From Molecules to Man

A Perspective on Size

Een angstrom is een tienmiljoenste millimeter, ofwel 1×10-10 meter. Onderstaande illustratie geeft een idee van de relatieve schaal van enkele van de hierboven besproken biologische structuren.

De afstand tussen twee koolstofatomen in een vetzuurketen is iets meer dan één angstrom. Een glucosemolecuul is ongeveer 9 angstroms. Bacteriën zijn tienduizenden angstroms. En als ruwe schatting kan een typische menselijke cel ongeveer 1/100ste millimeter zijn, wat ongeveer 1/10de van de breedte van een menselijke haar is. Voor een intrigerend perspectief op de grootte van dingen, van de kleinste tot de grootste objecten in het heelal, kijk eens naar http://htwins.net/scale2/.

Ondanks hun microscopische afmetingen, is er in cellen de hele tijd veel aan de hand. Diagrammen en fotomicrofoto’s laten cellen zien als starre, statische zakjes die bevroren zijn in de tijd, maar als we op de een of andere manier een reis binnenin een cel zouden kunnen maken, zouden we versteld staan van de schoonheid, complexiteit en ongelooflijke activiteit. U kunt op zijn minst een glimp opvangen van het inwendige leven van een cel door te kijken naar de animatie van de Harvard University, “The Inner Life of a Cell” (volledige lengte met vertelling), die de activering van leukocyten tijdens een ontsteking laat zien. Sommige van de in de video gebruikte termen zullen u vreemd zijn, maar de video geeft een prachtig beeld van het inwendige van cellen, en laat zien dat cellen dynamische structuren zijn waarin voortdurend vele processen plaatsvinden.

alternatief toegankelijke inhoud

De kracht van polymeren

Een van de fundamentele concepten in de biologie is dat eenvoudige moleculaire structuren (monomeren) aan elkaar kunnen worden gekoppeld om steeds complexere structuren te vormen. Bijvoorbeeld, monomeren van suikers, zoals glucose en fructose, kunnen aan elkaar worden gekoppeld om zeer grote polysacchariden te vormen, zoals zetmeel en glycogeen. Aminozuren kunnen aan elkaar worden gekoppeld om polypeptiden (eiwitten) te vormen. Nucleotiden kunnen aan elkaar worden gekoppeld om DNA en RNA te vormen.

Naast het aan elkaar koppelen van moleculen om lange ketens te vormen, zullen veel moleculen zichzelf onder de juiste omstandigheden assembleren om steeds complexere moleculaire aggregaten te vormen, zoals membranen of lipoproteïnen. En biologische membranen kunnen de structuur verschaffen voor intracellulaire organellen die gespecialiseerde en complexe functies kunnen uitvoeren. Microtubuli bijvoorbeeld zijn holle cilinders die een interne steiger vormen voor eukaryote cellen en tevens sporen vormen waarlangs membraangebonden materialen of organellen binnen de cel van plaats naar plaats kunnen worden getransporteerd. Zo verbindt het microtubuli netwerk het Golgi-apparaat met het plasmamembraan om secretoire vesikels voor export of voor insertie in het plasmamembraan te geleiden. De beweging van deze membraangebonden “pakketjes” langs microtubuli wordt vergemakkelijkt door motoreiwitten (de dragers) die langs de microtubule bewegen door hun driedimensionale conformatie te veranderen. Dit proces wordt aangedreven door adenosinetrifosfaat (ATP). Bij elke ‘stap’ laat het motormolecuul een deel van de microtubule los en grijpt een tweede plaats vast, verderop in het filament.

Deze microtubuli zijn polymeren die zijn samengesteld uit subeenheden van een eiwit dat tubuline wordt genoemd. Elke subeenheid van de microtubule bestaat uit twee enigszins verschillende, maar nauw verwante, eenvoudiger eenheden, alfa-tubuline genaamd (in de onderstaande figuur weergegeven als gele korrels) en beta-tubuline (weergegeven als groene korrels). Onder de juiste omstandigheden aggregeren of assembleren deze subeenheden zich op een bepaalde manier waardoor snel een microtubule wordt gevormd. Omgekeerd kunnen deze microtubuli ook snel uit elkaar vallen.

Bron: https://micro.magnet.fsu.edu/cells/microtubules/microtubules.html

Het onderstaande filmpje is een TED-talk waarin animator David Bolinsky een samenwerking tussen animatoren en biologen aan de Harvard-universiteit beschrijft waarin men een beeld krijgt van de schoonheid en complexiteit van eukaryote cellen. Merk op dat het fenomeen van monomeren die worden geassembleerd tot complexe en zeer functionele macromoleculaire polymeren op verschillende plaatsen wordt geïllustreerd.

De gehele toespraak duurt 9:49. Schakel de video door naar 3:24 om de inleidende beschrijving over te slaan. De echte actie begint op ongeveer 6:50. U hoeft hier niets uit het hoofd te leren. U hoeft alleen maar de complexiteit en schoonheid van cellen te waarderen.

alternatief toegankelijke inhoud

De volgende video hieronder geeft een basisoverzicht van celstructuur en -functie (6:00 min.), en de tweede geeft een korte beschrijving van de structuur en functie van de organellen in een eukaryote cel (4:46 min.

alternatief toegankelijke inhoud

alternatief toegankelijke inhoud

Hogere organisatieniveaus

U kunt zien dat cellen, de kleinste eenheid die voldoet aan de criteria om te leven, zeer complex zijn. Niettemin is deze complexiteit het resultaat van de koppeling van eenvoudige moleculen tot een groot aantal steeds diverser en complexer wordende structuren, die op hun beurt de basis vormen voor een nog hoger niveau van organisatie en complexiteit door samenvoeging tot macromoleculaire complexen, zoals membranen, organellen, microtubuli en lipoproteïnen. Op cellulair niveau kan men zich vervolgens de aggregatie van cellen voorstellen om weefsels te vormen, die de basis vormen voor organen en zelfs orgaansystemen in een ongelooflijk gevarieerd scala van multicellulaire organismen.

Opgenomen van: http://www.theorganicstartupbook.com/2012/07/07/evolutionary-levels-sublevels-4-of-5/

Leave a Reply

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.