Cellulaire fysiologie
EXAMENVRAGEN
Hoofdstuk 1
1) Geef de algemene structuur van fosfolipiden en de opbouw van het
plasmamembraan, inclusief regulatie vloeibaarheid en rol van cholesterol.
De plasmamembraan is niet uniform, moet vloeibaar blijven, maar niet te vloeibaar anders ontstaan
er scheuren, selectief permeabel.
Transitietemperatuur = temperatuur waarbij fosfolipide dubbellaag switched tussen
de vloeibare solfase en de vaste gelfase
Fosfatidylserine = negatief geladen aan de buitenzijde dus kant van het cytoplasma is het negatief
De cytosolische zijde is deels negatief geladen
Kleine hoofdjes
- Verder uit elkaar steken
- Buiging van het plasmamembraan
- Asymmetrie beïnvloedt ook de buiging
Lipid Bilayer (celmembraan)
a. Membraan lipiden vormen spontaan een bilayer (dubbellaag) in water door amfipatisch
karakter amfipatisch doordat: 'head' (hoofd) = polair/hydrofiel (wijst naar water milieu) 'tail'
(staart) = apolair/hydrofoob meeste membraanlipiden zijn fosfolipiden, bv fosfatidylcholine
Hoofd: glycerol - P (fosfaat) - choline
Staarten: 2 acyl staarten verzadigd: recht onverzadigd: knik thv double bond andere
membraanlipiden: cholesterol / glycolipiden energetische interacties: hoofd >< H2O staart >< staart
(exclusie van H2O) resultaat: micel dubbellaag: zelfsluitend (kan geen vrije rand hebben) → spontaan
vesikel vorming → spontaan 'helen' bij ruptuur
Glycerol backbone triglycerol 3 vetzuurstaarten aangekoppeld
b. De dubbellaag vormt een 2D 'vloeibare fase' lipiden: vrije laterale diffusie in het vlak van een
dubbellaag leaflet
Beweging Laterale diffusie snelheid in bilayer leaflet: ~ 10-8 cm2/s Rotatie/flexie van lipide: snel Flip-
flop (naar andere leaflet): uiterst zelden (hoge energie barrière; vereist Flippase en Floppase
enzymen)
Vloeibaarheid van membraan wordt bepaald door lipiden compositie
Zuiver fosfolipiden membraan: fasetransitie ´gel´ vaste conformatie naar ´sol´ vloeibaar bij
smelt/transitie-temperatuur de transitie-temperatuur hangt af van 'packing' (samenstelling)
membraan:
1. Lengte fosfolipide staarten: 14-24 C (meeste 18-20), korter → meer vloeibaar
2. Aantal onverzadigdheden in lipide staarten: Verzadigd 'recht' → dichte packing Onverzadigd
'kink' → minder packing → vloeibaar bij lagere temperatuur (vb plantaardige olie)
1
, 3. Hoe langer de ketens, hoe meer interactieoppervlakte hoe meer interactie dus over het
algemeen
4. Hoe minder interactie hoe vloeibaarder
Biologische membraan
- algemene principes maar meerdere soorten lipiden
- Cholesterol: intercaleert met onverzadigde lipiden en heeft 2 effecten
o Wordt zelf door het lichaam aangemaakt
o Balans is belangrijk
o lipofiel
o Bepaald de vloeibaarheid van het membraan
o rigide ring stabiliseert C-atomen nabij 'head' → rigider, minder permeabel
o cholesterol belet staart-staart interactie (kristallisatie): membraan blijft vloeibaar
- Vloeibaarheid/stijfheid van bilayer leaflet bepaald permeabiliteit van membraan
'Lipid rafts':
- Lokale concentratie van specifieke lipiden, sfingomyeline, cholesterol + proteinen
- Meestal dikker dan rest membraan door de aanrijking van verzadigde fosfolipiden.
- Spelen een rol in signaaltransductie
- Bevatten glycolipiden (geglycosyleerde fosfolipiden)
Asymmetrie flipflopbewegingen niet frequent
Door plaats van biosynthese
Lumen van endoplasmatisch reticulum
Sfingomyeline bevindt zich aan de buitenzijde
Als er sprake is van vloeibaarheid bewegen de vetzuurstaarten nog, de fosfolipiden bewegen lateraal.
- Flipflop beweging kan hier niet want dat gebeurt heel sporadisch.
- Flippase (van extracellulaire leaflet naar binnen), floppase (omgekeerd) en scramblase (in
beide richtingen)
2) Bespreek de asymmetrie in lipide compositie van het celmembraan: hoe
wordt dit gegenereerd en wat zijn de implicaties.
Fosfolipiden worden aangemaakt in het smooth endoplasmatisch reticulum (lumen en
cytoplasmatische zijde) en in het golgi apparaat.
- ((cytoplasmatische zijde, endoplasmatisch reticulum => binnenzijde))
- ((lumen = buitenzijde (sfyngomyeline)))
De asymmetrie is ontstaan door biosynthese. De samenstelling van de binnenzijde is niet hetzelfde
als de samenstelling van de buitenzijde.
De lipidecompositie is verschillend voor de inner en de outer leaflet van de celmembraan.
- De inner leaflet bestaat hoofdzakelijk uit fosfatidylethanolamine en fosfatidylserine
- de outer leaflet bestaat alleen uit fosfatidylcholine bestaan
Deze asymmetrie is tijdens de biosynthese van de fosfolipiden gegenereerd.
2
,De meeste fosfolipiden worden gesynthetiseerd aan de cytosolische zijde van het ER en zullen dan
verplaatst worden naar de inner leaflet maar fosfatidylcholine wordt ook aan deze kant van het ER
gesynthetiseerd en wordt door flippases dan van de inner naar de outer leaflet getransporteerd.
Fosfatidylserine (FS)
- lichtjes geladen waardoor de inner leaflet negatiever is dan de outer leaflet.
- reguleert de incorporatie van membraaneiwitten door de negatieve lading die ze draagt
De asymmetrie van de celmembraan is heel belangrijk en bij verlies van asymmetrie bv. wanneer FS
zich in de outer leaflet bevindt ipv de inner leaflet, is dit een indicatie dat de cel in apoptose gaat.
PIP2
- is een fosfolipide
- bevindt zich aan de cytoplasmatische zijde van de celmembraan
- is belangrijk voor de IP3-DAG/PKC… signaalcascade
Verder is de celmembraan gebogen naar binnen doordat de kopgroepen op de fosfolipiden die zich
in de outer leaflet bevinden groter zijn dan die van degenen die zich in de inner leaflet bevinden.
Glycolipiden bevinden zich ook altijd aan de buitenkant van de celmembraan.
Hoofdstuk 2: Signaal transductie
1) Bespreek de bimoleculaire reactie van ligand-receptor interactie, inclusief
concentratie-effect curve en betekenis/impact K D waarde en Hill nummer.
Door de bimoleculaire reactie kunnen we bepalen hoe groot de concentratie ligand moet zijn om alle
receptoren
k [X]
- Kd = dissociatieconstante in M R+X RX Effect ~
l [X]+K D
- [R]= concentratie receptor in M,
- [X]= concentratie ligand in M [R]*[X]
dissociatie constante KD = dus is in M
Het effect wordt bepaald door de dissociatieconstante. Een is representatief voor affiniteit [RX]
lage Kd waarde zorgt ervoor dat het complex lang blijft bestaan. K d waarde kan K D = l/k
veranderd worden door de affiniteit van een receptor voor een ligand te veranderen.
k
r is de receptor en x is het ligand van deze twee factoren komt het product RX wat het complex is.
De dissociatieconstante is hier belangrijk, heeft een terugwaartse snelheid/complex. Als de
concentratie te laag is, is er geen effect.
Hill-functie n= Hill nummer = geen reflectie van het aantal bindingsplaatsen
Stel dat 3 bindingsplaatsen bezet moeten zijn dan kan het dat het Hill nummer 3 is, maar er is geen
zekerheid geeft ook een zekere coöperativiteit weer.
- Geeft de cooperativiteit weer tussen het aantal bindingsplaatsen
- Hoe groter het Hill-nummer, hoe groter de cooperativiteit hoe meer bindingsplaatsen er
bezet moeten zijn om een effect te hebben
- Cooperativiteit verhoogt ook de affiniteit
3
, De grafiek geeft weer dat:
De curve met de grootste Hill-nummer de steilste is omdat de
cooperativiteit daar het grootste is. affiniteit verhoogd
De formule naast de grafiek is de Hill-functie waarbij EC50= Kd, E=
effect, Emax= maximaal effect, [L]= concentratie ligand
Hill-functie = wordt gebruikt om dosis-effect curves te fitten en Hill nummer verwijst naar de graad
van cooperativiteit tussen de bindingsplaatsen.
De IC50 waarde is hetzelfde als de Kd-waarde en dit is de waarde van [X] waarbij de effectgrootte 50%
is. Hoe lager de Kd-waarde dus, hoe sneller er een effect is dus hoe hoger de affiniteit.
Hoe lang blijft ligand-receptor complex gevormd?
- Hoe lager de affiniteit complex blijft langer bestaan.
- Micromoleculaire complex blijft minder langs bestaan
2) Geef de algemene structuur van een G-proteïne gekoppelde receptor en
bespreek de 3 belangrijkste ga-proteïne effector modulatie mechanismen
van G-proteïne gekoppelde receptoren. Geef eveneens 1 voorbeeld
waarbij gβϒ-proteïne bij betrokken is (dit is dus ga-proteïne onafhankelijke
signaling).
G proteïne gekoppelde receptor is een metabotrope receptor gebeurd via 2nd messengers die de
activiteit van ionenkanalen, enzymen, transcriptiefactoren wijzigt.
De algemene structuur heeft 7 transmembraan segmenten, bestaat meestal als monomeer maar
soms al heteromeer. N-terminus is extracellulair en bevat receptor, C-terminus is intracellulair vormt
het hydrofiele domein. 3e intracellulaire loop: binding G-proteïne. Haar bindingsplaats is
intracellulair. Grote cytoplasmatische loop bestaande uit vnl hydrofiele aminozuren, bevindt zich
tussen helices 5 en 6: binding G-proteïne
Heterotrimeren bestaande uit verschillende combinaties van verschillende α, β en Ƴ subeenheden.
18 verschillende soorten α, 5 verschillende β en 12 verschillende ϒ. α en Ƴ verankerd aan
cytosolleaflet plasmamembraan (α= myristil of palmitoyl, γ= prenyl. Grote klassen van G-proteïnes,
de 5 belangrijkste zijn Gs, Gi, Gq, Golf en Gt.
Ligand bindingsplaats kan uit verschillende extracellulaire regio’s zijn opgebouwd:
- Kleine liganden binden aan regio’s dicht bij membraan
- Delen van N-terminus kunnen betrokken zijn bij binding grotere liganden
De signaaltransductie gebeurd als volgt Herkenning, transductie, transmissie, modulatie effector,
respons, stoppen signaal
Drie belangrijkste effector proteïnen:
1) Moduleren van adenylyl cyclase activiteit (cAMP concentratie): Hoe lang is Gα actief? tot
GTP => GDP vb. Cholera toxine => blokkeert GTPase activiteit Gαs (permanent actief, zal
ervoor zorgen dat cAMP blijft stijgen) => cAMP toename => Cl conductantie toename =>
waterverlies => geïnhibeerd
• modulatie kanaal/receptor activiteit
4
EXAMENVRAGEN
Hoofdstuk 1
1) Geef de algemene structuur van fosfolipiden en de opbouw van het
plasmamembraan, inclusief regulatie vloeibaarheid en rol van cholesterol.
De plasmamembraan is niet uniform, moet vloeibaar blijven, maar niet te vloeibaar anders ontstaan
er scheuren, selectief permeabel.
Transitietemperatuur = temperatuur waarbij fosfolipide dubbellaag switched tussen
de vloeibare solfase en de vaste gelfase
Fosfatidylserine = negatief geladen aan de buitenzijde dus kant van het cytoplasma is het negatief
De cytosolische zijde is deels negatief geladen
Kleine hoofdjes
- Verder uit elkaar steken
- Buiging van het plasmamembraan
- Asymmetrie beïnvloedt ook de buiging
Lipid Bilayer (celmembraan)
a. Membraan lipiden vormen spontaan een bilayer (dubbellaag) in water door amfipatisch
karakter amfipatisch doordat: 'head' (hoofd) = polair/hydrofiel (wijst naar water milieu) 'tail'
(staart) = apolair/hydrofoob meeste membraanlipiden zijn fosfolipiden, bv fosfatidylcholine
Hoofd: glycerol - P (fosfaat) - choline
Staarten: 2 acyl staarten verzadigd: recht onverzadigd: knik thv double bond andere
membraanlipiden: cholesterol / glycolipiden energetische interacties: hoofd >< H2O staart >< staart
(exclusie van H2O) resultaat: micel dubbellaag: zelfsluitend (kan geen vrije rand hebben) → spontaan
vesikel vorming → spontaan 'helen' bij ruptuur
Glycerol backbone triglycerol 3 vetzuurstaarten aangekoppeld
b. De dubbellaag vormt een 2D 'vloeibare fase' lipiden: vrije laterale diffusie in het vlak van een
dubbellaag leaflet
Beweging Laterale diffusie snelheid in bilayer leaflet: ~ 10-8 cm2/s Rotatie/flexie van lipide: snel Flip-
flop (naar andere leaflet): uiterst zelden (hoge energie barrière; vereist Flippase en Floppase
enzymen)
Vloeibaarheid van membraan wordt bepaald door lipiden compositie
Zuiver fosfolipiden membraan: fasetransitie ´gel´ vaste conformatie naar ´sol´ vloeibaar bij
smelt/transitie-temperatuur de transitie-temperatuur hangt af van 'packing' (samenstelling)
membraan:
1. Lengte fosfolipide staarten: 14-24 C (meeste 18-20), korter → meer vloeibaar
2. Aantal onverzadigdheden in lipide staarten: Verzadigd 'recht' → dichte packing Onverzadigd
'kink' → minder packing → vloeibaar bij lagere temperatuur (vb plantaardige olie)
1
, 3. Hoe langer de ketens, hoe meer interactieoppervlakte hoe meer interactie dus over het
algemeen
4. Hoe minder interactie hoe vloeibaarder
Biologische membraan
- algemene principes maar meerdere soorten lipiden
- Cholesterol: intercaleert met onverzadigde lipiden en heeft 2 effecten
o Wordt zelf door het lichaam aangemaakt
o Balans is belangrijk
o lipofiel
o Bepaald de vloeibaarheid van het membraan
o rigide ring stabiliseert C-atomen nabij 'head' → rigider, minder permeabel
o cholesterol belet staart-staart interactie (kristallisatie): membraan blijft vloeibaar
- Vloeibaarheid/stijfheid van bilayer leaflet bepaald permeabiliteit van membraan
'Lipid rafts':
- Lokale concentratie van specifieke lipiden, sfingomyeline, cholesterol + proteinen
- Meestal dikker dan rest membraan door de aanrijking van verzadigde fosfolipiden.
- Spelen een rol in signaaltransductie
- Bevatten glycolipiden (geglycosyleerde fosfolipiden)
Asymmetrie flipflopbewegingen niet frequent
Door plaats van biosynthese
Lumen van endoplasmatisch reticulum
Sfingomyeline bevindt zich aan de buitenzijde
Als er sprake is van vloeibaarheid bewegen de vetzuurstaarten nog, de fosfolipiden bewegen lateraal.
- Flipflop beweging kan hier niet want dat gebeurt heel sporadisch.
- Flippase (van extracellulaire leaflet naar binnen), floppase (omgekeerd) en scramblase (in
beide richtingen)
2) Bespreek de asymmetrie in lipide compositie van het celmembraan: hoe
wordt dit gegenereerd en wat zijn de implicaties.
Fosfolipiden worden aangemaakt in het smooth endoplasmatisch reticulum (lumen en
cytoplasmatische zijde) en in het golgi apparaat.
- ((cytoplasmatische zijde, endoplasmatisch reticulum => binnenzijde))
- ((lumen = buitenzijde (sfyngomyeline)))
De asymmetrie is ontstaan door biosynthese. De samenstelling van de binnenzijde is niet hetzelfde
als de samenstelling van de buitenzijde.
De lipidecompositie is verschillend voor de inner en de outer leaflet van de celmembraan.
- De inner leaflet bestaat hoofdzakelijk uit fosfatidylethanolamine en fosfatidylserine
- de outer leaflet bestaat alleen uit fosfatidylcholine bestaan
Deze asymmetrie is tijdens de biosynthese van de fosfolipiden gegenereerd.
2
,De meeste fosfolipiden worden gesynthetiseerd aan de cytosolische zijde van het ER en zullen dan
verplaatst worden naar de inner leaflet maar fosfatidylcholine wordt ook aan deze kant van het ER
gesynthetiseerd en wordt door flippases dan van de inner naar de outer leaflet getransporteerd.
Fosfatidylserine (FS)
- lichtjes geladen waardoor de inner leaflet negatiever is dan de outer leaflet.
- reguleert de incorporatie van membraaneiwitten door de negatieve lading die ze draagt
De asymmetrie van de celmembraan is heel belangrijk en bij verlies van asymmetrie bv. wanneer FS
zich in de outer leaflet bevindt ipv de inner leaflet, is dit een indicatie dat de cel in apoptose gaat.
PIP2
- is een fosfolipide
- bevindt zich aan de cytoplasmatische zijde van de celmembraan
- is belangrijk voor de IP3-DAG/PKC… signaalcascade
Verder is de celmembraan gebogen naar binnen doordat de kopgroepen op de fosfolipiden die zich
in de outer leaflet bevinden groter zijn dan die van degenen die zich in de inner leaflet bevinden.
Glycolipiden bevinden zich ook altijd aan de buitenkant van de celmembraan.
Hoofdstuk 2: Signaal transductie
1) Bespreek de bimoleculaire reactie van ligand-receptor interactie, inclusief
concentratie-effect curve en betekenis/impact K D waarde en Hill nummer.
Door de bimoleculaire reactie kunnen we bepalen hoe groot de concentratie ligand moet zijn om alle
receptoren
k [X]
- Kd = dissociatieconstante in M R+X RX Effect ~
l [X]+K D
- [R]= concentratie receptor in M,
- [X]= concentratie ligand in M [R]*[X]
dissociatie constante KD = dus is in M
Het effect wordt bepaald door de dissociatieconstante. Een is representatief voor affiniteit [RX]
lage Kd waarde zorgt ervoor dat het complex lang blijft bestaan. K d waarde kan K D = l/k
veranderd worden door de affiniteit van een receptor voor een ligand te veranderen.
k
r is de receptor en x is het ligand van deze twee factoren komt het product RX wat het complex is.
De dissociatieconstante is hier belangrijk, heeft een terugwaartse snelheid/complex. Als de
concentratie te laag is, is er geen effect.
Hill-functie n= Hill nummer = geen reflectie van het aantal bindingsplaatsen
Stel dat 3 bindingsplaatsen bezet moeten zijn dan kan het dat het Hill nummer 3 is, maar er is geen
zekerheid geeft ook een zekere coöperativiteit weer.
- Geeft de cooperativiteit weer tussen het aantal bindingsplaatsen
- Hoe groter het Hill-nummer, hoe groter de cooperativiteit hoe meer bindingsplaatsen er
bezet moeten zijn om een effect te hebben
- Cooperativiteit verhoogt ook de affiniteit
3
, De grafiek geeft weer dat:
De curve met de grootste Hill-nummer de steilste is omdat de
cooperativiteit daar het grootste is. affiniteit verhoogd
De formule naast de grafiek is de Hill-functie waarbij EC50= Kd, E=
effect, Emax= maximaal effect, [L]= concentratie ligand
Hill-functie = wordt gebruikt om dosis-effect curves te fitten en Hill nummer verwijst naar de graad
van cooperativiteit tussen de bindingsplaatsen.
De IC50 waarde is hetzelfde als de Kd-waarde en dit is de waarde van [X] waarbij de effectgrootte 50%
is. Hoe lager de Kd-waarde dus, hoe sneller er een effect is dus hoe hoger de affiniteit.
Hoe lang blijft ligand-receptor complex gevormd?
- Hoe lager de affiniteit complex blijft langer bestaan.
- Micromoleculaire complex blijft minder langs bestaan
2) Geef de algemene structuur van een G-proteïne gekoppelde receptor en
bespreek de 3 belangrijkste ga-proteïne effector modulatie mechanismen
van G-proteïne gekoppelde receptoren. Geef eveneens 1 voorbeeld
waarbij gβϒ-proteïne bij betrokken is (dit is dus ga-proteïne onafhankelijke
signaling).
G proteïne gekoppelde receptor is een metabotrope receptor gebeurd via 2nd messengers die de
activiteit van ionenkanalen, enzymen, transcriptiefactoren wijzigt.
De algemene structuur heeft 7 transmembraan segmenten, bestaat meestal als monomeer maar
soms al heteromeer. N-terminus is extracellulair en bevat receptor, C-terminus is intracellulair vormt
het hydrofiele domein. 3e intracellulaire loop: binding G-proteïne. Haar bindingsplaats is
intracellulair. Grote cytoplasmatische loop bestaande uit vnl hydrofiele aminozuren, bevindt zich
tussen helices 5 en 6: binding G-proteïne
Heterotrimeren bestaande uit verschillende combinaties van verschillende α, β en Ƴ subeenheden.
18 verschillende soorten α, 5 verschillende β en 12 verschillende ϒ. α en Ƴ verankerd aan
cytosolleaflet plasmamembraan (α= myristil of palmitoyl, γ= prenyl. Grote klassen van G-proteïnes,
de 5 belangrijkste zijn Gs, Gi, Gq, Golf en Gt.
Ligand bindingsplaats kan uit verschillende extracellulaire regio’s zijn opgebouwd:
- Kleine liganden binden aan regio’s dicht bij membraan
- Delen van N-terminus kunnen betrokken zijn bij binding grotere liganden
De signaaltransductie gebeurd als volgt Herkenning, transductie, transmissie, modulatie effector,
respons, stoppen signaal
Drie belangrijkste effector proteïnen:
1) Moduleren van adenylyl cyclase activiteit (cAMP concentratie): Hoe lang is Gα actief? tot
GTP => GDP vb. Cholera toxine => blokkeert GTPase activiteit Gαs (permanent actief, zal
ervoor zorgen dat cAMP blijft stijgen) => cAMP toename => Cl conductantie toename =>
waterverlies => geïnhibeerd
• modulatie kanaal/receptor activiteit
4
