Cellulaire fysiologie
Hoofdstuk 2: Membraanstructuur
Belang membranen
- Fysische barrière
=> cytoplasma scheiden van extern medium
- Permeabiliteitsbarrière
=> verschillen behouden tussen intern en extern medium
- Organellen vormen
=> mitochondriën, ER, nucleus
- Snelle en selectieve respons cel
=> door cel receptor proteinen
! komen voor in; plasmamembraan, ER, Golgi apparaat, mitochondrien, nucleaire enveloppe,
lysosomen en secretorische vesikels
Voorbeelden van opvallende membraandynamiek
- Mestceldegranulatie (secretie); een dramatische toename van het membraanoppervlak
- Neurotransmitters komen vrij op synaptisch ‘Kiss en Run’ versus volledige fusie
2.1. De structuur van biologische membranen
• Het plasmamembraan
=> bestaat uit lipiden en transmembraanproteïnen
=> die proteïnen zijn ingebed in het plasmamembraan, DUS eigenlijk zijn de lipiden hun
buren
=> de lipiden zullen de fysicochemische eig vd membraan beïnvloeden, zoals de fluïditeit en
die functie zal ook de proteïnen beïnvloeden
• Het plasmamembraan = niet uniform => MAAR kent veel variatie
!!! Plasmamembraan moet vloeibaar blijven, want ze moet van conformatie veranderen
r
,2.1.1. Het celmembraan bestaat voornamelijk uit fosfolipiden
• Opbouw membraan
=> bevat glycerol back bone met 2 vetzuurketens en met 1 polaire kopgroep
=> ! meeste membranen hebben deze structuur, maar niet allemaal
• BELANGRIJKE EIGENSCHAP = Amfipathisch karakter
o Hydrofiel polaire kopgroep
o Hydrofobe vetzuurketens
GEVOLG amfipathisch karakter
=> gaat die lipidendubbellaag zich automatisch vormen tot een
sferische conformatie OMDAT deze energetisch voordeliger is
!! Dit is dan ook de vorm van een cel (= micel)
• Indien er voldoende fosfolipiden zijn => is er spontane dubbellaagvorming
=> anders een micel = bolvormige structuur met de hydrofobe staarten naar binnen
=> lamellaire laag van fosfolipiden is energetisch ongunstig OMDAT de hydrofobe vetzuren dan
met water in contact zouden komen
=> ze dragen bijna allemaal een elektrische lading
GEVOLG heeft invloed op hun interacties en stabiliteit in waterige omgeving
• Plasmamembraan
=> bestaat niet uit allemaal dezelfde fosfolipiden
GEVOLG er is asymmetrie: binnenste en buitenste membraan hebben een verschillende
samenstelling
=> Het kan zijn dat er suikergroepen worden opgezet => glycolipiden
=> Sterolen: belangrijkste cholesterol
o Functie cholesterol: mogelijkheid om de vloeibaarheid aan te passen
• Verzadigde (saturated) OF onverzadigde (unsaturated) vetzuurstaart
=> beïnvloed de vloeibaarheid, structuur en dikte van de lipidemembraan
o Verzadigd: vetzuurketen mooi recht
o Onverzadigd: vetzuurketen met een knikje
!!! Fosfolipiden v dierlijke cellen bevatten meestal 1 verzadigde en 1 onverzadigde vetzuur staart
2.2. Eigenschappen plasmamembraan
2.2.1. Vloeibaarheid
• Plasmamembraan moet vloeibaar blijven, want anders kunnen membraanproteïnen niet van
conformatie veranderen
=> DUS die vetzuurketen/lipiden moeten kunnen bewegen:
o Laterale diffusie = ‘wandelen’/diffunderen in laterale richting
=> DUS doorheen een soort van zee bewegen, in één laag
o Axiale rotatie = rond hun as draaien
=> dit is héél makkelijk en gebeurt dus ook heel snel
o Flip flop = van de ene laag naar de andere laag gaan:
=> gebeurt vrij uitzonderlijk spontaan
=> kan wel vaak gebeuren mbv gespecialiseerde eiwitten (= flippases)
r
, !!! Flip flop kan NIET spontaan gebeuren
=> moet adhv specifieke eiwitten
▪ Flipases: brengen fosfolipiden van het extracellulair milieu naar binnen
▪ Flopases: omgekeerd; van intracellulair naar extracellulair
▪ Scramblases: zowel de beweging van flippases als floppasses
• Fosfolipide compositie bepaalt vloeibaarheid en smelttemperatuur
o Zuiver lipiden membraan:
▪ kort & unsaturated
=> lage Tm (transitietemperatuur)
=> zwakke interactie = zwakke pakking = meer vloeibaar
▪ lang & saturated
=> hoge Tm
=> sterke interactie = dichte pakking = vast
! Denk aan het verschil tussen boter (lange verzadigde vetzuren) versus oliën (korte onverzadigde vetzuren)
• Biologisch membraan
=> bestaat uit verschillende PL (fosfolipids)
=> bevat ook vaak cholesterol (up to 1:1 PL ratio)
=> cholesterol speelt belangrijke rol bij de fluïditeit vd plasmamembraan
Bij lage temperaturen voorkomt het dat het membraan te stijf wordt
Bij hoge temperaturen voorkomt het dat het membraan te vloeibaar wordt
!!!!!!!! ZONDER CHOLESTEROL => CEL = DOOD
=> zo essentieel dat ons lichaam (cellen) het zelf aanmaakt
a) VORM
=> Steroïde rigide ringstructuur met hydrofobe vetzuurstaart en een polair hoofdje
=> polair stuk wijst naar het waterig milieu (bevindt zich dus aan de buitenkant van de cellaag)
b) STERKTE
=> door de rigide structuur gaat het bovenste deel van de fosfolipide geïmmobiliseerd worden
=> hierdoor plasmamembraam rigider/sterker
c) INTERACTIE
=> cholesterol schuift tussen de vetzuurstaarten, daardoor vergroot het lokaal de afstand tussen
sommige staarten
=> GEVOLG minder sterke VdW-interacties tussen de vetzuren DUS membraan wordt minder
flexibel/stijf
d) ROL
=> heeft ambivalente rol:
1. Stabilisatie kopgroepen
=> het oppervlakte van de membraan rigider maken
2. Minder goede interactie tussen de vetzuurketen
=> ervoor zorgen dat het centrum van de dubbellaag vloeibaar blijft
• Te weinig cholesterol => te vloeibaar
• Te veel cholesterol => te hard
GEVOLG zwakke pakking (= te vloeibaar) => membraan zal scheuren/gaten vertoont => meer permeabel
r
, e) FLIPFLOP
=> cholesterol kan flipflop doen door aanwezigheid vd kleine polaire kop
=> zelfde conc binnen en buiten
! cholestrol = zeer lipofiel
f) TRANSPORT
=> circulatie van cholesterol: omdat cholesterol niet oplosbaar is in water, wordt het in de bloedbaan
vervoerd als lipoproteïne-complexen, die je kunt zien als soort micellen van vetten met eiwitten
eromheen
=> lever synthetiseert cholesterol en verdeelt het via lipoproteïnen door het lichaam
• HDL – “goede cholesterol”
=> Haalt overtollig cholesterol terug naar de lever.
• LDL – “slechte cholesterol”
=> Brengt cholesterol van de lever naar de weefsels
Resultaat: cholesterol verhoogt de stabiliteit, maar vermindert extreme veranderingen in fluïditeit
!! Cholesterol kan wel automatisch flip flop doen door de aanwezigheid van een klein polair hoofdje
=> zelfde concentratie binnen en buiten
Opmerking: De mobiliteit is afhankelijk van de temperatuur!!
Een membraan gedraagt zich zoals olie of room
=> als je het te koud zet => gaat verharden => een gelachtige consistentie
=> de temperatuur waarbij dit gebeurt, noemt men de fase transitie temperatuur Tm
(= de temperatuur waar we van fluïdum gelijkend naar gelachtig gaan en dus van warm naar koud)
=> voor een correcte functie moet de membraan in vloeibare toestand zijn en bij ons is dat geen
probleem want ons lichaam houdt alles rond de 37 graden (warmbloedig)
MAAR bij andere organismen is dat niet het geval => koudbloedig
!! Deze organismen hebben ander mechanisme om hun membraan vloeibaar te houden
= de samenstelling is meer aangepast => zo membraan fluïde blijven ook al is het koud!
EXAMEN BELANGRIJK PUNT: Wat kan je doen om de transitietemperatuur te verlagen?
ervoor zorgen dat er meer wanorde is
DUS de fosfolipiden moeten minder gemakkelijke kunnen worden samengedrukt
Dit is te vergelijken met ansjovis in blik die mooi recht naast elkaar liggen
Hoe of wanneer gebeurt dit? (dit proces noemt men homeoviskeuze adaptatie)
- De vetzuurketens zijn niet mooi lineair
=> vertonen meer vertakkingen
=> dat is mogelijk als ze meer onverzadigd worden (niet alleen enkele bindingen)
! Dubbele bindingen zorgen voor knikjes en zo nemen de vetzuurketens meer plaats in en
worden deze minder makkelijk samengedrukt
=> als dit verwarmd wordt, dan verhoogt aantal dubbele bindingen => meer onverzadigdheid
- Kortere vetzuurketens
=> hebben meer de neiging om open te staan, terwijl lange vetzuurketens de neiging hebben
om langgerekt, mooi naast elkaar te liggen
- Meer cholesterol
=> cholesterol zorgt voor een meer rigide membraan
=> meer cholesterol zorgt er voor dat de membraan minder fluïde is bij een normale
temperatuur
GEVOLG: bij een lage temperatuur kunnen de fosfolipiden niet helemaal tegen elkaar
gedrukt worden WANT de cholesterol moleculen zitten daartussen.
HIERUIT blijkt de ambivalente rol
- bij een hoge temperatuur gaat die ervoor zorgen dat de membraan minder fluïde is
- bij een lage temperatuur gaat die ervoor zorgen dat de membraan meer fluïde is
r
Hoofdstuk 2: Membraanstructuur
Belang membranen
- Fysische barrière
=> cytoplasma scheiden van extern medium
- Permeabiliteitsbarrière
=> verschillen behouden tussen intern en extern medium
- Organellen vormen
=> mitochondriën, ER, nucleus
- Snelle en selectieve respons cel
=> door cel receptor proteinen
! komen voor in; plasmamembraan, ER, Golgi apparaat, mitochondrien, nucleaire enveloppe,
lysosomen en secretorische vesikels
Voorbeelden van opvallende membraandynamiek
- Mestceldegranulatie (secretie); een dramatische toename van het membraanoppervlak
- Neurotransmitters komen vrij op synaptisch ‘Kiss en Run’ versus volledige fusie
2.1. De structuur van biologische membranen
• Het plasmamembraan
=> bestaat uit lipiden en transmembraanproteïnen
=> die proteïnen zijn ingebed in het plasmamembraan, DUS eigenlijk zijn de lipiden hun
buren
=> de lipiden zullen de fysicochemische eig vd membraan beïnvloeden, zoals de fluïditeit en
die functie zal ook de proteïnen beïnvloeden
• Het plasmamembraan = niet uniform => MAAR kent veel variatie
!!! Plasmamembraan moet vloeibaar blijven, want ze moet van conformatie veranderen
r
,2.1.1. Het celmembraan bestaat voornamelijk uit fosfolipiden
• Opbouw membraan
=> bevat glycerol back bone met 2 vetzuurketens en met 1 polaire kopgroep
=> ! meeste membranen hebben deze structuur, maar niet allemaal
• BELANGRIJKE EIGENSCHAP = Amfipathisch karakter
o Hydrofiel polaire kopgroep
o Hydrofobe vetzuurketens
GEVOLG amfipathisch karakter
=> gaat die lipidendubbellaag zich automatisch vormen tot een
sferische conformatie OMDAT deze energetisch voordeliger is
!! Dit is dan ook de vorm van een cel (= micel)
• Indien er voldoende fosfolipiden zijn => is er spontane dubbellaagvorming
=> anders een micel = bolvormige structuur met de hydrofobe staarten naar binnen
=> lamellaire laag van fosfolipiden is energetisch ongunstig OMDAT de hydrofobe vetzuren dan
met water in contact zouden komen
=> ze dragen bijna allemaal een elektrische lading
GEVOLG heeft invloed op hun interacties en stabiliteit in waterige omgeving
• Plasmamembraan
=> bestaat niet uit allemaal dezelfde fosfolipiden
GEVOLG er is asymmetrie: binnenste en buitenste membraan hebben een verschillende
samenstelling
=> Het kan zijn dat er suikergroepen worden opgezet => glycolipiden
=> Sterolen: belangrijkste cholesterol
o Functie cholesterol: mogelijkheid om de vloeibaarheid aan te passen
• Verzadigde (saturated) OF onverzadigde (unsaturated) vetzuurstaart
=> beïnvloed de vloeibaarheid, structuur en dikte van de lipidemembraan
o Verzadigd: vetzuurketen mooi recht
o Onverzadigd: vetzuurketen met een knikje
!!! Fosfolipiden v dierlijke cellen bevatten meestal 1 verzadigde en 1 onverzadigde vetzuur staart
2.2. Eigenschappen plasmamembraan
2.2.1. Vloeibaarheid
• Plasmamembraan moet vloeibaar blijven, want anders kunnen membraanproteïnen niet van
conformatie veranderen
=> DUS die vetzuurketen/lipiden moeten kunnen bewegen:
o Laterale diffusie = ‘wandelen’/diffunderen in laterale richting
=> DUS doorheen een soort van zee bewegen, in één laag
o Axiale rotatie = rond hun as draaien
=> dit is héél makkelijk en gebeurt dus ook heel snel
o Flip flop = van de ene laag naar de andere laag gaan:
=> gebeurt vrij uitzonderlijk spontaan
=> kan wel vaak gebeuren mbv gespecialiseerde eiwitten (= flippases)
r
, !!! Flip flop kan NIET spontaan gebeuren
=> moet adhv specifieke eiwitten
▪ Flipases: brengen fosfolipiden van het extracellulair milieu naar binnen
▪ Flopases: omgekeerd; van intracellulair naar extracellulair
▪ Scramblases: zowel de beweging van flippases als floppasses
• Fosfolipide compositie bepaalt vloeibaarheid en smelttemperatuur
o Zuiver lipiden membraan:
▪ kort & unsaturated
=> lage Tm (transitietemperatuur)
=> zwakke interactie = zwakke pakking = meer vloeibaar
▪ lang & saturated
=> hoge Tm
=> sterke interactie = dichte pakking = vast
! Denk aan het verschil tussen boter (lange verzadigde vetzuren) versus oliën (korte onverzadigde vetzuren)
• Biologisch membraan
=> bestaat uit verschillende PL (fosfolipids)
=> bevat ook vaak cholesterol (up to 1:1 PL ratio)
=> cholesterol speelt belangrijke rol bij de fluïditeit vd plasmamembraan
Bij lage temperaturen voorkomt het dat het membraan te stijf wordt
Bij hoge temperaturen voorkomt het dat het membraan te vloeibaar wordt
!!!!!!!! ZONDER CHOLESTEROL => CEL = DOOD
=> zo essentieel dat ons lichaam (cellen) het zelf aanmaakt
a) VORM
=> Steroïde rigide ringstructuur met hydrofobe vetzuurstaart en een polair hoofdje
=> polair stuk wijst naar het waterig milieu (bevindt zich dus aan de buitenkant van de cellaag)
b) STERKTE
=> door de rigide structuur gaat het bovenste deel van de fosfolipide geïmmobiliseerd worden
=> hierdoor plasmamembraam rigider/sterker
c) INTERACTIE
=> cholesterol schuift tussen de vetzuurstaarten, daardoor vergroot het lokaal de afstand tussen
sommige staarten
=> GEVOLG minder sterke VdW-interacties tussen de vetzuren DUS membraan wordt minder
flexibel/stijf
d) ROL
=> heeft ambivalente rol:
1. Stabilisatie kopgroepen
=> het oppervlakte van de membraan rigider maken
2. Minder goede interactie tussen de vetzuurketen
=> ervoor zorgen dat het centrum van de dubbellaag vloeibaar blijft
• Te weinig cholesterol => te vloeibaar
• Te veel cholesterol => te hard
GEVOLG zwakke pakking (= te vloeibaar) => membraan zal scheuren/gaten vertoont => meer permeabel
r
, e) FLIPFLOP
=> cholesterol kan flipflop doen door aanwezigheid vd kleine polaire kop
=> zelfde conc binnen en buiten
! cholestrol = zeer lipofiel
f) TRANSPORT
=> circulatie van cholesterol: omdat cholesterol niet oplosbaar is in water, wordt het in de bloedbaan
vervoerd als lipoproteïne-complexen, die je kunt zien als soort micellen van vetten met eiwitten
eromheen
=> lever synthetiseert cholesterol en verdeelt het via lipoproteïnen door het lichaam
• HDL – “goede cholesterol”
=> Haalt overtollig cholesterol terug naar de lever.
• LDL – “slechte cholesterol”
=> Brengt cholesterol van de lever naar de weefsels
Resultaat: cholesterol verhoogt de stabiliteit, maar vermindert extreme veranderingen in fluïditeit
!! Cholesterol kan wel automatisch flip flop doen door de aanwezigheid van een klein polair hoofdje
=> zelfde concentratie binnen en buiten
Opmerking: De mobiliteit is afhankelijk van de temperatuur!!
Een membraan gedraagt zich zoals olie of room
=> als je het te koud zet => gaat verharden => een gelachtige consistentie
=> de temperatuur waarbij dit gebeurt, noemt men de fase transitie temperatuur Tm
(= de temperatuur waar we van fluïdum gelijkend naar gelachtig gaan en dus van warm naar koud)
=> voor een correcte functie moet de membraan in vloeibare toestand zijn en bij ons is dat geen
probleem want ons lichaam houdt alles rond de 37 graden (warmbloedig)
MAAR bij andere organismen is dat niet het geval => koudbloedig
!! Deze organismen hebben ander mechanisme om hun membraan vloeibaar te houden
= de samenstelling is meer aangepast => zo membraan fluïde blijven ook al is het koud!
EXAMEN BELANGRIJK PUNT: Wat kan je doen om de transitietemperatuur te verlagen?
ervoor zorgen dat er meer wanorde is
DUS de fosfolipiden moeten minder gemakkelijke kunnen worden samengedrukt
Dit is te vergelijken met ansjovis in blik die mooi recht naast elkaar liggen
Hoe of wanneer gebeurt dit? (dit proces noemt men homeoviskeuze adaptatie)
- De vetzuurketens zijn niet mooi lineair
=> vertonen meer vertakkingen
=> dat is mogelijk als ze meer onverzadigd worden (niet alleen enkele bindingen)
! Dubbele bindingen zorgen voor knikjes en zo nemen de vetzuurketens meer plaats in en
worden deze minder makkelijk samengedrukt
=> als dit verwarmd wordt, dan verhoogt aantal dubbele bindingen => meer onverzadigdheid
- Kortere vetzuurketens
=> hebben meer de neiging om open te staan, terwijl lange vetzuurketens de neiging hebben
om langgerekt, mooi naast elkaar te liggen
- Meer cholesterol
=> cholesterol zorgt voor een meer rigide membraan
=> meer cholesterol zorgt er voor dat de membraan minder fluïde is bij een normale
temperatuur
GEVOLG: bij een lage temperatuur kunnen de fosfolipiden niet helemaal tegen elkaar
gedrukt worden WANT de cholesterol moleculen zitten daartussen.
HIERUIT blijkt de ambivalente rol
- bij een hoge temperatuur gaat die ervoor zorgen dat de membraan minder fluïde is
- bij een lage temperatuur gaat die ervoor zorgen dat de membraan meer fluïde is
r
