Inhoudsopgave
H15: INTRACELLULAIRE COMPARTIMENTEN & TRANSPORT............................................................ 0
1. Membraan-omsloten organellen.................................................................................................................... 1
1.1. Een overzicht van de membraanomsloten compartimenten...................................................... 1
2. Proteïnesortering...............................................................................................................................................3
2.1. Drie verschillende mechanismen voor import van proteïnen in membraan-omsloten
compartimenten............................................................................................................................................. 3
2.2. Signaalsequenties sturen eiwitten naar het juiste compartiment.......................................... 5
2.3. De nucleus importeert eiwitten via het kernporiecomplex...................................................... 6
2.4. Eiwitten worden ontplooid voor opname in de mitochondriën.............................................. 8
2.5. Eiwitten worden tijdens de synthese het ER binnengebracht................................................. 9
2.6. Een solubel eiwit komt in het ER lumen via het translocon......................................................11
2.7. Start en stop signalen bepalen de topologie van een transmembraaneiwit in de lipide
membraan....................................................................................................................................................... 12
3. Vesikeltransport................................................................................................................................................14
3.1. Transport vesikels verplaatsen oplosbare eiwitten en membraaneiwitten tussen
compartimenten............................................................................................................................................14
3.2. Een proteïnemantel helpt vesikels vormen...................................................................................15
3.3. Vesikel docking en fusie hangt af van Tethers en SNAREs......................................................19
4. Secretorische wegen...................................................................................................................................... 21
4.1. Post-translationele modificaties in het lumen van het ER........................................................ 21
4.2. Exit uit het ER hangt af van een kwaliteitscontrole.................................................................. 22
4.3. Misfolded proteïnen in het lumen van het ER stimuleren de aanmaak van chaperones
en expansie van het ER.............................................................................................................................. 23
4.4. Eiwitten worden verder gemodificeerd en gesorteerd in het Golgi-apparaat............... 24
4.5. Secretorische eiwitten worden vrijgezet uit de cel via exocytose...................................... 26
5. Endocytotische wegen..................................................................................................................................27
5.1. Gespecialiseerde fagociterende cellen nemen grote partikels op.......................................28
5.2. Opname van vloeistof en macromoleculen via pinocytosis.................................................. 29
5.3. Receptor-gemedieerde endocytose............................................................................................ 30
5.4. Sortering van ge-endocyteerd materiaal in de endosomen.................................................. 31
5.5. Lysosomen zijn de plaats voor intracellulaire vertering..........................................................32
5.6. Membraan contact sites....................................................................................................................33
,H15: INTRACELLULAIRE COMPARTIMENTEN &
TRANSPORT
Hoe ontstaat de specifieke eiwitsamenstelling van membranen?
a) Eiwitten worden aangemaakt in het specifieke organel waar zij thuishoren.
b) Eiwitten worden op een gemeenschappelijke plaats aangemaakt en daarna gesorteerd
naar eindbestemming.
i) JUIST
c) Eiwitten worden in alle organellen en membranen aangemaakt en daarna afgebroken in
organellen waar zij niet thuishoren.
1. Membraan-omsloten organellen
1.1. Een overzicht van de membraanomsloten compartimenten
In een cel zijn verschillende compartimenten, (zakjes, buisjes, netwerk, vesikels, stapels) zoals
organellen, die worden ondersteund door het cytoskelet. Dit cytoskelet helpt bij het transport van
blaasjes door de cel. Prokaryotische cellen zoals bacteriën zijn klein en vertrouwen vaak op
diffusie voor transport, terwijl eukaryotische cellen, door hun grotere omvang, gespecialiseerde
mechanismen gebruiken, zoals motorproteïnen, voor gericht transport. Dit maakt efficiëntere en
snellere communicatie en transport mogelijk binnen de cel.
1
,Overzicht van het aantal
compartimenten in een
cel en hun celvolume
Een cel bestaat uit verschillende compartimenten, waarvan de organellen ongeveer 50% van het
celvolume innemen. Het endoplasmatisch reticulum (ER) vormt een netwerk dat een oppervlakte
heeft die 20 tot 30 keer groter is dan het oppervlak van het celmembraan (plasmamembraan).
Om de functie en inhoud van deze organellen te bestuderen, kunnen ze worden geïsoleerd via
technieken zoals differentiële centrifugatie of densiteitsgradiënt centrifugatie. Dit stelt
onderzoekers in staat om de eigenschappen van organellen in vitro te bestuderen, buiten de
celomgeving.
Elk organel moet de benodigde componenten vinden om zijn functies te kunnen uitvoeren. De cel
heeft een georganiseerd systeem om ervoor te zorgen dat alle componenten op de juiste plaats
terechtkomen, wat essentieel is voor de cel om al zijn functies te kunnen vervullen.
Belangrijkste functies van de intracellulaire compartimenten
Cytosol Het vloeibare gedeelte van het cytoplasma waarin celorganellen zich
bevinden en waar verschillende metabolische processen plaatsvinden.
Nucleus De kern van de cel, die het genetische materiaal bevat en de activiteiten
van de cel reguleert door genexpressie te controleren en betrokken te zijn
bij RNA-synthese.
Endoplasmatisch Het ER is betrokken bij eiwitsynthese, lipidebiosynthese en het transport
reticulum (ER) van moleculen binnen de cel via zijn uitgebreide membraannetwerk.
Golgi-apparaat Het Golgi-apparaat sorteert, wijzigt en verpakt eiwitten en lipiden die zijn
gesynthetiseerd in het ER, en transporteert ze naar hun juiste bestemming
binnen of buiten de cel.
Lysosomen Lysosomen zijn gevuld met enzymen die betrokken zijn bij de afbraak en
recycling van macromoleculen, evenals bij het afbreken van beschadigde
celcomponenten en het verwerken van opgenomen materialen.
2
, Endosomen Endosomen zijn betrokken bij het sorteren en recyclen van materiaal dat
de cel binnenkomt via endocytose, en spelen een rol bij het transport van
dit opgenomen materiaal naar andere delen van de cel.
Mitochondriën Mitochondriën zijn verantwoordelijk voor het genereren van de meeste
ATP via celademhaling, waarbij ze voedingsstoffen omzetten in bruikbare
energie voor de cel.
Chloroplasten Chloroplasten voeren fotosynthese uit, waarbij ze lichtenergie omzetten in
chemische energie in de vorm van glucose, met behulp van
chlorofylpigment.
Perioxisomen Perioxisomen zijn betrokken bij de afbraak van giftige stoffen zoals
waterstofperoxide, de oxidatie van vetzuren, de synthese van bepaalde
lipiden en de afbraak van purines.
2. Proteïnesortering
Eiwitsynthese begint in het cytosol met ribosomen. Het lot van een eiwit wordt bepaald door
specifieke sorteringssignalen in de aminozuursequentie. Eiwitten zonder signaal blijven in het
cytosol, terwijl anderen naar specifieke bestemmingen zoals de mitochondriën, chloroplasten,
nucleus of het endoplasmatisch reticulum moeten.
Om deze eiwitten naar de juiste plek te krijgen, gebruikt de cel verschillende transportsystemen.
Hoe weet de cel waar elk eiwit naartoe moet? Elk eiwit krijgt een label of tag die aangeeft waar
het naartoe moet, en de cel gebruikt deze code om alle eiwitten op hun plaats te krijgen.
2.1. Drie verschillende mechanismen voor import van proteïnen in
membraan-omsloten compartimenten
1. Kernporiecomplex: Dit zijn selectieve poorten
die eiwitten toelaten zonder dat ze worden
ontvouwen.
2. Eiwit translocons: Transport doorheen
hydrofobe membranen die energie vereisen en
waarbij de eiwitstructuur moet worden ontvouwen
voor transport. Deze translocons bevinden zich in
mitochondriën, chloroplasten, endoplasmatisch
reticulum en peroxisomen.
3. Transportvesikels: Deze kleine blaasjes worden
gevormd in het endoplasmatisch reticulum en
worden gebruikt voor transport naar andere
compartimenten van het endomembraansysteem,
zoals het Golgi-apparaat. Transport van membraanproteïne en luminale residente proteïnen.
3
,Twee hoofdroutes in vesiculair transport in de cel
Secretorische route:
Deze route begint in het endoplasmatisch reticulum (ER), waar eiwitten worden gesynthetiseerd
en verpakt in transportblaasjes. Deze blaasjes worden vervolgens getransporteerd naar het
Golgi-apparaat, waar ze worden gemodificeerd, gesorteerd en verder verpakt. Daarna worden ze
afgegeven aan de plasmamembraan (PM) via transportblaasjes. Eiwitten die bestemd zijn voor
uitscheiding buiten de cel worden vervolgens vrijgegeven door exocytose, waarbij de blaasjes
samensmelten met het celmembraan en hun inhoud naar buiten afgeven.
Endocytotische route:
Deze route begint aan het plasmamembraan (PM), waar de celmembraan blaasjes vormt die
materiaal van buiten de cel opnemen. Deze blaasjes, ook wel endosomen genoemd, bevatten het
opgenomen materiaal en worden vervolgens getransporteerd naar verschillende organellen
binnen de cel voor verwerking. Dit kan betekenen dat ze worden afgebroken in lysosomen voor
recycling van nuttige componenten of dat ze worden doorgegeven aan andere organellen voor
verdere verwerking.
zie tekening: transport van lipiden en eiwitten via vesikels
4
,2.2. Signaalsequenties sturen eiwitten naar het juiste compartiment
Signaalsequenties voor sortering: Eiwitten bevatten vaak specifieke signaalsequenties in hun
aminozuurvolgorde die hen helpen naar het juiste compartiment binnen de cel te worden
gestuurd. Deze signaalsequenties zijn essentieel voor het sorteren van eiwitten en kunnen bestaan
uit slechts een klein stukje van de aminozuursequentie van het eiwit.
Noodzakelijkheid en voldoendeheid van signaalsequenties: Het verwijderen of toevoegen van een
signaalsequentie kan leiden tot verkeerde lokalisatie van het eiwit. Dit betekent dat de
aanwezigheid van de signaalsequentie zowel noodzakelijk als voldoende is voor de juiste sortering
van het eiwit. Als de signaalsequentie ontbreekt, blijft het eiwit meestal in het cytosol, terwijl het
toevoegen ervan het eiwit naar het juiste compartiment kan leiden.
Labels als adressen voor eiwitten: De signaalsequentie fungeert als een soort 'label' of 'adres' voor
het eiwit, dat bepaalt waar het uiteindelijk naartoe wordt gestuurd binnen de cel. Het is een klein
stukje van de aminozuursequentie dat cruciaal is voor het transportproces.
Eiwitmaturatie en signaalsequenties: Vaak wordt de signaalsequentie verwijderd nadat het eiwit
op zijn eindbestemming is aangekomen. Pas dan wordt het eiwit actief. Dit proces van
verwijdering van de signaalsequentie kan echter variëren en is niet altijd vereist voor de activatie
van het eiwit.
5
, Signaalsequenties voor mitochondriën, nucleus, peroxisomen en ER
Serie hydrofobe aminozuren
import endoplasmatisch
Dit is een opeenvolging van aminozuren met een hydrofobe reticulum
(waterafstotende) aard, zoals alanine (Ala), valine (Val),
leucine (Leu), isoleucine (Ile), fenylalanine (Phe), tryptofaan
(Trp) en methionine (Met).
C terminale KDEL Deze sequentie fungeert als
een signaal voor het
Dit is een signaalsequentie die aan het einde (C-terminus) terugkeren van eiwitten naar
van eiwitten voorkomt en bestaat uit de aminozuren lysine het endoplasmatisch reticulum
(K), asparaginezuur (D), glutaminezuur (E) en leucine (L). (ER) nadat ze eerder zijn
gesynthetiseerd
reeks positieve aminozuren transport van eiwitten naar de
nucleus van de cel.
Dit verwijst naar een opeenvolging van aminozuren met een
positieve lading, zoals lysine (K), arginine (R) en histidine (H).
SKL Dit is een specifieke
signaalsequentie die wordt
De letters SKL vertegenwoordigen de aminozuren serine (S), aangetroffen in eiwitten die
lysine (K) en leucine (L). Deze sequentie helpt bij de worden getransporteerd naar
herkenning en targeting van eiwitten naar peroxisomen, waar peroxisomen,
ze hun functies kunnen vervullen.
6
H15: INTRACELLULAIRE COMPARTIMENTEN & TRANSPORT............................................................ 0
1. Membraan-omsloten organellen.................................................................................................................... 1
1.1. Een overzicht van de membraanomsloten compartimenten...................................................... 1
2. Proteïnesortering...............................................................................................................................................3
2.1. Drie verschillende mechanismen voor import van proteïnen in membraan-omsloten
compartimenten............................................................................................................................................. 3
2.2. Signaalsequenties sturen eiwitten naar het juiste compartiment.......................................... 5
2.3. De nucleus importeert eiwitten via het kernporiecomplex...................................................... 6
2.4. Eiwitten worden ontplooid voor opname in de mitochondriën.............................................. 8
2.5. Eiwitten worden tijdens de synthese het ER binnengebracht................................................. 9
2.6. Een solubel eiwit komt in het ER lumen via het translocon......................................................11
2.7. Start en stop signalen bepalen de topologie van een transmembraaneiwit in de lipide
membraan....................................................................................................................................................... 12
3. Vesikeltransport................................................................................................................................................14
3.1. Transport vesikels verplaatsen oplosbare eiwitten en membraaneiwitten tussen
compartimenten............................................................................................................................................14
3.2. Een proteïnemantel helpt vesikels vormen...................................................................................15
3.3. Vesikel docking en fusie hangt af van Tethers en SNAREs......................................................19
4. Secretorische wegen...................................................................................................................................... 21
4.1. Post-translationele modificaties in het lumen van het ER........................................................ 21
4.2. Exit uit het ER hangt af van een kwaliteitscontrole.................................................................. 22
4.3. Misfolded proteïnen in het lumen van het ER stimuleren de aanmaak van chaperones
en expansie van het ER.............................................................................................................................. 23
4.4. Eiwitten worden verder gemodificeerd en gesorteerd in het Golgi-apparaat............... 24
4.5. Secretorische eiwitten worden vrijgezet uit de cel via exocytose...................................... 26
5. Endocytotische wegen..................................................................................................................................27
5.1. Gespecialiseerde fagociterende cellen nemen grote partikels op.......................................28
5.2. Opname van vloeistof en macromoleculen via pinocytosis.................................................. 29
5.3. Receptor-gemedieerde endocytose............................................................................................ 30
5.4. Sortering van ge-endocyteerd materiaal in de endosomen.................................................. 31
5.5. Lysosomen zijn de plaats voor intracellulaire vertering..........................................................32
5.6. Membraan contact sites....................................................................................................................33
,H15: INTRACELLULAIRE COMPARTIMENTEN &
TRANSPORT
Hoe ontstaat de specifieke eiwitsamenstelling van membranen?
a) Eiwitten worden aangemaakt in het specifieke organel waar zij thuishoren.
b) Eiwitten worden op een gemeenschappelijke plaats aangemaakt en daarna gesorteerd
naar eindbestemming.
i) JUIST
c) Eiwitten worden in alle organellen en membranen aangemaakt en daarna afgebroken in
organellen waar zij niet thuishoren.
1. Membraan-omsloten organellen
1.1. Een overzicht van de membraanomsloten compartimenten
In een cel zijn verschillende compartimenten, (zakjes, buisjes, netwerk, vesikels, stapels) zoals
organellen, die worden ondersteund door het cytoskelet. Dit cytoskelet helpt bij het transport van
blaasjes door de cel. Prokaryotische cellen zoals bacteriën zijn klein en vertrouwen vaak op
diffusie voor transport, terwijl eukaryotische cellen, door hun grotere omvang, gespecialiseerde
mechanismen gebruiken, zoals motorproteïnen, voor gericht transport. Dit maakt efficiëntere en
snellere communicatie en transport mogelijk binnen de cel.
1
,Overzicht van het aantal
compartimenten in een
cel en hun celvolume
Een cel bestaat uit verschillende compartimenten, waarvan de organellen ongeveer 50% van het
celvolume innemen. Het endoplasmatisch reticulum (ER) vormt een netwerk dat een oppervlakte
heeft die 20 tot 30 keer groter is dan het oppervlak van het celmembraan (plasmamembraan).
Om de functie en inhoud van deze organellen te bestuderen, kunnen ze worden geïsoleerd via
technieken zoals differentiële centrifugatie of densiteitsgradiënt centrifugatie. Dit stelt
onderzoekers in staat om de eigenschappen van organellen in vitro te bestuderen, buiten de
celomgeving.
Elk organel moet de benodigde componenten vinden om zijn functies te kunnen uitvoeren. De cel
heeft een georganiseerd systeem om ervoor te zorgen dat alle componenten op de juiste plaats
terechtkomen, wat essentieel is voor de cel om al zijn functies te kunnen vervullen.
Belangrijkste functies van de intracellulaire compartimenten
Cytosol Het vloeibare gedeelte van het cytoplasma waarin celorganellen zich
bevinden en waar verschillende metabolische processen plaatsvinden.
Nucleus De kern van de cel, die het genetische materiaal bevat en de activiteiten
van de cel reguleert door genexpressie te controleren en betrokken te zijn
bij RNA-synthese.
Endoplasmatisch Het ER is betrokken bij eiwitsynthese, lipidebiosynthese en het transport
reticulum (ER) van moleculen binnen de cel via zijn uitgebreide membraannetwerk.
Golgi-apparaat Het Golgi-apparaat sorteert, wijzigt en verpakt eiwitten en lipiden die zijn
gesynthetiseerd in het ER, en transporteert ze naar hun juiste bestemming
binnen of buiten de cel.
Lysosomen Lysosomen zijn gevuld met enzymen die betrokken zijn bij de afbraak en
recycling van macromoleculen, evenals bij het afbreken van beschadigde
celcomponenten en het verwerken van opgenomen materialen.
2
, Endosomen Endosomen zijn betrokken bij het sorteren en recyclen van materiaal dat
de cel binnenkomt via endocytose, en spelen een rol bij het transport van
dit opgenomen materiaal naar andere delen van de cel.
Mitochondriën Mitochondriën zijn verantwoordelijk voor het genereren van de meeste
ATP via celademhaling, waarbij ze voedingsstoffen omzetten in bruikbare
energie voor de cel.
Chloroplasten Chloroplasten voeren fotosynthese uit, waarbij ze lichtenergie omzetten in
chemische energie in de vorm van glucose, met behulp van
chlorofylpigment.
Perioxisomen Perioxisomen zijn betrokken bij de afbraak van giftige stoffen zoals
waterstofperoxide, de oxidatie van vetzuren, de synthese van bepaalde
lipiden en de afbraak van purines.
2. Proteïnesortering
Eiwitsynthese begint in het cytosol met ribosomen. Het lot van een eiwit wordt bepaald door
specifieke sorteringssignalen in de aminozuursequentie. Eiwitten zonder signaal blijven in het
cytosol, terwijl anderen naar specifieke bestemmingen zoals de mitochondriën, chloroplasten,
nucleus of het endoplasmatisch reticulum moeten.
Om deze eiwitten naar de juiste plek te krijgen, gebruikt de cel verschillende transportsystemen.
Hoe weet de cel waar elk eiwit naartoe moet? Elk eiwit krijgt een label of tag die aangeeft waar
het naartoe moet, en de cel gebruikt deze code om alle eiwitten op hun plaats te krijgen.
2.1. Drie verschillende mechanismen voor import van proteïnen in
membraan-omsloten compartimenten
1. Kernporiecomplex: Dit zijn selectieve poorten
die eiwitten toelaten zonder dat ze worden
ontvouwen.
2. Eiwit translocons: Transport doorheen
hydrofobe membranen die energie vereisen en
waarbij de eiwitstructuur moet worden ontvouwen
voor transport. Deze translocons bevinden zich in
mitochondriën, chloroplasten, endoplasmatisch
reticulum en peroxisomen.
3. Transportvesikels: Deze kleine blaasjes worden
gevormd in het endoplasmatisch reticulum en
worden gebruikt voor transport naar andere
compartimenten van het endomembraansysteem,
zoals het Golgi-apparaat. Transport van membraanproteïne en luminale residente proteïnen.
3
,Twee hoofdroutes in vesiculair transport in de cel
Secretorische route:
Deze route begint in het endoplasmatisch reticulum (ER), waar eiwitten worden gesynthetiseerd
en verpakt in transportblaasjes. Deze blaasjes worden vervolgens getransporteerd naar het
Golgi-apparaat, waar ze worden gemodificeerd, gesorteerd en verder verpakt. Daarna worden ze
afgegeven aan de plasmamembraan (PM) via transportblaasjes. Eiwitten die bestemd zijn voor
uitscheiding buiten de cel worden vervolgens vrijgegeven door exocytose, waarbij de blaasjes
samensmelten met het celmembraan en hun inhoud naar buiten afgeven.
Endocytotische route:
Deze route begint aan het plasmamembraan (PM), waar de celmembraan blaasjes vormt die
materiaal van buiten de cel opnemen. Deze blaasjes, ook wel endosomen genoemd, bevatten het
opgenomen materiaal en worden vervolgens getransporteerd naar verschillende organellen
binnen de cel voor verwerking. Dit kan betekenen dat ze worden afgebroken in lysosomen voor
recycling van nuttige componenten of dat ze worden doorgegeven aan andere organellen voor
verdere verwerking.
zie tekening: transport van lipiden en eiwitten via vesikels
4
,2.2. Signaalsequenties sturen eiwitten naar het juiste compartiment
Signaalsequenties voor sortering: Eiwitten bevatten vaak specifieke signaalsequenties in hun
aminozuurvolgorde die hen helpen naar het juiste compartiment binnen de cel te worden
gestuurd. Deze signaalsequenties zijn essentieel voor het sorteren van eiwitten en kunnen bestaan
uit slechts een klein stukje van de aminozuursequentie van het eiwit.
Noodzakelijkheid en voldoendeheid van signaalsequenties: Het verwijderen of toevoegen van een
signaalsequentie kan leiden tot verkeerde lokalisatie van het eiwit. Dit betekent dat de
aanwezigheid van de signaalsequentie zowel noodzakelijk als voldoende is voor de juiste sortering
van het eiwit. Als de signaalsequentie ontbreekt, blijft het eiwit meestal in het cytosol, terwijl het
toevoegen ervan het eiwit naar het juiste compartiment kan leiden.
Labels als adressen voor eiwitten: De signaalsequentie fungeert als een soort 'label' of 'adres' voor
het eiwit, dat bepaalt waar het uiteindelijk naartoe wordt gestuurd binnen de cel. Het is een klein
stukje van de aminozuursequentie dat cruciaal is voor het transportproces.
Eiwitmaturatie en signaalsequenties: Vaak wordt de signaalsequentie verwijderd nadat het eiwit
op zijn eindbestemming is aangekomen. Pas dan wordt het eiwit actief. Dit proces van
verwijdering van de signaalsequentie kan echter variëren en is niet altijd vereist voor de activatie
van het eiwit.
5
, Signaalsequenties voor mitochondriën, nucleus, peroxisomen en ER
Serie hydrofobe aminozuren
import endoplasmatisch
Dit is een opeenvolging van aminozuren met een hydrofobe reticulum
(waterafstotende) aard, zoals alanine (Ala), valine (Val),
leucine (Leu), isoleucine (Ile), fenylalanine (Phe), tryptofaan
(Trp) en methionine (Met).
C terminale KDEL Deze sequentie fungeert als
een signaal voor het
Dit is een signaalsequentie die aan het einde (C-terminus) terugkeren van eiwitten naar
van eiwitten voorkomt en bestaat uit de aminozuren lysine het endoplasmatisch reticulum
(K), asparaginezuur (D), glutaminezuur (E) en leucine (L). (ER) nadat ze eerder zijn
gesynthetiseerd
reeks positieve aminozuren transport van eiwitten naar de
nucleus van de cel.
Dit verwijst naar een opeenvolging van aminozuren met een
positieve lading, zoals lysine (K), arginine (R) en histidine (H).
SKL Dit is een specifieke
signaalsequentie die wordt
De letters SKL vertegenwoordigen de aminozuren serine (S), aangetroffen in eiwitten die
lysine (K) en leucine (L). Deze sequentie helpt bij de worden getransporteerd naar
herkenning en targeting van eiwitten naar peroxisomen, waar peroxisomen,
ze hun functies kunnen vervullen.
6
