Celbiologie
INHOUD
H1 Biomembranen ........................................................................................................................... 3
1.1. Structuur van biomembranen ...................................................................................................... 3
Exoplasmatische en cytosolische zijden .......................................................................................... 5
Chemie van biomembranen ............................................................................................................ 5
Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan ........................................................................... 7
1.2. Functie van de plasmambraan ..................................................................................................... 9
Barrière ............................................................................................................................................ 9
Elektrische condensator ................................................................................................................ 10
Reservoir voor signaalmoleculen .................................................................................................. 11
2D-vloeistof ................................................................................................................................... 11
Hoofstuk 2 – Membraantransport ........................................................................................................ 15
2.1. Fundamentele aspecten van diffusie ......................................................................................... 15
2.2. Passieve diffusie ......................................................................................................................... 18
2.3. Diffusie versus actief transport .................................................................................................. 22
2.4. Uniporters .................................................................................................................................. 24
2.5. Energetische beschouwingen bij het transmembranair transport van opgeloste stoffen ........ 26
2.6. Primair actief transport .............................................................................................................. 29
ATP-gedreven pompen .................................................................................................................. 29
2.7. Secundair actief transport .......................................................................................................... 33
2.8. Kanalen ....................................................................................................................................... 36
Waterkanalen ................................................................................................................................ 36
Ionenkanalen ................................................................................................................................. 37
2.9. Selectiviteit van ionenkanalen ................................................................................................... 42
Consequenties van het openen/sluiten van ionenkanalen ........................................................... 43
Schakeling (gating) van ionenkanalen ........................................................................................... 43
2.10. Illustraties van de rol van ionenkanalen .................................................................................. 46
Hoofdstuk 3 ........................................................................................................................................... 58
3.1. Inleiding ...................................................................................................................................... 58
3.2. GPCR’s ........................................................................................................................................ 60
3.3. Cytokine-receptoren .................................................................................................................. 69
3.4. Receptor tyrosine kinasen .......................................................................................................... 72
3.5. Notch-receptor ........................................................................................................................... 78
1
,Hoofdstuk 4 ........................................................................................................................................... 80
4.1. Inleiding ...................................................................................................................................... 80
4.2. Eiwitproductie ter hoogte van het ER ........................................................................................ 80
4.3. Modificatie en kwaliteitscontrole van proteïnen in het ER........................................................ 84
Glycosylatie ................................................................................................................................... 84
Vorming van disulfide bruggen ..................................................................................................... 85
Vouwing ......................................................................................................................................... 85
4.4. Secretorische weg ...................................................................................................................... 87
Hoofdstuk 5 ........................................................................................................................................... 94
5.1. Componenten van het cytoskelet .............................................................................................. 94
Microfilamenten ............................................................................................................................ 94
Microtubuli .................................................................................................................................... 96
Intermediaire filamenten .............................................................................................................. 96
5.2. Myosine als motoreiwit .............................................................................................................. 97
5.3. Motoreiwitten: kinesine en dyneïne ........................................................................................ 102
Kinesine ....................................................................................................................................... 102
Dyneïne........................................................................................................................................ 103
2
,H1 BIOMEMBRANEN
1.1. STRUCTUUR VAN BIOMEMBRANEN
Biologische membranen
Essentie van hoofdstuk: opbouw van biomembranen
Prokaryoten: bacteriën etc
Eukaryoten: zoogdiercellen → verschil door aanwezigheid van celorganellen
Membranen om en in een cel
Hoeveel plasmamembraan heeft een cel: 700 mm²
Hoeveel interne membraan heeft een cel: 7000 mm² (10 keer meer intracellulair; rond organellen zoals de kern)
→ best veel membraan
Functie: barrièrefunctie maar ook veel actie aan de membraan voor signaaltransductie en voedingstransport
naar de cel
Onderverdeling van een dierlijke cel
Rode kader zijn belangrijke organellen voor dit vak en deze gaan later besproken worden
Onderverdelen in bepaalde delen:
- Cytoplasma= alles binnen plasmamembraan behalve de nucleus (alles erin)
- Cytosol= waterig gedeelte van het cytoplasma buiten de organellen (1 doorlopende watermassa)
- Lumen= waterig gedeelte binnen een organel (in het organel dus voorbeeld in een lysosoom)
Structuur van biomembranen
2 manieren om te kijken naar biomembranen
(1) Atomic Force Microscopie (AFM)
Principe:
- Naald die ‘scant’ over oppervlak waar laser op schijnt en bij afwijking zal fotodiode dit opvangen en
omzetten (feedback geven aan fotodiode) naar een signaal voor beeldvorming
- Afwijking van naald zal dan een beeld vormen
Laatste tijd vaker toegepast op visualisatie van biomembranen
Biomembraan is geen vlak oppervlak maar heeft reliëf
3
, (2) Elektronenmicroscopie (EM)
Principe:
- Bepaalde stoffen toedienen waar op die plaats geen
elektronen kunnen doorgaan (zware metalen gebruikt
zoals OsO4)
- Overal waar stof zit zal geen elektronen passeren en
donker kleuren
Voorbeeld:
- RBC gekleurd met OsO4
- Soort spoorweg structuur door fosfolipide dubbellaag
Fosfolipiden dubbellagen
Amfipatisch molecule= moleculen die 2 kanten hebben (hydrofoob + hydrofiel)
Dimensie van fosfolipide laag: 3 tot 4 nm of 30 tot 40 Ångström
(relatief dun membraantje)
→ dikte onthouden voor transport van eiwit om door membraan te geraken
Amfipatische moleculen in waterige oplossingen
Afhankelijk van concentratie en omgeving kunnen deze zich bepaald gaan rangschikken
Variabiliteit van biomembranen
Membraan van RBC: mooie gladde donutachtige vorm zonder al te veel scherpe randjes
Haarcellen (in oor): membraan heeft scherpe haarachtige structuren
→ verschillende vormen van de biomembranen
Plaatsen waar biomembraan nog andere vormen kan aannemen
- Schwan cellen: wikkelen rond zenuwcellen en zorgen voor dikke donkere band rondom zenuwcel (=
myelineschede), meerdere plasmamembranen rondom de zenuwcel gewikkeld
4
, EXOPLASMATISCHE EN CYTOSOLISCHE ZIJDEN
→ belangrijk
Exoplasmatisch en cytosolisch kunnen verschillen in
samenstelling
Plasmamembraan
- Kant naar buiten is exoplasmatisch
- Kant naar binnen is cytosolisch
Lysosoom
- Kant naar cytosol is cytosolisch
- Kant naar het lumen is exoplasmatisch
Mitochondriën (2 membranen)
- Buitenmembraan
o Kant naar buiten is cytosolisch
o Kant naar binnen is exoplasmatisch
- Binnenmembraan
o Kant naar buiten is exoplasmatisch
o Kant naar binnen is cytosolisch
Bij versmelten van membraan door endo of exocytose blijven de membranen hoe ze waren
CHEMIE VAN BIOMEMBRANEN
3 soorten amfipatische moleculen:
- Fosfoglyceriden & plasmalogenen
- Sfingolipiden
- Sterolen (cholesterol)
Fosfoglyceriden
Opgebouwd rond molecule glycerol
Glycerol= 3 koolstoffen met een alcoholgroep, basis voor bepaalde moleculen
Alcoholgroepen reageren met organische zuur, vetzuur ter vorming van een ester
Triacylglycerol
= 3 vetzuren + glycerol (heel hydrofoob, geen enkele polaire groep) → vet in adipocyten
Diacylglycerol-3-fosfaat (fosfatidyl)
= 2 vetzuren + glycerol + fosfaat op positie 3 (fosfaatgroeps is polair en vetzuren zijn hydrofoob dus amfipatisch
molecule)
Ook combinaties mogelijk waarbij er moleculen gaan hechten op de fosfaatgroep
Onderverdeling in hoofdgroep en 2 hydrofobe vetzuurstaarten
Grootste onderdeel van de fosfolipiden dubbellaag (= meest voorkomende amfipatische moleculen)
Lengte van vetzuurketens zijn variabel
5
INHOUD
H1 Biomembranen ........................................................................................................................... 3
1.1. Structuur van biomembranen ...................................................................................................... 3
Exoplasmatische en cytosolische zijden .......................................................................................... 5
Chemie van biomembranen ............................................................................................................ 5
Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan ........................................................................... 7
1.2. Functie van de plasmambraan ..................................................................................................... 9
Barrière ............................................................................................................................................ 9
Elektrische condensator ................................................................................................................ 10
Reservoir voor signaalmoleculen .................................................................................................. 11
2D-vloeistof ................................................................................................................................... 11
Hoofstuk 2 – Membraantransport ........................................................................................................ 15
2.1. Fundamentele aspecten van diffusie ......................................................................................... 15
2.2. Passieve diffusie ......................................................................................................................... 18
2.3. Diffusie versus actief transport .................................................................................................. 22
2.4. Uniporters .................................................................................................................................. 24
2.5. Energetische beschouwingen bij het transmembranair transport van opgeloste stoffen ........ 26
2.6. Primair actief transport .............................................................................................................. 29
ATP-gedreven pompen .................................................................................................................. 29
2.7. Secundair actief transport .......................................................................................................... 33
2.8. Kanalen ....................................................................................................................................... 36
Waterkanalen ................................................................................................................................ 36
Ionenkanalen ................................................................................................................................. 37
2.9. Selectiviteit van ionenkanalen ................................................................................................... 42
Consequenties van het openen/sluiten van ionenkanalen ........................................................... 43
Schakeling (gating) van ionenkanalen ........................................................................................... 43
2.10. Illustraties van de rol van ionenkanalen .................................................................................. 46
Hoofdstuk 3 ........................................................................................................................................... 58
3.1. Inleiding ...................................................................................................................................... 58
3.2. GPCR’s ........................................................................................................................................ 60
3.3. Cytokine-receptoren .................................................................................................................. 69
3.4. Receptor tyrosine kinasen .......................................................................................................... 72
3.5. Notch-receptor ........................................................................................................................... 78
1
,Hoofdstuk 4 ........................................................................................................................................... 80
4.1. Inleiding ...................................................................................................................................... 80
4.2. Eiwitproductie ter hoogte van het ER ........................................................................................ 80
4.3. Modificatie en kwaliteitscontrole van proteïnen in het ER........................................................ 84
Glycosylatie ................................................................................................................................... 84
Vorming van disulfide bruggen ..................................................................................................... 85
Vouwing ......................................................................................................................................... 85
4.4. Secretorische weg ...................................................................................................................... 87
Hoofdstuk 5 ........................................................................................................................................... 94
5.1. Componenten van het cytoskelet .............................................................................................. 94
Microfilamenten ............................................................................................................................ 94
Microtubuli .................................................................................................................................... 96
Intermediaire filamenten .............................................................................................................. 96
5.2. Myosine als motoreiwit .............................................................................................................. 97
5.3. Motoreiwitten: kinesine en dyneïne ........................................................................................ 102
Kinesine ....................................................................................................................................... 102
Dyneïne........................................................................................................................................ 103
2
,H1 BIOMEMBRANEN
1.1. STRUCTUUR VAN BIOMEMBRANEN
Biologische membranen
Essentie van hoofdstuk: opbouw van biomembranen
Prokaryoten: bacteriën etc
Eukaryoten: zoogdiercellen → verschil door aanwezigheid van celorganellen
Membranen om en in een cel
Hoeveel plasmamembraan heeft een cel: 700 mm²
Hoeveel interne membraan heeft een cel: 7000 mm² (10 keer meer intracellulair; rond organellen zoals de kern)
→ best veel membraan
Functie: barrièrefunctie maar ook veel actie aan de membraan voor signaaltransductie en voedingstransport
naar de cel
Onderverdeling van een dierlijke cel
Rode kader zijn belangrijke organellen voor dit vak en deze gaan later besproken worden
Onderverdelen in bepaalde delen:
- Cytoplasma= alles binnen plasmamembraan behalve de nucleus (alles erin)
- Cytosol= waterig gedeelte van het cytoplasma buiten de organellen (1 doorlopende watermassa)
- Lumen= waterig gedeelte binnen een organel (in het organel dus voorbeeld in een lysosoom)
Structuur van biomembranen
2 manieren om te kijken naar biomembranen
(1) Atomic Force Microscopie (AFM)
Principe:
- Naald die ‘scant’ over oppervlak waar laser op schijnt en bij afwijking zal fotodiode dit opvangen en
omzetten (feedback geven aan fotodiode) naar een signaal voor beeldvorming
- Afwijking van naald zal dan een beeld vormen
Laatste tijd vaker toegepast op visualisatie van biomembranen
Biomembraan is geen vlak oppervlak maar heeft reliëf
3
, (2) Elektronenmicroscopie (EM)
Principe:
- Bepaalde stoffen toedienen waar op die plaats geen
elektronen kunnen doorgaan (zware metalen gebruikt
zoals OsO4)
- Overal waar stof zit zal geen elektronen passeren en
donker kleuren
Voorbeeld:
- RBC gekleurd met OsO4
- Soort spoorweg structuur door fosfolipide dubbellaag
Fosfolipiden dubbellagen
Amfipatisch molecule= moleculen die 2 kanten hebben (hydrofoob + hydrofiel)
Dimensie van fosfolipide laag: 3 tot 4 nm of 30 tot 40 Ångström
(relatief dun membraantje)
→ dikte onthouden voor transport van eiwit om door membraan te geraken
Amfipatische moleculen in waterige oplossingen
Afhankelijk van concentratie en omgeving kunnen deze zich bepaald gaan rangschikken
Variabiliteit van biomembranen
Membraan van RBC: mooie gladde donutachtige vorm zonder al te veel scherpe randjes
Haarcellen (in oor): membraan heeft scherpe haarachtige structuren
→ verschillende vormen van de biomembranen
Plaatsen waar biomembraan nog andere vormen kan aannemen
- Schwan cellen: wikkelen rond zenuwcellen en zorgen voor dikke donkere band rondom zenuwcel (=
myelineschede), meerdere plasmamembranen rondom de zenuwcel gewikkeld
4
, EXOPLASMATISCHE EN CYTOSOLISCHE ZIJDEN
→ belangrijk
Exoplasmatisch en cytosolisch kunnen verschillen in
samenstelling
Plasmamembraan
- Kant naar buiten is exoplasmatisch
- Kant naar binnen is cytosolisch
Lysosoom
- Kant naar cytosol is cytosolisch
- Kant naar het lumen is exoplasmatisch
Mitochondriën (2 membranen)
- Buitenmembraan
o Kant naar buiten is cytosolisch
o Kant naar binnen is exoplasmatisch
- Binnenmembraan
o Kant naar buiten is exoplasmatisch
o Kant naar binnen is cytosolisch
Bij versmelten van membraan door endo of exocytose blijven de membranen hoe ze waren
CHEMIE VAN BIOMEMBRANEN
3 soorten amfipatische moleculen:
- Fosfoglyceriden & plasmalogenen
- Sfingolipiden
- Sterolen (cholesterol)
Fosfoglyceriden
Opgebouwd rond molecule glycerol
Glycerol= 3 koolstoffen met een alcoholgroep, basis voor bepaalde moleculen
Alcoholgroepen reageren met organische zuur, vetzuur ter vorming van een ester
Triacylglycerol
= 3 vetzuren + glycerol (heel hydrofoob, geen enkele polaire groep) → vet in adipocyten
Diacylglycerol-3-fosfaat (fosfatidyl)
= 2 vetzuren + glycerol + fosfaat op positie 3 (fosfaatgroeps is polair en vetzuren zijn hydrofoob dus amfipatisch
molecule)
Ook combinaties mogelijk waarbij er moleculen gaan hechten op de fosfaatgroep
Onderverdeling in hoofdgroep en 2 hydrofobe vetzuurstaarten
Grootste onderdeel van de fosfolipiden dubbellaag (= meest voorkomende amfipatische moleculen)
Lengte van vetzuurketens zijn variabel
5
