Hoofdstuk 1: Biomembranen
1.1 Inleiding
1.1.1 Biologische membraan
Prokaryoten2 VS Eukaryoten cel → deze cursus enkel eukaryote cellen
1.1.2 Membranen om en in een cel
• Typische cel bestaat eigenlijk niet
• “Hoeveel membraan heeft een cel”
o Kubus vormige epitheel cel met lengte 10µm
▪ 1 oppervlakte: 10µm * 10 µm = 100µm2
▪ Kubus heeft 6 vlakken → 600 µm2
▪ Apicale zijde: mircovilli die oppervlakte vergroten
o Plasmamembraan: 700µm2
• Binnen de cel: typische 10x de oppervlakte van de cel aan interne membranen → 7.000µm2
o Bevind zicht rond de nucleus, rond organellen
• Cytoskelet: 94.000 µm2
• Membraan niet enkel functie als “muur” → groot deel van de actie gebeurd hier ook
1.1.3 Onderverdeling van een dierlijke cel
1. Plasmamembraan
2. Mitochondria
3. Lysosomen
4. Kernmembraan
5. Nucleolus
6. Nucleus (kern)
7. Glad endoplasmatisch reticulum
8. Ruw endoplasmatisch reticulum
9. Golgi-apparaat
10. Secretorische vesikels
11. Peroxisomen
12. Cytoskelet
13. Microvili
• Cytoplasma: alles binnen de plasmamembraan, behalve de nucleus
• Cytosol: het waterige gedeelte van het cytoplasma buiten de organellen
• Lumen: waterige gedeelte binnen de organellen
1
,1.2 Structuur van biomembranen
1.2.1 Visualisatie
1.2.1.1 Atomic Force Microscopie AFM
• Zoals een platendrager
• Cantilever en tip die oppervlakte scannen m.b.v. laser
• Geeft specifiek patroon
• Visualisatie van putten en bergen in het oppervlak
1.2.1.2 Elektronenmicroscopie EM
• Elektronen worden doorgelaten of teruggekaatst
• Vaak worden er ook stoffen toegediend
• Osmium oxide (OsO4) bind aan negatieve ladingen
o Geen elektronen doorlaten → donkere vlek
1.2.2 Fosfolipiden dubbellaag
• Amfipatische moleculen
o Hoofd: polair en hydrofiel (water is leuk)
o Staart: apolair en hydrofoob, gaan samen naar elkaar toe gaan
• EM: Spoorweg aangezien geen OsO4 tussen de laag in kan
• Dikte: 3 à 4 nanometer (10-9 meter) = 30 à 40 Å (=10-10meter)
* Variabiliteit van biomembranen
• Kan heel glad zijn (RBC) of ruw met haren/cilia (haarcel)
• Vb. schwan cellen: opeenvolging van plasmamembranen
o Wikkelen zich rond zenuwcellen
* Amfipatische moleculen in waterige oplossing
• Micellen: hele kleine bolletjes, staarten naar elkaar toe
• Liposome: kleinste bol van dubbellagen
• Fosfolipiden dubbellaag
1.2.3 Exoplasmatische en cytosolische zijde
• Exoplasmatische blijft ALTIJD exoplasmatische
• Cytosolische blijft ALTIJF cytologisch
• Ook na het versmelten van de membranen
2
,1.3 Chemie van biomembranen: lipiden
~ 3 belangrijke soorten lipiden
1.3.1 Fosfoglyceriden en plasmalogenen
1.3.1.1 Fosfoglyceriden
• Glycerol = de basis (antivriesmiddel)
o Alcohol groepen kunnen reageren met een zuur → Ester
o Hieraan 1 tot 3 vetzuur staarten hangen of andere groepen
• Triacylglycerol: glycerol met 3 vetzuur staarten aan
o “Acyl” gebruikt om vetzuur aan te duiden
o Opslag in adipocyten
o Heel hydrofoob
• Diacylglycerol: glycerol + 2 VZ staarten aan
o Komt wel voor in de membraan
• Diacylglycerol-3-fosfaat = fosfatidyl
o Fosfaat groep op de 3de koolstof
o Basis structuur
▪ PE: Fosfatidyl ethanolamine
▪ PC: Fosfatidyl choline
▪ PS: Fosfatidyl serine
▪ PI: Fosfatidyl inositol
1.3.1.2 Plasmalogenen
• Minder voorkomend
• Een van de esters is een ether
o Gewone koolstof in plaats van carbonyl
• Meer resistente tegen afbraak enzymen
1.3.2 Sfingolipide
• GEEN glycerol maar sfingosine als basis groep
o Groot molecule
o Lange hydrofobe staart
o 2 alcohol groepen
o Amine groep (reactie met VZ)
▪ Amide verbinding
• Ceramide: sfingosine met vetzuur
• Sfingomyeline: ceramide met fosfaat en choline groep
• Glycosphingolipide: suikers aan gekoppeld
o Vb. GlcCer = Glucosyl cerebroside
• Gangliosides zijn glycosphingolipiden met complexere suikergroepen
3
, 1.3.3 Cholesterol
• Heel veelzijdige functies
• Amfipatisch molecule
o -OH is hydrofiel
o Rest is hydrofoob
• Voorloper voor tal van andere moleculen
o Cholesterol is een steroide
1.3.4 Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
1.3.4.1 Axiale rotatie
• Rotatie van een vetzuur rond zijn langste as
• Theoretisch concept
1.3.4.2 Laterale diffusie
• Bewegen door elkaar van links naar rechts
• FRAP: Fluorescence Recovery After Photobleaching
1. Membraan lipiden labelen met een fluorescente stof
2. Bleachen van een specifiek gebied met een laser
3. Na enkele tijd weer fluo in gebied
a. Afkomstig van laterale diffusie
1.3.4.3 Flip flop
• Van de ene kant van het membraan naar de andere kant
• Energetisch zeer ongunstig
• Flippase enzyme nodig (verbruikt ATP)
* Meting van flip flop
Willen aantonen dat ABCB4 een ATP gedreven flippase is
1. Toevoegen van fluo fosfolipiden
2. Verschillende media; met en zonder ATP
3. Quencher en licht toevoegen
i. Fluo aan de buitenkant beïnvloed door Q
ii. Fluo die door flippase naar binnen zijn →
signaal (Q niet doorheen membraan)
4. Resultaat
i. Zonder ATP: geen signaal meer
ii. Met ATP: wel signaal
4
1.1 Inleiding
1.1.1 Biologische membraan
Prokaryoten2 VS Eukaryoten cel → deze cursus enkel eukaryote cellen
1.1.2 Membranen om en in een cel
• Typische cel bestaat eigenlijk niet
• “Hoeveel membraan heeft een cel”
o Kubus vormige epitheel cel met lengte 10µm
▪ 1 oppervlakte: 10µm * 10 µm = 100µm2
▪ Kubus heeft 6 vlakken → 600 µm2
▪ Apicale zijde: mircovilli die oppervlakte vergroten
o Plasmamembraan: 700µm2
• Binnen de cel: typische 10x de oppervlakte van de cel aan interne membranen → 7.000µm2
o Bevind zicht rond de nucleus, rond organellen
• Cytoskelet: 94.000 µm2
• Membraan niet enkel functie als “muur” → groot deel van de actie gebeurd hier ook
1.1.3 Onderverdeling van een dierlijke cel
1. Plasmamembraan
2. Mitochondria
3. Lysosomen
4. Kernmembraan
5. Nucleolus
6. Nucleus (kern)
7. Glad endoplasmatisch reticulum
8. Ruw endoplasmatisch reticulum
9. Golgi-apparaat
10. Secretorische vesikels
11. Peroxisomen
12. Cytoskelet
13. Microvili
• Cytoplasma: alles binnen de plasmamembraan, behalve de nucleus
• Cytosol: het waterige gedeelte van het cytoplasma buiten de organellen
• Lumen: waterige gedeelte binnen de organellen
1
,1.2 Structuur van biomembranen
1.2.1 Visualisatie
1.2.1.1 Atomic Force Microscopie AFM
• Zoals een platendrager
• Cantilever en tip die oppervlakte scannen m.b.v. laser
• Geeft specifiek patroon
• Visualisatie van putten en bergen in het oppervlak
1.2.1.2 Elektronenmicroscopie EM
• Elektronen worden doorgelaten of teruggekaatst
• Vaak worden er ook stoffen toegediend
• Osmium oxide (OsO4) bind aan negatieve ladingen
o Geen elektronen doorlaten → donkere vlek
1.2.2 Fosfolipiden dubbellaag
• Amfipatische moleculen
o Hoofd: polair en hydrofiel (water is leuk)
o Staart: apolair en hydrofoob, gaan samen naar elkaar toe gaan
• EM: Spoorweg aangezien geen OsO4 tussen de laag in kan
• Dikte: 3 à 4 nanometer (10-9 meter) = 30 à 40 Å (=10-10meter)
* Variabiliteit van biomembranen
• Kan heel glad zijn (RBC) of ruw met haren/cilia (haarcel)
• Vb. schwan cellen: opeenvolging van plasmamembranen
o Wikkelen zich rond zenuwcellen
* Amfipatische moleculen in waterige oplossing
• Micellen: hele kleine bolletjes, staarten naar elkaar toe
• Liposome: kleinste bol van dubbellagen
• Fosfolipiden dubbellaag
1.2.3 Exoplasmatische en cytosolische zijde
• Exoplasmatische blijft ALTIJD exoplasmatische
• Cytosolische blijft ALTIJF cytologisch
• Ook na het versmelten van de membranen
2
,1.3 Chemie van biomembranen: lipiden
~ 3 belangrijke soorten lipiden
1.3.1 Fosfoglyceriden en plasmalogenen
1.3.1.1 Fosfoglyceriden
• Glycerol = de basis (antivriesmiddel)
o Alcohol groepen kunnen reageren met een zuur → Ester
o Hieraan 1 tot 3 vetzuur staarten hangen of andere groepen
• Triacylglycerol: glycerol met 3 vetzuur staarten aan
o “Acyl” gebruikt om vetzuur aan te duiden
o Opslag in adipocyten
o Heel hydrofoob
• Diacylglycerol: glycerol + 2 VZ staarten aan
o Komt wel voor in de membraan
• Diacylglycerol-3-fosfaat = fosfatidyl
o Fosfaat groep op de 3de koolstof
o Basis structuur
▪ PE: Fosfatidyl ethanolamine
▪ PC: Fosfatidyl choline
▪ PS: Fosfatidyl serine
▪ PI: Fosfatidyl inositol
1.3.1.2 Plasmalogenen
• Minder voorkomend
• Een van de esters is een ether
o Gewone koolstof in plaats van carbonyl
• Meer resistente tegen afbraak enzymen
1.3.2 Sfingolipide
• GEEN glycerol maar sfingosine als basis groep
o Groot molecule
o Lange hydrofobe staart
o 2 alcohol groepen
o Amine groep (reactie met VZ)
▪ Amide verbinding
• Ceramide: sfingosine met vetzuur
• Sfingomyeline: ceramide met fosfaat en choline groep
• Glycosphingolipide: suikers aan gekoppeld
o Vb. GlcCer = Glucosyl cerebroside
• Gangliosides zijn glycosphingolipiden met complexere suikergroepen
3
, 1.3.3 Cholesterol
• Heel veelzijdige functies
• Amfipatisch molecule
o -OH is hydrofiel
o Rest is hydrofoob
• Voorloper voor tal van andere moleculen
o Cholesterol is een steroide
1.3.4 Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
1.3.4.1 Axiale rotatie
• Rotatie van een vetzuur rond zijn langste as
• Theoretisch concept
1.3.4.2 Laterale diffusie
• Bewegen door elkaar van links naar rechts
• FRAP: Fluorescence Recovery After Photobleaching
1. Membraan lipiden labelen met een fluorescente stof
2. Bleachen van een specifiek gebied met een laser
3. Na enkele tijd weer fluo in gebied
a. Afkomstig van laterale diffusie
1.3.4.3 Flip flop
• Van de ene kant van het membraan naar de andere kant
• Energetisch zeer ongunstig
• Flippase enzyme nodig (verbruikt ATP)
* Meting van flip flop
Willen aantonen dat ABCB4 een ATP gedreven flippase is
1. Toevoegen van fluo fosfolipiden
2. Verschillende media; met en zonder ATP
3. Quencher en licht toevoegen
i. Fluo aan de buitenkant beïnvloed door Q
ii. Fluo die door flippase naar binnen zijn →
signaal (Q niet doorheen membraan)
4. Resultaat
i. Zonder ATP: geen signaal meer
ii. Met ATP: wel signaal
4
