Chapter 10 Membrane Structure
De lipide bilaag
Amfipatisch: lipiden hebben een hydrofiele kant (polair) en een hydrofobe kant (apolair). Hierdoor
kunnen lipiden een bilaag structuur vormen.
Verschillende kopgroepen in lipiden en glycolipiden
Fosfatidylethanolamine: glycerol, fosfaat en ethanolamine.
Fosfatidylserine: glycerol, fosfaat en serine kopgroep (negatief).
Fosfatidylcholine: glycerol, fosfaat en choline kopgroep.
Sfingomyeline: sfingosine, fosfaat en choline kopgroep.
Glycolipiden: suikergroep in plaats van fosfaat. Komen veel in de
buitenste monolaag voor, als bescherming.
Cholesterol: een sterol met vier ringstructuren en daaraan een
polaire OH-groep. Aan de andere kant zit een apolaire staart.
Vorming van membranen
Micellen (B): vetzuurstaarten gaan bij elkaar zitten, met de polaire
kopgroepen naar buiten gericht.
Bilaag (A): hydrofobe staarten naar binnen gericht (cilindrische lipiden), want dit is
de meest energetisch voordelig arrangement.
Hoewel er een bilaag gevormd wordt, zitten er toch componenten in die niet in de
bilaag structuur willen zitten. Als dit evenwicht wordt verstoord, kan de cel doodgaan
omdat de membraan niet meer in stand gehouden kan worden.
Mobiliteit van fosfolipiden
Fosfolipiden hebben flexibele vetzuurstaarten, kunnen roteren om hun eigen as en
kunnen lateraal diffunderen (lipiden ruilen van plaats met hun buurman). Daarnaast bestaat er ook
‘flip-flop’, maar dit is een zeldzaam fenomeen (m.u.v. cholesterol): hierbij springt een lipid van de
ene monolaag naar de ander, wat energetisch ongunstig is.
Vloeibaarheid van membranen beïnvloedt de functie
De vloeibaarheid van membranen is afhankelijk van de samenstelling en de temperatuur. Om
transport en enzymatische activiteit mogelijk te houden, moet het membraan vloeibaar blijven.
Temperatuur: het bevriespunt van membranen wordt lager, naarmate vetzuurstaarten meer
dubbele bindingen bevatten en kort zijn. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat de vetzuurstaarten
minder makkelijk met elkaar kunnen interacteren, waardoor het membraan minder ‘vast’ wordt.
Cholesterol: cholesterol gaat tussen de vetzuurstaarten van lipiden zitten, en zorgt er dan met zijn
vaste ringstructuur voor dat het membraan minder permeabel wordt. Het membraan wordt echter
niet minder vloeibaar: cholesterol voorkomt juist dat er interactie plaatsvindt tussen vetzuurstaarten.
Wat gebeurt er met eiwitten als lipiden van vast naar vloeibaar gaan of andersom?
Bij normale lichaamstemperatuur zijn eiwitten normaal verdeeld over het plasmamembraan.
Naarmate de temperatuur lager wordt, worden eiwitten naar gebieden gedreven die het langst
vloeibaar blijven -> fasescheiding op lipid niveau kan dus invloed hebben op eiwitverdeling.
Lipid rafts: korte samenkomst van lipiden in een domein. Eiwitten die hier samenkomen helpen de
lipid raft te stabiliseren. Deze gebieden zijn rijk aan sfingolipiden en cholesterol, waardoor deze
delen van het membraan dikker zijn (vetzuurstaarten van sfingolipiden zijn langer en rechter).
1
, Functie lipid rafts:
- Concentreren van eiwitten (voor vesiculair transport).
- Samenbrengen van eiwitten voor samenwerking.
Assymetrie van de lipide bilaag
De compositie van de monolagen in een bilaag verschillen
(assymetrisch). Bijvoorbeeld in rode bloedcellen zitten
negatief geladen lipiden aan de cytosolische kant.
- Signaalfunctie: flip-flop met behulp van enzymen van
negatieve lipiden (signaal doorgeven aan extracellulaire
ruimte).
- Signaaltransductie: als lipiden gefosforyleerd worden kunne ze als docking site fungeren voor
eiwitten.
Modificaties van lipiden
Fosfolipase A(1 en 2): knipt vetzuurstaarten van het lipide af, daarna hou je een lysofosfolipid
over met andere eigenschappen.
Fosfolipase C: knipt de kopgroep eraf, waarna je een diacylglycerol overhoudt (DAG).
Fosfolipase D: knipt ook kopgroep eraf, maar net na het fosfaat, waardoor je een fosfatidezuur
overhoudt.
Deze modificaties spelen een belangrijke rol bij signaaltransducties.
Membraan eiwitten
Transmembrane eiwitten: amfipatisch (hydrofobe en hydrofiele delen).
Associatie van eiwitten met de lipide bilaag
1. Single-pass transmembrane protein (α-helix).
2. Multi-pass transmembrane protein (α-helices).
3. β -barrel (opgerolde β-sheet; multi-pass).
4. Integraal eiwit: amfipatisch deel in lipide monolaag.
5. Integraal eiwit: vetzuur houdt eiwit bij de monolaag.
6. GPI anker (zie hoofdstuk 12).
7/8. Perifere eiwitten: worden door niet covalente
interacties bij het membraan gehouden.
Lipide ankers
Myristoyl anker: verzadigde vetzuurstaart, 14C atomen.
Palitoyl anker: verzadigde vetzuurstaart, 16C atomen.
Farnesyl anker: onverzadigde koolwaterstof, 15C atomen.
Oplossen van membraan eiwitten
Detergenten/zepen: kleine amfipatische moleculen die verschillende
structuren en ladingen kunnen hebben. In hoge concentraties komen deze
naast hun monomere vorm ook voor als micellen. Met de hydrofobe staarten
dekken detergenten hydrofobe delen van eiwitten en membraan delen af.
Hoog zout: verwijdering van perifere eiwitten.
Van belang bij het bestuderen van membraan eiwitten.
2
De lipide bilaag
Amfipatisch: lipiden hebben een hydrofiele kant (polair) en een hydrofobe kant (apolair). Hierdoor
kunnen lipiden een bilaag structuur vormen.
Verschillende kopgroepen in lipiden en glycolipiden
Fosfatidylethanolamine: glycerol, fosfaat en ethanolamine.
Fosfatidylserine: glycerol, fosfaat en serine kopgroep (negatief).
Fosfatidylcholine: glycerol, fosfaat en choline kopgroep.
Sfingomyeline: sfingosine, fosfaat en choline kopgroep.
Glycolipiden: suikergroep in plaats van fosfaat. Komen veel in de
buitenste monolaag voor, als bescherming.
Cholesterol: een sterol met vier ringstructuren en daaraan een
polaire OH-groep. Aan de andere kant zit een apolaire staart.
Vorming van membranen
Micellen (B): vetzuurstaarten gaan bij elkaar zitten, met de polaire
kopgroepen naar buiten gericht.
Bilaag (A): hydrofobe staarten naar binnen gericht (cilindrische lipiden), want dit is
de meest energetisch voordelig arrangement.
Hoewel er een bilaag gevormd wordt, zitten er toch componenten in die niet in de
bilaag structuur willen zitten. Als dit evenwicht wordt verstoord, kan de cel doodgaan
omdat de membraan niet meer in stand gehouden kan worden.
Mobiliteit van fosfolipiden
Fosfolipiden hebben flexibele vetzuurstaarten, kunnen roteren om hun eigen as en
kunnen lateraal diffunderen (lipiden ruilen van plaats met hun buurman). Daarnaast bestaat er ook
‘flip-flop’, maar dit is een zeldzaam fenomeen (m.u.v. cholesterol): hierbij springt een lipid van de
ene monolaag naar de ander, wat energetisch ongunstig is.
Vloeibaarheid van membranen beïnvloedt de functie
De vloeibaarheid van membranen is afhankelijk van de samenstelling en de temperatuur. Om
transport en enzymatische activiteit mogelijk te houden, moet het membraan vloeibaar blijven.
Temperatuur: het bevriespunt van membranen wordt lager, naarmate vetzuurstaarten meer
dubbele bindingen bevatten en kort zijn. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat de vetzuurstaarten
minder makkelijk met elkaar kunnen interacteren, waardoor het membraan minder ‘vast’ wordt.
Cholesterol: cholesterol gaat tussen de vetzuurstaarten van lipiden zitten, en zorgt er dan met zijn
vaste ringstructuur voor dat het membraan minder permeabel wordt. Het membraan wordt echter
niet minder vloeibaar: cholesterol voorkomt juist dat er interactie plaatsvindt tussen vetzuurstaarten.
Wat gebeurt er met eiwitten als lipiden van vast naar vloeibaar gaan of andersom?
Bij normale lichaamstemperatuur zijn eiwitten normaal verdeeld over het plasmamembraan.
Naarmate de temperatuur lager wordt, worden eiwitten naar gebieden gedreven die het langst
vloeibaar blijven -> fasescheiding op lipid niveau kan dus invloed hebben op eiwitverdeling.
Lipid rafts: korte samenkomst van lipiden in een domein. Eiwitten die hier samenkomen helpen de
lipid raft te stabiliseren. Deze gebieden zijn rijk aan sfingolipiden en cholesterol, waardoor deze
delen van het membraan dikker zijn (vetzuurstaarten van sfingolipiden zijn langer en rechter).
1
, Functie lipid rafts:
- Concentreren van eiwitten (voor vesiculair transport).
- Samenbrengen van eiwitten voor samenwerking.
Assymetrie van de lipide bilaag
De compositie van de monolagen in een bilaag verschillen
(assymetrisch). Bijvoorbeeld in rode bloedcellen zitten
negatief geladen lipiden aan de cytosolische kant.
- Signaalfunctie: flip-flop met behulp van enzymen van
negatieve lipiden (signaal doorgeven aan extracellulaire
ruimte).
- Signaaltransductie: als lipiden gefosforyleerd worden kunne ze als docking site fungeren voor
eiwitten.
Modificaties van lipiden
Fosfolipase A(1 en 2): knipt vetzuurstaarten van het lipide af, daarna hou je een lysofosfolipid
over met andere eigenschappen.
Fosfolipase C: knipt de kopgroep eraf, waarna je een diacylglycerol overhoudt (DAG).
Fosfolipase D: knipt ook kopgroep eraf, maar net na het fosfaat, waardoor je een fosfatidezuur
overhoudt.
Deze modificaties spelen een belangrijke rol bij signaaltransducties.
Membraan eiwitten
Transmembrane eiwitten: amfipatisch (hydrofobe en hydrofiele delen).
Associatie van eiwitten met de lipide bilaag
1. Single-pass transmembrane protein (α-helix).
2. Multi-pass transmembrane protein (α-helices).
3. β -barrel (opgerolde β-sheet; multi-pass).
4. Integraal eiwit: amfipatisch deel in lipide monolaag.
5. Integraal eiwit: vetzuur houdt eiwit bij de monolaag.
6. GPI anker (zie hoofdstuk 12).
7/8. Perifere eiwitten: worden door niet covalente
interacties bij het membraan gehouden.
Lipide ankers
Myristoyl anker: verzadigde vetzuurstaart, 14C atomen.
Palitoyl anker: verzadigde vetzuurstaart, 16C atomen.
Farnesyl anker: onverzadigde koolwaterstof, 15C atomen.
Oplossen van membraan eiwitten
Detergenten/zepen: kleine amfipatische moleculen die verschillende
structuren en ladingen kunnen hebben. In hoge concentraties komen deze
naast hun monomere vorm ook voor als micellen. Met de hydrofobe staarten
dekken detergenten hydrofobe delen van eiwitten en membraan delen af.
Hoog zout: verwijdering van perifere eiwitten.
Van belang bij het bestuderen van membraan eiwitten.
2
