamembraan: o semi-permeabel, rekbaar, laat selectief stoffen door bepaalt chemische

samenstelling van cel hypertoon milieu: water uit de cel vloeien, cel krimpt hypotoon milieu: water in de cel vloeien, cel zwelt en barst open

voorkomen: celwando dubbele laag fosfolipiden waarin verschillende eiwitten ingebed:

membraanproteïnen cel adhesie: verankeren van 2 naburige cellen communicatie: kanaaltjes tussen 2 cellen waardoor kleine moleculen kunnen transport: selectief doorlaten van moleculen signaal receptor: chemische signalen binden en doorgeven naar binnen ATP-aangedreven pomp voor actief transport van ionen

- celwand: o vorm cel behoudeno bestaat uit peptidoglycaan (complex van proteïnen en oligosacchariden)o samenstelling determinatie bacteriën: Gram-kleuring

Gram-negatieve bacteriën: celwand ingewikkelder samengesteld, buitenkant soort 2e celmembraan waarin lipopolysacchariden resistentie van bacteriën tegen afweerstelsel en antibiotica

Gram-positieve bacteriën: antibiotica voorkomen hier vorming van celwand, geen rechtstreekse neveneffecten voor dierlijke cellen die geen celwand hebben

o buiten celwand soms nog kleverig kapsel kleven van prokaryoten aan substraat of aan elkaar of bescherming tegen afweerstelsel

o er kunnen aanhangsels voorkomen: pilli, voor kleven aan substraat en voor conjugatie

o vele soorten zijn beweeglijk specialisaties van de celwand: flagella spiraalsgewijze draden zorgen voor kurkentrekkerbeweging glijdende beweging in uitgescheiden slijm, richting

chemotaxis: volgens concentratiegradiënt fototaxis: naar het licht

- prokaryoten hebben geen celorganellen (celcompartiment, afgesloten ruimte met eigen binnen-omgeving dat van rest van cel gescheiden is door 1 of meerdere membranen)

o soms wel uitvoerige instulpingen van celmembraan waardoor zekere compartimentalisatie

o ribosomen zijn geen celorganellen, maar grote complexen van moleculen- morfologische diversiteit: beperkt:

o meeste 1-celligo sommige tijdelijke aggregaten van 2 of meer identieke cellen (kolonies)o sommige soorten eenvoudige vorm van meercelligheid specialisatie in meerdere

gespecialiseerde celtypeno vorm: bolvormig (cocci), staafvormig (bacilli) of schroefvormig (spirilla en

spirocheten), niet vervormbaaro grootte: 1 micrometer

- prokaryotisch genoom: o cirkelvormig DNA, georganiseerd als enkelvoudig chromosoom, vast aan

celmembraan

o 1 of meerdere plasmiden: kleinere DNA-ringetjes waarin klein deel van het genoom, vooral van belang als cel in uitzonderlijke omstandigheden om bv

metabolisatie toe te laten van ongewone nutriënten, resistentie tegen antibiotica

bij conjugatie van 2 bacteriën kunnen deze doorgegeven worden via cytoplasmabruggetjes

Voortplanting van prokaryotische cel- ongeslachtelijk, door binaire splitsing

o duplicatie circulair DNAo celmembraan tussen 2 DNA-ringen groeit en doet ringen uit elkaar bewegeno celmembraan snoert ino vorming nieuwe celwand zodat cel splitst

- generatietijd = verdubbelingstijd: 20 min – 3u- exponentiële groei afgeremd door uitputtin nutriënt of opstapeling metabolisch afval, lage

temperaturen- slechte omstandigheden: endospore-vorming:

o DNA verdubbeldo 1 kopie omgeven door dikke celwand, rest van omliggende cel sterft afo endospore kan tot wel 100 jaar overleven, vernietigd door verhitting bij 120°C of

meer gedurende minstens 20 minuten

Genetische variatie in prokaryoten- verticale gentransfer: mutaties ontstaan van nieuwe genen- voordelig bij organismen met zeer korte generatietijd: snel aanpassen aan wijzigende milieu,

zeer snel evolueren- horizontale gentransfer: genetische recombinatie: overdracht van DNA via

o conjugatie: overdracht F-plasmiden o transformatie: opname naakt DNAo transductie: overdracht via bacteriofagen

- plasmiden en virussen kunnen genen in en uit bacterieel chromosoom brengeno stukjes DNA die van ene plaats in chromosoom naar andere kunnen verspringen

binnen 1zelfde cel = transposons, mobiele genetische elementeno inbouwen of uitwisselen van stukken DNA steeds via homologe recombinatie, vergt

stukjes identieke nucleotidesequentie op stukjes DNA die zullen recombineren

Adaptieve radiatie- zorgde voor evolutie van verschillende soorten voeding en metabolisme

o voeding: verbruik van bepaalde C-bron + gebruik van E-bron om te komen tot productie van eigen organische stoffen

fotoautotrofen: inwendige membraan-instulpingen met pigmenten die licht kunnen fixeren, CO2 als C-bron, water en N-bron (cyanobacteria: meest zelfbedruipende organismen, enkel CO2, water, N2, enkele mineralen en licht)

chemoautotrofen: energie uit chemische verbindingen door oxydatie van anorganische stoffen, CO2 als C-bron

fotoheterotrofen: energie uit zonlicht, minstens 1 organische stof nodig, komt enkel voor bij prokaryoten

chemoheterotrofen: energie uit chemische verbindingen, minstens 1 organische stof nodig,

saproben: bijna elke organische molecule kan als voedsel dienen voor ten minste 1 soort

symbionten

eerste prokaryoten allen chemoheterotroof, voedden met abiotisch ontstane organische stoffen

concurrentie metabolische diversiteit ATP waarschijnlijk nutriënt, ATP-crisis ATP recycleren uit ADP

door energie uit andere organische voedingsstoffen glycolyse (geen zuurstof, fermentatie mogelijk)

- alle belangrijke soorten metabolisme ontstonden bij prokaryoten

Evolutie prokaryoten: oorzaak en gevolg veranderende omstandigheden planeet- aanvankelijk atmosfeer zuurstofloos: anaërobe prokaryoten, zuurstof als giftig afvalproduct

van fotosynthetische prokaryoten- sommige prokaryoten evolueerden tot aërobe organismen: toxische zuurstof omzetten en

veel energie opwekken door organische moleculen te oxyderen respiratie (celademhaling)

2 grote groepen prokaryoten- Archaea: afwezigheid van peptidoglycaan in celwand, verschillen thv eiwitsynthese en

nucleïnezuren, leven meestal in extreme milieus, hebben uniek metabolisch vermogen om CO2 te reduceren tot methaan

- Eubacteria: meeste soorten, o Escherichia coli is meest onderzochte, o mycoplasmas kleinste cellen, enige bacteriën zonder celwand

Symbiose- mutualisme: beide partners voordeel- parasitisme: voordeel aan de ene partner

o 1 van de partners veel groter: gastheer- vele prokaryoten leven samen met eukaryoten:

o fermenterende bacteriën in vagina maken zuren die pH doen dalen en zo groei van gisten en schimmels onderdrukken

o E. coli in darm produceert metabolieten: vitamine K (bloedstolling)- sommige bacteriën kunnen ziekten verwekken: pathogenen, sommige kunnen slechts ziekte

verwekken wanneer afweerstelsel verzwakt is (streptococcus pneumoniae in keel), vele pathogene effecten te wijten aan secretie van exotoxines of aanwezigheid van endotoxines op bacteriën

Virussen- geen cellen: niet in staat zich zelf te vermenigvuldigen noch om eigen proteïnen aan te

maken, geen ribosomen, geen eigen metabolisme- afhankelijk van cellen voor hun voortplanting: intracellulaire parasieten- mogelijk ‘uit de hand gelopen’ overdragers van erfelijk materiaal zoals plasmiden en

transposons (mobiele genetische elementen) sommige virale genen zijn bijna identiek aan normale genen van de gastheer (vb oncogenen)

- eerste virrussen waren mogelijk naakte stukjes nucleïnezuur, vervolgens evolueerden genen die coderen voor kapsel-eiwitten

- viraal genoom: soms DNA (adenovirussen) soms RNA (retrovirussen)- viraal kapsel = capside: proteïne, beschermt genoom, soms nog proteïne-enveloppe rond

capside zorgen samen voor besmettelijkheid virus- Bacteriofagen: intracellulaire parasieten van bacteriën, faag bindt aan gastheercel en

injecteert DNA, dit DNA kan

o coderen voor nieuw viraal DNA en virale proteïnen die door de gastheercel worden aangemaakt, producten verpakt tot nieuwe fagen, cel lyseert en nieuwe fagen vrij: Lytische cyclus

o ingebouwd worden in baterieel chromosoom en inactief blijven, bacterie plant voort en copieert ook viraal DNA: Lysogene cyclus, ingebouwde viraal DNA = provirus, voordeel: virus vermenigvuldigd zoner gastheren te doden, lysogene cyclus soms doorbroken voor lytische cyclus, hierdoor gaan fagen andere bacteriën gaan besmetten en kunnen ze stukjes DNA overbrengen: transductie (genetische recombinatie bij bacteriën)

- Virussen van dierlijke cellen:o zeer divers in mechanismen van infectie en replicatieo retrovirussen: beschikken over reverse transcriptase kan DNA overschrijven

vanuit RNA-matrijs, gevormde DNA kan als provirus geïntegreerd woren in menselijk genoom, menselijk RNA polymerase schrijft RNA-moleculen over (vb: HIV-virus)

mRNA voor synthese van virale proteïnen nieuw viraal genoom

o menselijk afweerstelsel kan virale besmettingen meestal de baas, waarna aangerichte schade kan hersteld worden, behalve

schade aan zenuwcellen (vb polio) schade aan afweercellen zelf (HIV)

o sommige soorten virussen kunnen bepaalde vormen van kanker veroorzaken (vb leukemie) oncovirussen

Viroïden en prionen- Viroïden: naakte, korte stukjes RNA die plantencellen kunnen binnendringen via wonden en

plant kunnen vernietigen door te interfereren met haar groei en ontwikkeling- prionen: besmettelijke proteïnen met eenzelfde aminozuursamenstelling als het normale PrP

(prion proteïne) maar met afwijkende conformatie, kunnen normale PrP proteïnen van vorm doen veranderen, kettingreactie, opstapeling abnormale eiwitten cellen beschadigd, vb sponsvormige hersenbeschadigingen (scrapy, BSE, Creutzfeld-Jacobs)

DNA-technologie- inbrengen van vreemd gen in organisme: genetische modificatie menselijke proteïnen

aangemaakt door bacteriën: recombinant proteïnen

Eukaryotische cellen- ontstonden uit prokaryoten door stapsgewijs nieuwe eigenschappen te verwerven- veel groter en vormveranderlijker dan prokaryoten

o toename in celdiameter met factor 10-100 volumetoename factor 1000-1000000 maar celopptoename factor 100-10000 en metabolisch vermogen is evenredig met celvolume maar afhankelijk van celoppervlakte voor diffusie nutriënten oplossing:

totale opp. celmembraan vergroten door in- en uitstulpingen en door vormveranderingen van de cel: diffusie-opp. groter

milieu opnemen in vesikels (afgesnoerde stukjes celmembraan) via endocytose en vervolgens door het cytoplasma te transporteren

o membraan-plasticiteit en afwezigheid van een celwand morfologische diversiteit- drijfveer evolutie:

o eerste eukaryote cellen waren de eerste predatoren: ze voedden zich door opname van kleinere prokaryoten: fagocytose (vorming van membraan-uitstulpingen die deeltje omgeven in grote blaas of vacuole binnen de cel) voordeel: grote hoeveelheden voedsel opnemen en groeien zonder direct te moeten splitsen

o primitieve eukaryote cel ontstond vanuit prokaryoten zonder peptidoglycaan celwand

o evolutie vereiste 2 basis-kenmerken: endomembraan systeem en cytoskelet

Endomembraan systeem- fabriek van membraan en organellen- synthese celmembraan: kernenveloppe en ER- endoplasmatisch reticulum: netwerk van met elkaar verbonden buisjes en afgeplatte zakjes

(= cisternen)o cisternen vormen compartiment dat afgesloten is van ER en rest cytoplasmao RER: ER waar ribosomen aan vast, produceert continu celmembraan

proteïnen hier aangemaakt worden binnen cisteren losgelaten posttranslationele modificatie

nieuwe eiwitten door chaperone-eiwitten geholpen om te plooien tot functionele conformatie (chaperone-eiwitten verwijderen ook verkeerd geplooide eiwitten)

ook fosfolipiden hier aangemaakto SER: ER zonder ribosomen vetsynthese, suikermetabolisme en ontgiftiging

toxische stoffen- ER verpakt aangemaakte producten in transport-vesikels die dan naar Golgi-aparaat gaan

o cis-zijde: ontvangt transport-vesikelso posttranslationele modificaties: chemische veranderingen door inwerking van

bepaalde enzymen op het polypeptideo trans-zijde: nieuwe vesikels met gemodificeerde inhoud opnieuw verscheepto adresseren van polypeptide naar specifieke lokatie in cel waarin vrijgelaten: sommige

polypeptiden aan uiteinde signaalsequentie ribosoom en popypeptide niet vrij in cytoplasma, maar vasthangen aan specifieke receptor

- opslag: opslagvesikels en lysosomeno organel dat hydrolytische enzymen bevat en ervoor zorgt dat vertering binnenin de

cel kan plaatsgrijpeno deel van endomembraansysteem: zakjes met enzymen die van Golgi-apparaat

afsnoereno membraan van lysosoom is resistent tegen hydrolytische werking van de enzymeno afbraak intracellulair materiaalo prokaryoten: geen lysosomen maar proteasomen: autocompartimentaliserende

complexen van 10 of meer verschillende proteïnen, hydrolyseren proteïnen- opname en recyclage celmembraan: endosomen

o hogere meercellige eukaryoten die niet meer tot fagocytose in staat zijno vesikeltjes van celmembraan afknoppen naar binnen toe, versmelten tot grotere

vesikels = endosomeno versmelten met lysosomen inhoud verteerd

- dubbeke kernmembraan: endomembraansysteem ontstond waarschijnlijk als instulping van celmembraan, omgeeft ook cellulair DNA met dubbele membraan waardoor celkern ontstaat

- belangrijkste functie: endocytose (import) en exocytose (export)

Cytoskelet- cytoplasma bevat uitgebreid netwerk van vezels die samen het cytoskelet vormen:

o microtubules: holle tubuline-polymeren, dikst, aan 1 eind vast aan centrosoom (microtubuli-organazing centre)

o microfilamenten: myosine, dunst, vooral veel onder celmembraan, lange uitlopers van 1 cel: microvilli (vingervormige uitstulpingen opp vergroten zonder volume te veel te verandern

o intermediaire filamenten: verschillende eiwitten- functies microtubuli:

o celbeweeglijkheid hangt af van polymerisatieo stevigheido behoud van celvormo beweging organelleno endocytoseo bij eencellige eukaryoten:

water naar buiten pompen in hypotoon milieu door pompende vacuolen voortbewegen dmv flagellen en cilia uitstulpingen van cytoskelet,

opgebouwd uit micritubuli omgeven door celmembraan flagellen: lang, golvende beweging in richting as cilia: even dik maar korter, slaan volgens as loodrecht op

celbewegingo celdeling: vorming spoelfiguur uit microtubuli

Endosymbiosetheorie- mitochondriën:

o zet energie die vrijkomt door oxydatie van voedingsstoffen om tot ATPo endosymbiont theorie verklaart oorsprong mitochondriën: in primitieve fagocyten

sommige prokaryoten gespaard van intracellulaire vertering gingen in symbiose leven met gastheercel, indien deze aëroob cel kan zuurstof afbreken

mitochondriën bevatten circulair DNA zonder histonen kunnen ribosomen maken die meer overeenkomst vertonen met

prokaryotische ribosomen dan met die van het eukaryotisch cytoplasma mitochondriale DNA en RNA sequenties meer overeenkomsten met

prokaryoten dan met eukaryoten mitochondriën dezelfde grootte als prokaryoten endosymbiotische prokaryoten komen voor in sommige moderne eencellige

eukaryoteno bijkomende mitochondriën in cel gemaakt door splitsing van bestaandeo opgebouwd uit 2 membranen, binnenste sterk geplooid tot cristaeo ruimte: matrix waarin verschillende enzymen geconcentreerd sommige

metabolische stappen celrespiratie (andere thv binnenmembraan)- chloroplasten:

o autotrofe eukaryoteno groene pigment chlorofyl en enzymen en moleculen nodig voor fotosyntheseo 2 membranen = stroma en daarin 3e membraancompartiment = thylakoïd membraan

- semi-autonome organellen: onafhankelijk van endomembraan systeem: o vermenigvuldigen door splitseno eigen DNA en ribosomeno oorspronkelijk afgeleid van endosymbiotische prokaryoten: zelfde afmetingen,

circulair DNA zonder histonen, binaire splitsing, ribisomen en RNA meer overeenkomsten met prokaryoten, …

o MAAR: meerendeel proteïnen toch aangemaakt in DNA celkern en ribosomen cytoplasma grootste deel mitochondriale en chloroplast-genen naar kern van gastheercel overgebracht in loop van evolutie (transpositie) geen volledig autonoom leven meer

Cellulaire respiratie- glycolyse: enige wat zonder zuurstof kan plaatsgrijpen- Krebscyclus- oxycatieve fosforylate 90% gewonnen energie onder vorm van ATP- water en CO2 zijn bijproducten

Peroxysomen- kunnen zuurstof omzetten in waterstofperoxyde en vervolgens deze stof afbreken mbv

enzyme catalase, enzyme syperoxy dismutase verwijdert superoxy anionen, geen ATP gemaakt

- 1 enkele membraan, groeien door moleculen op te nemen die in het cytoplasma worden gemaakt en splitsen wanneer bepaalde grootte

- geen eigen DNA en ribosomen, toch misschien afgeleid van primitieve aërobe prokaryoten via endosymbiose genen volledig naar kern kunnen overbrengen

- functie: door waterstof over te brengen van organische moleculen naar zuurstof kunnen bepaalde organische stoffen afgebroken worden

o vetzuren afbreken tot kleinere moleculen brandstof voor mitochondriëno in lever detoxifiëren de peroxysomen alcohol door overdraht van waterstof naar

zuurstof

Ontstaan meercelligheid- meercellige organismen 2 of meer verschillende celtypen- overgang: celkolonies- Meercelligheid ontstaan als: efficiënter voortplantingsmechanisme en

ontsnappingsmechanisme voor predatoreno Labo-experimenten: ééncellige groenwiertjes in aanwezigheid fagocytische protozoa

kolonies van 8 groenwiercellen, door groote niet fagocyteerbaaro eenvoudige meercellige groenwieren specialisatie in 2 celtypen: somatisch en

voortplantingscellen somatische cellen zorgen voor voeding en bescherming voortplantingscellen

Organisatie eukaryote genoom in celkern- eukaryotisch DNA verdeeld over chromosomen en lineair georganiseerd- DNA replicatie start op talrijke punten waarbij telkens 2 replicatievorken in tegengestelde

beweging- eukaryotisch DNA verpakt mbv eiwitten tot dense massa chromatine binnen kernmembraan

(alle eukaryoten hebben kern) kernporiën waardoor boodschappermoleculen , kernmembraan is continu met RER

- ongeveer evenveel DNA als proteïnen in chromatineo histonen: belangrijkste kern-proteïnen, waarrond DNA opgewondeno 5 verschillende soorten histon-eiwitteno nucleosoom: DNA gewikkeld rond groepje van 4 verschillende soorten histoneno parelsnoer van nucleosomen opgewonden rond 5e type histon tot compacte vezels

chromatine met diameter van 30nm euchromatine: minder dens heterochromatine genexpressie: wanneer te dens verpakt: geen polymerasen en transcriptiefactoren tot bij DNA en genen inactief

Genexpressie- 10% van de genen komt tot expressie in bepaalde cel van meercellige eukaryoten

celspecialisatie of differentiatie gebaseerd op differentiële gen-expressie en afhankelijk van het milieu

o vb: broodschimmel gekweekt op cultuurmilieu met arginine: verdwijnen van 3 enzymen uit cytoplasma, zonder arginine verschijnen de 3 enzymen weer

o vb: in levercellen komt albunisme tot uiting en trypsine niet, terwijl het in de pancreascellen juist omgekeerd is

- bepaald door intracellulaire interacties: signaalmoleculen receptoren signaaltransductie transcriptiefactoren genexpressie

o signaalmoleculen: adhesiemoleculen op oppervlak naburige cellen moleculen van extracellulaire matrix (bindweefsel) moleculen die gesecreteerd worden door naburige cellen of verderwerkende

signalen zoals hormonen Lipide signaalmoleculen: diffunderen doorheen celmembraan en binden

receptor in cytoplasma complex dat als transcriptiefactor werkt proteïnen binden eerst aan specifieke receptoren op celmembraan

o receptoren op oppervlak cel zijn speficieke proteïnen in celmembraan waaraan signaalmolecule (ligand) bindt past in receptor vanwege proteïne-conformaties receptor geactiveerd signaal doorgeven binnen cel

o signaaltransductie: mechanisme afhankelijk van soort receptor-ligand, wegnemen, opnemen of afbreken ligand gebonden aan receptor = stoppen respons

sommige receptoren fosforyleren enzymen in cytoplasma, volgende fosforylatie van volgend enzyme … kettingreactie tot eindpunt: enzyme dat naar kern migreert en daar transcriptiefactor fosforyleert die transcriptie inzet

soms membraanenzyme geactiveerd die 2e boodschapper activeert, verhoogde concentratie van 1 of meer second messengers kan cytoplasmatisch enzyme activeren of veroorzaakt vrijkomen Ca2+ ionen in cytoplasma (third messengers) activatie cytoplasmatisch enzyme kettingreactie, toename intracellulair Ca: rechtstreekse effecten: exocytose van opslag-vesikels

fosforylatie is voorbeeld van posttranslationele modificatie signaaltransductie = eiwitten geactiveerd waarop signaal doorgegeven,

activatie meestal fosforylaties vormverandering actieve vorm van eiwit- RNA modificaties

o uiteinden RNA-molecule aangepasto RNA-splicing: in stukken knippen en terug aan elkaar plakken van een aantal stukjes

mRNA niet-coderende sequenties: introns, verspreid tussen exons split genes coderende sequenties: exons wegknippen van introns en exons aan elkaar plakken thv spliceosomen in

kern: complexen van bepaalde proteïnen en van small nuclear RNA betere definitie gen: deel van het DNA at vereist is voor aanmaak an RNA molecule

nut van splicing: differential splicing: verschillende celtypen kunnen van eenzelfde

gen verschillende polypeptiden maken door exons op verschillende manieren aan elkaar te plakken

binnen 1 cel kunnen verschillende signalen leiden tot verschillende splice-producten

verschillende exons van split gene coderen vaak voor verschillende functionele domeinen van een polypeptide genetische recombinatie kan 1 eigenschap van een proteïne veranderen zonder de andere te veranderen rol in evolutie van proteïnediversiteit

- repetitieve sequenties: niet-coderende sequenties, vooral in heterochromatine van kern, meestal onder vorm van endogene retrovirussen en retrotransposons (coderen voor reverse transcriptase), kunnen in genoom verspringen, meer dan 50% van totale DNA in onze cellen

- multigen-families: groepen van meerdere kopies van bepaalde genen, meestal coderend voor RNA genduplicatie, nut: voldoende ribosomen te kunnen maken in synthetisch zeer actieve cel, zeer veel proteïnen aanmaken …, wanneer multigen familie promotor kwijtraakt pseudogenen (geen functie meer want nooit tot transcriptie

- Regulatie van gen-expressie op niveau van transcriptie:o aan/afwezigheid van DNA-bindende eiwitten thv promotorsequentie:

activatie: transcriptiefactoren inactivatie: repressor eiitten (aan promotors binden)

o condensatiegraad van DNA bepaalt bereikbaarheid van genen voor transcriptiefactoren en RNA-polymerase

heterochromatine: geen transcriptie mogelijk euchromatine: transcriptie mogelijk mechanisme: modificatie van DNA door acetylatie

aaneenkoppelen: histon acetylase, histonen vastgrijpen en bij zich houden

afkoppelen: histon deacetylase, DNA beetje loskomen van chromosoom meer DNA voor transcriptie

o methylacetatie van DNA: maakt DNA onleesbaar geen transcriptie

Telomeren- uiteinden van eukaryotische chromosomen- repetitieve, niet-coderende DNA sequentie: telomeric repeats- DNA-replicatie: gedurende elke replicatieronde worden RNA-primers afgezet net voor DNA-

gebied dat moet gerepliceerd worden, onmogelijk aan uiterste uiteinde van een chromosoom deel van DNA molecule niet meer gerepliceerd chromosomen verkorten thv telomeric repeats. Wanneer deze allemaal opgebruikt, niet meer delen en cel sterft af. soort biologische klok

- sommige cellen telomerase-activiteit:o speciaal proteïne-RNA complex dat repetitieve sequenties aan DNA-uiteinde kan

herstelleno RNA-subeenheid als matrijs voor synthese van telomeer-DNA en telomerase-eiwit als

katalysator (reverse transcriptase)o spermatogonia, oögonia, bloedstamcellen, stamcellen in weefsels met belangrijke

mate van celvernieuwingo opvallende re-activatie van telomerase-activiteit bij kwaadaardige kankers

Human Genome Project- volledige genoom-sequentie van de mens achterhalen

- welke genen bepalend voor welke functies- 97% van ons genoom codeert niet voor relevant RNA noch eiwit- veel splicing met relatief beperkt aantal genen toch veel eiwitten

Genetische manipulatie- transgene dieren:

o bepaald gen X door genetische manipulatie inbrengen in genoom van embryonale stamcellen, inplanten in morula of vroege blastocyst, stamcellen mee-ontwikkelen, nakomelingen met gemengd genotype vb menselijk gen tot expressie in muis of schaap

o bepaald gen uitschakelen (vervangen door gemuteerd gen) knock-out dieren gen niet tot expressie functie gen nagaan

- gentherapie: erfelijke afwijking behandelen door inbrengen van gezonde gen in menselijke cellen, rechtstreeks of via stamceltherapie

VOORTPLANTINGSMECHANISMEN

VoortplantingMitose

- celdelingsmechanisme van eukaryotische cellen- primitieve meercellige organismen: asexuele voortplanting- hogere meercelligen:

o embryonale ontwikkeling o verdere groei van organismeo vernieuwing van celleno regeneratie van beschadigd weefselo ook rol in geslachtelijke voortplanting

- principe: o genoom gedupliceerdo genoom evenredig verdeeld over 2 tegenovergestelde gebieden van de celo gescheiden in 2 dochtercellen

- tijdens interfase: chromatine minder compact georganiseerd- verschillende fasen:

o profase: chromosomen worden gevormd ( bestaan uit 2 zusterchromatiden vast

thv van centromeer) in cytoplasme: spoelfiguur (microtubules verlengen en verbinden de 2 polen:

centrosomen, deze worden uit elkaar geduwd)o Prometafase: kernmembraan valt uiteen, sommige microtubules van spoelfiguur

hechten chromosomen vast aan hun kinetochoren (kinetochoor-microtubules)o Metafase: beide polen van spoelfiguur liggen tegenover elkaar, chromosomen liggen

in vlak in midden tussen de 2 polen met zuster-chromatiden aan weerzijden van een metafase-plaat

o Anafase: zusterchromatiden worden gescheiden en migreren naar tegenovergestelde

polen door verkorting van kinetochoor-microtubules cel begint zelf ook uit te rekken einde anafase: beide polen eenzelfde stel chromosomen

o Telofase en cytokinese: niet-kinetochoor microtubules gaan cel meer uitrekken, endomembraan

systeem maakt nieuwe kernmembraan aan en beide kernen beginnen zich te vormen, chromatine wordt minder dens gepakt

microfilamenten vormen groef die de cel in 2 snoert- sommige weefsels: kerndeling niet gevolgd door cytokinese 2-kernige cel (vb lever,

pancreas) of veelkernig syncytium (vb skeletspier)- mechanisme van chromosoombeweging: verkorting en verlenging microtubuli

o verlenging: polymerisatieo verkorting: de-polymerisatieo bepaalde stoffen van plantaardige oorsprong kunnen binden aan tubuline en

voorkomen zo polymerisatie mitose-arrest (toep: behandeling van kanker dmv chemotherapie)

- invloed van straling: ioniserende straling en UV stralingo lage dosis: mutaties die cancerogeen kunnen wordeno hogere dosis: DNA niet meer repliceerbaar radiotherapie van kankero nog hogere dosis: celdood steriliseren

Celcyclus- fasen van de celcyclus

o G1: proteïnesynthese en celgroeio S: DNA-replicatie (6-7u)o G2: proteïnesynthese ter voorbereiding van spoelfiguur (2-4u)o Mitose-fase (<1u)o G0

- regulatie belangrijk: celaantal in weefsels nauwkeurig bepaald, anders afwijkingen (kanker), cellen delen wanneer vb weefsel beschadigd, cellen stimuleren signalen:

o groeifactoren (mitogenen): proteïnen uitgescheiden door omliggende cellen groei gecoördineerd verloop

o intercellulair contact: cellen dicht tegen elkaar aan stoppen met groeien (contact-inhibitie)

o contact met extracellulaire matrix: tussen cellen ligt matrix van proteïnen en glycoproteïnen, veranderingen in matrix kunnen signalen zijn

contact van cellen met elkaar en extracellulaire matrix: adhesiemoleculen- cellen in goedaardig gezwel: expressie bepaalde adhesiemolecule (E-cadherine) verliezen

kwaadaardig (verspreiden en uitzaaien, vorming metastasen, geen contact-inhibitie meer)

Controlemoleculen- cylcines als positieve controle (stimulatie):

o cel ontvangt signaalo signaaloverdracht naar kerno positief intracellulair signaal: proteïne cycline o cycline bindt met enzyme cyclin-dependent kinase in cytoplasmao cycline-cdk complex ATP om gefosforyleerd te worden actief complexo actief complex fosforyleerd controlepunt dat bestaat uit proteïne dat gecomplexeerd

is met transcriptiefactoro transcriptiefactor komt vrijo transcriptiefactor schakelt gen aan dat codeert voor volgend soort cyclineo synthese van dit cycline voortschrijden van cel van G1 naar S-fase

- met iedere fase komt cycline overeen, op einde iedere fase wordt betreffende cycline weer afgebroken, activiteit cdk-enzyme cyclisch verloop: concentraties aan cyclines gaan op en neer

- verschillende controlepunten voorkomen dat vbo chromosomen condenseren voordat replicatie gebeurd iso kernmembraan uiteenvalt voordat chromosomen gecondenseerd zijno cytokinese plaatsgrijpt voordat chromosomen naar beide uiteinde cel

- deficiënte controle aneuploïdie vb kankers: fouten stapelen zich op, tumor-suppressor genen kunnen verloren gaan

- oncoproteÏnen afkomstig van proto-oncogenen ook rol in positieve controle celcyclus, mutatie: oncogenen ongecontroleerde celgroei, ontstaan van kankercellen

- cdk-inhibitoren als negatieve controle (supressie): tumor suppressor proteïnen binden cdk-cycline complex zodat niet geactiveerd kan worden, mutatie proteïnen inactief, ontwikkeling kankercellen

- kankercellen en beaalde cellen (vbn embryonale cellen, stamcellen) in staat tot ongelimiteerde groei, in celcultuur: kloneren

o meestal cellen die niet volledig gedifferentiëerd zijno gedifferentiëerde cellen verliezen in grote mate celdelingsvermogeno sterk gedifferentiëerde cellen (vb neuronen, skeletspiercellen) niet meer in staat tot

celdeling: terminale differentiatie- G1-controlepunt: zijn er signalen om te delen? milieu gunstig? geen DNA-schade?- G2-controlepunt: al het DNA gerepliceerd? geen DNA-schade? cel al groot genoeg?

Meiose- sexuele voortplanting: grotere variatie nakomelingen zijn onderling verschillend en

verschillen van hun ouders genetische variatie- sexuele levenscyclus: afwisseling bevruchting (fertilisatie) – meiotische celdeling- tijdens meiose:

o in diploïde cel genen gewisseld tussen chromosomen afkomstig van vader en moedero resulterende chromosomen worden in haploïde stellen verdeeldo bevruchting zorgt voor nieuwe menging van genen door gameten te laten

versmelten tot nieuwe diploïde combinaties- diploïd: chromosomen in paren,

o van elk paar 1 chromosoom afkomstig van moeder en 1 van vadero chromosomen van 1 paar die genen dragen voor zelfde kenmerk: homologe

chromosomen of homologeno plaats van gen op chromosoom: locuso uitzondering op homologe chromosomen bij mens: sexchromosomen X en Yo alle andere chromosomen bij mens: autosomen

- karyotype: chromosomenkaart, aantal en grootte karyogram- meiose reductie totale hoeveelheid DNA in kern (=reductiedeling): van diploïd naar

haploïd: DNA wordt eerst gedupliceerd, daarna deelt de cel 2x 4 haploïde celleno cellen met diploïd aantal chromosomen = somatische celleno cellen met haploïd aantal chromosomen = gameten (spermacellen, eicellen)o bevruchting: versmelting 2 gameten zygoot (diploïd)

- hoofddoel meiose: normale aantal chromosomen herstellen na fusie van 2 gameten- fasen van meiose:

o Meiose I: homologen worden gescheiden over 2 haploïde dochtercellen Profase I: 90% van de tijd nodig voor meiose,

homologen komen samen in paren: tetraden proces van paarvorming: synapsis

homologe chromosomen lopen in tetraden kris-kras over mekaar: chiasma’s paren bij elkaar houden

Metafase I: paren in metafase-plaat Anafase I: homologen uit elkaar getrokken, elk chromosoom behoudt

zusterchromatiden Na cytokinese geen DNA replicatie

o Meiose II: zusterchromatiden worden gescheiden (mitose) over 4 haploïde dochtercellen

Genetische recombinatie- onafhankelijke of toevallige sortering van chromosomen: oriëntatie homologen tijdens

metafase I gebeurt toevallig, aantal combinaties = 2n (n = haploïd chromosomenaantal)- Crossing-over: genen van beide ouders kunnen gecombineerd worden

o tijdens profase I gebeurt synapsis zeer nauwkeurig: homologen tegenover elkaar gen per gen uitgelijnd

o overeenkomende delen van 2 niet-zusterchromatide kunnen uitgewisseld worden- Random fertilisatie: toevallige aard van bevruchting ieder individu is uniekDiversiteit aan genen: mutaties - Red Queen hypothese: men moet steeds veranderen om te kunnen blijven bestaan,

daardoor kan een soort minder gevoelig zijn voor bvb parasieten die zich kunnen aanpassen aan 1 individu of een aantal, maar nooit aan de volledige populatie

- sexuele voortplanting is noodzakelijk opdat complexe meercelligheid schadelijke mutaties zou kunnen wegwerken

3 mutaties kunnen een kankercel maken- thv telomerase: gaat meer delen als anders, maar niet genoeg om kankercellen te maken- thv controlepunt 1: retinoblastoma eiwit blijft continu actief waardoor immortalizatie: geen

tumor supressie meer- thv oncogen “ras”: blijft continu actief, cel blijft delen, onafhankelijk van extracellulaire

signalen, fouten kunnen blijven opstapelen omdat er geen controle meer is

Gametogenese- Spermatogenese: spermatogonia – mitose spermatocyten – meiose spermatiden –

differentiatie spermatozoao periferie van zaadbuisjes in testes: mannelijke diploïde kiemcellen (spermatogonia)

delen voortdurend door mitoseo cellen naar centrum zaadbuisjes geduwd (spermatocyten)o spermatocyten ondergaan meiose , ontstane haploïde cellen: spermatideno spermatiden differentiëren tot spermatozoa (verliezen grootste deel cytoplasma)

kop met daarin kern lange staart of flagel middenstuk met mitochondria aanmaak ATP voor flagelbeweging

- Oögenese: oögonia – mitose – differentiatie primaire oöcyten onvolledige meiose I (profase I) EMBRYO – cytokinese I secundair oöcyt RIJPING/OVULATIE – meiose II eicel BEVRUCHTING

o in eierstok (=ovarium) delen oögonia door mitose voor bepaalde tijdo differentiëren tot primaire oöcyten meiotische voorraad (later geen nieuwe cellen

meer door mitose)o DNA replicatieo oöcyten over tot meiose, maar stoppen thv profase I tot vrouw sexueel rijp, dit

gebeurt allemaal in EMBRYO

o als vrouw RIJP is, oöcyten volgepropt met materiaal nodig voor embyogeneseo 1 of meer eicellen op regelmatige tijdsintervallen rijpen en verder gaan door meioseo cytokinese meiose I:

eerste poollichaam: bijna geen cytoplasma secundaire oöcyt: bijna alle cytoplasma

o OVULATIE: secundaire oöcyt vrijgelaten in ovarium, o indien spermacel binnendringt (BEVRUCHTING) meiose II

o oneven cytokinese: 1 grote eicel 2 kleine celletjes of poollichamen

Voordelen van sexuele voortplanting- verzamelen van nuttige gen-mutaties: nakomelingen met max. overlevingskansen in een

steeds veranderend milieu- wegwerken van schadelijke gen-mutaties: nakomelingen ontsnappen aan opstapeling van

mutaties in het genoom (multationele meltdown)- variatie zorgt ervoor dat een parasiet zich niet aan alle individu’s van een populatie kan

aanpassen, elk individu is uniek red Queen hypothese: veranderen om te kunnen blijven bestaan

ErfelijkheidGregor Mendel

- Termen:o P = parentale generatie, bij Mendel ‘zuiver ras’, door inteelt, kruising hybrideno F1 = eerste generatie nakomelingen, bij Mendel 100% dominante kenmerko F2 = tweede generatie nakomelingen vanuit F1, bij Mendel: zelfbevruchting van F1

leidde tot verhouding 3/1o dominante eigenschappen en recessieve eigenschappen (enkel tot uitdrukking indien

ook beide ouders tot uitdrukking)o allelen: 2 of meer alternatieve versies van 1 geno de 2 allelen van 1 gen seggregeren tijdens gametogeneseo beide allelen liggen op eenzelfde specifieke plaats op de homologe chromosomen:

de locuso homozygoot: zygoot met 2 dezelfde allelen – heterozygoot: 2 verschillende alleleno monohybride kruising: slechts 1 eigenschap – dihybride kruising: 2 verschillende

eigenschappeno genensamenstelling organisme bepaalt genotype, eigenschap tot expressie =

fenotype- Mendels wetten:

o Eerste wet: principe van de seggregatie: de twee allelen van 1 gen seggregeren tijdens de gametogenese: moederlijke en vaderlijke ‘erffactoren’ scheiden

o Tweede wet: wet van de onafhankelijke seggregatie: allelen voor verschillende genen erven onafhankelijk over, een allel van het ene gen had geen invloed op een allel van een ander gen

- Andere patronen van overervingo onvolledige dominantie: intermediair fenotype tussen dat van beide homozygoteno codominantie: beide allelen tot expressie

o multipele allelen: meer dan 2 allelische vormen voor een gen, alhoewel vele allelen op 1 locus kunnen bestaan in een populatie, bezit ieder individu er maar hoogstens 2 van (vb: ABO bloedgroep)

o polygene kenmerken: additief effect van 2 of meer genen voor eenzelfde eigenschap, allelen op meerdere loci van 1 of meerdere chromosomenparen kunnen bijdragen tot 1 fenotypisch kenmerk

o multifactorieel: kenmerkien die afhangen van veel factoren, zowel genetisch als van het milieu

o linked genes: sommige genen zijn gegroepeerd op 1 chromossom en zullen gemakkelijker samen overgeërfd worden bij kruisingen, geen onafhankelijke sortering, toch kunnen nieuwe recombinaties door crossing over

o genomic imprinting: een gen kan geïnactiveerd worden in kiemcellen van vader of moeder en komt dus verschillend tot expressie afhankelijk of het van de vader of moeder afkomstig is

o pleiotropie: één gen kan meerdere fenotypische kenmerken beïnvloeden- hoeveelheid of dosis gen per cel is normaal 1 of 2 erg belangrijk voor functie, vooral voor

regulatorische genproducten is precieze hoeveelheid proteïne bepalend voor functie: beide kopies van het gen kunnen noodzakelijk zijn voor een normale celwerking, in andere gevallen mag er maar 1 dosis zijn

Geslachtsgebonden genenMORGAN

- generatietijd: volledige levenscyclus van geboorte tot volwassenheid- geslachtschromosomen XX en XY- mens: vanaf 2 maanden pas ontwikkeling van geslacht, daarvoor kunnen gonaden zowel tot

ovaria als testes ontwikkelen Sry (sex-determining region of Y) op Y-chromosoom schakelt talkrijke genen in die mannelijk geslacht bepalen en ontwikkeling van testes, zonder expressie Sry ontwikkelt embryo tot vrouw

- vaders brengen hun X-gebonden allelen over op dochters, niet op zonen, moeders op zowel dochters als zonen

- mannen hebben slechts 1 allel voor X-gebonden genen ook recessieve allelen tot uiting- in somatische cellen buiten gonaden van vrouwelijk embryo wordt 1 van de 2 X-

chromosomen geïnactiveerd = Barr Body

Chromosomale afwijkingen- meiotische non-disjunctie: homoloog chromosomenpaar raakt niet gescheiden, 1 dochtercel

heeft chromosoom te veel, andere dochtercel heeft chromosoom te weinig aneuploïdie (oneven chromosomenaantal): trisomie en monosomie

- polyploïdie (3n,4n) heeft minder nadelige effecten- chromosomen kunnen breken veranderingen in structuur (deletie, duplicatie, inversie,

translocatie)- foute verdeling van chromosomen of non-disjunctie van chromatiden kan ook tijdens mitose

ontwikkeling van kankercellen

Mitochondriale genen- enkel van de moeder geërfd- worden naar dochterorganellen doorgegeven door onafhankelijke replicatie en splitsing- niet volgens Mendeliaanse wetten- er bestaan ook mitochondriaal overgeërfde ziekten

Heterozygoot protectie- allelen verantwoordelijke voor bepaalde erfelijke ziekten, zijn mutaties van oorspronkelijk

allel waardoor het eiwitproduct niet goed functioneert of afwezig is- ziekte komt meestal enkel tot uiting in homozygoten en heterozygote dragers zijn gezond en

kunnen het allel doorgeven naar een volgende generatie- leidt tot behoud van mutante allelen in bepaalde menselijke populaties waar een sterke

selectiedruk aanwezig is

Ontwikkelingepigenetisch proces

- bevrucht ei wel al genen maar nog niet helemaal gevormd en kan nog niet functioneren ontwikkeling = epigenetisch proces (epi = boven)

- cellen in embryo en volwassen stadium zijn genetisch equivalent, maar op verschillende wijze tot expressie verschil in fenotype

Fertilisatie- functies:

o haploïde chromosomensets van 2 individu’s combineren tot diploïde zygooto opstarten embryogenese

- acrosoomreactie:o ejaculatie mannelijk spermao secreties eileider vrouw reageren met oppervlakte spermacel actiever

doorheen laag follikelcellen rond oöcyto contact met zona pellucida (gelatineuze mantel rond oöcyt, laag extracellulaire

matrix) contact met receptor die acrosoomreactie inzeto spermacel-kop laat vesikeltje (acrosoom) gevuld met hydrolytische enzymen

(acrosine) los door exocytoseo enzymen maken gaatje in zona pellucidao spermacel bereikt celmembraan van eicel en bindt andere receptoro celmembranen versmelten en spermacel binnen in cytoplasma oöcyt initiatie

corticale reactie en depolarisatie van celmembraan (polyspermie voorkomen op korte termijn)

- corticale reactie: (cortex = buitenste zone van eicelcytoplasma)o fusie sperma en eicel signaaltransductieweg loslaten van intracellulair calcium

uit ER (second messenger)o corticale granules eicel versmelten met celmembraan en laten enzymen los die

reactie katalyseren zona pellucida hard en ondoordringbaar voor andere spermacellen (polyspermie voorkomen op lange thermijn)

- activatie van de eicelo toename calciumconcentratie cellulaire respiratie en proteïnesynthese verhogeno waterstofionen worden naar buiten gepompt intracellulaire pH stijgto toename calcium deblokkeert tevens oöcyt om 2e meiotische deling te kunnen

vervolledigen o ondertussen deelt basaal lichaampje van flagel van spermacel vorming centriolen

voor celdeling van zygooto DNA-replicatieo kernmembranen haploïde kernen vallen uiteen

o chromosomen van beide gameten gebruik van zelfde spoelfiguur tijdens 1e mitotische deling van zygoot

o na eerst celdeling komen chromosomen van beide ouders samen in diploïde kernen van 2 dochtercellen

Embryogenese- begint met eicelactivatie en eerste deling- klieving:

o G1 en G2 fasen praktisch overslaan en gentranscriptie bijna volledig afsluiteno cellen delen zeer snel maar groeien niet na elke klieving kleiner zygoot wordt

verdeeld in blastomeren verschillende delen eicelcytoplasma in verschillende blastomeren

o blastomeren verschillen onderling in samenstelling heterogeen verdeelde eiwitten en RNA’s = cytoplasmatische determinanten

o concentratiegradiënten aan mRNA, proteïnen en dooier bij sommige dieren polariteit (animale en vegetale pool)

o meeste deuterostome dieren: eerste 2 klievingen polair (verticaal) derde klieving equatoriaal (horizontaal) 8 cellen in 2 lagen

o klomp cellen die zo gevormd wordt = morulao holte met vloeistof ontstaat in morula = blastocoel, morula wordt hier blastula

- gastrulatieo morfogenese start (ontwikkeling van vorm van embryo)o cellen aan of dichtbij opp blastula gaan naar binnen migreren ontstaan

blastoporieo cellen die mesodermale kiemlaag en endodermale kiemlaag gaan vormen schuiven

naar binnen en vullen geleidelijk aan blastocoel die dan verdwijnto ontstaan nieuwe holte: archenteron in contact met buitenwereld via blastoporieo uiteindelijk buitenkant embryo volledig bekleed met ectodermale cellen,

archenteron-holte volledig bedekt met endodermale cellen en ertussen ligt mesoderm

- organogenese = maken van organen via plooien, splijten en dens groeperen van cellagen vanuit de 3 kiemlagen

o neurulatie: vormen neurale buis en ontwikkeling notochord notochord: condensatie van dorsaal mesoderm juist boven archenteron neurale buis: neuroectoderm (deel dorsaal gelegen van ectoderm) plooit in

vormt neurale plaat en neurale plooi neurale plaat zakt naar binnen en wordt opgerold tot holle buis die

afsplitst van aan elkaar groeiende ectodermale laag tussen ectoderm en neurale plaat laagje neurectodermale cellen

neurale kam cellen van neurale kam migreren om reeks structuren te vormen zoals pigmentcellen in huid, deel van schedelbeenderen en –spieren, tanden en perifere zenuwen

o andere condensaties: blokken mesoderm lateraal gelegen aan beide kanten notochord

o somieten: later ruggewervels ter vervanging van notochord; spieren en lengteskeleto verderaf van somieten splitst mesoderm in 2 lagen die coeloom of lichaamsholte

omsluiteno ectoderm vormt: epidermislaag huido endoderm vormt spijsverteringskanaal en –klieren, ademhalingswegen, schildklier,

thymus, urinewegeno mesoderm vormt skelet, spieren, bloedvatenstelsel, nieren, bindweefsels

Ontwikkeling in de baarmoeder- bij mens en andere zoogdieren- ei bevrucht in eileider, migreert naar uterus (baarmoeder), komt aan onder vorm van morula

(1 week) en nestelt zich in het endometrium (wand uterus), morula:o binnenste celmassa: kleine massa ecto- en endodermale cellen (mesoderm nog niet

gedifferentiëerd)o blastocoelholteo trofoblast: omgeeft blastocoelholte, laagje ectodermale cellen die bepaalde extra-

embryonale membranen en een deel van placenta gaan vormenblastocyst stadium

- tijdens innestelen in wand uterus verdikt trofoblast en stuurt vingervormige uitstulpingen in het endometrium placenta ontwikkelt hieruit

- blastomeren van eigenlijk embryonale gedeelte vormen schijfje dat bestaat uit 2 lagen:o epiblast: 3 embryonale kiemlagen ontstaan hieruit aanvankelijk platte schijf:

embryonale schijf oprollen in richting dooierzak embryo = drie-lagige buiso hypoblast: dooierzak ontstaat hieruit vroege vorming van bloedcellen die later in

eigenlijke embryo migreren- trofoblast heeft chorion (extraembryonale membraan) gevormd die verder uitbreidt in

endometrium, zal embryo en andere extraembryonale membranen volledig omgeven- epiblast vormt

o amnion-membraan, die holte gevuld met vocht gaat omsluiten (amnionholte)o mesodermale cellen die deel uitmaken van placenta amnion omgeeft embryo volledig, opvangen van schokken

- 4e membraan: allantoïs: ontwikkeling van embryonale darm, geïncorporeert in navelstreng waar het bloedvaten vormt

Ontwikkelingsmechanismen- alle cellen dezelfde genen, maar differentiëren- heterogeniteit van eicelcytoplasma

o blastomeren verschillen in moleculaire samensteling: cytoplasmatische determinanten beïnvloeden genexpressie in blastomeer-cel starten determinatie

o blastomeren gaan verschillende genen uitdrukken verschillen in transcriptoom en proteoom

- Cel-cel interacties – inductieo inductie = vermogen van bepaalde cellen om ontwikkeling van naburige cellen te

beïnvloeden rudimentair notochord induceert verdikken van dorsaal ectoderm in gastrula

tot neurale plaat

experimentele transplantatie van chordamesoderm naar andere plaats embryo induceert vorming andere ectopische neurale plaat

- Determinatieo blastomeren totipotent tot op moment dat ze georganiseerd worden in trofoblast en

binnenste celmassa blastocysto differentiële genexpressie determineert ontwikkelingspotentieel celo determinatie = geleidelijk wordt ontwikkelingspotentieel of differentatievermogen

beperkto op einde gastrulatie ligt determinatie van cellen vasto determinatie wordt doorgegeven aan dochtercellen

- Differentiatieo gevolg van combinatie van determinatie en inductieo cellen specialiseren in structuur en functie expressie van celtype-specifieke

proteïnen differentiële genexpressie want genomisch equivalento MAAR: cellen kunnen ge-herprogrammeerd wordeno celdifferentiatie: ieder celfenotype wordt bepaald door welbepaalde combinatie van

transcriptiefactoren

Morfogenese- polariteit en basis bouwplan – patroonvorming

o 1e stap : bilaterale symmetrie (bij mens na klieving) anterieur-posterieure as dorsaal-ventrale as linker-rechterhelft

o patroonvorming = ruimtelijke ordening weefsels en organen tijdens embryogenese segmentatie van het lichaam: vanuit somieten worden verschillende

lichaamssegmenten afgeknopt in richting van kop naar staart, bepaald door segmentatiegenen

in ieder segment bepaalde homeotische genen actief worden bepalen ontstaan van organen of ledematen

vb ledematen van gewervelden ontstaan als ongedifferentiëerde koppen, ontwikkelen langs 3 assen:

o proximaal – distaalo anterieur – posterieuro dorsaal – ventraal

differentiële genexpressie lokale productie van proteïne dat dient als positioneel signaal = morfogen, concentratiegradiënten van deze stoffen langs embryonale assen bepalen patroonvorming

- Homeotische geneno = regulatorisch genen waarvan proteïneproducten transcriptiefactoren zijn die aan

DNA binden en zo de differentiële genexpressie veroorzaken in verschillende celleno bevatten allen specifieke DNA sequentie: homeoboxo resulterende proteïnen hebben kenmerkend homeodomeino zeer goed geconserveerd gebleven in loop van evolutie bijna identiek vliegen en

mens vb: oorgvorming: PAX-6 induceert vorming oog, ectopisch inbrengen van gen

op verschillende plaatsen ontwikkeling van bijkomende ogeno zoogdieren: 38-tal homeotische genen gegroepeerd op 4 chromosomen

- Apoptoseo = geprogrameerde celdood in de ontwikkelingo inspuiten vitaal kleurstof of reporter-gen cellijnanalyse

o helpt vorm boetseren door selectief cellen te verwijderen die geen gen hebben die de zelfmoordgenen onderdrukt

o transcriptie en proteïnesynthese zijn noodzakelijko DNA van celkern wordt tussen nucleosomen doorgesneden en kern valt uiteen in

stukjeso cel condenseert en krimpt en valt uiteen in stukjes die nog met celmembraan

omgeven zijn celmembraan signaal door macrofagen of naburige cellen herkend fagocytose en intracellulaire vertering

o 2 vormen van celdood: necrose: wordt uitgelokt door externe factoren, geen genetische

programmatie apoptose: genetisch geprogrammeerd, gaat zichzelf afbreken en kern

condenseren- celmigratie

o verandering van celvorm reorganisatie van cytoskelet cellen actief verplaatsen vb: neurulatie: cytoskeletale vezeltjes verlengen cellen contractie

celuiteinden ventrale kant cellen wigvorming epitheel inwaarts vervormt ontstaan neurale buis, snoert af en zinkt naar binnen

vb: cellen neurale kam migreren individueel door amoeboidale bewegingo geholpen door extracellulaire matrix: celadhesie positief of negatief beïnvloedeno beïnvloedt door omliggende cellen: secretie stoffen (chemotaxis) of door expressie

cellulaire adhesiemoleculen

Klonen- reproductief klonen

o Dolly: somatische celkern van gekweekte schapenuier-cellen met fijne pipet in ontkernde eicel van donor-schaap geactiveerd en na in-vitro klievingen werd blastocyst in baarmoeder draagmoeder ingeplant Dolly was genetisch identiek aan eerste schaap

- therapeutisch kloneno menselijke embryonale stamcellen: blastocyst dissecteren en binnenste celmassa

uithalen in kweek cellen uitgroeien die leiden tot celkloon of cellijn = embryonale stamcellen vermogen tot differentiatie, in goede omstandigheden uitgroeien tot verschillende weefsels in vitro cellen of weefsels maken om dan te transplanteren in patiënt

o indien ES cellen waarvan kern afkomstig van somatische cel patiënt weefsels genetisch identiek geen afstoting

Ontwikkeling na de geboorte- groei: veroorzaakt door celdeling en celtoename- sommige celtypen delen nooit meer (zenuwcellen en skeletspiercellen), andere delen het

hele leven lang (epidermis, darmslijmvlies ..) levensduur cellen is beperkt continu vernieuwd, versleten cellen verwijderd door apoptose

- weefselbeschadigingo zenuwweefsel niet herstellen tenzij verlengen beschadigde perifere zenuwuitloperso meeste andere weefsels kunnen wel regenereno in- en uitwendige verwondingen helen door processen van celdeling, migratie en

differentiatie groeifactoren, extracellulaire matrixcomponenten en celtypen)o soms wordt beschadigde weefsel vervangen door bindweefsel: sneldelende

fibroblastcellen zetten grote hoeveelheden extracellulaire matrix af (vooral collageen-vezels) littekenweefsel

EVOLUTIE

EvolutiebiologieEvolutie

- Charles Darwin, Alfred Wallace: huidige diversiteit aan levensvormen evolueerde stapsgewijs vanuit eenvoudiger voorouders creationisme

- zeer langzaam- Darwin’s evolutietheorie:

o alle levende wezens gemeenschappelijke oer-vooroudero gradualisme: graduele opstapeling van erfelijke aanpassingen aan veranderende of

verschillende omgevingo natuurlijke selectie als mechanisme: uit een verscheidenheid aan genetisch

verschillende individu’s wordt door de omgeving die genotypes geselecteerd die het meeste voortplantingssucces hebben

o tweede mechanisme: mechanisme van seksuele selectie (niet-adaptief, gebaseerd op partner-voorkeur)

o survival of the fittest: er is niet voldoende voedsel voor iedereen competitieAlgemeen: Massala voortplanting iedere soort variatie in erfelijke eigenschappen (interindividuele verschillen) beperkte voedselvoorraad competitie natuurlijke selectie door het milieu de best aangepasten kunnen zich voortplanten en hun erfelijke eigenschappen worden dus geselecteerd

- mutaties en genetische recombinaties aan grondslag van genetische variatie omgeving selecteert best aangepasten toevalsgebonden genetische variatie binnen populatie van soort levert grondstof en natuurlijke selectie levert niet-willekeurig mechanisme van evolutie = differentiële voortplanting ( graduele opstapeling van kleine verschillen die samen een groot verschil kunnen gaan uitmaken)

- Argumenten van Darwin:o fossielen van uitgestorven soort = minder succesvol aangepasten die zijn

weggeselecteerd in een veranderende omgevingo biogeografie: geografische spreiding van soorten en isolatie van soorten is verklaring

voor divergentie van nieuwe soorten uit voorouderlijke soorteno artificiële selectie van landbouwgewassen of dieren door mens kan op korte tijd

leiden tot belangrijke veranderingen in eigenschappen- Argumenten moderne biologie

o vergelijkende anatomie: homologe structuren (vb skelet) kunnen bij aanverwante soorten zo sterk op elkaar lijken dat evolutionaire verwantschap duidelijk is vaak ook “overgangsvormen”

o vergelijkende embryologie: bepaalde stadia lijken sterk op elkaar (vb kieuwspleten en post-anale staart bij menselijk embryo ~ andere gewervelde dieren) veel homeotische ontwikkelingsgenen van mens zijn nagenoeg identiek met die van andere dieren mutaties ervan liggen aan basis van evolutie (synapomorfieën: gemeenschappelijk afgeleide kenmerken geëvolueerd in een voorouder van alle soorten aan 1 kant van een vork)

o Moleculaire biologie: zeer sterke overeenkomsten in bouw van proteïnen tussen aanverwante soorten, alle levende wezens zelfde soort erfelijk materiaal, zelfde genetische code … allemaal aan elkaar verwant

- Neodarwinistische synthese = versmelting van darwinisme, mendelisme en 20ste eeuwse moleculair genetische inzichten

- Fylogenie = studie van evolutionaire verwantschap tussen soorten- gradualisme: opstapeling van kleine verschillen kan leiden tot nieuwe soorten

- divergentie van soorten vanuit een voorouderlijke soort: populaties die geografisch gescheiden raakten en zich aan verschillende milieu’s hebben kunnen aanpassen

Reconstrueren van fylogenie van alle levensvormen- paleontologie: ieder jaar nieuwe fossielen, vaak missing links- vergelijkende embryologie: ontwikkeling lijkt replay van evolutie (en toont hoe homologieën

worden gemodificeerd)- moleculaire biologie: zeer veel overeenkomsten en modificaties door mutatie graad

verwantschap tussen soorten objectief meteno geconserveerde genen nucleotidesequenties/aminozuren vergelijken tussen

verschillende soorten verwantschap uitdrukken in %-verschilo dichotoom vertakte stamboom: tijd tussen laatste gemeenschappelijke aftakking of

vork is graad van evolutionaire verwantschap tussen soorten- moleculaire klok: indien aantal aminozuur- of nucleotidesubstituties als gevolg van mutatie

constant verloopt in functie van tijd, is aantal substituties voor 2 verwante soorten proportioneel tot verlopen tijd sinds laatste vork

- analyse mitochondriaal DNA fylogenetische reconstructie van belangrijkste evolutielijnen:o alle mitochondriale eukaryoten waarschijnlijk 1 gemeenschappelijke voorouder:

proto-eukaryoot (mogelijk symbiose proto-bacterie en archaebacterie)o uit voorouder evolueerde brede waaier aan evolutielijnen aangepast aan veelheid

van leefomstandigheden = adaptieve radiatie rijk der protisten protozoa (eencellige amoeben): heterotroof en beweeglijk Wieren/algen

o meercelligheid evolueerde volgens verschillende evolutielijnen onafhankelijk van mekaar 2 belangrijke lijnen

oorsprong Groenwieren Landplanten andere: 2 takken:

Zwammen (Fungi) Dieren

Evolutiemechanismen- soort of species = groep van populaties die in natuur kunnen paren- populatie = eenheid van evolutie, kan evolueren

o eigen verspreiding = biogeografieo eigen genenpoolo stabiel (genenpool ongewijzigd) als:

geïsoleerd is en blijft geen belangrijke veranderingen in omgeving (klimatologisch en geologisch) geen veranderingen thv andere soorten in dezelfde omgeving individu’s binnen beschouwde populatie zich op willekeurige wijze

voortplanten geen belangrijke mutaties of herschikkingen van genen populatiegenetica

o genetische structuur: allelen- en genotype-frequenties- toepassing populatiegenetica: frequentie aan dragers van bepaald allel berekenen in

bevolking stelling van Hardy-Weinberg: een populatie in evenwicht genetische structuur stabiel

o gen-locus met 2 allelen A (frequentie p) en a (frequentie q) in populatieo p + q = 1 (of 100%)o frequentie van individuën in de populatie die homozygoot zijn voor ene allel (AA) is

p², voor andere allel (aa) is q² (= probabiliteit dat spermacel eicel met zelfde allel bevrucht)

o frequentie van heterozygote individuen: 2 mogelijke combinaties (Aa en aA) 2pqo alle mogelijke genotypen in populatie: p² + 2pq + q² = 1 frequentie afwijkend van Hardy-Weinberg evenwicht in verloop van tijd: populatie evolueert

- ontstaan van een nieuwe soort door micro-evolutie = speciatie o mechanismen

natuurlijke selectie: veranderingen in milieu selectie van best aangepasten

nonrandom mating/breeding: paren niet altijd willekeurig gevormd, met individu’s uit onmiddelijke omgeving inteelt meer homozygoten

seksuele selectie: competitie tussen individu’s van ene geslacht en partnervoorkeur door ander geslacht evolutie van secundaire geslachtskenmerken = ornamental waste

genetic drift: in kleine, geïsoleerde populatie kan allelenfrequentie veranderen door toeval (=sampling error, bottlenecking)

gene flow: transfer van allelen tussen 2 of meer populaties door vb migratie mutatie: verandering in allelenfrequentie (nieuw allel) seksuele

recombinatie van mutanten nieuwe genotypen = genetisch polymorfismeo heterozygoot protectie: heterozygoten meeste kans op voortplanting (grootste

fitheid), er bestaat dus positieve selectiedruk om allel in populatie te houden vb: sikkelcelanemie:

puntmutatie homozygoten hebben bloedarmoede mutante allel beschermt tegen malaria, ook gedeeltelijk bij

heterozygoteno meestal wanneer genenpool van subpopulatie afgesneden raakt van hoofdpopulatie

van voorouderlijke soort: gene flow stopt na verloop van tijd verschilt geïsoleerde populatie zo sterk van oorspronkelijke dat indier terug contact, geen gene flow meer mogelijk: reproductieve barrière

o begrip soort (species) Mayr: biologisch soort concept soort = populatie of groep van populaties

wiens leden elkaar onderling kunnen bevruchten in natuur en daarbij leef- en vruchtbare nakomelingen produceren welke niet kunnen paren met leden van andere soorten

soort = grootste populatie-eenheid waarin genetische uitwisseling mogelijk is reproductieve isolatie

uitz: aseksuele organismen (prokaryoten, sommige protisten, zwammen, planten en zelfs dieren)

o sympatrische speciatie: zonder dat er een geografische barrière bestaat tegen gene flow (belangrijker bij planten dan bij dieren)

Macro-evolutie- evolutie op hoger taxonomisch niveau, verticale evolutie- vb wanneer omgeving drastisch verandert- in geschiedenis: enkele massale uitstervingsperioden gevolgd door adaptieve radiatie van

nieuwe soorten- soms kunnen relatief kleine veranderingen in genoom leiden tot belangrijke modificaties in

morfologie genen die de embryonale ontwikkeling regelen, spelen essentiële rol in het tot stand komen van “evolutionaire nieuwigheden”

o embryonale genen (HOX genen) die groei regelen allometrische groei = verschil in relatieve groeisnelheid van verschillende lichaamsdelen, helpt vorm lichaam te ontwikkelen

vb: allometrische groei kinderen ledematen sneller groeien dan hoofd en romp

vb: chimpansee mens: foeale schedels komen goed overeen, maar allometrische groei van bepaalde schedelbeenderen en spieren volwassen chimp-schedel anders dan menselijk, bij mens relatieve hersenvolume groter omdat grotere schedelvolume meer groei van hersenen toelaat

o embryonale genen die ruimtelijke plaatsing regelen: homeotische genen mutaties verkeerdelijke plaatsing van vb poten verklaren waarom vb slangen meer wervels dan andere gewervelde dieren

Belang van de studie van de fylogenie- evolutie maakt geen perfecte organismen:

o historische beperkingen: bestaande structuren worden aangepasto adaptaties zijn vaak compromisseno alleen bestaande variaties kunnen geselecteerd worden, niet de ideale

- menselijke fylogenie: om te weten waarom we gebouwd zijn zoals we zijn, moeten we kijken naar onze voorouders en naar de specifieke omstandigheden waaraan we zijn aangepast

- fylogenie = evolutionair verband tussen soorten en groepen van soorten- taxonomie = inventariseren, soorten met veel morfologische of moleculaire overeenkomsten

worden ondergebracht in eenzelfde groep pyramide: rijk – fylum – klasse – orde – familie – geslacht – soort

- dierenrijk is monofyletisch: moleculaire gegevens bevestigen dat alle dieren een gemeenschappelijke voorouder hebben

o vb: bijna 75% gekende menselijke genen terug te vinden in rondworm info uit studie van eenvoudige model-organismen begrijpen hoe genen waardoor mens functioneer, tot stand gekomen

- kenmerken die slechts aan 1 tak van vork voorkomen en niet aan ander = synapomorfieën iedere groep heeft specifieke synapomorfieën of gemeenschappelijk afgeleide kenmerken

Moleculaire fylogenie- beste manier om fylogenie op te stellen: kijken naar sequentie-overeenkomst van

geconserveerde genen of hun eiwit-producten tussen verschillende soorten- hoe groter genetische overeenkomst, hoe groter evolutionaire verwantschap- hoe langer de tijd sinds de divergentie, hoe meer willekeurige mutaites er opgestapeld zijn in

de genen hoe groter het sequentie-verschil voor het beschouwde gen- mutatiefrequentie vrij constant uit aantal sequentieverschillen de tijd berekenen sinds

divergentie tussen 2 soorten principe van de moleculaire klok

Gen duplicaties- toenemende complexiteit van het genoom

o groot deel genoom gewervelden bestaat uit junk-DNAo aantal genen dat codeert voor eiwitten is toegenomen oorzaak: gen-duplicatie

- door genoom-onderzoek geschiedenis van gen-duplicaties reconstrueren fylogenetische stamboom afleiden

o vb: gen voor hemoglobine bij alle gewervelden, ontstaan bij gemeenschappelijke voorouder

in loop evolutie verschillende gen-duplicaties 2 clusters van hemoglobine genen (alfa en beta)

sommige genen in clusters nooit tot expressie: pseudogenen menselijk hemoglobine-eiwit 4 polypeptideketens: 2 alfa en 2 beta

alle andere gewerveldenook 2 clusters, behalve Agnatha oorspronkelijke gen-duplicatie van voorouderlijk hemoglobine-gen tot alfa en beta-genen na evolutie kaakloze vissen, bij voorouders kraakbeenvissen

Biodiversiteit- primaire endosymbiose: voorouderlijke eukaryoot + cyanobacterie cel met chloroplast

met dubbel membraan- secundaire endosymbiose: 2 cellen samen, vorming van mitochondrion vb bruinwier: 4

genomen in 1 cel

Protisten- complexe ééncelligen waarvan meeste beweeglijk mechanismen

o flagelleno ciliao celplooiingo amoeboide beweging

- eenvoudige meercellige organismen waarvan meeste sedentair- fagocyten (opeten van bacteriën en andere protisten), parasieten of foto-autotroof (wieren

of algen), sommigen kunnen van ene op andere levenswijze overschakelen- primitieve kenmerken

o sommigen geen seksuele voortplanting, enkel aseksueelo vele zijn haploid en enkel zygoot bij seksuele voortplanting enige diploide faseo mitose bij sommige groepen variaties, zoals:

ciliofora: spoelfiguur zit binnen kernmembraan en valt niet uiteen spoelfiguur buiten kern, hecht vast aan kernmembraan, valt niet uiteen dinoflagellaten: chromosomen zijn vastgehecht aan kernmembraan en

worden zo uiteengehaald- enkele fyla:

o Amoeben = rhizopoda amoeboidale beweging fagocytose (heterotroof) geen seksuele voortplanting inkapselingsvermogen: entamoeba histolytica: darmparasiet (besmettelijk) beweeglijk door vorming van pseudopodia

o Ciliofora = trilhaardiertjes vb: paramecium = pantoffeldiertje meest complexe ééncelligen bewegen dmv cilia verbonden met filamenten van cytoskelet

gecoördineerd roeien mondgroeve onder membraan organellen: trichocysten draadjes afschieten op prooien

of belagers = cytoskeletale activiteit genetische recombinatie door conjugatie micronucleus:

conjugatie meiose micronuclei 3 micronuclei disintegreren en 1 ondergaat mitose uitwisseling micronuclei, macronucleus disintegreert fusie micronuclei mitose van micronuclei sommige micronuclei versmelten tot macronucleus

o Zoöflagellaten = zoömastigina = zweepdiertjes = trypanosoma één of meerdere flagellen levenscyclus met gastheeswisseling oppervlakte-eiwitten voortdurend veranderd door nieuwe genetische

recombinaties en mutaties onzichtbaar voor afweerstelsel gastheer duplicatieve transpositie

vele: parasiet die slaapziekte veroorzaakt, overgebracht door steken van tsé-tsé vlieg

Leishmania: leishmaniasis, overgebracht door zandvliego Euglena:

primitieve eencelligen mondgroeve 1 of meer flagellen in aanwezigheid van zonlicht: autotroof in donker: fotosynthetisch pigment verdwijnt, heterotroof

o Apicomplexa = sporozoa (vroeger): uitsluitend parasieten van mens en dier bewegen door celplooiing vaak ingewikkelde voortplantingscyclus met gastheerwisseling oppervlakte-eiwitten voortdurend veranderd door nieuwe genetische

recombinaties en mutaties onzichtbaar voor afweerstelsel gastheer duplicatieve transpositie: genen voor oppervlakte-eiwitten worden

regelmatig gedupliceerd en verspringen (=transpositie) op het chromosoom

Algemene levenscyclus: gameten zygoot sporogonie sporozoieten merogonie merozoieten gametogonie gameten

bijzonder organel: apicoplast 4 membranen om gastheercel binnen te dringen bevat DNA 30 verschillende eiwitten, eigen metabolische wegen ontstaan door secundaire (of tertiaire) endosymbiose speciale secretievesikels met hydrolytische enzymen ring van microtubuli voor uitstulping celuiteinde ingestulpte plasmamembraan

toxoplasma veroorzaakt toxoplasmose plasmodium veroorzaakt malaria (overgebracht door steekmug)

voortplantingscyclus met gastheerwisseling: mug sporozoïeten in mens in levercellen sporozoïeten vermenigvuldigen aseksueel tot merozoïeten openbarsten levercel merozoïeten in rode bloedcellen waar ook aseksueel

vermenigvuldigen en nieuwe bloedcellen besmetten sommige merozoïeten ontwikkelen tot gametocyt gametocyten door mug opgenomen om gameten te laten

ontwikkeleno mannelijke zijn beweeglijk celplooiingo vrouwelijke niet = oöcyt

na bevruchting zygoot in darmwand mug ontwikkeling tot oöcyst deling oöcyst nieuwe sporozoïeten

o groenwieren = chlorofyta zeer divers

ééncellig koloniaal meercellig (specialisatie in voortplantingscellen en somatische

cellen) geen weefseldifferentiatie

voorouder waarschijnlijk clamydomonas-achtige ééncellige Volvox: meercellig, onderscheid 2 celtypen (somatische en

voortplantingscellen zowel aseksuele als seksuele voortplanting), voorouders van planten

Eerste planten- evolueerden vanuit groenwieren- meercellige, autotrofe landbewoners- pioniers van het land- non-vasculaire planten: geen transportvaten vb mossen primitiefste

o geen echte wortels, stengels en bladereno beperkt in afmeting en verspreiding (vochtige milieus)o spermacellen voortbewegen met flagellen om eicel te bevruchten zeer vochtig

milieu vereist- vasculaire planten of vaatplanten: wel transportvaten

o doorgedreven weefseldifferentiatie met gespecialiseerde celtypen en organen (= structuur met 2 of meer verschillende soorten weefsel)

wortelstelsel voor wateropname stengels met transportvaten: water naar omhoog, suikers naar omlaag bladeren fotosynthese

o weefseltypen: vaatweefsel, steunweefsel, vulweefsel en epidermis embryonale ontwikkeling waarin verschillende structuren worden aangelegdo zaadloze planten: sporen (vb varens)o zaadplanten

embryonale aanleg binnen moederplant ontwikkeld zaden kunnen droge of koude perioden ontstaan en ontkiemen in geschikt

milieu embryo is opgebouwd uit wortel-, stengel- en bladaanleg gespecialiseerde voortplantingsorganen, geen geflagelleerde spermacellen

meer levenscyclus met generatiewisseling: gametofyt (n) gameten (n)

bevruchting: zygoot (2n) embryo (2n) sporoyt (2n) sporen (n) gametofyt (n)

multicellulair haploid stadium: gametofyt generatie multicellulair diploid stadium

zeer groot groeivermogen leven lang embryonaal weefsel = meristeemweefsel

lengte- en diktegroei cellen delen voortdurend maar differentiëren niet deel dochtercellen differentieert tot verschillende celtypen die

weefsels opbouweno verliezen delingsvermogeno vergroten met factor 100 door celstrekking als gevolg van

wateropname in grote intracellulaire vacuole = watervacuole turgor-druk stevigheid

vermogen tot aseksuele voortplanting: o afgescheurd plantendeel tot volledige plant uitgroeieno gedifferentieerde cellen kunnen de-differentiëren (vb tijdens

wondheling) en terug beginnen delen kloneren van planten vanuit 1 somatische cel

plantencellen omgeven door stevige celwand opgebouwd uit cellulose groei celwand = cytokinese tijdens celdeling

groei en differentiatie gecontroleerd door 5 hormonen

naaktzadigen = gymnospermen (vb naaldbomen) bedektzadigen = angiospermen (vb grassen, loofbomen, planten met

bloemen) hormoon abscissinezuur: induceert bladfval soort winterslaap in

seizoen als te weinig licht of water om snelle groei en metabolische activiteit te garanderen

land overheersen 70 miljoen jaar geleden evolutionair succes:

o snelle groei en voortplantingo aanpassing aan droge milieuso co-evolutie met landdieren

Zwammen = Fungi- meercellige, heterotrofe landbewoners- voeding door extracellulaire vertering van organisch materiaal:

o scheiden hydrolytische enzymen uit in milieuo absorptie van kleine organische moleculen uit milieu

- celwand: polysaccharide chitine- pas evolueren nadat planten land hadden gekoloniseerd- beïnvloeden door secretie milieu in grote mate creëren specifieke micro-omgeving- saproben: voeding = dode organische materie, anderen zijn parasieten, nog anderen

mutualistische symbionten- opgebouwd uit talrijke zwamdraden = hyfen vertakt kluwen = zwamvlok = mycelium

o mycelium: groeit in substraat grote oppervlakte-volume verhouding absorptie van voedingsstoffen

o parasitaire schimmels gespecialiseerde hyfen waarvan uiteinden (= haustoria) in gastheerweerfsel binnendringen om daar voedingsstoffen te absorberen

o hyfen: één lange streng cellen cytoplasma van indivuduele strengen gescheiden door geperforeerde

tussenschotten cytoplasmastroming (inwendig transport van voedingsstoffen) ontbreken soms waardoor langerekte meerkernige reuzencellen

geen gespecialiseerde weefsels of celdifferentiatie- aseksuele en seksuele voortplanting

o seksuele voortplanting milieu verslechtert genetische recombinaties grotere diversiteit meer overlevingskansen

o bij beide: sporenvorming, geen beweeglijke voortplantingscellen en geen echte gameten

- levenscyclus: 2 kernen van een “koppel” bij elkaar gebracht door groei van hyfen bevruchting: diploide zygoot meiose: haploide sporen

- onderverdeling op basis van seksuele voortplanting:o zygomyceten: vorming van zygosporen (vb: rhizopus)o ascomyceten = zakjeszwammen

vb: saccharomyces, penicillium normaal ééncellig in slechte omstandigheden hyfen toegroeien naar beter milieu en

seksueel voortplanten

ongeslachtelikj: vorming conidiosporen geslachtelijk: vorming ascosporen

o basidiomyceten = steeltjeszwammen: vooral seksuele voortplanting vorming van basidiosporen vb: paddestoelen

o deuteromyceten = fungi imperfectie geen seksuele voortplanting vorming conidiosporen vb: Candida

Dierenrijk- meest diverse- meercellige, heterotrofe organismen- voeding door ingestie gevolgd door inwendige vertering

o sommigen zijn sedentair voeding door filtervoedingo meesten zijn predatoren of grazers: eten hele prooien of stukken ervan op predatie grootste selectiedruk van evolutie en leidde tot steeds grotere en actiere organismen

- evolueerden voor planten en zwammen in oceaan- bepaalde vorm van embryonale ontwikkeling opbouw complexe structuren om zich

zelfstandig te kunnen voedeno vaak larvaal stadium jonge dieren voeden zich op andere wijze dan adulte

geen competitie tussen larve en adult minder lange embryogenese minder reservevoedsel in ei korte generatietijd metamorfose = uitgestelde embryonale ontwikkeling

- acoelomaten: o lagere dieren, zonder coeloomholteo diploblastisch (2 kiemlagen: ecto- en endoderm) en triploblastisch (ecto-, endo- en

mesoderm)- coelomaten:

o hogere dieren, met coeloomo triploblastisch (3 kiemlagen waaruit alle weefsels en organen ontstaan)

- overgang protisten naar dieren: o koloniale protozoa met flagellen organiseren tot holle balo eerste specialisatie: somatische en voortplantingscelleno instulping vormen voortplantingscellen binnenin beschermdo later soort mond en spijsverteringsholte ontstaan: gastrula-achtig oerdier-prototype

Sponsen = fylum porifera- meest primitieve dieren ok wel parazoa genoemd ( andere dieren: metazoa)- meercellig, maar nog geen echte weefsels

o associatie tussen verschillende celtypen is ‘los’o celtype kan differentiëren tot ander

- sessiel (niet-beweeglijk)- geen embryonale kiemlagen- radiaal symmetrisch- voortplanting aseksueel (grote kolonies = genetisch identieke kloons) of seksueel (met

beweeglijke, gecilieerde larve)- opgebouwd uit 2 celllagen rond een inwendige holte:

o choanocyten = kraagcellen filtreren voedseldeeltjes uit water door kraag van microvilli voedsel door fagocytose opgenomen en gedeeltelijk verteerd door exocytose doorgegeven naar achterliggende cellen

o amoebocyten nemen deeltjes op door fagocytose verteren het volledig voedsel verder transporteren naar andere cellen:

epidermocyten: buitenkant bekleden porocyten: tussen amoebocyten en epidermocyten, waterkanaaltjes

vormen aanmaak vezeltjes voor verstevinging en afschrikking

Neteldieren = holtedieren = fylum cnidaria- echte weefsels afgeleid van 2 embryonale kiemlagen dipoblastisch (ecto- en endoderm)- primitief spijsverteringsstelsel: gastrovasculaire holte- radiaal symmetrisch- zekere beweeglijkheid- kunnen relatief grote prooien vangen- opgebouwd uit 2 epitheliale weefsellagen

o epidermis: ectodermale oorsprongo gastrodermis: endodermale oorsprong

- difuus zenuwnet- groot regeneratievermogen- seksuele voortplanting (vaak met afwisseling kwal- en poliepfase) en aseksuele voortplanting

(knopvorming)- vb: Hydra = zoetwaterpoliep

o gastrodermis vormt gastrovasculaire holte, met buitenwereld in contact via mond = anus 1 laag cellen

sommige scheiden verteringsenzymen uit anderen nemen gedeeltelijk verteerde voedseldeeltjes op door

fagocytoseo gastrodermale en epidermale cellen vertonen uitlopers die met elkaar in verbinding

staan en bundels microfilamenten bevatten samentrekken en kracht uitoefenen op gastrovasculaire holte die water

bevat wanneer mond gesloten: hydrostaties skelet

o vangarmen kunnen prooien naar mond brengeno epitheel bevat cnidocyten = netelcellen:

cellen met speciaal organel: nematocyst opgerolde draad punt en eventueel weerkhaak

samentrekken van cytoskelet draad afschieten meestal wanneer prooi cnidocyt raakt

Platwormen- triploblasten- belangrijke nieuwigheden:

o bilaterale symmetrieo begin van cefalisatie en centralisatie van het zenuwstelsel

“ogen”, zenuwknopen en zenuwstrengeno mesodermale kiemlaag ontwikkeling spieren

richtingswijzigingen uitstulpen van farynx om prooien te vangen

o voortplantingsorganen- spijsverteringsstelsel: vertakte gastrovasculaire holte- bewegen dmv cilia op buikzijde- soms meters lang, nooit dikker dan paar mm (diffusie!)- voortplanting:

o seksueel – eenslachtig of tweeslachtigo inwendige bevruchting met vagine/peniso gonaden = ovaria/ testes

- vrijlevende soorten: trilhaarwormen = turbellariao vertakte gastrovasculaire holte die dienst doet als transportsysteemo slechts 1 lichaamsopening (mond = anus)o vb: planaria

- parasieten:o zuigwormen = trematoda: vb schistosoma

levenscyclus met 2 gastheren afwisseling aseksuele en seksuele voortplanting vooral 3de wereld

o lintwormen = cestoda: vb: taenia = lintworm spijsverteringsstelsel verdwenen opname door diffusie alles gericht op seksuele voortplanting (proglottiden gevuld met eitjes)

Rondwormen = draadwormen = fylum nematoden- pseudo-coeloomholte primitief vasculair stelsel (transport van voedings- en afvalstoffen)

o inwendige holte tussen endoderm en mesodermo afgeleid van blastocoelo gevuld met vloeistof

- spijsverteringskanaal met mond en anuso mond met gespierde, zuigende farynxo volledig exteacellulaire vertering in darmholteo transport door diffusie via vocht in pseudocoeloomholte

- beter ontwikkelde spiereno in bundelso verloop in lengterichtingo aanhechting aan cuticula en pseudocoeloomholte (= hydrostatisch skelet) al

spartelend verplaatsen- huid vormt een stevige laag: cuticula- meer ruimte voor voortplantingsorganen (gonaden)- zenuwstelsel: zenuwring rond farynx en ventrale zenuwstrengen- parasitaire soorten van de mens: spoelworm, aarsworm, mijnworm/haakworm, filaria’s

Cambrium-explosie- 540 miljoen jaar geleden- enorme adaptieve radiatie basis alle hedendaagse dierlijke bouwplannen

o voortbewegingswijzen: gebruik van aanhangsels voor oa loop-bewegingo ontwikkelen van schelp of pantsel (exoskelet) voor verdediging en spieraanhechting

- gevolg van duplicatie van homeotische genen- evolutie van coeloomholte vanuit mesoderm

o ontwikkeling bloedvatenstelsel ontstaan van grotere en snellere dieren predatie als selectiedruk

o ruimte voor goed ontwikkelde orgaansystemen: spijsvertering of voortplanting- protostome evolutielijn

o blastoporie mondopeningo vroege klieving is gedetermineerd: bij scheiding eerste blastomeren ontwikkelen

tot aparte delen van het embryoo weekdieren = mollusca

gastropoda = buikpotigen, vb slak voortbeweging gespierde voet daarboven viscerale massa en mantel met mantelholte darm < segmenten met ieder zijn specifieke functie open bloedsomloop

bivalvia = tweekleppigen, vb mossel cefalopoda = koppotigen, vb inktvis

o ringwormen = annelida hirudinea, geen uitsteekselsvb bloedzuiger oligochaeta, minuscuul kleine uitsteeksels (setae) vb regenworm polychaeta, paracodia (begin van poten) vb zeepier gesegmenteerd: ieder segment eigen coeloomholte en excretieorganen,

borstels (setae) en spieren gesloten bloedsomloop voorste ganglia (hersenen) en ventrale zenuwstreng met ganglia voortbeweging:

kring- en lengtespieren per segment coeloomholte als hydrostatisch skelet setae als uitstulpbare aanhangsels

o geleedpotigen = arthropoda arachnida, vb spin crustacea, vb kreeft insecta, vb fruitvlieg gesegmenteerd in gespecialiseerde blokken gelede aanhangsels voor voortbeweging en vlucht meest divers best vertegenwoordigde groep exoskelet: cuticula met chitine: sterk, maar rigide, spieraanhechting en

bescherming open bloedsomloop

- deuterostome evolutielijno blastoporie anale openingo vroege klieving niet-gedetermineerd: eerste 8 blastomeren kunnen apart

ontwikkelen tot normale embryo’s – eeneiige meerlingeno stekelhuidigen = echinodermata, vb zeester, zeeëgel

uniek watervaatstelsel onderhuids kalkstelsel pentaradiale symmetrie veel overeenkomsten met chordadieren in vroege embryogenese larven:bilateraal symmetrisch, beweging mbv cilia

o chordadieren = chordata basiskenmerken (=synapomorfieën):

notochord: stevige flexibele dorsale staaf voor spieraanhechting

segmentatie met spierblokken = myotomen 1 dorsaal gelegen, holle zenuwstreng farynx met kieuwspleten postanale staart gesloten bloedsomloop met 1 ventraal gelegen hart

gewervelden = vertebrata urochordata = tunicata = manteldieren

primitiefste chordadieren sessiele wezens filteren zeewater voor voeding larven = beweeglijke kikkervis-achtige diertjes metamorfose verlies meeste chorda-kenmerken

cefalochordata vb: lancetvisje kleine visachtige diertjes meestal half ingegraven in zand voeden door filtreren van zeewater

Evolutie van ongewervelde naar gewervelde dieren- evolutie nieren aanpassen aan zoetwaterleven tijdperk van de vissen- evolutie vissen: toename in grootte en activiteit

o uitgesproken cefalisatieo schedel en wervelkolom vervangen notochordo neurale kam

groep embryonale cellen uniek voor gewervelden bron van veel gewervelde synapomorfieën adaptaties aan ademhalings- en circulatiestelsel hoger energieverbruik segmentatie in spierblokken + postanale staart sinusoidale

zwembeweging met fijne motoriek evolutie van 2 paar ventrale aanhangsel (vinnen)

- Van cefalochordata naar kaakloze vissen: aanwinst van wervels en schedelo amfioxus (cefalochordaat) versus ammocoete (larve van lamprei, kaakloze vis): beide

filtervoeding: water komt binnen via mond en verlaat lichaam door kieuwspleten, voedseldeeltjes uitgefilterd

amfioxus: waterstroom veroorzaakt door cellen met cilia ammocoete: spieren persen water naar binnen sneller groeien en groter

wordeno volwassen kaakloze vissen

predatoren die zich op plooien vastzogen groter dan lancet visjes actieve zwemmers sinusoidale zwembeweging vergemakkelijkt door

wervelkolom + segmentatie van spierstelsel- van kaakloze naar kraakbeenvissen: evolutie van kaken en tanden, lever, pancreas, milt

(afweer), nier (secretie), buikvinnen en borstvinnen ( oorsprong ledematen)- van kraakbeenvissen naar beenvissen en stap naar landleven:

o evolutie van benig skeleto gespierde staarto skeletale versteviging van aanhangselso verstevinging vinnen door vinstraleno longen of afgeleiden (zwemblaas) vanuit farynx

o ademhaling door gespierde kiewdekselso niereno stap naar landleven:

2 paar onderste vinnen poten vanuit farynx long landklimaat zeer vochtig vaatplanten en insecten rijk gevulde tafel

- tetrapoda: van amfibieën naar amniota:o evolutie van ledematen, schouder en bekkengordelo amfibieën primitiefste tetrapodao vanaf reptielen:

evolutie amnion-eieren keratine: schubben (reptielen), veren (vogels), haar (zoogdieren) endothermie (vogels en zoogdieren) melkklieren en tanddifferentiatie (zoogdieren)

- zoogdieren = mammaliao 220 miljoen jaar geleden ontstaano uit oerreptielen via evolutie tot insectivore nachtdieren o adaptieve radiatie na uitsterven dinosauriërso 3 belangrijke groepen in evolutie:

eierleggende zoogdieren = monotremen meest primitief huidklieren scheiden melk af die door jongen afgelikt embyonale ontwikkeling in ei

buideldieren = marsupialia zeer korte embyonale ontwikkeling binnen moeder binnenin

amnion-ei geen placentale voeding onvolgroeide embryo’s na geboorte op eigen kracht naar buidel zuigen zich vast aan tepel gevoed met melk embryonale ontwikkeling zet zich voort in buidel

placentale zoogdieren meest geëvolueerde embryonale ontwikkeling volledig in utero embryo wordt gevoed door maternale circulatie via placenta

o belangrijkste synapomorfieën: haar isolatie, sensorische functie, bescherming en communicatie

(camouflage) endothermie melkklieren 3 middenoorbeentjes 4-kamerhart gespierde diafragma of middenrif voor ademhaling uitgebreide hersenontwikkeling

Homo sapiens- orde der primaten

o oudste primaten-fossiel: 65 miljoen jaar geleden kleine insecteneter leefde in bomen

oorsprong menselijke en primate eigenschappen lenige schoudergewrichten brachiatie (slingeren) behendige handen grijpen ogen dicht bij elkaar vooraan stereologisch zicht, dieptezicht uitstekende oog-hand coördinatie ouderzorg meestal slechts 1 kind geboren

- mens en chimpansee veel gelijkenissen gemeenschappelijke vooroudero hypothese: Eastside Story:

ontstaan Rift Vallei in Oost-Afrika oostelijke voorouders mens afgescheiden van westelijke voorouders chimpansee

westelijk gebied bleef vochtig oerwoud oostelijk gebied werd droger savanne bottleneck (genetic drift) zeer

kleine populatie bleef over, 1 grote mutatie: 2 chromosomen zijn versmolten tot 1 mensen 1 chromosoom minder dan andere mensapen reproductieve isolatie

o alle voorouderlijke soorten na splitsing chimpansee-mens: hominiden 2 taxonomische geslachten:

australopithecus: 3-4 miljoen jaar oud homo: vanaf 2,5 miljoen jaar oud

o Homo habilis: werktuigeno homo erectus: consequent rechtoplopen

opvallende evolutie: snelle vergroting herseninhoud maal 3 in 3 miljoen jaar hypothese: seksuele selecti

Neodarwinisme en zelfzuchtige genen: selfish gene hypothese- alles in natuur staat ten dienste van de genen

o junk DNA replicatie- organisme zelf = complexe machine die volledig ten dienste staat van voortplanting van

genen (the gene machine)- genen = onsterfelijk: DNA in onze cellen komt voort uit onafgebroken keten van replicaties

van het oer-DNA dat 4 miljard jaar geleden is ontstaan- fundamentele drijfveer van het leven: zelfzuchtighed van de genen- genen werken samen omdat dit in hun eigen belang is- Evolutie door selectie is combinatie van willekeurige (genmutaties) en niet-willekeurige

gebeurtenissen (natuurlijke of seksuele selectie milieu + partnerkeuze)

Mensenrassen- genetische verschillen verwaarloosbaar klein toch opvallende fenotypische verschillen- kenmerken van belang bij seksuele selectie- idem herseninhoud verre Afrikaanse voorouders seksuele selectie toename

herseninhoud- neotenie (behoud van jeugdige kenmerken of achterblijven van volwassen kenmerken)

belangrijke rol in evolutie mens seksuele voorkeur voor jonge partners

Evolutie van functies- Niveaus van organisatie structuur functie

o marcomoleculen cel weefsel orgaan orgaansystemen (verschillende organen, voeren belangrijkste functies uit in gewervelde dieren en meeste ongewervelde dieren)

- 4 basis-weefseltypes:

o epitheelweefsel: afdek, transport en kierfunctieso bindweefsel: steuno spierweefsel: bewegingo zenuwweefsel: communicatie en controle

- homeostase = behoud van constant inwendig milieuSpijsverteringsstelsel

- Mens energie uit organische moleculen in voedsel (proteïnen, lipiden, koolhydraten) hydrolytische (watermoleculen die chemische bindingen breken) enzymen: verteerbare voedsel kleine moleculen (monomeren) oxidatie: ATP cellulaire arbeid + biosynthese

- functies:o secretie: enzymen voor vertering, slijm voor beschermingo digestie: voedsel verteren via hydrolyse, eigen cellen niet verteerdo absorptie: monomeren (aminozuren, suikers) opnemen, onverteerbare restmateriaal

eliminereno (transport door circulatiestelsel)

- Evolutie van spijsverteringo Protozoa: intracellulaire digestie

voedsel opgenomen door endocytose fagocytose: opname grote, vaste deeltjes in voedselvacuole pinocytose: opname vloeistofdruppeltjes met opgeloste stoffen of

colloidale suspensies door insnoeren van kleine vesikels thv celmembraan

lysosomen versmelten met voedselvacuole of vesikels voedsel door lysosomale enzymen verteerd

o Sponsen: intracellulaire digestie door choanocyten en amoebocyteno Holtedieren en Platwormen: extracellulaire digestie gastrovasculaire holte

= inwendige holte met 1 opening (mond= anus) digestie en absorptie thv gastrodermis: 1 laag cellen, 2 functionele celtypen:

kliercellen: hydrolytische enzymen secreteren voedingscellen: gedeeltelijk verteerde voedseldeeltjes opnemen

door fagocytose en intracellulair verder verterenbeide celtypen hebben flagellen beweging voorkomt dat voedseldeeltjes neerslaan

transporteren ook door holte gastrovasculair platwormen: holte sterk vertakt grotere absorptie- en transportopp

o Rondwormen, ringwormen, weekdieren, geleedpotigen, stekelhuidigen en chordadieren: spijsverteringskanaal (= tractus digestivus)

buis die 2 verschillende openingen (mond en anus) verbindt voedsel beweegt in 1 richting gespecialiseerde segmenten

stapsgewijze digestie of absorptie algemene sequentie: mond farynx slokdarm = oesofagus maag

(sommige dieren: krop, spiermaag) darm anus zoogdieren, zoals mens: + aantal accessoire klieren die verteringssappen

uitscheiden in kanaal via ducti: 3 paar speekselklieren, lever, pancreas ontstaan embryonaal als uitstulpingen in ontwikkelende

spijsverteringskanaal opgebouwd uit 4 lagen weefsel

mucosa: slijmvlies dat holte (= lumen) afzoomd laag bindweefsel, rijk aan bloedvaten

spierlaag schede van bindweefsel: buitenste laag, hangt orgaan op aan borst-

of buikvliezen spieren:

peristaltiek = peristaltische beweging voedsel doorheen kanaal bewegen, opeenvolgende golven doorheen wand

sfincters: ringvormige kleppen tussen sommige segmenten, kunnen kanaal afsluiten

gladde type autonoom zenuwstelsel- Verschillende segmenten van het menselijk spijsverteringsstelsel

o mondholte begin fysische en chemische vertering speeksel

mens ruim 1 liter per dag > slijmerig glycoproteïne mucine (complex van koolhydraat en

proteïne) mondslijmvlies beschermen tegen afslijting smeermiddel om te slikken buffers die zure bestanddelen neutraliseren tandbederf

voorkomen antibacteriële stoffen verteringsenzyme amylase hydrolyse van glucose-polymeren tot

kleinere polysacchariden tong:

smaakzintuig voedsel tot bal of bolus bolus in farynx duwen

o Farynx vertrek slokdarm en luchtpijp slikken

slokdarm-sfincter ontspant bolus in slokdarm larynx naar omhoog, strotklepje sluit opening luchtpijp af

o slokdarm peristaltiek voedsel van farynx naar maag spieren bovenste deel = gestreept somatisch zenuwstelsel

o maag elastisch grote hoeveelheid voedsel opslaan epitheel: laagje cellen dat lumen omgeeft, diepe instulpingen van maagwand secreteert maagsap iedere dag ong. 3 liter

HCl pepsinogeen: inactieve vorm van pepsine, om maagwand niet te

beschadigen, geactiveerd door HCl kettingreactie: pepsine kan pepsinogeen ook activeren (=positieve feedback)

celtypen in maagwand hoofdcellen: secreteren pepsinogeen pariëtale cellen: secreteren HCl muceuze cellen: secreteren laagje slijm (mucus) polysacchariden,

resistent aan pepsine en HCl, maagwand beschermen tegen vertering

stamcellen: onderaan instulpingen van maagwand, delen voortduren en duwen cellen naar boven om de 3 dagen alle cellen vervangen snelle slijtage maagwand tegengaan

enteroendocriene cellen:o zien, ruiken of proeven voedsel hormoon gastrine in

bloedbaan hersenimplsen naar maagwand secretie maagsap inzetten en aanhouden

o pH maag te laag zuur remt gastrine-secretie af (= negatieve feedback)

gedeeltelijke vertering maaltijd 2 tot 6 uur sfincter stukje bij beetje zure brij naar volgend segment

o Dunne darm ruim 6 meter lang digestie in samenwerking met lever en pancreas + absorptie

pancreas: klier hydrolytische enzymen en bicarbonaat-rijke alkalische vloeistof (buffer om zure maagproduct te neutraliseren)

lever gal galblaas tot nodig is: galzouten voor vertering en absorptie van vetten

eerste 25 cm: duodenum vermenging maagproduct met secretie van pancreas, lever, galblaas

en sappen van kliercellen van duodenum zelf regulatorische hormonen controleren of voldoende secretie:

o lage pH maagsap wand duodenum secreteert secretine in bloedbaan pancreas secreteert bicarbonaat om maagsap te neutraliseren

o wand duodenum secreteert cholecystokinine (CCK) contractie galblaas gal in duodenum secretie van verteringsenzymen door pancreas

vertering koolhydraten verdergezet door pancreatisch amylase (maltose) disaccharidases op celopp epitheelcellen

vertering proteïnen verdergezet enzymen (gesecreteerd door pancreas onder inactieve vorm “zymogenen” geactiveerd door enteropeptidase op celmembraan van epitheelcellen) die polypeptiden afbreken tot aminozuren

o trypsine en chymotrypsine: hydrolyse grote polypeptiden kleinere ketens

o carboxypeptidase en aminopeptidase: halen aminozuren af vertering vet:

o onoplosbaar in watero galzouten dun filmpje op vetdruppels emulsieo enzyme lipase vanuit pancreas verteerd vet

jejunum en ileum: langste deel van dunne darm absorptie inwendige begrenzing vingervormige villi, alle epitheelcellen

microvilli op bovenste celopp totale oppervlakte ong. 300m² voedingsstoffen door enkelvoudige epitheellaag geabsorbeerd

onderliggende endotheellaag van capillairen in capillaire bloedvaten of lymfevaten

transport:o passief: diffusie volgens concentratiegradiënt (fructose)o actief binnengepompt (vb aminozuren, glucose, vitaminen)

o vetten en glycerol na absorptie binnen epitheelcel terug samengesteld tot vetten gemengd met cholesterol en gecoat met lipoproteïnen kleine bolletjes: chylomicronen exocytose: uit epitheel cel in lymfevaten

digestie en absorptie: ong 5-6u alle bloedcapillairen die voedingsstoffen wegvoeren van darmvilli samen

in leverpoortader rechtstreeks naar lever (ong. 1 liter per minuut) regelt bloedsamenstelling ( vb altijd zelfde glucoseconcentratie) van bloed naar hart

belangrijkste deel waterresorptieo Dikke darm = colon

1,5 m lang, grotere diameter reabsorptie water oplosmiddel verteringssappen (ong 7 liter per dag in

lumen gesecreteerd) afval (= feces) wordt vaster te trage peristaltiek compacte feces, constipatie microbiële infecties begrenzing colon irriteren minder water

gereabsorbeerd diarrhea 12-24u tot rectum feces opgestapeld en geëlimineerd tussen rectum en anus 2 sfincters: 1 onder bewuste en 1 onder onbewuste

controle rijke flora van meestal onschadelijke bacteriën: vb Escherichia coli:

leven van organisch materiaal dat anders geëlimineerd wordt afvalstoffen:

o gassen (methaan, waterstofsulfide)o vitamine K belangrijkste bron van deze vitamine in mens

Bloedstolling 40% stoelgang = bacteriën, daarnaast cellulose (niet verteren, wel positief

voor beweging voedsel door spijsverteringskanaal)o Lever en pancreas

functies lever: vetvertering (aanmaak gal) opname glucose uit bloed + opslag ervan onder vorm van glycogeen

glucose-spiegel in bloed daalt glycogeen terug omgezet tot glucose en in bloed vrijgelaten (brandstof spieren)

glucosehuishouding geregeld door hormonen van pancreas: cellen die verteringsenzymen en bicarbonaat uitscheiden,

gestimuleerd door hormonen CCK en gastrine van maag) en door neurotransmitters (acetylcholine) van autonome zenuwstelsel receptoren op celopp. exocriene cel binden ligand openen Ca2+

ionenkanaal versmelten zymogeen-granulen met celmembraan inhoud granulen vrij buiten cel

endocriene celleno zoogdieren: eilandjes van Langerhans

cellen die insuline secreteren cellen die glucagon secreteren antagonistische werking: glucose-spiegel boven normale waarde: insuline

cellen opname van glucose + remt glycogeen-afbraak in lever

glucose-spiegel onder normale waarde: glucagon levercellen afbraak glucogeen en vrijzetten glucose in bloed

pancreas: klier, secreteert: enzymen:

o amylase: zetmeel maltoseo trypsine: eiwit kortere polypeptideno chymotrypsine: eiwit kortere polypeptideno lipase: lipide vetzuren en monoglycerideo nuclease: nucleïnezuren nucleotiden

bicarbonaat (neutralisatie maagsap) lichaamscellen met veel insuline-receptoren (spiercellen, vetcellen)

binden insuline-moleculen receptor geactiveerd fosforylatie cytoplasmatische proteïnen kettingreactie van signaaltransductie meer transportproteïnen uitdrukken voor glucose

transporters onder celmembraan in vesikels versmelting vesikels met celmembraan transporters aan

celoppervlak glucose opgenomen

Circulatie en gasuitwisseling- enkel diffusie is onvoldoende om chemische stoffen te transporteren in grote dieren:

o diffusie-tijd nodig voor molecule van ene punt naar andere te geraken is recht evenredig met kwadraat van afstand tussen de 2 punten

o circulatiestelsel afstand voor diffusie zo klein mogelijk houden- Evolutie van bloedsomloop

o ééncellige protozoa en eenvoudig gebouwde meercellige waterdieren (holtedieren en platwormen):

alle uitwisseling door diffusie en actief transport thv celmembraan geen grote afmetingen

o platwormen: vertakte gastrovasculair stelsel primitief circulatiestelselo grotere holtedieren (kwallen): spaakvormig vertakt gastrovasculair stelsel

kanalen radiëren tussen centraal gelegen mond/anus-opening en perifeer gelegen circulair kanaal

cellen die kanalen afboorden hebben cilia water doen circulereno rondwormen (nematoden): pseudocoeloomholte

darmkanaal en lichaamsholte errond transport van voedingsstoffen van darm naar rest van lichaam, zuurstof in

omgekeerde richting verzamelen metabolische afvalstoffen van lichaamscellen

o coelomaten: evolutie bloedsomloop: spieren betrokken bij circulatiestelsel gespierde buizen contractie

lichaamsvloeistof stromen aan hogere druk grotere en meer actieve dieren

weekdieren, ringwormen, geleedpotigen (protostomen) en chordadiereno gewervelden: circulatiestelsel transport van vloeistof (= bloed) verbinding

tussen interstitiële vloeistof waarin lichaamscellen ondergedompeld en opp. waar gasuitwisseling met buitenwerdeld (zoogdieren: longen) opp. waar absorptie van voedingsstoffen (darm) plaats waar afvalstoffen uitgescheiden (nieren)

- Open of gesloten bloedsomloopo Open circulatie:

lichaamsvloeistof = hemolymfe (geen onderscheid interstitiële vloeistof en bloed

1 of meerdere harten hemolymfe in groot bloedvat open aan uiteinde hemolymfe traag door netwerk van open ruimten tussen lichaamscellen en rond organen (sinussen)

lichaamsbeweging hemolymfe circuleert circulatie is traag en bloeddruk zeer laag bij mollusca, gastropoda en bivalvia trage dieren met lage metabolische

activiteit (voordeel: minder voedsel nodig) bij geleedpotigen:

zeer actieve dieren, zeer snel vliegen snelle toevoer van vooral zuurstof naar spieren

zuurstof rechtstreeks vanuit buitenwereld naar cellen door vertakt netwerk van luchtbuisjes (tracheeën) tracheolen einde tracheole met vloeistof zuurstof opgelost onmiddellijk naar omliggende cellen diffunderen

geen grote afmetingen aannemeno Gesloten circulatie

bloed steeds omgeven door begrenzin van vaatwand: endotheel druk opbouwen bloeddruk hoger

bij cefalopoda: veel actiever en sneller dan andere weekdieren bij ringwormen

noodzaak door segmentatie om van ene segment naar andere over te gaan

snellere voortbeweging paradox:

grote vaten snel transport aan hoge druk, maar geringe diffusie-opp voor uitwisseling

fijne vaatjes = capillairen veel diffusie, maar langzaam transport aan lage druk

compromis: grote vaten (arteriën en venen) combineren met capillair bed

- cardiovasculair stelselo componenten: hart, bloedvaten en bloedo protostomen:

1 of meerdere harten dorsaal gelegen, pompen bloed naar voren richting hersene vglbaar met extra-gespierde vaten

o gewervelden: 1 hart ventraal gelegen bouw:

1 of 2 atria: kamers die bloed ontvangen dat naar hart terugkeert 1 of 2 ventrikels: kamers die bloed uit hart wegpompen

o arteriën (bloed van hart naar organen) arteriolen capillairen microscopisch klein 1 laag sterk afgeplatte endotheelcellen capillair bed infiltreert ieder weefsel doorheen capillaire endotheel: uitwisseling tussen bloed en interstitieel

vocht rond cellencapillairen venulen venen (bloed terug naar hart)

- evolutie cardiovasculair stelsel bij gewervelde diereno Vissen:

enkelvoudige bloedsomloop 2-kamerhart: 1 atrium en 1 ventrikel bloed van ventrikel kieuwen (gasuitwisseling) zuurstofrijk bloed naar

organen via venen naar atrium bloed doorheen 2 capillaire bedden:

kieuwen systematische capillairen (van andere organen) bloeddruk daalt bloed stroomt traag naar andere organen proces geholpen door lichaamsbeweging

o Amfibieën en reptielen 3-kamerhart: 2 atria, 1 ventrikel ventrikel gevorkte arterie: bloed in 2 richtingen:

pulmonaire circuit: bloed naar longen zuurstof oppiken naar linker atrium merendeel naar systematische circuit

systematische circuit bloed naar alle organen behalve longen terug via venen naar rechter atrium

dubbele bloedsomloop: bloeddruk daalt door passage longcapillairen 2e keer door hart gepompt hogere bloeddruk naar hersenen,

spieren en andere systematische organen meer inspanningen in enige ventrikel zekere menging van zuurstofrijkbloed van longen en

zuurstofarmbloed van rest lichaam zuurstofconcentratie in systematisch bloed lager

reptielen: ventrikel gedeeltelijk verdeeld door tussenschot minder menging zuurstofrijk en –arm bloed

krokodillen: ventrikel volledig verdeeld in linker- en rechterkamerso vogels en zoogdieren

4-kamerhart: 2 atria en 2 volledig gescheiden ventrikels volledig gescheiden dubbele bloedsomloop:

zuurstofrijk en –arm bloed volledig gescheiden zuurstofvoorziening naar organen optimaal:

o linkerhelft: enkel zuurstofrijkbloedo rechterhelft: enkel zuurstofarm bloedo belangrijk: vogels en zoogdieren = endotherme dieren:

warmte verliezen van metabolisme om lichaamstemp op peil meer zuurstof nodig

herstelt bloeddruk nadat bloed door longcapillairen opm: vogels en zoogdieren stammen af van verschillende voorouders en

toch hetzelfde 4-kamerhart convergente evolutie uitgebreide coronaire circulatie: kransslagaders voorzien hartspier van

zuurstofrijk bloed verstoppingen kransslagaders zuurstofnood in hartspier

hartaanval vissen, amfibieën en reptielen: hartspiervezels in losse sponsachtige

matrix die rechtstreeks zuurstof krijgt vanuit bloed in hartkamers zelf chirurgie: behandeling verstopte kransslagaders nabootsen hart

vissen, amfibieën en reptielen door gaatjes te boren in myocardium (= transmyocardiale revascularisatie)

o bij alle gewervelden:

bloeddruk hoogst in arteriën, valt weg in capillairen en laag in venen spierarbeid lichaam veneus bloed efficiënt terug naar hart gestuwd (groot

deel lichaam: tegen zwaartekracht in) venen in onderste lichaamshelft: kleppen bloed niet terugstromen

(vaatwand verzwakt of beschadigd kleppen niet meer sluiten bloed stapelt zich op, vb varices, hemorrhoiden)

- Transportvloeistoffeno Uitwisseling van stoffen tussen bloed en interstitiële vloeistof thv capillairen

endocytose (pinocytose) opname door endotheelcel van capillair exocytose aan andere kant vrijgeven

diffusie doorheen dunne endotheelcel-laag of door spleetjes tussen 2 endotheelcellen

bloedcellen en in bloed opgeloste proteïnen te groot blijven in capillairen

tijdens passage doorheen capillairen grote hoeveelheid vloeistof uitgewisseld deel vloeistof en sommige proteïnen blijven achter in tussencellige ruimte terug naar bloedbaan door lymfevaten

o Lymfatisch systeem kleine capillairtjes met lymfe komen uit in bloedbaan thv venen boven hartstreek als onvoldoende interstitieel vocht wordt afgevoerd door lymfevaten naar

bloed weefsel zwellen = oedeem vb: belangrijk gebrek aan proteïnen in voeding bloed-proteïnen

opgebruikt osmotische druk in bloed verlaagt vocht opgestapeld in weefsels

langs lymfevaten lymfeknopen: verdikkingen waar lymfe gefilterd door afweercellen zoals lymfocyten en macrofagen bacteriën en virussen tegenhouden en afweerreactie opzetten

vb: infectie: lymfocyten in lymfeknoop snel delen lymfeknoop zwellen

andere functie: opname van vetten in darmvilli en transport ervan naar bloedbaan

o Bloed = verschillende celtypen in suspensie in plasma voedingsstoffen: glucose, aminozuren, lipiden gassen: zuurstof, koolstofdioxide hormonen water 90% plasma-proteïnen

albumine: bufferen van plasma pH = 7,4, osmotische balans behouden, viscositeit regelen, coaten van stoffen die slecht of niet oplossen in water vb: albumine

immuunglobulinen: afweer tegen bacteriën en virussen stollingsfactoren: vb fibrinogeen

o bloed zonder stollingsfactoren = serum opgeloste zouten = ionen osmotische druk cellulaire component

rode bloedcellen = erythrocyten: zuurstoftransporto zonder kern soepeler dan andere cellen makkelijker

doorheen zeer nauwe capillairen

o kleiner dan andere cellen totale opp. aan celmembraan groter voor zuurstofdiffusie

o schijfvorm aan beide kanten ingedeukt centrum dunner dan randen groter opp. voor zuurstofdiffusie

o geen mitochondriën ATP door anaërobe metabolisme verbruiken zelf geen zuurstof

o bevat hemoglobine: ijzerbevattende proteine dat zuurstof kan binden

witte bloedcellen = leukocyten: afweer bloedplaatjes = thrombocyten: stolling, stukjes gefragmenteerde

beenmergcellen, geen kern weefsel onvoldoende zuurstof nieren zetten plasma-proteïne om tot

hormoon erythropoïetine stimuleert aanmaak erythrocyten in beenmerg (negatief feedback controlemechanisme

merendeel CO2 door bloed getransporteerd onder vorm van opgeloste bicarbonaat-ionen

- Evolutie van de gasuitwisselingo efficiënte gasuitwisseling ademhalingsorganen groot, vochtig oppervlako Huidademhaling (vb: regenworm, amfibieën):

volledige huidopp als ademhalingsorgaan onder vochtige huid ligt dens netwerk van capillairen vochtige omgeving wormachtige of afgeplatte vorm hoge opp/volume verhouding meesal ook klein

o Kieuwademhaling geëvolueerd uit huidademhaling deel van lichaamsopp uitvoerig plooien

of vertakken zuurstofconcentratie in water lager dan in lucht kieuwen efficiënt werken:

ventilatie: verhogen waterstroom over ademhalingsoppo vb: haaien voortduren zwemmen ventilatieo vb: beenvissen gespierd kieuwdeksel om waterstroom te

genereren tegenstroomuitwisseling: in kieuwen vloeit bloed in capillairen in

tegengestelde richting van waterstroom over hele lengte van capillair diffusiegradiënt aanwezig transfer van water naar bloed

o Longademhaling landslakken: mantelholte spinnen: boeklongen amfibieën: ballonvormige longen met beperkte ademhalingsopp deel

zuurstof door huidademhaling vanaf reptielen: sponsachtige, hongingraat-achtige longen sterk vertakt

stelsel van buisjes (bronchioli) en zakjes (alveoli) Trachea = luchtpijp thv larynx 2 luchtpijptakken = bronchi, 1 naar

iedere long bronchioli, epitheel: cilia en dun laagje mucus (stof en andere ongewenste deeltjes tegenhouden en via cilia naar farynx ingeslikt) luchtzakjes = alveoli, dunne epitheellaagje = ademhalingsopp., iedere alveoi omgeven door net van capillairen (zuurstof- en koolstofdioxidediffusie)

tetrapoda: ventilatie longen door in- en uitademen amfibieën positieve druk: spieren in bodem mondholte ruimte

vergroten lucht binnengezogen via neusgaten neusgaten

sluiten bodem mondholte verhoogd lucht in trachea geperst (=positieve druk) elasticiteit longen + spieren lichaamswand uitademen

zoogdieren negatieve druk: o bij inspanning: ribspieren trekken samen ribben naar

omhoog bortholte zet uit longzak gaan mee (door oppspanning) luchtdruk in alveolaire ruimte verlaagt lucht aangezogen ontspannen ribspieren longvolume daalt luchtdruk in alveolaire ruimte stijgt lucht naar buiten geperst

o in rust: diafragma (spierlaag die bodem vormt van borstholte) contratie diafragma daalt borstholte zet uit …

longcapaciteit afhankelijk van totale longvolume en restvolume veroudering, ziekte, roken elasticiteit long daalt restvolume

vergroot longcapaciteit vermindert (kortademigheid) ademhaling bij vogels: naast longen ook achttal luchtzakken over hele

lichaam verspreid gespierde blaasbalgen voor ventilatie longen + densiteit vogellichaam verlagen (vliegen)

persen lucht doorheen longen in systeem van parabronchi lucht stroomt continu in 1 richting geen menging zuurstofrijke en

zuurstofarme lucht, geen restvolumeo luchtademhalers makkelijker dan waterademhalers:

zuurstofgehalte in lucht hoger zuurstofdiffusie in lucht sneller water heeft grotere dichtheid dan lucht en dus moeilijker te ventileren bij stijgende watertemperatuur daalt oplosbaarheid van zuurstof terwijl vb

vissen dan juist actiever metabolisme

Excretie en Osmoregulatie- osmoregulatie: osmoregulatoren zijn niet in osmotisch evenwicht met hun milieu! zijn

waterbehoudend of waterafdrijvendo osmose: water vloeit doorheen een membraan van hypotone naar hypertone

oplossingo eencelligen:

in zee: osmolariteit cytoplasma = zeewater 1000mosm/l in zoetwater: hypertoon tov water gevaar zwellen en openbartsen

cytoskelet aangedreven pompende vacuoleno dieren met gesloten bloedsomloop 3 inwendige vloeistofcompartimenten moeten

isotoon zijn (300 mosm/l in mens) cytoplasma lichaamscellen interstitiële vloeistof bloedplasma

o kaakloze vissen: isotoon tov zeewatero beenvissen: evolueerden in zoetwater, osmolariteit enigszins aangepast

in zoetwater: hypertoon tov water, huid houdt geen water tegen (slijmlaag vertraagt opname water) grote hoeveelheden sterk verdunde urine uitscheiden

in zee: hypotoon tov zeewater verliezen continu water door osmose grote hoeveelheden zeewater drinken en overtollige zouten uitscheiden

o Landdieren uitdrogen, enkel geleedpotigen en gewervelden erin geslaagd landleven te kolonizeren, evolutionaire adaptaties:

waterdichte buitenlaag waslaagje op exoskelet insecten lagen dode, gekeratiniseerde huidcellen bij zoogdieren en vogels

zenuwprikkels en hormonale mechanismen regelen dorstgevoel nachtleven (amfibieën, woestijndieren) sommige dieren overleven door 90% water uit metabolisme (cellulaire

ademhaling water uit waterstof en zuurstof) uitscheidingsorganen water behouden, gebaseerd op gespecialiseerde

cellen die opgeloste stoffen kunnen binnen- of buitenpompen = transportepitheel

- excretie van stikstofhoudende metabolische afvalstoffeno oa stikstof-houdend afval van proteïne- en nucleÏnezuur-metabolisme ammoniak:

erg toxisch sterk verdund en continu uitgescheiden veel water waterdieren (ongewervelden en beenvissen)

o landbewoners: niet voldoende water om ammoniak uit te scheiden energie (ATP) omvorming van ammoniak tot ureum of urinezuur (minder toxisch + minder water om uitgescheiden te worden)

o ammoniak: zeer goed wateroplosbaar, diffundeert gemakkelijk in vissen onder vorm van ammonium-ionen door epitheel van kieuwen uitgescheiden

o Ureum: zoogdieren en volwassen amfibieën minder toxisch in veel hogere concentraties getolereerd minder water vereist, meer metabolische energie in lever aangemaakt door combinatie van ammoniak en kooldioxide via bloed nieren, draagt bij aan osmoregulatie en uitgescheiden

o Urinezuur: landslakken, insecten, vogels en veel reptielen weinig oplosbaar in water als neerslag (kristallen) uitgescheiden nadat meeste water onttrokken

vogels en reptielen: samen met feces onder pasta-achtige vorm nog minder water dan ureum-excretie, nog meer energie reden: eieren leggen: eieren laten gassen door maar geen water

indien ureum: opstapelen en embryo vergiftigen urinezuur sterk geconcentreerd opgeslagen in allantois van amnion-

ei als vaste afvalstof mens: zeer klein deel van urine uit urinezuur metabolische stoornis

overmatig geproduceerd neerslaan in weefsels jicht- Evolutie van het transportepitheel

o meestal 1 laagje cellen die buisje of tubule afboorden welk naar buitenwereld leidto passief transport van opgeloste stoffen door diffusie doorheen semipermeabele

celmembraan, actief transport door membraanproteïneno protonefridia: eenvoudigste uitscheidingsorganen, enkel waterhuishouding

bij platwormen en cefalochordaten ( segmentaal verdeeld) vertakte buisjes (tubules) die overtollig water naar lichaamsopp thv

openingen (nefridioporiën) afvoeren elke tubule aangedreven door vlamcel: cel die mbv kwastje cilia interstitieel

vocht doorheen tubule drijft sommige parasitaire platwormen: tevens excretie van ammoniak

o nefridia: tubulair (buisvormig) excretiestelsel ringwormen: vb regenworm: elk segment een paar nefridiën weekdieren: vb slak: 1 nefridium verbonden met coeloomholte

nefridium 1 opening waarlangs coeloomvloeistof binnenkomt omgeven door netwerk van capillairen aan binnenopening (nefrostoom): krans van cilia die

coeloomvloeistof naar binnen slaan afgrenzing door transportepitheel pompt noodzakelijke zouten

terug opgenomen door capillairen urine: stikstofhoudende afvalstoffen, hypotoon tov lichaamsvloeistoffen

overtollige water kwijtrakeno buisjes van Malpighi

enkel bij insecten tubules in hemolymfe, verbonden met darm

transportepitheel zouten en stikstofhoudende afvalstoffen in lumen

water volgt door osmose inhoud darm darmepitheel zouten terug naar binnen water volgt door osmose zeer geconcentreerde stikstofhoudende afval (urinezuur)

o nieren gewervelde dieren: 1 paar compacte excretieorganen talrijke tubules en dicht capillair netwerk eerst bij vissen oorspronkelijke functie: osmoregulatie

buitenpompen overtollig water re-absorptie van zouten

evolutie landdieren 2e functie: excretie van stikstof-houdend afval nierarteriën 1 arteriool bloed naar 1 nefron: lange tubule met aan

begin-uiteinde: glomerulus komvormige verdikking van tubule = kapsel van bowman capillairen binnen in holte van kapsel van bowman = glomerulaire

capillaireno poriën waarlangs plasmavloeistof kan dringeno errond zit 1 laagje cellen: podocyten met sterk vertakte

celuitlopers vormen spleetjes = filtratiespleetjes plasmavloeistof (water en kleine opgeloste stoffen) doorheen filtratiespleetjes filtraat naar lumen van glomerulus afgevoerd door proximale tubule

tubule: 1 laagje transportepitheel, 3 gebieden:o proximale deelo lus van Henleo distale deel voert filtraat samen met dat van andere

nefrons verzamelbuis (1 laagje transportepitheel) samen in nierbekken urine via ureter naar blaas via urethra naar buiten

mens: 1000-2000 liter bloed dagelijks door nieren nefrons en verzamelbuizen 180 liter filtraat nieren 1,5 liter urine rest gereabsorbeerd: glomerulaire capillairen weer samen in

arteriole verlaat glomerulus 2e capillair netwerk: peritubulaire capillairen (omgeven proximale en distale tubule) en vasa recta

capillairen (omgeven lus van Henle): gescheiden van transportepitheel door laagje interstitieel vocht

maximale efficiëntie van nierwerking afhankelijk van lus van Henle- nierwerking: homeostase (balans) van water of zouten

o 3 mechanismen: filtratie: glomerullaire capillairen en omgevende podocyten van glomerulus

filter: water en kleine opgeloste stoffen doorlaten, niet-selectie (enkel grootte stoffen van belang)

secretie: transportepitheel tubule secreteert actief en passief stoffen uit interstitieel vocht om tubule lumen tubule, selectief (slechts welbepaalde stoffen kunnen actief gepompt worden)

reabsorptie: belangrijke stoffen terug opgenomen en doorgegeven aan interstitieel vocht en bloed, selectief (oa suikers, vitaminen, water en bicarbonaat)

filtratie uit bloed + secretie uit interstitieel vocht – re-absorptie = urine die gesecreteerd wordt

o Transportepitheel hoeveelheid water en concentratie opgeloste stoffen in lichaamsvloeistoffen constant functies verspreiden over tubule en verzamelbuis

proximale tubule: in cortex (buitenste zone nier), secretie en re-absorptie apicale pool epitheelcel (naar lumen gericht) groter oppervlak dan

basale pool (naar interstitium gericht) minder kans op teruglekken, gevolg van micrivilli

Lus van Henle: haarspeldbocht in tubule dalende deel (richting medulla)

o water passief diffunderen naar interstitium (zoutconcentratie daar hoger)

o epitheel tubule niet permeabel voor NaCl ea opgeloste stoffen

enkel re-absorptie van water stijgende deel (richting cortex)

o epitheel wel permeabel voor zouto niet permeabel voor watero diffusie van NaCl + actieve re-absorptie osmolariteit interstitium hoger in medulla

distale tubule: functie en ligging vglbaar met proximale tubule verzamelbuis:

grootste deel in medulla mondt uit in nierbekken actieve re-absorptie van NaCl epitheel permeabel voor water passieve re-absorptie water + deel

opgeloste ureum verhogen osmolariteit interstitieel vocht in medulla (hyperosmolariteit) nierweefsel kan water behouden urine hypertoon tov lichaamsvochten (osmolariteit tot 1200 mosm/l)Als genoeg gedronken osmolariteit urine dalen tot 70 mosm/l (= hypotone of verdunde urine

o gereguleerd door hormonen

hersencellen hypothalamus anti-diuretisch hormoon (ADH) opgeslagen in onderliggende klier, hypofyse

hypothalamus osmoreceptoren: meten toename in osmolariteit 2 signalen

o secretie ADH uit hypofyse stimuleren stimuleert re-absorptie water in verzamelbuizen nier

o dorstgevoel opwekken drinken negatief feedback signaal ADH-secretie stopgezet

gespecialiseerde cellen in wand nierarteriolen: bloeddruk daalt enzyme renine secreteren in bloed zet

plasmaproteïne angiotensinogeen om in hormoon angiotensine o toename bloeddruk door constrictie van arterioleno verhoogt bloedvolume

reabsorptie NaCl en water stimuleren thv proximale tubules

bijnier stimuleren tot secretie van aldosteron-hormoon stimuleert reabsorptie NaCl en water thv distale tubules (= negatief feedback signaal onderdrukt renine-secretie)

Zenuwstelsel- via neuronen en neuro-endocriene cellen- zeer snel communicatiemiddel reageren op prikkels van buitenwereld en coördineren van

lichaamsbewegingen- Menselijjk zenuwstelsel

o receptorcel signaal sensorische zenuwen CZS verwerking signaal motor-neuronen effectorcellen

CZS: hersenen en ruggenmerg PZS: sensorische en motor-neuronen effectorcellen: spiercellen en klieren

o van receptor effector: door zenuwbaan van neuron tot neuron, commbinatie van elektrische en chemische signalen

neuron = zenuwcel veel verschillende soorten relatief groot cellichaam waarin kern en celorganellen zeer lange uitlopers waarlangs boodschappen over grote afstand

geleid, 2 soorten:o dendrieten: signalen naar cellichaam

sterk vertakt veel inputo axonen: signalen weg van cellichaam

veel neuronen hebben slechts 1 axon in meest perifere zenuwen (gewervelde dieren)

omgeven door isolerende myelineschede gevormd door begeleidende cellen (Schwanncellen): myelinisatie

kunnen vertakken synaptische uiteinden chemische signalen =

neurotransmitters loslaten om boodschappen te sturen naar andere cel

contactplaats tussen synaptisch uiteinde en andere cel (neuron of effectorcel) = synaps

3 belangrijke soorten:o sensorische neuronen: info van omgeving naar CZS, meesta

vormen synapsen met interneuroneno interneuronen: integreren sensorische input en motor-

output, vormen enkel synapsen met andere neuroneno motor-neuronen: brengen motor-output van CZS naar

effectorcellen cellichamen neuronen soms in groepjes met zelfde functie

o activiteiten coördineren zonder systeem te betrekkeno in PZS = ganglia = zenuwknopen

begeleidende cellen talrijker dan neuronen in CZS isolatie (myelinisatie) van axonen isolerende myelineschede rond

axonen degenereert probs met impulsoverdracht bescherming en voeding neuronen

- Impulseno = elektrische signalen doorheen neuronale membraneno afhankelijk van ionenbeweging door celmembraan:

in cel: belangrijkste kation K+, belangrijkste anionen negatief geladen proteïnen

buiten cel: belangrijkste kation Na+, belangrijkste anion Cl-

ionische gradiënt over celmembraan: in cytoplasma [K+] 30x hoger dan buiten cel, terwijl [Na+] binnen 10x lager dan buiten + celmembraan zeer permeabel voor K+ voortdurende diffusie van K+ naar buiten (mindere mate Na naar binnen), negatief geladen proteïnen niet doorheen celmembraan iedere cel negatief geladen tov buitenwereld: Rustpotentiaal celmembraan Na/K pomp-proteïnen (E ATP) actief transport van

Na+ naar buiten en K+ naar binnen ionische gradiënt behouden exciteerbare cellen (neuronen, spiercellen en endocriene kliercellen):

neuronen stimulans ionenkanalen (membraanproteïnen) openen vb Na-kanaal Na+ binnen cel minder negatief geladen = depolarisate celmembraan cel langs klein deel celmembraan eventjes positief geladen onmiddellijk ernaast gelegen deel depolarizeren signaal doorgegeven over cel en axon = actiepotentiaal verplaatst zich (in 1 richting) (ondertussen uitstroom K+ herstellen rustpotentiaal)

- intercellulaire communicatie synapso elektrische synapsen: actiepotentiaal doorgeven tussen neuronen

dmv gaatjes in celmembranen van 2 naast elkaar liggende cellen intercellulaire bruggetjes = gap junctions ionen laten doorstromen

in CZS: synchronisaties van snelle reflexeno chemische synapsen:

smalle spleet tussen 2 naburige cellen niet elektrisch gekoppeld elektrisch signaal actiepotentiaal omgezet in chemisch signaal:

uiteinde axon < synaptische vesikels = kleine zakjes met duidenden moleculen van neurotransmitter

actiepotentiaal axon-uiteinde membraan synaps gedepolariseerd instroom Ca2+ ionen versmelting synaptische vesikels met celmembraan inhoud aan neurotransmitter vrij in synaptische intercellulaire ruimte celmembraan dendriet of cellichaam volgende neuron < membraanreceptoren voor neurotransmitters ionenkanaal geopend Na+ ionen stromen

binnen chemisch signaal omgezet in elektrisch signaal enzymen breken gebonden neurotransmitter af ionenkanaal sluit

2 soorten ionenkanalen: transmitter-gated: chemisch signaal bindt receptor kanaal open voltage-gated: elektrisch signaal opent kanaal

verschillende neurotransmitters, vb: acetylcholine ieder type neuron 1 typische neurotransmitter afhankelijk van post-synaptische receptoren kunnen ze exciteren of

inhiberen onevenwichten in neurotransmitters stoornissen

o vb te weinig dopamine: Parkinsono vb te veel dopamine: schizofrenie

pijnstillers interfereren met neurotransmitters ( verantwoordelijk voor pijngevoel)

gasvormige moleculen als plaatselijke regulatoren, vb NO in erectieweefsel penis

- evolutie zenuwstelsel vooral thv centralisatie, concentratie neuronen in ganglia en centralisatie (hersenen en hoofdzenuwen)

o Holtedieren: vb zoetwaterpoliep: eenvoudigste soort zenuwstelsel: zenuwnet, geen

centrale controle meeste synapsen elektrisch impulsen mogelijk in beide richtingen geen onderscheid tussen sensorische en motorische neuronen

vb kwallen: aan rand gegroepeerde neuronen eenvoudige sensorische structuren ringvormige zenuwbanen betere coördinatie (zwemmen)

o bilateraal symmetrische dieren: cefalisatie sensorische structuren geconcentreerd vooraan dit deel lichaam eerst in

contact met potentiële prooi of belager platwormen: begin van centralisatie: CZS uit

o eenvoudige hersens: verdikkingen zenuwstrengen vooraan anterieur ganglion

o 2 zenuwstrengen: dikke bundels zenuwen met cellichamen sensorische info verwerken en motorsignalen naar effectors

o transversale zenuwen: verbinding zenuwstrengen met kleinere zenuwen door hele lichaam PZS

o Protostomen: 1 of 2 ventraal gelegen zenuwstrengen verbonden met perifere zenuwen

segmentaal gebouwde ongewervelden (ringwormen, geleedpotigen): segmentaal gerangschikte ganglia (= verdikkingen van zenuwstrengen) interneuronen in ganglia coördineren acties individuele lichaamssegmenten

actiever = uitgebreidere hersenen vb weekdieren: weinig ontwikkelde hersenen en zintuigen, ganglia

sterk verspreid vb inktvissen: sterk gecentraliseerde ganglia, grote hersens en goed

ontwikkelde ogeno Gewervelde dieren

perifeer zenuwstelsel perifere zenuwen ontspringen thv hersenen en ruggenmerg

sensorisch gedeelte: sensorische = afferente neuronen, info van sensorische receptoren naar CZS

o zintuigen (uitwendige omgeving)o inwendige organen (inwendige omgeving)

motorisch gedeelte: efferente neuronen, signalen van CZS naar effectorcellen

o motorneuronen van somatisch zenuwstelsel: signalen naar skeletspieren, onder eigen wil + reflexen

o motorneuronen van autonoom zenuwstelsel: controle gladde spiercellen, hartspiercellen en klieren, niet door eigen wil bestuurbaar

parasympathetische signalen: verhogen activiteiten die energie vrijmaken of behouden

sympathetische signalen: verhogen energieverbruik en bereiden individu voor op actie door hartslag en metabolische activiteit te verhogen

somatisch en autonoom zenuwstelsel werken vaak samen homeostase bewaren balans regelen tussen functies van verschillende orgaansystemen

centraal zenuwstelsel: ruggenmerg en hersenen ruggenmerg: wervelkolom, info van huid en spieren, zendt motor-

bevelen voor beweging hersenen: anterieure eind ruggenmerg, in schedel beschermd door 3 lagen hersenvliezen = meninges axonen: gebundeld in strengen, myelinescheden witte schijn =

witte massa, cellichamen van neuronen grijze massao hersenen: witte massa binnenste, grijze buitensteo ruggenmerg: omgekeerd

hol ruggenmerg centraal kanaal in verbinding met holle ruimten in hersenen = ventrikels kanaal en ventrikels gevul met cerebrospinale vloeistof

o aangemaakt in hersenen door filtratie bloedo opvangen schokkeno rondvoeren voedingsstoffen, hormonen en witte bloedcellen

in hersenenruggenmerg 2 hoofdfuncties

o verwerking eenvoudige responsen op sommige stimulio vervoeren van info van en naar hersenen

Evolutie hersenen vanuit 3 verdikkingen aan anterieure einde van ruggenmerg (voorse,

middelste en achterste hersenen) 3 trends:

o grootte in verhouding tot lichaam constant, maar vergroot aanzienlijk bij vogels en zoogdieren

o toenemende compartimentalisatie van functies vb: cerebellum bewegingscoördinaties vb: voorste hersenen 1 gebied voor

infoverwerkingscentra thalamus en hypothalamus, ander gebied voor cerebrale cortex leren en geheugen

o toenemende verfijning en ingewikkeldheid voorste hersenen

aanvankelijk vergrootten vooral middelste en achterste hersenen bewegingscoördinatie

zoogdieren: meer ingewikkelde gedrag cerebrum (voorste hersenen): bij zoogdieren zeer groot

o in cortex Opp belangrijker dan volume voor bepalen vermogen

o zeer uitgebreide plooiing 80% hersenmassaAfweer

- 2 samenwerkende afweersystemen in dieren geëvolueerdo natuurlijk afweersysteem

niet-specifiek geen onderscheid tussen verschillende soorten indringeers eerste linie: epitheelweefsel (huid en slijmvliezen), deels mechanisch, deels

gebaseerd op secretie tweede linie: inwendig, aangeschakeld door chemische signalen,

antimicrobiële proteïnen en fagocytische cellen die eender welke indringer aanvallen welke doorheen uitwendige barrière is geraakt inflammatie (ontsteking)

meest eenvoudig, bij alle diereno immuun systeem

specifiek gebaseerd op productie van specifieke afweerproteïnen (antilichamen =

immunoglobines) en op tussenkomst van verschillende witte bloedceltypen (lymfocyten)

- Natuurlijk afweersysteem:o huid en slijmvliezen:

huid: droog, verschillende afgeplatte cellagen = epidermis grote hoeveelheden wateronoplosbare proteïne keratine water-

ondoorlatend bovenste cellen sterven af na keratinisatie epitheel schilfert

voortdurend af stamcellen delen snel en vernieuwen continu epidermis moeilijk voor microben om door te dringen

vettige substantie afgescheiden door talgklieren ondoorlaatbaarheid huid vergroot vb zweetklieren melkzuur en vetzuren pH huid daalt groei vele bacteriën en fungi afgeremd

slijmvliezen: bekleden vochtige opp, epithelen waarvan buitenste cellen wel levend

scheiden slijm af (proteïnerijk vocht, dat microörganismen vangt, en lysozyme, enzyme dat bacteriën doodt)

brozer en dunner pathogenen er gemakkelijker doorheeno fagocytische cellen:

in alle weefsels in interstitiële vloeistof in coeloomvloeistof ongewervelde dieren in buikholte gewervelde dieren = macrofagen in bloed: monocyten en neutrofiele granulocyten = witte bloedcellen

in beenmerg aangemaakt kunnen bloedbaan verlaten aan endotheel vast plakken en

doorheen kruipen herkennen niet-variabele determinanten die voorkomen bij vele

microörganismen maar niet in eigen lichaamcellen microörganismen intracellulair verteerd door lysosomale enzymen en

reactieve zuurstof-intermediairen

geactiveerde macrofagen microbicide stoffen en cytokines (stimuleren en trekken andere afweercellen aan) uitscheiden op plaats inflammatie, breken microbiële proteïnen af tot kleine peptiden en brengen deze naar celopp om aan te biede naan andere afweercellen: antigenpresentatie

o inflammatie: weefsel beschadigd plaatselijk chemische signalen (vb histamine, prostaglandine) plaatselijk effect: inflammatie = bloedvaten verwijden, capillairen meer permeabel vochtopstapeling in ontstoken weefsel = oedeem gezwollen rode uitzicht + witte bloedcellen aangetrokken en gestimuleerd

- specifiek immuunsysteem lymfocyteno humorale immuniteit – B-lymfocyten

specifieke reactie op aanwezigheid lichaamsvreemde stoffen = antigenen gebaseerd op secretie door B-lymfocyten van antilichamen =

immunoglobulines (circuleren als opgeloste proteïnen in bloedplasma en lymfe)

antilichamen binden welbepaalde ligand-proteïnen: iedere B-lymfocyt kan 1 antigen binden specificiteit ontwikkeld in beenmerg in embryo, nog voor ontmoeting met antigenen

B-lymfocyt ontmoeting met antigen B-lymfocyt klonen vormen grote hoeveelheden antilichamen synthetiseren en secreteren = plasmacellen

antilichamen binden microbe inactief of samenklontert met andere microben antigen-antilichaam complexen herkenbaar voor fagocyten opnemen en afbreken

in bloedplasma: complement-proteïnen reageren met antigen-antilichaam complex buisjes doorheen wand van bacterie bacterie permeabel vol water en lyseert

Macrofagen en B-lymfocyten zelf antigen presenteren op celopp B-lymfocyten-reactie stimuleren

macrofagen en Th-lymfocyten kunnen cytokines uitscheiden activatie van B-lymfocyten stimuleren

o cellulaire immuniteit – T-lymfocyten geïnfecteerde cellen vernietigen T-lymfocyten differentiëren in thymus

helper T-lymfocyten (Th-lymfocyten) cytotoxische T-lymfocyten (Tc-lymfocyten)

enkel reageren op antigenen gebonden op opp van cellen iedere T-lymfocyt 1 antigen, repertoire tijdens embryo macrofagen en antigen-presenterende cellen antigen uitdrukken op

celopp + signaal dat cel identificeert als lichaamseigen (MHC-II klasse) activatie Th-lymfocyten deelt en kloont stimuleren B-lymfocyten, macrofagen en Tc-lymfocyten door secretie van verschillende cytokine-proteïnen (interleukines)

geïnfecteerde cellen antigen uitdrukken + signaal dat cel identificeert als lichaamseigen (MHC-I klasse) Th-lymfocyten geactiveert bindt geïnfecteerde cel secreteert cytotoxische stoffen membraan aangevallen cel doorboord stroomt vol water en lyseert

MHC = Majeure Histocompatibiliteits-Complex MHC-I molec zeer polymorf

T-lymfocyten : effector-rol (Tc-cellen : cellulaire immuniteit) en regulator-rol (Th-cellen: cellulaire en humorale immuniteit)

T-lymfocyten ontbreken of functioneren niet of zijn ontregeld: Aids: immunodeficiëntie

auto-immuun ziekten: T-cellen vallen lichaamseigencellen aan (vb lupus erythematosus, rheumatoide arthritis)

o immuun geheugen memory-cellen gevormd bij eerste contact met antigen in geactiveerde B- en

T-lymfocyten lange levensduur bij 2e blootstelling sneller reageren

vb: kinderziekten maar 1 maal ontwikkelen vb: vaccinatie: verzwakt of gedood virus of bacterieel proteïne

ontwikkeling immuunreactie zonder ziektesymptomen natuurlijke blootstelling virus immuun geheugen snelle vernietiging pathogene organismen

- orgaantransplantatieo MHC-I moleculen = glycoproteïnen, op opp van alle cellen in ons lichaamo MHC-II moleculen: alleen op antigen-presenterende celleno mens: minstens 20 MHC genen, tot 100 allelen voor elk gen ieder individu unieke

MHC-expressieo Vreemde MHC moleculen door Tc-cellen als antigenen herkend getransplanteerd

orgaan aangevallen en vernietigd (afstoting) cellen, weefsel, organen van eigen soort: allograft cellen, weefsel, organen van andere diersoort: xenograft

o afstoting allograften verminderen geschikte donor door MHC-genotypen te vergelijken

o na transplantatie: geneesmiddelen voor immunosuppressie om natuurlijke en humorale afweer tegen te gaan ontvanger gevoeliger voor infectie

- Evolutie histocompatibiliteit verklaring voor allorejectieo ongewervelden

manteldieren: sesiele filtervoeders competitie kolonies van genetisch identieke individu’s door

aseksuele voortplantingo 2 genetisch identieke individu’s versmelten bij aanraking,

deel gesloten bloedsomloop gemeenschappelijko 2 niet-aanverwante individu’s stoten elkaar af bij aanraking

afweercellen sluiten bloedvaten af inflammatie-reactie en weefselgroei barrière

alleen genetisch identieke individu’s mogen versmelten om eigen genen zoveel mogelijk te laten domineren binnen soort

protostome ongewervelden: ook onderscheid eigen en niet-eigen cellen sponsen: indien genetisch identiek: versmelting, anders afstoting

regeneratievermogen sterk ontwikkeld: samengestelde cellen losmaken tot suspensie van enkelvoudige cellen bezinken opnieuw in contact genetisch identiek opnieuw spons, anders 2 aparte sponsen

geen antilichamen, B- en T-lymfocyten, wel complement-proteïnen in afwezigheid antilichamen microben binden en vernietigen

o gewervelden histocompatibiliteit en cellulaire afstotingsreactie mechanisme of virus-

geïnfecteerde cellen te vernietigen Tc-lymfocyten afhankelijk van gezamelijke aanwezigheid viraal antigen en

MHC-I voordeel: antigen-receptoren op Tc-lymfocyt kunnen iet verzadigd raken door groot aantal opgeloste virale antigenen

verzadiging voorkomen Tc-cellen virus-geïnfecteerde cellen doden: enkel antigenen op opp van geïnfecteerde cel kunnen in combinatie met MHC-I herkend worden door Tc-celOpgeloste virale antigenen antilichamen (B-lymfocyten)

o geen perfecte parasiet mogelijk die door nabootsing gastheer-antigenen op celopp onzichtbaar zou worden voor afweerstelsel van gastheer: te veel verschillen in MHC-expressie

o belangrijkste moleculen gewervelde immuun systeem (MHC en antilichamen) allen deel moleculaire structuur gemeen evolutionair verwant

o MHC-moleculen zo opgebouwd dat ze proteïnen kunnen binden geëvolueerd tot bindingsplaatsen voor antigenen antigen en MHC-molecule complex T-lymfocyten (eveneens complex van 2 moleculen, antigenreceptor en MHC-receptor) geschikte receptoren

o 2 soorten immuun systeem bij gnathostomata: aangeboren immuniteit:

in alle metazoa pathogen herkend door receptoren gecodeerd in genen zygoot onmiddelijke respons geen geheugen voor eerdere blootstelling vooral tegen vreemde polysacchariden en polynucleotiden receptoren met brede specificiteit

o gesecreteerde moleculen in bloed en lymfeo receptoren op fagocyteno receptoren die secretie initiëren van cytokines

adaptieve immuniteit alleen in gnathostomata pathogen herkend door receptoren die willekeurig worden gevormd

door genherschikkingen in embryo trage respons wegens klonale karakter geheugen voor eerdere blootstelling vooral tegen eiwitten receptoren met zeer nauwe specificiteit

o B-lymfocyten: antilichamen gericht tegen circulerende pathogenen

o T-lymfocyt-receptor: gericht tegen geïnfecteerde cellenT-lymfocyten produceren ook cytokines

lymfocyten geconcentreerd in lymfoïdale organen: bij zoogdieren lymfeknopen, milt, thymus en bindweefsel darm

FYLOGENIE

- Protisten

o Fylum Euglenidao Fylum Ciliatao Fylum Acrasiomyceteno Fylum Zoöflagellateno Fylum Apicomplexa

- Planten

o Non-vasculaire planteno Vasculaire of vaatplanten

Zaadloze planten Zaadplanten

Naaktzadigen (Gymnospermen) Bedektzadigen (Angiospermen)

- Zwammen

o Zygomyceteno Ascomyceteno Basidiomyceteno Deuteromyceten

- Dieren

o Fylum Porifera - Sponseno Fylum Cnidaria - Neteldiereno Fylum Platyhelminthes - Platwormeno Fylum Nematoden - Rondwormeno Fylum Molusca - Weekdiereno Fylum Annelida - Ringwormeno Fylum Arthropoda - Geleedpotigeno Fylum Chordata

Subfylum Urochordata Subfylum Cefalochordata Subfylum Vertebrata – Gewervelden

- Gewervelden

Klasse Kaakloze vissen (Agnatha)

Klasse Vissen met kaken (Gnathostomata)

Klasse Kraakbeenvissen (Chondrichthyes)

Klasse Beenvissen (Osteichthyes)

o Kwastvinnigen o Straalvinnigen

Klasse Amfibieën

o Labyrinthodontia o Apoda (hazelworm)o Anura (staartloos)o Urodela (met staart)

Klasse Reptielen

o Diapsiden Cotylosauriers Vliegende reptielen Dinosauriërs Krokodillen Slangen Hagedissen Zeereptielen

o Anapsiden Schildpadden

o Synapsiden Therapsiden

Klasse Zoogdieren (Mammalia)

o Monotremata (eierleggende)o Marsupialia (buideldieren)o Eutheria (placentale)

Primaten Halfapen

- Lemur,… Apen

- Baviaan,… Mensapen (Anthropoidii)

- Orangutan- Gorilla

Mensapen (Homini d en) - Chimpansee

Evolutie gewervelden

Tetrapoden viervoeters

Amniota landdieren

Melkklieren

- Homininen Australopithecus Homo Habilis Homo Erectus Homo Sapiens