Celbiologie
Hoofdstuk 1: biomembranen
Basisbeginselen/ afspraken:
1. Prokaryote cellen (worden niet behandeld)
2. Eukaryote cellen hebben veel celorganellen, dit zijn interne cel compartimenten die omgeven
worden door een biomembraan
Grootte orde van een cel is ongeveer 10 micrometer; het plasmamembraan is ongeveer
700 micrometer lang en de lengte van intracellulaire membranen nog veel meer.
3. Cytoplasma ↔ cytosol ↔ lumen
a. Cytoplasma = alles binnen plasmamembraan, dus ook de celorganellen (buiten de
kern)
b. Cytosol = het waterige deel binnen de cel, het cytoplasma zonder de celorganellen
c. Lumen = waterige gedeelte binnen een celorganel
Structuur van biomembranen:
Beeldvorming via AFM:
- = gevoelige techniek om het oppervlakte/reliëf van een membraan in beeld te brengen
- Te vergelijken met een platendraaier: fijne naald die over een oppervlakte beweegt
- Instulpingen of putten worden waargenomen door de naald en geven hierdoor dus
informatie over hoogte en coördinaten waardoor men een redelijk waarheidsgetrouw beeld
van het oppervlakte kan geven.
Beeldvorming via elektronenmicroscopie:
- Eerst stoffen toedienen (bepaalde zouten zoals osmium) die gaan binden aan het membraan
- Op deze plekken kunnen er geen elektronen passeren en dit wordt weergegeven in
beeldvorming
- Wel osmium in buitenkant membraan: elektronen kunnen hier moeilijker door → minder
goed signaal → zwarte kleuring
- Geen osmium tussen beide membranen: elektronen bewegen hier vlot door → beter signaal
→ transparante kleuring
Amfipatische moleculen (in waterige oplossingen):
- Micelle: enkele lipidenlaag: hydrofobe staarten naar binnen, hydrofiele kop naar buiten
- Liposoom: dubbele lipidenlaag: zodat de hydrofiele koppen in contact staan met waterige
omgeving en hydrofobe staarten naar elkaar staan
- Fosfolipide dubbellaag: hydrofobe staarten staan naar elkaar toe en beide buitenkanten van
het membraan bestaan uit hydrofiele kopjes => dikte membraan is 30 - 40 Å / 3 - 4 nm
Variabiliteit van biomembranen:
- Heel uiteenlopende vormen
- RBC: ronde, gladde, donutvorm
- Haarcellen: scherpe structuren
- Schwanncellen: myelineschede rond zenuwcellen gewikkeld → vormen zo een dikke band
Ingezoomd zie je dat er dense en lichte gedeelten naast elkaar liggen, dit komt
omdat de laag meerdere keren rond de andere cel is gedraaid.
, Membranen benoemen:
Algemeen:
- Exoplasmatische zijde = buitenkant van de cel
- Cytosolische zijde = binnenkant van de cel
Bv lysosoom:
- Exoplasmatische zijde = naar binnenkant/ lumen toe
- Cytosolische zijde = naar cytosol toe
Bv mitochondrion:
- Op zichzelf nog eens 2 membranen: binnenste en buitenste
Zijden blijven altijd dezelfde! Ze gaan niet zomaar veranderen, ook
niet als vesikels
versmelten
Chemie van biomembranen: lipiden
1. Fosfoglyceriden & plasmalogenen
Fosfoglyceriden
o Glycerol (basis)
o Alcoholgroepen op glycerol reageren met een zure groep → ester
o Triaglycerol = glycerol + 3 vetzuren → heel hydrofoob
o Diaglycerol = glycerol + 2 vetzuren + fosfaatgroep
Gebruikt in membranen
Fosfaatgroep = polair; vetzuren = apolair → amfipatische molecule
Extra groepen binden aan fosfaatgroep
Staarten zijn hydrofoob en dus apolair
Plasmalogenen
o Verschillen enkel van fosfolipiden doordat een van esters een ether is
o Hierdoor zijn ze iets resistenter
2. Sfingolipiden
o Sfingosine (basis)
o Op sfingosine 2 alcoholgroepen + aminegroep (+ hydrofobe staart)
o Aminegroep + vetzuren → amide-verbinding = ceramide
o Eindstandige alcoholgroep: fosfaatgroep + andere moleculen (vaak suikers)
o Ceramide + complexe suiker aan fosfaatgroep aan eindstandige alcoholgroep =
gangliosiden
3. Sterolen (oa cholesterol)
o Cholesterol:
4 hydrofobe, organische ringen + hydrofiele alcoholgroep
Essentieel
, Bouwsteen voor belangrijke moleculen: (seks)hormonen, cortisonen,
galzuur, vorming vitamine D → opbouw bot & calciumopname
Beweeglijkheid van lipiden in het biomembraan
1. Axiale rotatie = fosfolipiden draaien rond hun eigen as → theoretisch concept
2. Laterale diffusie = diffunderen in het vlak/ door elkaar heen (blijft wel langs dezelfde zijde)
l Meting van laterale diffusie met FRAP
i
o = fluorescentie meting = adhv licht erop af sturen, gaat het licht terug uitzenden
p
i o Cel met fosfolipiden ga je een fluorescente kleur toedienen die gaat binden aan de
d hoofdjes aan van de buitenzijde
o Laser gebruiken om een deel te bleachen (langdurige blootstelling aan licht zorgt dat
fluorescente eigenschappen kapotgaan: kleur neemt af) → verliest kleurstof (daling
grafiek)
Geen laterale diffusie: gebleached deel bezit geen kleur meer
Wel laterale diffusie: fosfolipiden gaan zich verplaatsen → trage herstelling
van fluorescente eigenschappen
o Verhouding berekenen uit grafiek
3. Flip-flop = fosfolipide verplaatst van ene naar andere zijde
→ niet evident, want kost veel energie om hydrofiele kop door hydrofobe laag te verplaatsen
→ enzym flippase gaat hierbij helpen: verbruikt veel energie om ze te verplaatsen
Meting van flip-flop:
o Gebruik maken van fluorescente fosfolipiden (fluorescente stof gekoppeld aan
hoofdje → blauwe kleur toedienen)
o 2 condities met elkaar vergelijken
1. Met ATP: verwacht: een deel van die fosfolipiden verplaatst
2. Zonder ATP: verwacht: geen transport
o Hoe aantonen dat ze verplaatst zijn: quencher= chemische stof die fluorescentie
tegenhoudt => quencher is niet membraan-permeabel → enkel fluorescentie van
buitenste membraan laag tegengaan → bij ATP: meer verplaatsing
Zonder flippase (ATP) gebeurt flip-flop bijna nooit
Flipflop is energetisch ongunstig, dus kunnen we stellen dat er structurele verschillen zijn
tussen beide zijden van de dubbele fosfolipidenlaag
4. Beweging van vetzuurstaarten
Wordt bepaald door:
1. Temperatuur
o Het membraan heeft in normale toestand een geleiachtige structuur, als je het
membraan opwarmt zal dit eerder vloeibaar worden. Deze fase transitie van gelei
naar vloeibaar gebeurt enkel in een nauwe, welbepaalde temperatuursrange.
o Wanneer het membraan van gelei naar vloeibaar gaat (=vloeibaarheid) hangt af van
de chemische samenstelling
Gelei: staarten liggen geordend
Warme temperatuur: gelei gaat over naar vloeibare substantie: beweeglijk
, 2 krachten die vetzuurstaarten bij elkaar houden:
Hydrofoob effect
Zorgt dat waterafstotende stoffen in waterige omgeving bij elkaar blijven
→ vaste mantel van water rond stoffen gevormd
→ stoffen dichter bij elkaar komen
→ nieuwe watermantel gevormd met minder watermoleculen
→ entropie stijgt
Van der Waalskrachten
= krachten die spelen op hele korte afstand
= ontstaan als atomen heel dicht bij elkaar in de buurt komen
→ molecule wordt partieel geladen
→ vetzuurstaarten bevatten veel van der Waalskrachten als ze dicht bij
elkaar in de buurt zitten (gelei-vorm)
2. Aard en lengte van de vetzuurketens
Veel voorkomende vetzuren:
o Saturated/ verzadigde vetzuren = geen dubbele bindingen → C X:0
Vorm = rechte lucifer
Kunnen door de vorm dicht op elkaar geschikt worden → van der
Waalskrachten
Neiging naar gelei-structuur
Hoog kookpunt
o Unsaturated/ onverzadigde vetzuren = wel dubbele bindingen (eenvoudig of
meervoudig) → C X:1-4 → getal zegt hoeveel dubbele bindingen
Dubbele binding → cis vorm → knik in de staart/ lucifer
Fosfolipiden minder dicht op elkaar schikken
Minder van der Waalskrachten
Meer vloeibaar → lager kookpunt
o Cis of trans: in de natuur meestal cis, trans ontstaat enkel bij bepaalde acties
o Essentieel zuur: vb Linolzuur
→ omega-X-zuur
→ X duidt de plaats van de dubbele binding aan beginnende vanaf de omega-
koolstof (= laatste koolstof)
3. Cholesterol
o Cholesterol tussen vetzuurketens schikken → gaten opvullen → meer interactie
tussen de staarten → minder vloeibaarheid (meer gelei) + dikker membraan
o Hoogste vloeibaarheid bij membranen van onverzadigde vetzuren zonder cholesterol
→ vetzuurstaarten minst geordend (dunste membraan)
o Dikste membraan bij sfingomyeline (SM) + cholesterol → minst vloeibaar
o Dikker en minder vloeibare blijven beter bij elkaar
Hoofdstuk 1: biomembranen
Basisbeginselen/ afspraken:
1. Prokaryote cellen (worden niet behandeld)
2. Eukaryote cellen hebben veel celorganellen, dit zijn interne cel compartimenten die omgeven
worden door een biomembraan
Grootte orde van een cel is ongeveer 10 micrometer; het plasmamembraan is ongeveer
700 micrometer lang en de lengte van intracellulaire membranen nog veel meer.
3. Cytoplasma ↔ cytosol ↔ lumen
a. Cytoplasma = alles binnen plasmamembraan, dus ook de celorganellen (buiten de
kern)
b. Cytosol = het waterige deel binnen de cel, het cytoplasma zonder de celorganellen
c. Lumen = waterige gedeelte binnen een celorganel
Structuur van biomembranen:
Beeldvorming via AFM:
- = gevoelige techniek om het oppervlakte/reliëf van een membraan in beeld te brengen
- Te vergelijken met een platendraaier: fijne naald die over een oppervlakte beweegt
- Instulpingen of putten worden waargenomen door de naald en geven hierdoor dus
informatie over hoogte en coördinaten waardoor men een redelijk waarheidsgetrouw beeld
van het oppervlakte kan geven.
Beeldvorming via elektronenmicroscopie:
- Eerst stoffen toedienen (bepaalde zouten zoals osmium) die gaan binden aan het membraan
- Op deze plekken kunnen er geen elektronen passeren en dit wordt weergegeven in
beeldvorming
- Wel osmium in buitenkant membraan: elektronen kunnen hier moeilijker door → minder
goed signaal → zwarte kleuring
- Geen osmium tussen beide membranen: elektronen bewegen hier vlot door → beter signaal
→ transparante kleuring
Amfipatische moleculen (in waterige oplossingen):
- Micelle: enkele lipidenlaag: hydrofobe staarten naar binnen, hydrofiele kop naar buiten
- Liposoom: dubbele lipidenlaag: zodat de hydrofiele koppen in contact staan met waterige
omgeving en hydrofobe staarten naar elkaar staan
- Fosfolipide dubbellaag: hydrofobe staarten staan naar elkaar toe en beide buitenkanten van
het membraan bestaan uit hydrofiele kopjes => dikte membraan is 30 - 40 Å / 3 - 4 nm
Variabiliteit van biomembranen:
- Heel uiteenlopende vormen
- RBC: ronde, gladde, donutvorm
- Haarcellen: scherpe structuren
- Schwanncellen: myelineschede rond zenuwcellen gewikkeld → vormen zo een dikke band
Ingezoomd zie je dat er dense en lichte gedeelten naast elkaar liggen, dit komt
omdat de laag meerdere keren rond de andere cel is gedraaid.
, Membranen benoemen:
Algemeen:
- Exoplasmatische zijde = buitenkant van de cel
- Cytosolische zijde = binnenkant van de cel
Bv lysosoom:
- Exoplasmatische zijde = naar binnenkant/ lumen toe
- Cytosolische zijde = naar cytosol toe
Bv mitochondrion:
- Op zichzelf nog eens 2 membranen: binnenste en buitenste
Zijden blijven altijd dezelfde! Ze gaan niet zomaar veranderen, ook
niet als vesikels
versmelten
Chemie van biomembranen: lipiden
1. Fosfoglyceriden & plasmalogenen
Fosfoglyceriden
o Glycerol (basis)
o Alcoholgroepen op glycerol reageren met een zure groep → ester
o Triaglycerol = glycerol + 3 vetzuren → heel hydrofoob
o Diaglycerol = glycerol + 2 vetzuren + fosfaatgroep
Gebruikt in membranen
Fosfaatgroep = polair; vetzuren = apolair → amfipatische molecule
Extra groepen binden aan fosfaatgroep
Staarten zijn hydrofoob en dus apolair
Plasmalogenen
o Verschillen enkel van fosfolipiden doordat een van esters een ether is
o Hierdoor zijn ze iets resistenter
2. Sfingolipiden
o Sfingosine (basis)
o Op sfingosine 2 alcoholgroepen + aminegroep (+ hydrofobe staart)
o Aminegroep + vetzuren → amide-verbinding = ceramide
o Eindstandige alcoholgroep: fosfaatgroep + andere moleculen (vaak suikers)
o Ceramide + complexe suiker aan fosfaatgroep aan eindstandige alcoholgroep =
gangliosiden
3. Sterolen (oa cholesterol)
o Cholesterol:
4 hydrofobe, organische ringen + hydrofiele alcoholgroep
Essentieel
, Bouwsteen voor belangrijke moleculen: (seks)hormonen, cortisonen,
galzuur, vorming vitamine D → opbouw bot & calciumopname
Beweeglijkheid van lipiden in het biomembraan
1. Axiale rotatie = fosfolipiden draaien rond hun eigen as → theoretisch concept
2. Laterale diffusie = diffunderen in het vlak/ door elkaar heen (blijft wel langs dezelfde zijde)
l Meting van laterale diffusie met FRAP
i
o = fluorescentie meting = adhv licht erop af sturen, gaat het licht terug uitzenden
p
i o Cel met fosfolipiden ga je een fluorescente kleur toedienen die gaat binden aan de
d hoofdjes aan van de buitenzijde
o Laser gebruiken om een deel te bleachen (langdurige blootstelling aan licht zorgt dat
fluorescente eigenschappen kapotgaan: kleur neemt af) → verliest kleurstof (daling
grafiek)
Geen laterale diffusie: gebleached deel bezit geen kleur meer
Wel laterale diffusie: fosfolipiden gaan zich verplaatsen → trage herstelling
van fluorescente eigenschappen
o Verhouding berekenen uit grafiek
3. Flip-flop = fosfolipide verplaatst van ene naar andere zijde
→ niet evident, want kost veel energie om hydrofiele kop door hydrofobe laag te verplaatsen
→ enzym flippase gaat hierbij helpen: verbruikt veel energie om ze te verplaatsen
Meting van flip-flop:
o Gebruik maken van fluorescente fosfolipiden (fluorescente stof gekoppeld aan
hoofdje → blauwe kleur toedienen)
o 2 condities met elkaar vergelijken
1. Met ATP: verwacht: een deel van die fosfolipiden verplaatst
2. Zonder ATP: verwacht: geen transport
o Hoe aantonen dat ze verplaatst zijn: quencher= chemische stof die fluorescentie
tegenhoudt => quencher is niet membraan-permeabel → enkel fluorescentie van
buitenste membraan laag tegengaan → bij ATP: meer verplaatsing
Zonder flippase (ATP) gebeurt flip-flop bijna nooit
Flipflop is energetisch ongunstig, dus kunnen we stellen dat er structurele verschillen zijn
tussen beide zijden van de dubbele fosfolipidenlaag
4. Beweging van vetzuurstaarten
Wordt bepaald door:
1. Temperatuur
o Het membraan heeft in normale toestand een geleiachtige structuur, als je het
membraan opwarmt zal dit eerder vloeibaar worden. Deze fase transitie van gelei
naar vloeibaar gebeurt enkel in een nauwe, welbepaalde temperatuursrange.
o Wanneer het membraan van gelei naar vloeibaar gaat (=vloeibaarheid) hangt af van
de chemische samenstelling
Gelei: staarten liggen geordend
Warme temperatuur: gelei gaat over naar vloeibare substantie: beweeglijk
, 2 krachten die vetzuurstaarten bij elkaar houden:
Hydrofoob effect
Zorgt dat waterafstotende stoffen in waterige omgeving bij elkaar blijven
→ vaste mantel van water rond stoffen gevormd
→ stoffen dichter bij elkaar komen
→ nieuwe watermantel gevormd met minder watermoleculen
→ entropie stijgt
Van der Waalskrachten
= krachten die spelen op hele korte afstand
= ontstaan als atomen heel dicht bij elkaar in de buurt komen
→ molecule wordt partieel geladen
→ vetzuurstaarten bevatten veel van der Waalskrachten als ze dicht bij
elkaar in de buurt zitten (gelei-vorm)
2. Aard en lengte van de vetzuurketens
Veel voorkomende vetzuren:
o Saturated/ verzadigde vetzuren = geen dubbele bindingen → C X:0
Vorm = rechte lucifer
Kunnen door de vorm dicht op elkaar geschikt worden → van der
Waalskrachten
Neiging naar gelei-structuur
Hoog kookpunt
o Unsaturated/ onverzadigde vetzuren = wel dubbele bindingen (eenvoudig of
meervoudig) → C X:1-4 → getal zegt hoeveel dubbele bindingen
Dubbele binding → cis vorm → knik in de staart/ lucifer
Fosfolipiden minder dicht op elkaar schikken
Minder van der Waalskrachten
Meer vloeibaar → lager kookpunt
o Cis of trans: in de natuur meestal cis, trans ontstaat enkel bij bepaalde acties
o Essentieel zuur: vb Linolzuur
→ omega-X-zuur
→ X duidt de plaats van de dubbele binding aan beginnende vanaf de omega-
koolstof (= laatste koolstof)
3. Cholesterol
o Cholesterol tussen vetzuurketens schikken → gaten opvullen → meer interactie
tussen de staarten → minder vloeibaarheid (meer gelei) + dikker membraan
o Hoogste vloeibaarheid bij membranen van onverzadigde vetzuren zonder cholesterol
→ vetzuurstaarten minst geordend (dunste membraan)
o Dikste membraan bij sfingomyeline (SM) + cholesterol → minst vloeibaar
o Dikker en minder vloeibare blijven beter bij elkaar
