Sarah Vanvolsem – Bio-ing 2e bachelor - 2020
Module 2
Celmembranen en celwanden – Oppervlaktestructuren en inclusies – Microbiële motiliteit
MICROBIËLE STRUCTUUR EN MEMBRAANSTRUCTUUR 1
BACTERIËLE MEMBRAANSTRUCTUUR 1
ARCHAEALE MEMBRAANSTRUCTUUR 2
MEMBRAANFUNCTIE 3
NUTRIËNTENTRANSPORT 3
BACTERIËLE CELWANDSTRUCTUUR 5
ARCHAEALE CELENVELOPPE 8
CELOPPERVLAKTESTRUCTUREN 8
CELINCLUSIES 9
GASVESIKELS 10
FLAGELLA EN ZWEMMOTILITEIT 10
GLIJDENDE MOTILITEIT 12
CHEMOTAXIS EN ANDERE VORMEN VAN TAXIS 12
Microbiële structuur en membraanstructuur
Prokaryote cellen hebben geen kern, golgi-apparaat, bevatten plasmiden en een celwand.
Sommige eukaryoten bevatten ook een celwand.
Membraanstructuur? Zeer dunne structuur die de cel omgeeft, het scheidt het cytoplasma van
de omgeving. Ondanks zijn ‘zwakke structuur’ heeft het een zeer belangrijke functie, nl zijn
selectiviteit.
Bacteriële membraanstructuur (Ex)
Cytoplasmatisch membraan van alle bacteriële cellen bestaan uit een dubbele fosfolipidenlaag,
die proteïnen bevat. Fosfolipiden bestaan uit hydrofobische en hydrofiele componenten, nl
staarten en koppen. De staarten bestaan uit vetzuren en de koppen uit een glycerol molecule
waarvan de 3 C-atoom gebonden is aan een fosfaatgroep waar andere 1/meerdere functionele
groepen aan kunnen binden zoals suikers bv.
Er is een variatie qua saturatiegraad van vetzuren, op deze manier karakteriseren we de
soorten vetzuren en kunnen we prokaryoten onderscheiden. Verestering tussen vetzuur en
glycerol.
-> Het cytoplasmatisch membraan bevat proteïnen, kunnen zowel integraal zijn → ingebed
in het membraan (hebben hydrofoob karakter aan hun uiteinde en een hydrofiel karakter in het
midden + vormen transmembranaire helices) als perifeer → zitten losjes op het membraan, ze
interageren vaak met integrale proteïnen (ook in zeer belangrijke cellulaire processen zoals
energie metabolisme en transport).
1
,Sarah Vanvolsem – Bio-ing 2e bachelor - 2020
-> Mg2+ en Ca2+ stabiliseren het membraan door de vorming van ionische bindingen met
negatieve ladingen van fosfolipiden.
-> Vloeibare structuur mozaïc structuur
-> Zwakke structuur wordt versterkt door sterol achtige moleculen (geen echte quoi), deze w
ook hopanoïden genoemd. Sterolen zijn planaire moleculen die de membranen van eukaryote
cellen versterken (voorbeeld: cholesterol).
Archaeale membraanstructuur (Ex)
Archaeale en bacteriële membranen zijn verschillend en toont aan dat er geen homologie is. Ze
zijn dus apart ontstaan.
Gelijkenissen: Hydrofiel/hydrofoob karakter; bevatten soms glycerol (kunnen ook suikers, of
een varieteit van molec zijn); bevatten soms ook een fosfaatgroep.
Verschillen: Ze bevatten een etherverbinding en geen esterverbinding; Ze kunnen cyclische
structuren bevatten in hun hydrofoob gedeelte, wat is dat hydrofoob gedeelte nu?
Wel ze bevatten geen vetzuren zoals bacterïen en eukaryoten, ze bevatten herhalende units
van isoprene (om de 5 C’s is er een methylgroep aanwezig):
C20? → fytanyl keten
C40? → bifytanyl keten
Ipv herhalende units van isoprene te bevatten, bevatten bv Thaumarchaeota crenarchaeol als
hydrofoob gedeelte, deze bevat 5 en 6 C-ringen.
2
,Sarah Vanvolsem – Bio-ing 2e bachelor - 2020
Ze kunnen zowel een dubbele of monolaag vormen (of een mix van beiden).
Membraanfunctie (EX)
Cytoplasmatisch membraan heeft 3 grote functies:
1. Permeabiliteitsbarrière: Voorkomt lekken en werkt als poort voor het transport van
nutriënten in de cel, en afvalproducten uit de cel. Voor geladen moleculen is passieve
diffusie bijna onmogelijk want de concentratie binnen de cel is groter dan buiten de cel
→ Hiervoor heb je energie nodig, hier w dan gdn aan actief transport (tegen de gradiënt
in). Water heeft een hoge permeabiliteitssnelheid, deze kan dus steeds door het
membraan, soms wordt er gebruikt gemaakt van aquaporines (kanalen).
2. Vasthechting van proteïnen: Vele cellulaire proteïnen zijn verankerd in het membraan,
bv proteïnen betrokken bij transport, energetisch metabolisme en chemotaxis.
3. Energieconservaties: Membraan is ook de site waar generatie en dissipatie van de
proton motive force plaatsvindt.
Nutriëntentransport (EX)
Er zijn 3 belangrijke klassen van transportsystemen in prokaryoten (vereisen alle 3 energie,
meestal onder de vorm van proton motive force dissipatie of ATP):
1. Eenvoudig transport
Wordt gedreven door de proton motive force en bestaat uit één enkele
transmembranaire transport proteïne.
De ! reacties hier zijn symport reacties, waar een deeltje en een proton co-
getransporteerd worden in dezelfde richting, en antiport reacties, waar een deeltje en
een proton in tegengestelde richting geco-transporteerd worden.
3
, Sarah Vanvolsem – Bio-ing 2e bachelor - 2020
Voorbeeld: E.coli metaboliseert lactose, deze wordt
getransporteerd naar de cellen van de bacterie dmv lac
permease! Dit kost energie, door lactose samen met een
proton binnen te brengen, wordt er iets minder energie
verbruikt (symport reactie). Eens binnen de cel wordt lactose
afgebroken en wordt energie gebruikt voor ATP-synthese.
Voorbeeld: Natrium-proton antiporter.
2. Groepstranslocatie
Verschilt van eenvoudig transport op 2 manieren:
− Het getransporteerd deeltje wordt chemisch gemodifieerd.
− Energie niet afkomstig van proton motive force, maar van een energie-rijke
component, vooral afkomstig van de hydrolyse van fosfoenolpyruvaat.
Voorbeeld: Best bestudeerde groepstranslocatie systeem is de fosfotransferase-
systeem in E.coli. Het systeem bestaat uit 5 proteïnen en transporteert glucose,
fructose en mannose.
Proces? De suikers die we willen transporteren worden gefosforyleerd tijdens het
transport. Vooraleer de suiker getransporteerd wordt, worden de 5 proteïnen op hun
beurt steeds gefosphoryleerd en gedephosphoryleerd in een cascade tot enzyme IIc
bereikt wordt. Deze fosforyleert de suiker tijdens het transport. Dit is een uniport
reactie.
3. ABC-systeem
= ATP-bindingscassette systemen
Er zijn wel meer dan 200 soorten systemen gevonden in
prokaryoten. Ze zijn vaak betrokken in opname van
organische verbindingen (suikers, aminozuren),
anorganische verbindingen (sulfaat, fosfaat) en
sporemetalen.
Kenmerk: hoge substraat affiniteit, dus kunnen ze substraat
aanwezig in kleine concentratie makkelijk opnemen.
Proces? Gramnegatieve bacteriën bevatten een
periplasmatische bindingsproteïne die interageert met
het deeltje dat getransporteerd wordt. Het transporteren
maakt gebruik van de hydrolyse v ATP. Grampositieve
bacteriën (en vele Archaea) bevatten verankerde
substraatbindende proteïnen (omdat ze geen
periplamsa hebben). Dit is een uniport reactie.
4
Module 2
Celmembranen en celwanden – Oppervlaktestructuren en inclusies – Microbiële motiliteit
MICROBIËLE STRUCTUUR EN MEMBRAANSTRUCTUUR 1
BACTERIËLE MEMBRAANSTRUCTUUR 1
ARCHAEALE MEMBRAANSTRUCTUUR 2
MEMBRAANFUNCTIE 3
NUTRIËNTENTRANSPORT 3
BACTERIËLE CELWANDSTRUCTUUR 5
ARCHAEALE CELENVELOPPE 8
CELOPPERVLAKTESTRUCTUREN 8
CELINCLUSIES 9
GASVESIKELS 10
FLAGELLA EN ZWEMMOTILITEIT 10
GLIJDENDE MOTILITEIT 12
CHEMOTAXIS EN ANDERE VORMEN VAN TAXIS 12
Microbiële structuur en membraanstructuur
Prokaryote cellen hebben geen kern, golgi-apparaat, bevatten plasmiden en een celwand.
Sommige eukaryoten bevatten ook een celwand.
Membraanstructuur? Zeer dunne structuur die de cel omgeeft, het scheidt het cytoplasma van
de omgeving. Ondanks zijn ‘zwakke structuur’ heeft het een zeer belangrijke functie, nl zijn
selectiviteit.
Bacteriële membraanstructuur (Ex)
Cytoplasmatisch membraan van alle bacteriële cellen bestaan uit een dubbele fosfolipidenlaag,
die proteïnen bevat. Fosfolipiden bestaan uit hydrofobische en hydrofiele componenten, nl
staarten en koppen. De staarten bestaan uit vetzuren en de koppen uit een glycerol molecule
waarvan de 3 C-atoom gebonden is aan een fosfaatgroep waar andere 1/meerdere functionele
groepen aan kunnen binden zoals suikers bv.
Er is een variatie qua saturatiegraad van vetzuren, op deze manier karakteriseren we de
soorten vetzuren en kunnen we prokaryoten onderscheiden. Verestering tussen vetzuur en
glycerol.
-> Het cytoplasmatisch membraan bevat proteïnen, kunnen zowel integraal zijn → ingebed
in het membraan (hebben hydrofoob karakter aan hun uiteinde en een hydrofiel karakter in het
midden + vormen transmembranaire helices) als perifeer → zitten losjes op het membraan, ze
interageren vaak met integrale proteïnen (ook in zeer belangrijke cellulaire processen zoals
energie metabolisme en transport).
1
,Sarah Vanvolsem – Bio-ing 2e bachelor - 2020
-> Mg2+ en Ca2+ stabiliseren het membraan door de vorming van ionische bindingen met
negatieve ladingen van fosfolipiden.
-> Vloeibare structuur mozaïc structuur
-> Zwakke structuur wordt versterkt door sterol achtige moleculen (geen echte quoi), deze w
ook hopanoïden genoemd. Sterolen zijn planaire moleculen die de membranen van eukaryote
cellen versterken (voorbeeld: cholesterol).
Archaeale membraanstructuur (Ex)
Archaeale en bacteriële membranen zijn verschillend en toont aan dat er geen homologie is. Ze
zijn dus apart ontstaan.
Gelijkenissen: Hydrofiel/hydrofoob karakter; bevatten soms glycerol (kunnen ook suikers, of
een varieteit van molec zijn); bevatten soms ook een fosfaatgroep.
Verschillen: Ze bevatten een etherverbinding en geen esterverbinding; Ze kunnen cyclische
structuren bevatten in hun hydrofoob gedeelte, wat is dat hydrofoob gedeelte nu?
Wel ze bevatten geen vetzuren zoals bacterïen en eukaryoten, ze bevatten herhalende units
van isoprene (om de 5 C’s is er een methylgroep aanwezig):
C20? → fytanyl keten
C40? → bifytanyl keten
Ipv herhalende units van isoprene te bevatten, bevatten bv Thaumarchaeota crenarchaeol als
hydrofoob gedeelte, deze bevat 5 en 6 C-ringen.
2
,Sarah Vanvolsem – Bio-ing 2e bachelor - 2020
Ze kunnen zowel een dubbele of monolaag vormen (of een mix van beiden).
Membraanfunctie (EX)
Cytoplasmatisch membraan heeft 3 grote functies:
1. Permeabiliteitsbarrière: Voorkomt lekken en werkt als poort voor het transport van
nutriënten in de cel, en afvalproducten uit de cel. Voor geladen moleculen is passieve
diffusie bijna onmogelijk want de concentratie binnen de cel is groter dan buiten de cel
→ Hiervoor heb je energie nodig, hier w dan gdn aan actief transport (tegen de gradiënt
in). Water heeft een hoge permeabiliteitssnelheid, deze kan dus steeds door het
membraan, soms wordt er gebruikt gemaakt van aquaporines (kanalen).
2. Vasthechting van proteïnen: Vele cellulaire proteïnen zijn verankerd in het membraan,
bv proteïnen betrokken bij transport, energetisch metabolisme en chemotaxis.
3. Energieconservaties: Membraan is ook de site waar generatie en dissipatie van de
proton motive force plaatsvindt.
Nutriëntentransport (EX)
Er zijn 3 belangrijke klassen van transportsystemen in prokaryoten (vereisen alle 3 energie,
meestal onder de vorm van proton motive force dissipatie of ATP):
1. Eenvoudig transport
Wordt gedreven door de proton motive force en bestaat uit één enkele
transmembranaire transport proteïne.
De ! reacties hier zijn symport reacties, waar een deeltje en een proton co-
getransporteerd worden in dezelfde richting, en antiport reacties, waar een deeltje en
een proton in tegengestelde richting geco-transporteerd worden.
3
, Sarah Vanvolsem – Bio-ing 2e bachelor - 2020
Voorbeeld: E.coli metaboliseert lactose, deze wordt
getransporteerd naar de cellen van de bacterie dmv lac
permease! Dit kost energie, door lactose samen met een
proton binnen te brengen, wordt er iets minder energie
verbruikt (symport reactie). Eens binnen de cel wordt lactose
afgebroken en wordt energie gebruikt voor ATP-synthese.
Voorbeeld: Natrium-proton antiporter.
2. Groepstranslocatie
Verschilt van eenvoudig transport op 2 manieren:
− Het getransporteerd deeltje wordt chemisch gemodifieerd.
− Energie niet afkomstig van proton motive force, maar van een energie-rijke
component, vooral afkomstig van de hydrolyse van fosfoenolpyruvaat.
Voorbeeld: Best bestudeerde groepstranslocatie systeem is de fosfotransferase-
systeem in E.coli. Het systeem bestaat uit 5 proteïnen en transporteert glucose,
fructose en mannose.
Proces? De suikers die we willen transporteren worden gefosforyleerd tijdens het
transport. Vooraleer de suiker getransporteerd wordt, worden de 5 proteïnen op hun
beurt steeds gefosphoryleerd en gedephosphoryleerd in een cascade tot enzyme IIc
bereikt wordt. Deze fosforyleert de suiker tijdens het transport. Dit is een uniport
reactie.
3. ABC-systeem
= ATP-bindingscassette systemen
Er zijn wel meer dan 200 soorten systemen gevonden in
prokaryoten. Ze zijn vaak betrokken in opname van
organische verbindingen (suikers, aminozuren),
anorganische verbindingen (sulfaat, fosfaat) en
sporemetalen.
Kenmerk: hoge substraat affiniteit, dus kunnen ze substraat
aanwezig in kleine concentratie makkelijk opnemen.
Proces? Gramnegatieve bacteriën bevatten een
periplasmatische bindingsproteïne die interageert met
het deeltje dat getransporteerd wordt. Het transporteren
maakt gebruik van de hydrolyse v ATP. Grampositieve
bacteriën (en vele Archaea) bevatten verankerde
substraatbindende proteïnen (omdat ze geen
periplamsa hebben). Dit is een uniport reactie.
4
