Hoofdstuk 15: Intracellulaire compartimenten
en transport
1 MEMBRAAN-OMSLOTEN ORGANELLEN
1.1 EEN OVERZICHT VAN DE MEMBRAAN-OMSLOTEN COMPARTIMENTEN
Er is weinig vrij cytosol (slechts 50%), de rest ban de ruimte wordt ingenomen door compartimenten (zakjes, buisjes,
vesikels, stapels, …) en organellen die elks hun eigen membraan hebben.
Veel van de organellen in de eukaryote cel zijn verankerd in het cytoskelet. Dit is een georganiseerd eiwitnetwerk in
de cel. Het heeft dus een belangrijke rol on de vorm en de structuur van de cel.
Een eukaryote cel is doorgaans veel groter dan een bacteriële cel. Doordat de afstand tussen punt A en punt B
hierdoor ook groter is, zal de diffusie tijd bij grote cellen ook toenemen.
In de eukaryote cel is daarom voorzien van efficiënter en gerichter transport dat minder afhankelijk is van diffusie.
1.1.1 Belangrijkste functies van de intracellulaire compartimenten
• Cytosol: bevat veel metabolische trajecten; eiwitsynthese; het cytoskelet
• Nucleus: bevat het genoom; DNA en RNA synthese
• Endoplasmatisch reticulum: synthese van lipiden; synthese van eiwitten voor verspreiding naar organellen en
het plasmamembraan
• Golgiapparaat: modificeren, sorteren en verpakken van eiwitten en lipiden voor ofwel secretie of levering aan
andere organellen
• Lysosomen: intracellulaire degradatie
• Endosomen: sorteren van endocytotisch materiaal
• Mitochondriën: ATP synthese door oxidatieve fosforylatie
• Chloroplasten: ATP synthese en CO2-fixatie door fotosynthese
• Peroxisomen: oxidatieve afbraak van giftige moleculen
1.2 EVOLUTIE VAN MEMBRAAN-OMSLOTEN ORGANELLEN
1.2.1 Ontstaan van het ER en kernomhulsel
De vorming van het kernmembraan komt voort uit de evolutie van een anaerobe archaea-bacterie. In deze
bacteriecel bevonden het DNA en de ribosomen zich oorspronkelijk net onder het plasma membraan.
Hoe complexer de cellen werden hoe meer eiwitten ze nodig hadden om de celfuncties te vervullen. Het was van
belang om een groter membraanoppervlak te hebben waar meer eiwitsynthese kan plaatsvinden. Zo is het
membraan van de bacterie na verloop van tijd invaginaties gaan vertonen dat zich gaat structureren rond het DNA.
Deze invaginaties worden nog later afgesnoerd ter vorming van het nucleaire membraan die de nucleus insluit. Het is
een dubbelmembraan dat communicatie tussen cytosol en nucleus mogelijk maakt door nucleaire poriën.
Het endoplasmatisch reticulum is een verlengde van het
nucleaire membraan. Het is in de evolutie steeds groter
geworden en is nu een goede startplaats voor de synthese
van lipiden en eiwitten.
• In de evolutie is het ER afkomstig van het plasma
membraan. Dit kan ook aangetoond worden door de
gelijkaardige samenstelling van het ER en het
extracellulaire milieu (oxiderend milieu, pH)
1
, 1.2.2 Ontstaan van mitochondriën en chloroplasten
Mitochondriën en chloroplasten zijn in de evolutie ontstaan door
endosymbiose. Dit is een samenwerking tussen 2 organismen die
nuttig en voordelig is voor beiden, waarbij een organisme opgaat in
het andere.
Oorspronkelijk werken een anaerobe eukaryote cel en een aerobe
bacterie samen. In de evolutie is er een nauwere samenwerking
ontstaan en is de bacterie opgenomen in de eukaryote cel via
endocytose. Het plasma membraan van de bacterie gaat
afgebroken worden en kan zo vrij leven in de cel en zijn functie hier
gewoon verderzetten. In een laatste stap gaat de bacterie zich
binnenin de cel delen.
Men spreekt nu van de mitochondrie die nog steeds een klein stukje eigen DNA bevat.
2 PROTEÏNESORTERING
2.1 3 VERSCHILLENDE MECHANISMEN VOOR IMPORT VAN PROTEÏNEN IN MEMBRAAN-OMSLOTEN
COMPARTIMENTEN
Eiwitten worden gevormd in het cytosol door het afschrijven van mRNA.
Er zijn heel wat compartimenten met elks hun eigen unieke eiwitsamenstelling. Deze samenstelling zorgt er voor dat
elk compartiment een andere functie zal vervullen.
VRAAG: HOE KOMEN DE EIWITTEN TERECHT IN HET COMPARTIMENT WAAR ZE THUISHOREN?
1. Kernporiecomplex (selectieve poortjes): transport zonder het ontplooien van
het eiwit
2. Eiwit translocons: transport doorheen hydrofobe membraan vereist energie
en vergt het ontplooien van de eiwitstructuur
3. Transport vesikels: eiwitten gaan van het ER naar andere compartimenten
van het endomembraan systeem. Er is transport van membraanproteïnen en
lumbale residenten proteïnen
2.1.1 Twee hoofdroutes van vesiculair transport
• Secretorische route: Eiwitten/lipiden vanuit het ER naar het Golgiapparaat of het plasma membraan brengen
om ze door middel van secretie de cel te doen verlaten.
• Endocytotische route: Eiwitten van buiten de cel worden opgenomen in het endosoom en uitverdeeld.
Belangrijk: Membranen worden altijd op eenzelfde manier gevormd. Een vesikel wordt gevormd uit het bestaande
membraan. Het zal inhoud bevatten vanuit het lumen van de compartiment. Ook bij de fusie van de vesikels zullen
de eiwitten steeds op eenzelfde manier binnengebracht worden. De luminale inhoud van de vesilek gaat versmelten
met de luminale inhoud van het doelwit compartiment.
2
en transport
1 MEMBRAAN-OMSLOTEN ORGANELLEN
1.1 EEN OVERZICHT VAN DE MEMBRAAN-OMSLOTEN COMPARTIMENTEN
Er is weinig vrij cytosol (slechts 50%), de rest ban de ruimte wordt ingenomen door compartimenten (zakjes, buisjes,
vesikels, stapels, …) en organellen die elks hun eigen membraan hebben.
Veel van de organellen in de eukaryote cel zijn verankerd in het cytoskelet. Dit is een georganiseerd eiwitnetwerk in
de cel. Het heeft dus een belangrijke rol on de vorm en de structuur van de cel.
Een eukaryote cel is doorgaans veel groter dan een bacteriële cel. Doordat de afstand tussen punt A en punt B
hierdoor ook groter is, zal de diffusie tijd bij grote cellen ook toenemen.
In de eukaryote cel is daarom voorzien van efficiënter en gerichter transport dat minder afhankelijk is van diffusie.
1.1.1 Belangrijkste functies van de intracellulaire compartimenten
• Cytosol: bevat veel metabolische trajecten; eiwitsynthese; het cytoskelet
• Nucleus: bevat het genoom; DNA en RNA synthese
• Endoplasmatisch reticulum: synthese van lipiden; synthese van eiwitten voor verspreiding naar organellen en
het plasmamembraan
• Golgiapparaat: modificeren, sorteren en verpakken van eiwitten en lipiden voor ofwel secretie of levering aan
andere organellen
• Lysosomen: intracellulaire degradatie
• Endosomen: sorteren van endocytotisch materiaal
• Mitochondriën: ATP synthese door oxidatieve fosforylatie
• Chloroplasten: ATP synthese en CO2-fixatie door fotosynthese
• Peroxisomen: oxidatieve afbraak van giftige moleculen
1.2 EVOLUTIE VAN MEMBRAAN-OMSLOTEN ORGANELLEN
1.2.1 Ontstaan van het ER en kernomhulsel
De vorming van het kernmembraan komt voort uit de evolutie van een anaerobe archaea-bacterie. In deze
bacteriecel bevonden het DNA en de ribosomen zich oorspronkelijk net onder het plasma membraan.
Hoe complexer de cellen werden hoe meer eiwitten ze nodig hadden om de celfuncties te vervullen. Het was van
belang om een groter membraanoppervlak te hebben waar meer eiwitsynthese kan plaatsvinden. Zo is het
membraan van de bacterie na verloop van tijd invaginaties gaan vertonen dat zich gaat structureren rond het DNA.
Deze invaginaties worden nog later afgesnoerd ter vorming van het nucleaire membraan die de nucleus insluit. Het is
een dubbelmembraan dat communicatie tussen cytosol en nucleus mogelijk maakt door nucleaire poriën.
Het endoplasmatisch reticulum is een verlengde van het
nucleaire membraan. Het is in de evolutie steeds groter
geworden en is nu een goede startplaats voor de synthese
van lipiden en eiwitten.
• In de evolutie is het ER afkomstig van het plasma
membraan. Dit kan ook aangetoond worden door de
gelijkaardige samenstelling van het ER en het
extracellulaire milieu (oxiderend milieu, pH)
1
, 1.2.2 Ontstaan van mitochondriën en chloroplasten
Mitochondriën en chloroplasten zijn in de evolutie ontstaan door
endosymbiose. Dit is een samenwerking tussen 2 organismen die
nuttig en voordelig is voor beiden, waarbij een organisme opgaat in
het andere.
Oorspronkelijk werken een anaerobe eukaryote cel en een aerobe
bacterie samen. In de evolutie is er een nauwere samenwerking
ontstaan en is de bacterie opgenomen in de eukaryote cel via
endocytose. Het plasma membraan van de bacterie gaat
afgebroken worden en kan zo vrij leven in de cel en zijn functie hier
gewoon verderzetten. In een laatste stap gaat de bacterie zich
binnenin de cel delen.
Men spreekt nu van de mitochondrie die nog steeds een klein stukje eigen DNA bevat.
2 PROTEÏNESORTERING
2.1 3 VERSCHILLENDE MECHANISMEN VOOR IMPORT VAN PROTEÏNEN IN MEMBRAAN-OMSLOTEN
COMPARTIMENTEN
Eiwitten worden gevormd in het cytosol door het afschrijven van mRNA.
Er zijn heel wat compartimenten met elks hun eigen unieke eiwitsamenstelling. Deze samenstelling zorgt er voor dat
elk compartiment een andere functie zal vervullen.
VRAAG: HOE KOMEN DE EIWITTEN TERECHT IN HET COMPARTIMENT WAAR ZE THUISHOREN?
1. Kernporiecomplex (selectieve poortjes): transport zonder het ontplooien van
het eiwit
2. Eiwit translocons: transport doorheen hydrofobe membraan vereist energie
en vergt het ontplooien van de eiwitstructuur
3. Transport vesikels: eiwitten gaan van het ER naar andere compartimenten
van het endomembraan systeem. Er is transport van membraanproteïnen en
lumbale residenten proteïnen
2.1.1 Twee hoofdroutes van vesiculair transport
• Secretorische route: Eiwitten/lipiden vanuit het ER naar het Golgiapparaat of het plasma membraan brengen
om ze door middel van secretie de cel te doen verlaten.
• Endocytotische route: Eiwitten van buiten de cel worden opgenomen in het endosoom en uitverdeeld.
Belangrijk: Membranen worden altijd op eenzelfde manier gevormd. Een vesikel wordt gevormd uit het bestaande
membraan. Het zal inhoud bevatten vanuit het lumen van de compartiment. Ook bij de fusie van de vesikels zullen
de eiwitten steeds op eenzelfde manier binnengebracht worden. De luminale inhoud van de vesilek gaat versmelten
met de luminale inhoud van het doelwit compartiment.
2
