Cell Biology 2: From Cell Division to Genetics
Cell Biology 2: From Cell Division to Genetics
Lesson duration is: 10 minItems in this lesson
Cell Biology 2: From Cell Division to Genetics
What do you already know about how cells divide and communicate?
Learning Objectives
At the end of the lesson you will understand cell division, cell cycle control, signalling, genetics, and how errors in these processes lead to disease.
Why Do Cells Divide?
Cells divide for reproduction, growth, tissue regeneration, and development from zygote to blastocyst.
Somatic Cells vs. Gametes
Somatic cells are diploid (2n), containing two sets of chromosomes. Gametes are haploid (n), containing one set.
Overview: The Cell Cycle
The cell cycle alternates between interphase (growth and DNA replication) and the mitotic phase (mitosis and cytokinesis).
Phases of Mitosis
Mitosis is divided into prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, and telophase, ending with cytokinesis.
Events in the Mitotic Phase
Mitosis
Cytokinesis
Division of genetic material. Sister chromatids separate into two nuclei.
Division of the cytoplasm. Animal cells form a cleavage furrow; plant cells form a cell plate.
The Mitotic Spindle
Microtubules from centrosomes form the spindle and guide chromosomes during division. Kinetochores attach chromosomes to spindle fibres.
Cell Cycle Control
Checkpoints regulate progression. G1, G2, and M checkpoints ensure correct DNA replication and division before proceeding.
Molecular Regulation
Cyclins and cyclin-dependent kinases (Cdks) control the cycle. MPF (maturation-promoting factor) triggers mitosis; regulation depends on cyclin levels.
What Happens When Control Fails?
Uncontrolled proliferation can result in tumours and metastases. Cancer cells bypass usual checkpoints and invade other tissues.
Cancer Therapies
Treatment methods include surgery, radiotherapy, chemotherapy, and targeted therapies such as TPMT-dosed leukemia treatment.
Asexual vs Sexual Reproduction
Asexual reproduction produces clones; sexual reproduction combines genes from two parents, producing genetic diversity.
Chromosomes and Inheritance
Autosomes & Sex Chromosomes
Pairs of chromosomes (one maternal, one paternal) carrying the same genes.
Homologous Chromosomes
Autosomes: 22 pairs; Sex chromosomes: XX or XY.
Disorders from Chromosome Changes
Non-disjunction can cause aneuploidy (e.g. Down syndrome) or structural changes such as deletions, duplications and translocations (e.g. cri-du-chat, CML).
Mendelian Genetics
Key principles: independent assortment, segregation, dominance, and the impact on inheritance patterns.
Extension: Complex Inheritance
Examples: incomplete dominance (e.g. pink flowers), codominance (AB blood type), epistasis (gene interactions).
Genetic Screening
Genetic testing (NIPT, amniocentesis, CVS) identifies chromosomal abnormalities or carriers of genetic diseases.
Cell Communication
G protein-coupled receptors, RTKs, and ion channel receptors mediate signal transduction.
Signalling Types
Signalling Proteins
Endocrine, paracrine, autocrine, synaptic—each uses different distances and molecules.
Neurobiology and Signal Integration
Neurons use electrical and chemical signals for rapid communication; synapses allow transmission and integration.
From Signals to Response
Signal amplification, relay, and termination ensure the specificity and timing of cellular responses to environmental cues.
Gene Regulation: RNAi and ncRNAs
RNA interference (RNAi) and microRNAs regulate gene expression by degrading mRNA or blocking translation.
Stem Cells & Therapeutic Cloning
Embryonic and adult stem cells offer therapeutic potential. Reprogramming and therapeutic cloning create pluripotent cells for research and medicine.
DAF-18, insulinesignalering en osmotische stress in C. elegans
In C. elegans werkt DAF-18 als een negatieve regulator van de insulinesignalering. Bij lage NaCl in combinatie met voldoende voedsel is de stressdruk gering en kan het dier vooral inzetten op groei. Wanneer de NaCl-concentratie hoog is terwijl voedsel beschikbaar blijft, ontstaat osmotische stress en is activering van stressresistentie nodig om te overleven. In de combinatie ‘hoog NaCl’ met ‘laag voedsel’ komen stress en nutriëntschaarste samen, wat leidt tot geremde groei en een verschuiving richting overlevingsprogramma’s. In dit kader zorgt DAF-18 ervoor dat de cel minder op anabole signalen reageert en sneller overschakelt naar een stressrespons.
Actiepotentiaal: kanalen, fasen en richting van geleiding
Het rustmembraanpotentiaal van een neuron bedraagt ongeveer -70 mV, mede door de Na+/K+-pomp die 3 Na+ naar buiten transporteert in ruil voor 2 K+ naar binnen. Tijdens de depolarisatiefase openen spanningsafhankelijke Na+-kanalen eerst, waardoor Na+ de cel instroomt en de drempelwaarde kan worden overschreden. Daarna raken Na+-kanalen tijdelijk geïnactiveerd terwijl spanningsafhankelijke K+-kanalen openen, wat de repolarisatie en vaak een undershoot veroorzaakt. In gemyeliniseerde axonen zijn natriumkanalen geconcentreerd in de knopen van Ranvier, wat sprongsgewijze geleiding mogelijk maakt. Een actiepotentiaal plant zich slechts in één richting voort omdat achter de depolarisatiezone een refractaire periode aanwezig is door inactivatie van Na+-kanalen.
Chemische synapsen, postsynaptische potentialen en beëindiging van signaal
In een chemische synaps wordt informatie overgedragen doordat een neurotransmitter vrijkomt in de synaptische spleet en bindt aan receptoren op de postsynaptische cel. Afhankelijk van het type receptor kan een exciterende respons ontstaan: een EPSP, waarbij de membraanpotentiaal richting drempel verschuift. Bij inhibitie ontstaat een IPSP, waardoor de membraanpotentiaal verder van de drempel af komt te liggen. De uiteindelijke respons hangt af van summatie; bij temporele summatie tellen snel opeenvolgende potentialen in de tijd op, terwijl bij spatiële summatie inputs van verschillende synapsen samenkomen op het axon hillock. Neurotransmittersignaal wordt beëindigd door enzymatische afbraak of door re-uptake in het presynaptische neuron. Sarin is toxisch doordat het het enzym remt dat acetylcholine afbreekt, waardoor receptoren overmatig en langdurig geactiveerd blijven.
