Samenvatting celbiologie
1. Cel als basiseenheid van het leven
introductiehoofdstuk
2. Biomembranen
1.1. Algemene functies van biomembranen
Cel→ zit vol membranen: enerzijds het plasmamembraan (scheiding intra-extra cellulair) en
anderzijds binnen in de cel die compartimenten afbakenen
Welke functies heeft een membraan?
1. Afbakening en permeabiliteitsbarrière
→ afbakening van intra-en extracellulaire ruimte + compartimenten van de cel
(celorganellen)
→ biomembraan heeft centrale apolaire kern: basis membraan is lipidendubbellaag met
hydrofiele kopjes en hydrofobe staartjes
⇒ selectieve permeabiliteit (doorlaatbaarheid) door hydrofobe kern
→ apolaire stoffen gaan makkelijk door
→ geladen stoffen (ionen) gaan er niet doorheen
→ neutrale moleculen die polair van aard (structuur) zijn gaan er ook niet doorheen
→ grote moleculen gaan er niet door
=> selectieve permeabiliteit zorgt voor ontstaan compartimenten met verschillende
samenstelling: ionen, metabolieten, DNA, RNA…
2. subcellulaire lokalisering van specifieke functies
→ compartimenten cel hebben verschillende functies: mogelijk gemaakt door verschillende
eiwitsamenstelling
3. Transmembranair transport van moleculen
- permeabiliteitsbarrière: ionen zoals calcium gaan niet door lipidendubbellaag
→ transporteiwitten nodig om er toch door te geraken
⇒ in plasmamembraan zijn veel eiwitten aanwezig die het mogelijk maken om grotere en
geladen moleculen te verplaatsen doorheen de lipidendubbellaag
4. Cellulaire communicatie
= uitwisseling van informatie tussen verschillende cellen
wat nodig: signaalmoleculen in extracellulair (hydrofiel van aard zodat die buiten blijft)
→ aantal stappen voor signaaluitwisseling:
binden van signaalmoleculen aan membraaneiwit (receptor)--> binding vertalen in
intra-cellulaire reactie = signaaltransductie
5. Celadhesie
= vasthechting cel aan extra-cellulaire matrix= cel-matrix interactie
Structuur in extracellulaire compartiment: receptoren in membranen waardoor cel zich kan
vasthechten
= cel-cel interactie: uitgebreider gezien in histologie
1
,1.2. Fluid Mosaic model van biomembranen
4 belangrijke eigenschappen:
- centrale lipidendubbellaag: hydrofobe dielen liggen naar elkaar gekeerd, hydrofiele
delen maken contact met water
→ ontstaat op spontane wijze door zelf-associatie van amfipatische membraanlipiden
onderliggende basis van wateroplosbaarheid:
→ heeft te maken met structuur watermolecule: zuurstofatoom heeft grotere en-waarde, dus
je krijgt een ladingsverschil aan beide kanten structuur (dipoolmoleculen)
→ hydrofiele stoffen: oplosbaar in water door elektrostatische interactie met polair
water
→ hydrofobe stoffen: niet oplosbaar in water door gebrek aan elektrostatische
interactie met polair watermolecule
Achtergrond amfipatische moleculen:
globale opbouw membraanlipiden: deels uit hydrofoob deel, deel uit hydrofiel deel
→ vetzuurstaart is apolair, fosfaatgroep is polair
Wat gebeurt er als je membraanlipiden in waterige oplossing brengt?
⇒ in het begin zijn membraanlipiden verspreid, maar dan gebeurt er vorming van
aaneensluitende laag door zelforganisatie (spontaan proces)--> interactie van hydrofobe
staarten
→ hydrofoob deel afgeschermd van water door lipidendubbellaag
→ hydrofiel deel raakt met water
(Rotatie membraanlipiden gebeurt NIET!)
Denkvraag over permeabiliteit stoffen door lipidendubbellaag:
3de molecule is het meest doorlaatbaar door lange alifatische keten (meest apolair)
calciumchloride dissocieert in water in ionen en deze kunnen niet door membraan
Visualisatie van lipidendubbellaag in elektronenmicroscopie:
heel specifiek patroon: tramspoorpatroon
→ structuur visualiseren beneden micrometerschaal
lipidendubbellaag: 2 zwarte lijnen (veel elektronen capteren) met daartussen witte
opheldering (weinig tot geen elektronen capteren)
→ hydrofiele deel: elektrodens
→ hydrofobe deel: elektronheldere zone
metingen: dikte dikte van 6-8 nm
- membraaneiwitten aanwezig: associëren met membraan op verschillende
manieren
Membraanlipiden associëren met lipidendubbellaag:
verschillende biomembranen in eukaryote cel
→ samenstelling: eiwitten en lipiden in membraan: verhouding niet hetzelfde voor elk
celorganel (structurele en functionele diversiteit)
identiteit moleculen hangt af van membraan tot membraan en van celtype tot celtype
- Fluïditeit: membraaneiwitten en lipiden kunnen zich vrij lateraal bewegen in
membraan (soort vloeibare structuur)
→ laterale mobiliteit van eiwitten en lipiden: diffusie als basis van dit spontaan proces
2
,→ experiment: fluorescent die membraancomponent merkt: cel bekijken onder
fluorescentiemicroscoop→ laserstraal met hoge energetische intensiteit op cel beschieten
(klein opp raken) → wachten en men ziet dat in zone terug fluorescente merkers te zien zijn
= FRAP-experiment
→ eiwitten bewegen trager dan lipiden (door structuur)
- microdomeinen: bestaan uit welbepaalde membraanlipiden en eiwitten die grote
affectiviteit voor elkaar hebben (lipid rafts)
⇒ gedrag biomembraan begrijpen adhv deze eigenschappen
membraanlipiden hebben chemische variaties: preferentieel met elkaar associëren
→ membraaneiwitten zijn niet homogeen verdeeld over membraan⇒ microdomeintjes
microdomeinen= samenstelling van welbepaalde lipiden en eiwitten die ontstaan omdat deze
componenten hogere affiniteit hebben voor elkaar dan voor andere lipiden en eiwitten
(selectieve zelfassociatie)
belang: lipiden en eiwitten bij elkaar brengen die samen functionele rol vervullen
(signaaltransductie, membraantransport…)
1.3. membraaneiwitten
manier van associatie met biomembraan: 3 mechanismen:
1. integrale membraaneiwitten
→ deel van peptideketen is ingebed in lipidendubbellaag (specifieke voorwaarden voor)
→ 2 categorieën:
- monotopisch membraaneiwit: stuk van peptideketen schuift in in een blad membraan
( alleen mogelijk indien hydrofoob genoeg aan kant dat inschuift)
→ hydrofiel deel steekt uit
- transmembraaneiwitten (meerderheid): peptideketen die doorheen lipidendubbellaag
loopt (amfipatische moleculen)
→ single pass: slechts 1 peptideketen die doorheen membraan loopt
→ multipass: 2 of meer transmembranaire segmenten met lussen ertussen die
ellipsvormige structuur vormen met holte als protonenkanaal
problematiek: peptideketen is polaire structuur terwijl kern dubbellaag apolair is
→ structurele oplossing: transmembranair eiwit neemt vorm in van alfa-helix:
3,6 az per winding met afstand tussen 2 bindingen van 0,54 nm
→ gestabiliseerd door waterstofbruggen (partiële ladingen afgedekt) waarbij deze in
verlengde van alfa-helix lopen
tweede ingreep: apolaire aminozuren als r-groepen steken uit naar buitenkant
(hydrofobe omgeving)
→ keten moet voldoende lang zijn ( 20-30 aminozuren)
2. perifere membraaneiwitten
→ peptideketen bevindt zich volledig buiten hydrofobe deel membraan
→ verder geen interacties met hydrofobe deel, wel met hydrofiele deel
→ interageren obv elektrostatische interacties
→ belang: reversibele bindingen (fosforylering)
3. vetanker gebonden membraaneiwitten
3
, → peptideketen bevindt zich buiten hydrofobe deel
→ elke peptideketen heeft covalent gebonden lipide, die schuift in lipidendubbellaag
⇒ associeert met bovenste blad membraan
→ GPI fungeert als vetanker voor eiwitten/lipiden die associëren met buitenste blad
membraan
→ vetanker covalent binden: enzymatische reactie nodig
Topologie membraaneiwitten:
- aantal transmembranaire segmenten: wordt bepaald tijdens biosynthese
glycosylering van membraaneiwitten en lipiden:
- ook suikermoleculen aanwezig in bepaalde membranen: altijd in exoplasmatisch blad
die covalent gebonde zijn aan lipiden of eiwitten (glycolipiden/ glycoproteïnen)
→ binding gebeurt tijdens biosynthese
- resultaat: eiwit draagt suiker→ diversiteit
- belangrijk want suikerstructuur in membraan⇒ glycocalixlaag = laag van
suikermoleculen
→ functie laag: mechanische bescherming, soms bijdrage aan celadhesie…
1.4. Membraanlipiden
Klassen van membraanlipiden:
1. fosfolipiden
→ meest frequent
→ in hydrofiel hoofdje zit telkens fosfaatgroep
→ hydrofoob deel: koolwaterstofketens
→ vetzuren: zorgen voor laterale associatie lipiden
→ variatie in lengte en saturatie: lengte door extra koolstoffen, saturatiegehalte door
aantal cis-dubbele bindingen (zorgt voor knik in structuur)
→ laterale associatie verloopt beter bij verzadigde vetzuren→ meer rigide<-> fluide
→ essentiële vetzuren= vetzuren die de mens nodig heeft, maar zelf niet kan
aanmaken want vereist desaturase (betrekken uit voeding)
→ desaturase: bij mens niet actief na C10 (nodig voor dubbele bindingen)
→ linolzuur (omega-6) en linoleenzuur (omega-3): linolzuur fungeert als
precursor voor arachidonzuur
→ onderscheid maken tussen (verschil ruggengraat):
- fosfoglyceriden
→ ruggengraat bestaat uit glycerolmoleculen
→ dragen aan andere kant ruggengraat twee veresterde vetzuurketens
→ hydroxylgroep op C1 en C2 telkens veresterd met vetzuur
→ vetzuren kunnen variëren in lengte en saturatie
→ diversiteit door chemische structuren hoofdje met bijkomende restgroep: serine,
ethanolamine, choline, inositol (meest belangrijke)
→ negatieve lading heel belangrijk: binding platform vormen voor bepaalde perifere
membraaneiwitten
- sfingomyeline
4
1. Cel als basiseenheid van het leven
introductiehoofdstuk
2. Biomembranen
1.1. Algemene functies van biomembranen
Cel→ zit vol membranen: enerzijds het plasmamembraan (scheiding intra-extra cellulair) en
anderzijds binnen in de cel die compartimenten afbakenen
Welke functies heeft een membraan?
1. Afbakening en permeabiliteitsbarrière
→ afbakening van intra-en extracellulaire ruimte + compartimenten van de cel
(celorganellen)
→ biomembraan heeft centrale apolaire kern: basis membraan is lipidendubbellaag met
hydrofiele kopjes en hydrofobe staartjes
⇒ selectieve permeabiliteit (doorlaatbaarheid) door hydrofobe kern
→ apolaire stoffen gaan makkelijk door
→ geladen stoffen (ionen) gaan er niet doorheen
→ neutrale moleculen die polair van aard (structuur) zijn gaan er ook niet doorheen
→ grote moleculen gaan er niet door
=> selectieve permeabiliteit zorgt voor ontstaan compartimenten met verschillende
samenstelling: ionen, metabolieten, DNA, RNA…
2. subcellulaire lokalisering van specifieke functies
→ compartimenten cel hebben verschillende functies: mogelijk gemaakt door verschillende
eiwitsamenstelling
3. Transmembranair transport van moleculen
- permeabiliteitsbarrière: ionen zoals calcium gaan niet door lipidendubbellaag
→ transporteiwitten nodig om er toch door te geraken
⇒ in plasmamembraan zijn veel eiwitten aanwezig die het mogelijk maken om grotere en
geladen moleculen te verplaatsen doorheen de lipidendubbellaag
4. Cellulaire communicatie
= uitwisseling van informatie tussen verschillende cellen
wat nodig: signaalmoleculen in extracellulair (hydrofiel van aard zodat die buiten blijft)
→ aantal stappen voor signaaluitwisseling:
binden van signaalmoleculen aan membraaneiwit (receptor)--> binding vertalen in
intra-cellulaire reactie = signaaltransductie
5. Celadhesie
= vasthechting cel aan extra-cellulaire matrix= cel-matrix interactie
Structuur in extracellulaire compartiment: receptoren in membranen waardoor cel zich kan
vasthechten
= cel-cel interactie: uitgebreider gezien in histologie
1
,1.2. Fluid Mosaic model van biomembranen
4 belangrijke eigenschappen:
- centrale lipidendubbellaag: hydrofobe dielen liggen naar elkaar gekeerd, hydrofiele
delen maken contact met water
→ ontstaat op spontane wijze door zelf-associatie van amfipatische membraanlipiden
onderliggende basis van wateroplosbaarheid:
→ heeft te maken met structuur watermolecule: zuurstofatoom heeft grotere en-waarde, dus
je krijgt een ladingsverschil aan beide kanten structuur (dipoolmoleculen)
→ hydrofiele stoffen: oplosbaar in water door elektrostatische interactie met polair
water
→ hydrofobe stoffen: niet oplosbaar in water door gebrek aan elektrostatische
interactie met polair watermolecule
Achtergrond amfipatische moleculen:
globale opbouw membraanlipiden: deels uit hydrofoob deel, deel uit hydrofiel deel
→ vetzuurstaart is apolair, fosfaatgroep is polair
Wat gebeurt er als je membraanlipiden in waterige oplossing brengt?
⇒ in het begin zijn membraanlipiden verspreid, maar dan gebeurt er vorming van
aaneensluitende laag door zelforganisatie (spontaan proces)--> interactie van hydrofobe
staarten
→ hydrofoob deel afgeschermd van water door lipidendubbellaag
→ hydrofiel deel raakt met water
(Rotatie membraanlipiden gebeurt NIET!)
Denkvraag over permeabiliteit stoffen door lipidendubbellaag:
3de molecule is het meest doorlaatbaar door lange alifatische keten (meest apolair)
calciumchloride dissocieert in water in ionen en deze kunnen niet door membraan
Visualisatie van lipidendubbellaag in elektronenmicroscopie:
heel specifiek patroon: tramspoorpatroon
→ structuur visualiseren beneden micrometerschaal
lipidendubbellaag: 2 zwarte lijnen (veel elektronen capteren) met daartussen witte
opheldering (weinig tot geen elektronen capteren)
→ hydrofiele deel: elektrodens
→ hydrofobe deel: elektronheldere zone
metingen: dikte dikte van 6-8 nm
- membraaneiwitten aanwezig: associëren met membraan op verschillende
manieren
Membraanlipiden associëren met lipidendubbellaag:
verschillende biomembranen in eukaryote cel
→ samenstelling: eiwitten en lipiden in membraan: verhouding niet hetzelfde voor elk
celorganel (structurele en functionele diversiteit)
identiteit moleculen hangt af van membraan tot membraan en van celtype tot celtype
- Fluïditeit: membraaneiwitten en lipiden kunnen zich vrij lateraal bewegen in
membraan (soort vloeibare structuur)
→ laterale mobiliteit van eiwitten en lipiden: diffusie als basis van dit spontaan proces
2
,→ experiment: fluorescent die membraancomponent merkt: cel bekijken onder
fluorescentiemicroscoop→ laserstraal met hoge energetische intensiteit op cel beschieten
(klein opp raken) → wachten en men ziet dat in zone terug fluorescente merkers te zien zijn
= FRAP-experiment
→ eiwitten bewegen trager dan lipiden (door structuur)
- microdomeinen: bestaan uit welbepaalde membraanlipiden en eiwitten die grote
affectiviteit voor elkaar hebben (lipid rafts)
⇒ gedrag biomembraan begrijpen adhv deze eigenschappen
membraanlipiden hebben chemische variaties: preferentieel met elkaar associëren
→ membraaneiwitten zijn niet homogeen verdeeld over membraan⇒ microdomeintjes
microdomeinen= samenstelling van welbepaalde lipiden en eiwitten die ontstaan omdat deze
componenten hogere affiniteit hebben voor elkaar dan voor andere lipiden en eiwitten
(selectieve zelfassociatie)
belang: lipiden en eiwitten bij elkaar brengen die samen functionele rol vervullen
(signaaltransductie, membraantransport…)
1.3. membraaneiwitten
manier van associatie met biomembraan: 3 mechanismen:
1. integrale membraaneiwitten
→ deel van peptideketen is ingebed in lipidendubbellaag (specifieke voorwaarden voor)
→ 2 categorieën:
- monotopisch membraaneiwit: stuk van peptideketen schuift in in een blad membraan
( alleen mogelijk indien hydrofoob genoeg aan kant dat inschuift)
→ hydrofiel deel steekt uit
- transmembraaneiwitten (meerderheid): peptideketen die doorheen lipidendubbellaag
loopt (amfipatische moleculen)
→ single pass: slechts 1 peptideketen die doorheen membraan loopt
→ multipass: 2 of meer transmembranaire segmenten met lussen ertussen die
ellipsvormige structuur vormen met holte als protonenkanaal
problematiek: peptideketen is polaire structuur terwijl kern dubbellaag apolair is
→ structurele oplossing: transmembranair eiwit neemt vorm in van alfa-helix:
3,6 az per winding met afstand tussen 2 bindingen van 0,54 nm
→ gestabiliseerd door waterstofbruggen (partiële ladingen afgedekt) waarbij deze in
verlengde van alfa-helix lopen
tweede ingreep: apolaire aminozuren als r-groepen steken uit naar buitenkant
(hydrofobe omgeving)
→ keten moet voldoende lang zijn ( 20-30 aminozuren)
2. perifere membraaneiwitten
→ peptideketen bevindt zich volledig buiten hydrofobe deel membraan
→ verder geen interacties met hydrofobe deel, wel met hydrofiele deel
→ interageren obv elektrostatische interacties
→ belang: reversibele bindingen (fosforylering)
3. vetanker gebonden membraaneiwitten
3
, → peptideketen bevindt zich buiten hydrofobe deel
→ elke peptideketen heeft covalent gebonden lipide, die schuift in lipidendubbellaag
⇒ associeert met bovenste blad membraan
→ GPI fungeert als vetanker voor eiwitten/lipiden die associëren met buitenste blad
membraan
→ vetanker covalent binden: enzymatische reactie nodig
Topologie membraaneiwitten:
- aantal transmembranaire segmenten: wordt bepaald tijdens biosynthese
glycosylering van membraaneiwitten en lipiden:
- ook suikermoleculen aanwezig in bepaalde membranen: altijd in exoplasmatisch blad
die covalent gebonde zijn aan lipiden of eiwitten (glycolipiden/ glycoproteïnen)
→ binding gebeurt tijdens biosynthese
- resultaat: eiwit draagt suiker→ diversiteit
- belangrijk want suikerstructuur in membraan⇒ glycocalixlaag = laag van
suikermoleculen
→ functie laag: mechanische bescherming, soms bijdrage aan celadhesie…
1.4. Membraanlipiden
Klassen van membraanlipiden:
1. fosfolipiden
→ meest frequent
→ in hydrofiel hoofdje zit telkens fosfaatgroep
→ hydrofoob deel: koolwaterstofketens
→ vetzuren: zorgen voor laterale associatie lipiden
→ variatie in lengte en saturatie: lengte door extra koolstoffen, saturatiegehalte door
aantal cis-dubbele bindingen (zorgt voor knik in structuur)
→ laterale associatie verloopt beter bij verzadigde vetzuren→ meer rigide<-> fluide
→ essentiële vetzuren= vetzuren die de mens nodig heeft, maar zelf niet kan
aanmaken want vereist desaturase (betrekken uit voeding)
→ desaturase: bij mens niet actief na C10 (nodig voor dubbele bindingen)
→ linolzuur (omega-6) en linoleenzuur (omega-3): linolzuur fungeert als
precursor voor arachidonzuur
→ onderscheid maken tussen (verschil ruggengraat):
- fosfoglyceriden
→ ruggengraat bestaat uit glycerolmoleculen
→ dragen aan andere kant ruggengraat twee veresterde vetzuurketens
→ hydroxylgroep op C1 en C2 telkens veresterd met vetzuur
→ vetzuren kunnen variëren in lengte en saturatie
→ diversiteit door chemische structuren hoofdje met bijkomende restgroep: serine,
ethanolamine, choline, inositol (meest belangrijke)
→ negatieve lading heel belangrijk: binding platform vormen voor bepaalde perifere
membraaneiwitten
- sfingomyeline
4
