Celbiologie (Prof. T. Voets)
1ste jaar BMW, 2de semester
Hoofdstuk 1: Biomembranen
Structuur van biomembranen
De structuur van biomembranen kan op twee manieren in
beeld gebracht worden.
1. Atomic Force Microscopy (AFM)
Atomic force microscopy maakt het mogelijk om
biomembranen in hun natuurlijke, vaak vloeibare omgeving op
nanoschaal in beeld te brengen. Een scherpe tip tast de
lipidendubbellaag af en registreert.
2. Elektronenmicroscopie
Bij transmission electron microscopy (TEM) wordt een bundel elektronen door een ultradun preparaat
gestuurd. Voor biomembranen betekent dit dat de lipidendubbellaag, de membraandikte en ingebedde
eiwitten zichtbaar worden als contrastrijke structuren.
Biomembranen: fosfolipide dubbellagen
Elk membraan is opgebouwd uit fosfolipiden. Een fosfolipide is een amfipatisch molecuul, het bezit een
hydrofiele kop (meestal met fosfaat) die goed oplost in water en twee hydrofobe vetzuurstaarten die water
afstoten. Door die dubbele aard rangschikken fosfolipiden zich spontaan in een dubbellaag, waarbij de
koppen naar het waterige milieu wijzen en de staarten naar binnen.
Exoplasmatische en cytosolische zijden
De exoplasmatische zijde is de buitenkant van de membraan: bij de plasmamembraan ligt deze naar de
extracellulaire ruimte, en bij organellen naar het lumen van het organel.
De cytosolische zijde is de binnenkant van de membraan, gericht naar het cytosol. Deze zijde bevat
andere lipiden en eiwitten dan de buitenkant
1
,Chemie van biomembranen: lipiden
1. Fosfoglyceriden
Fosfoglyceriden bestaan uit een glycerolmolecule waaraan twee vetzuurketens en één fosfaatgroep
zijn gekoppeld.
2. Plasmalogenen
Plasmalogenen zijn een speciale soort fosfolipiden waarin de eerste
vetzuurstaart niet via een gewone esterbinding maar via een
etherbinding aan glycerol hangt.
2
, 3. Sfingolipiden
Sfingolipiden bevatten geen glycerol maar sfingosine als ruggengraat. Aan dit sfingosine wordt meestal
een vetzuur gekoppeld tot ceramide.
4. Cholesterol
Cholesterol is een steroïde lipiden met een stijve, ringvormige structuur die zich tussen de vetzuurstaarten
van membraanlipiden nestelt. Daardoor vermindert het extreme bewegingen.
Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
1. Axiale rotatie
Bij axiale rotatie draait een lipidenmolecuul razendsnel om zijn eigen lengte as.
- Kost geen energie.
- Gebeurt continu.
- Alleen lokale flexibiliteit.
2. Laterale diffusie
Laterale diffusie is de beweging waarbij lipiden vrij door elkaar heen schuiven binnen hetzelfde
membraanblad.
- Snelle vorm mobiliteit.
- 2D vloeistof.
2.1. Meting van laterale diffusie met FRAP
FRAP is een experimentele techniek waarmee je kunt bepalen hoe snel lipiden zich lateraal verplaatsen
in een biomembraan.
Principe: je maakt een klein gebiedje van de membraan tijdelijk onzichtbaar door de fluorescentie daar
weg te branden, en je kijkt hoe snel dat gebied opnieuw fluorescent wordt doordat omliggende, nog
fluorescente lipiden, naar binnen diffunderen.
1) Lipiden worden fluorescent gelabeld.
2) Fotobleken: ze verliezen hun fluorescentie maar blijven chemisch aanwezig.
3) Herstelperiode: fluorescente lipiden uit de omgeving diffunderen lateraal het gebleekte gebied
binnen.
Hoe sneller de fluorescentie in dat gebied terugkeert, hoe sneller de lipiden zich lateraal verplaatsen.
3
, 3. Flip-flop
Flip-flop is de verplaatsing van een lipide van het ene membraanblad naar het andere.
- Energetisch ongunstig.
- Spontaan gebeurt dit bijna nooit.
- Flippasen helpen dit proces wel.
4. Beweging van de vetzuurstaarten
Beweeglijkheid wordt bepaald door:
4.1. Temperatuur
Bij hogere temperaturen krijgen de vetzuurstaarten meer energie,
waardoor ze sterker gaan wiebelen en de membraan vloeibaarder
wordt. Bij lagere temperaturen verstijven de staarten juist, waardoor
de membraan stijver en minder permeabel wordt.
4
1ste jaar BMW, 2de semester
Hoofdstuk 1: Biomembranen
Structuur van biomembranen
De structuur van biomembranen kan op twee manieren in
beeld gebracht worden.
1. Atomic Force Microscopy (AFM)
Atomic force microscopy maakt het mogelijk om
biomembranen in hun natuurlijke, vaak vloeibare omgeving op
nanoschaal in beeld te brengen. Een scherpe tip tast de
lipidendubbellaag af en registreert.
2. Elektronenmicroscopie
Bij transmission electron microscopy (TEM) wordt een bundel elektronen door een ultradun preparaat
gestuurd. Voor biomembranen betekent dit dat de lipidendubbellaag, de membraandikte en ingebedde
eiwitten zichtbaar worden als contrastrijke structuren.
Biomembranen: fosfolipide dubbellagen
Elk membraan is opgebouwd uit fosfolipiden. Een fosfolipide is een amfipatisch molecuul, het bezit een
hydrofiele kop (meestal met fosfaat) die goed oplost in water en twee hydrofobe vetzuurstaarten die water
afstoten. Door die dubbele aard rangschikken fosfolipiden zich spontaan in een dubbellaag, waarbij de
koppen naar het waterige milieu wijzen en de staarten naar binnen.
Exoplasmatische en cytosolische zijden
De exoplasmatische zijde is de buitenkant van de membraan: bij de plasmamembraan ligt deze naar de
extracellulaire ruimte, en bij organellen naar het lumen van het organel.
De cytosolische zijde is de binnenkant van de membraan, gericht naar het cytosol. Deze zijde bevat
andere lipiden en eiwitten dan de buitenkant
1
,Chemie van biomembranen: lipiden
1. Fosfoglyceriden
Fosfoglyceriden bestaan uit een glycerolmolecule waaraan twee vetzuurketens en één fosfaatgroep
zijn gekoppeld.
2. Plasmalogenen
Plasmalogenen zijn een speciale soort fosfolipiden waarin de eerste
vetzuurstaart niet via een gewone esterbinding maar via een
etherbinding aan glycerol hangt.
2
, 3. Sfingolipiden
Sfingolipiden bevatten geen glycerol maar sfingosine als ruggengraat. Aan dit sfingosine wordt meestal
een vetzuur gekoppeld tot ceramide.
4. Cholesterol
Cholesterol is een steroïde lipiden met een stijve, ringvormige structuur die zich tussen de vetzuurstaarten
van membraanlipiden nestelt. Daardoor vermindert het extreme bewegingen.
Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
1. Axiale rotatie
Bij axiale rotatie draait een lipidenmolecuul razendsnel om zijn eigen lengte as.
- Kost geen energie.
- Gebeurt continu.
- Alleen lokale flexibiliteit.
2. Laterale diffusie
Laterale diffusie is de beweging waarbij lipiden vrij door elkaar heen schuiven binnen hetzelfde
membraanblad.
- Snelle vorm mobiliteit.
- 2D vloeistof.
2.1. Meting van laterale diffusie met FRAP
FRAP is een experimentele techniek waarmee je kunt bepalen hoe snel lipiden zich lateraal verplaatsen
in een biomembraan.
Principe: je maakt een klein gebiedje van de membraan tijdelijk onzichtbaar door de fluorescentie daar
weg te branden, en je kijkt hoe snel dat gebied opnieuw fluorescent wordt doordat omliggende, nog
fluorescente lipiden, naar binnen diffunderen.
1) Lipiden worden fluorescent gelabeld.
2) Fotobleken: ze verliezen hun fluorescentie maar blijven chemisch aanwezig.
3) Herstelperiode: fluorescente lipiden uit de omgeving diffunderen lateraal het gebleekte gebied
binnen.
Hoe sneller de fluorescentie in dat gebied terugkeert, hoe sneller de lipiden zich lateraal verplaatsen.
3
, 3. Flip-flop
Flip-flop is de verplaatsing van een lipide van het ene membraanblad naar het andere.
- Energetisch ongunstig.
- Spontaan gebeurt dit bijna nooit.
- Flippasen helpen dit proces wel.
4. Beweging van de vetzuurstaarten
Beweeglijkheid wordt bepaald door:
4.1. Temperatuur
Bij hogere temperaturen krijgen de vetzuurstaarten meer energie,
waardoor ze sterker gaan wiebelen en de membraan vloeibaarder
wordt. Bij lagere temperaturen verstijven de staarten juist, waardoor
de membraan stijver en minder permeabel wordt.
4
