Hoorcolleges Celbiologie
Hoorcollege 1 – celbiologie 1 – F. Qua2rocchio
Cytosol en cytoplasma is hetzelfde
Wat voor func7es hebben membranen?
• Afscheiding cel-omgeving
o Kleine moleculen
o Ionen
o Grote moleculen
• Afscheiding organellen
• Genereren/controleren van gradiënten (buiten + binnen – of andersom)
• Genereren/controleren van poten7alen
• Matrix voor eiwiJen
Benodigde eigenschappen van membranen:
• Afsluitend
• Selec7ef permeabel (dynamisch) à à à à à
• Func7oneren in een waterige omgeving
• Rekbaar/vormbaar
• Dierlijke cellen: plasmamembraan meestal buitenkant van de cel
• Planten, schimmels, bacteriën hebben ook nog een celwand!!!
Fosfolipiden: hydrofiele kop en hydrofobe staart
Lipiden in een cirkel à micel
Cholesterol zorgt voor stevigheid van het membraan: zit tussen de staarten
Een membraan is zelYelend - Energe7sch het meest voordelig is een structuur waar het apolaire deel van
de lipiden helemaal niet in aanraking komt met het water
Vetzuren verschillen van elkaar in:
• De mate van verzadiging
• De lengte van de ketens
• Verzadigde (geen dubbele bindingen) vetzuren zijn meer geordend in de membraan, en leiden tot
een minder vloeibare membraan
• Langere vetzuurketens hebben meer interac7e met elkaar, en leiden ook tot een minder vloeibare
membraan
• Dus, kortere onverzadigde (dubbele bindingen) vetzuren leiden tot meer vloeibare membranen
Onverzadigde vetzuren hebben meer ‘kinks’, daardoor is er meer laterale diffusie, en kunnen meer kleine
(ongeladen) moleculen doordringen in de dubbellaag
Bij hogere temperaturen zijn er minder onverzadigde vetzuren – anders wordt alles te vloeibaar
Integrale membraan eiwiJen zijn niet los te maken zonder de lipid bilayer van de membraan zelf aan te
tasten
Transmembraan: α-helices rijk aan apolaire aminozuren kunnen transmembraan helices zijn
Polair is hydrofiel
Een transmembraan eiwit kan ook d.m.v. een β-barrel de membraan passeren
Hebben een hydrofiel interieur
Hebben een deksel, en gaat dicht wanneer er geen moleculen doorheen moeten
Lipid rad: in deze domeinen kunnen eiwiJen bewegen en daarbuiten niet; een soort dijk aan beide kanten
Dat beïnvloedt processen zoals bijvoorbeeld fosfolipide signalering maar ook de oriënta7e van gradiënten
rond de membraan
De membraan kan beschouwd worden als een 2-dimensionale vloeistof
,Laterale diffusie kan worden beperkt …
In epitheliumcellen zijn veel eiwiJen beperkt tot de basale, en andere tot de apicale kant van het epitheel
De laterale mobiliteit van eiwiJen wordt op verschillende manieren beperkt:
• Self-assembly
• Tethered to macromolecules outside
• Tethered to macromolecules inside
• Cell-cell adhesion
• Cytoskeleton
o Domeinen (corrals) zijn gemaakt in de membraan door het cytoskeleton. Elke eiwit
gebonden aan het cytoskeleton kan alleen bewegen binnen zo’n domein. Dit kan gezien
worden door het labele van de eiwiJen met GFP’s van verschillende kleuren.
Eiwitdiffusie in de membraan wordt beperkt door het onderliggende ac7necytoskelet.
Extra beperking wordt veroorzaakt door eiwit-eiwit interac7es.
Samen leidt dit tot subcompar7mentering van de membraan.
Membrane is hydrophobic (lipophilic)
Hydrophobic molecules pass easily
Hydrophylic molecules (much) more difficult
3 typen gradiënten
• Chemisch (verschil in concentra7e)
• Elektrisch (voltage over membraan agv concentra7e verschillen
van + en – ionen)
• Electro-chemisch (kunnen samenwerken of tegen elkaar in
werken)
Channel is minder ac7ef, omdat het niet van
vorm verandert niks
Ionoforen verhogen permeabiliteit van membranen voor
ionen
Gebeurt passief – geen energie nodig
Passief transport = gefaciliteerde diffusie
• Carrier vergroot de ‘oplosbaarheid’ van het molecuul in de membraan.
• De carrier heed twee conforma7es (‘states’)
• Diffusie volgens gradient
,Transport via diffusie versus transport via carriers
• Gewone diffusie is niet verzadigbaar,
• Carrier-gemedieerde diffusie wel
o Snelheid aYankelijk van affiniteit (Km) en aantal carrier molecule Vmax
o Net als voor snelheid van andere reac7es gekatalyseerd door enzymen
Ac7ef transport, om tegen de stroom op te roeien.
• Net als met enzyme (bijv een ATP gedreven reac7e)
• Door koppeling met energie-leverend proces
• Binding van het substraat is dan aYankelijk van binding van
het ‘hulpsubstraat’.
o De ene stof helpt de andere stof door te binden en
deze tegen de gradiënt in te brengen
o De energie van de een wordt overgedragen naar de
ander
De relevan7e van pH
• Func7e van eiwiJen (lading van groepen, vouwing)
• Func7e van enzymen ("op7male" pH voor func7oneren)
• Lading van fosfolipiden
• Lading van metabolieten
• Redox balans
• Energie genera7e (pH gradienten)
• Eiwitsortering (Mitochondrion, ER en Golgi, college 3&4)
• pH homeostase is direct gekoppeld aan energie huishouding
, Verschillende pompen voor protonen transport
• In de plasmamembraan
• In de mitochondriële membraan
• In de lysosomale/vacuolaire membraan
In mitochondria
• ademhalings keten: flow (downhill!) van elektronen via reeks
van eiwiten => energie voor H+ pomp
• “backflow” van H+ (downhill) via ATP synthase => ATP
Lysosoom/vacuole, ander “endomembraancomper7menten”
• V-ATPase proton pomp
• Lijkt sterk op ATPsynthase
• Maar werkt andersom => verbrand ATP om H+ te pompen.
• Creëert een electrochemische (H+) gradiënt => drijd symporters en an7porters aan
Natrium kan ten koste van ATP weer naar buiten worden gepompt (en kalium naar binnen). In zoogdieren
wordt natrium-gradient gedreven transport dan ook secondary ac7ve transport genoemd
Al7jd meer natrium buiten dan kalium binnen
Hoorcollege 1 – celbiologie 1 – F. Qua2rocchio
Cytosol en cytoplasma is hetzelfde
Wat voor func7es hebben membranen?
• Afscheiding cel-omgeving
o Kleine moleculen
o Ionen
o Grote moleculen
• Afscheiding organellen
• Genereren/controleren van gradiënten (buiten + binnen – of andersom)
• Genereren/controleren van poten7alen
• Matrix voor eiwiJen
Benodigde eigenschappen van membranen:
• Afsluitend
• Selec7ef permeabel (dynamisch) à à à à à
• Func7oneren in een waterige omgeving
• Rekbaar/vormbaar
• Dierlijke cellen: plasmamembraan meestal buitenkant van de cel
• Planten, schimmels, bacteriën hebben ook nog een celwand!!!
Fosfolipiden: hydrofiele kop en hydrofobe staart
Lipiden in een cirkel à micel
Cholesterol zorgt voor stevigheid van het membraan: zit tussen de staarten
Een membraan is zelYelend - Energe7sch het meest voordelig is een structuur waar het apolaire deel van
de lipiden helemaal niet in aanraking komt met het water
Vetzuren verschillen van elkaar in:
• De mate van verzadiging
• De lengte van de ketens
• Verzadigde (geen dubbele bindingen) vetzuren zijn meer geordend in de membraan, en leiden tot
een minder vloeibare membraan
• Langere vetzuurketens hebben meer interac7e met elkaar, en leiden ook tot een minder vloeibare
membraan
• Dus, kortere onverzadigde (dubbele bindingen) vetzuren leiden tot meer vloeibare membranen
Onverzadigde vetzuren hebben meer ‘kinks’, daardoor is er meer laterale diffusie, en kunnen meer kleine
(ongeladen) moleculen doordringen in de dubbellaag
Bij hogere temperaturen zijn er minder onverzadigde vetzuren – anders wordt alles te vloeibaar
Integrale membraan eiwiJen zijn niet los te maken zonder de lipid bilayer van de membraan zelf aan te
tasten
Transmembraan: α-helices rijk aan apolaire aminozuren kunnen transmembraan helices zijn
Polair is hydrofiel
Een transmembraan eiwit kan ook d.m.v. een β-barrel de membraan passeren
Hebben een hydrofiel interieur
Hebben een deksel, en gaat dicht wanneer er geen moleculen doorheen moeten
Lipid rad: in deze domeinen kunnen eiwiJen bewegen en daarbuiten niet; een soort dijk aan beide kanten
Dat beïnvloedt processen zoals bijvoorbeeld fosfolipide signalering maar ook de oriënta7e van gradiënten
rond de membraan
De membraan kan beschouwd worden als een 2-dimensionale vloeistof
,Laterale diffusie kan worden beperkt …
In epitheliumcellen zijn veel eiwiJen beperkt tot de basale, en andere tot de apicale kant van het epitheel
De laterale mobiliteit van eiwiJen wordt op verschillende manieren beperkt:
• Self-assembly
• Tethered to macromolecules outside
• Tethered to macromolecules inside
• Cell-cell adhesion
• Cytoskeleton
o Domeinen (corrals) zijn gemaakt in de membraan door het cytoskeleton. Elke eiwit
gebonden aan het cytoskeleton kan alleen bewegen binnen zo’n domein. Dit kan gezien
worden door het labele van de eiwiJen met GFP’s van verschillende kleuren.
Eiwitdiffusie in de membraan wordt beperkt door het onderliggende ac7necytoskelet.
Extra beperking wordt veroorzaakt door eiwit-eiwit interac7es.
Samen leidt dit tot subcompar7mentering van de membraan.
Membrane is hydrophobic (lipophilic)
Hydrophobic molecules pass easily
Hydrophylic molecules (much) more difficult
3 typen gradiënten
• Chemisch (verschil in concentra7e)
• Elektrisch (voltage over membraan agv concentra7e verschillen
van + en – ionen)
• Electro-chemisch (kunnen samenwerken of tegen elkaar in
werken)
Channel is minder ac7ef, omdat het niet van
vorm verandert niks
Ionoforen verhogen permeabiliteit van membranen voor
ionen
Gebeurt passief – geen energie nodig
Passief transport = gefaciliteerde diffusie
• Carrier vergroot de ‘oplosbaarheid’ van het molecuul in de membraan.
• De carrier heed twee conforma7es (‘states’)
• Diffusie volgens gradient
,Transport via diffusie versus transport via carriers
• Gewone diffusie is niet verzadigbaar,
• Carrier-gemedieerde diffusie wel
o Snelheid aYankelijk van affiniteit (Km) en aantal carrier molecule Vmax
o Net als voor snelheid van andere reac7es gekatalyseerd door enzymen
Ac7ef transport, om tegen de stroom op te roeien.
• Net als met enzyme (bijv een ATP gedreven reac7e)
• Door koppeling met energie-leverend proces
• Binding van het substraat is dan aYankelijk van binding van
het ‘hulpsubstraat’.
o De ene stof helpt de andere stof door te binden en
deze tegen de gradiënt in te brengen
o De energie van de een wordt overgedragen naar de
ander
De relevan7e van pH
• Func7e van eiwiJen (lading van groepen, vouwing)
• Func7e van enzymen ("op7male" pH voor func7oneren)
• Lading van fosfolipiden
• Lading van metabolieten
• Redox balans
• Energie genera7e (pH gradienten)
• Eiwitsortering (Mitochondrion, ER en Golgi, college 3&4)
• pH homeostase is direct gekoppeld aan energie huishouding
, Verschillende pompen voor protonen transport
• In de plasmamembraan
• In de mitochondriële membraan
• In de lysosomale/vacuolaire membraan
In mitochondria
• ademhalings keten: flow (downhill!) van elektronen via reeks
van eiwiten => energie voor H+ pomp
• “backflow” van H+ (downhill) via ATP synthase => ATP
Lysosoom/vacuole, ander “endomembraancomper7menten”
• V-ATPase proton pomp
• Lijkt sterk op ATPsynthase
• Maar werkt andersom => verbrand ATP om H+ te pompen.
• Creëert een electrochemische (H+) gradiënt => drijd symporters en an7porters aan
Natrium kan ten koste van ATP weer naar buiten worden gepompt (en kalium naar binnen). In zoogdieren
wordt natrium-gradient gedreven transport dan ook secondary ac7ve transport genoemd
Al7jd meer natrium buiten dan kalium binnen
