Celbiologie Partim fysiologie
2)Celfysiologie
1)Inleiding in de fysiologie (weinig gevraagd)
Wat is fysiologie?
= Werking en functie van levende materie (vraagt geen definitie)
Aristoteles: “kennis van de natuur”
Hippocrates: “geneeskracht van de natuur”
- Biologische functies
- Gaat samen met andere wetenschappen: anatomie, biochemie, chemie, fysica
Fysiologische systemen en functies en proces niet kennen!
Homeostase
Waarom?
Anders afhankelijk van de omgeving bv moeten zon gaan opzoeken, ...
Extracellulaire vloeistof= interne omgeving van het lichaam = vloeistof rond de cellen
Intracellulaire vloeistof= vloeistof in de cel
Claude Bernard: Franse fysioloog
“la fixité du milieu intérieur” = extracellulaire vloeistof
Walter B. Cannon
- “Homeostase”: geen homostase want door inwendige factoren en omgevingsfactoren die de cel beïnvloeden, gaat het
wel nog lichtjes variëren en blijft het niet volledig gelijk (homo)
- “homeodynamics”: omdat het nog lichtjes varieert
- Pathologisch – pathofysiologie (kennis en studie van zieke organen)
Internal change bv kankercellen die meer zuur produceren
External change bv buitentemperatuur verhoogd
Input -> integrating center -> output -> responce
Soms rechtstreeks van input -> response
Feedback mechanismen
Bv bloeddrukverval gemeten -> hersenen (via zenuwstelsel of hormonen) -> reactie: hartslag verhoogd -> bloeddruk terug in
orde -> feedback mechanisme: hersenen sturen signaal terug om hartslag te verlagen
Negatieve feedback: in stippenlijn met op het einde 2 streepjes
Positieve feedback: niets met homeostase te maken maar bestaat bv bij bevalling
Pas buiten bepaald gebied (range) van het normale (setpoint) dat u lichaam gaat reageren bv als de temperatuur 37,2 is gaat het
lichaam niets doen, als het 38,2 is wel
Concepten en wetenschap ook niet kennen!
2)Moleculaire interacties
Na+ = sodium
K+ = Potassium
Proteïnen aan en uitzetten door fosfaatgroepen
Polypetide = polymeer van 10-100 aminozuren
Proteïne = polymeer van meer dan 100 aminozuren
1
,Concentratie: mol, molaire massa, molariteit, equivalent, gewicht/volume en volume/volume, pH en (H+)
Proteïnen en proteïne-interacties
1. enzymen
2. membraantransportproteïnen
3. signaalmoleculen
4. receptoren
5. bindingsproteïnen
6. regulatieproteïnen, transcriptiefa
7. immunoglobulinen
Proteïne binding:
Altijd ligand of substraat met de proteïne (als we pas proteine maken wanneer ze nodig zijn is dat te laat dus ze worden gemaakt
en zijn dan nog inactief en dan actief door substraat)
Ligand is algemeen, als het ligand een proteïne, enzym is dan is het een substraat
-> Bindingen zijn niet covalent
1) Specificiteit:
Als er meerdere liganden oppassen is het niet specifiek
Bv Pepti -dase : t gene da ervoor komt wordt afgebroken -> peptidebindingen afbreken ->kan overal knippen
Aminopeptidase: kan enkel knippen op plaatsen waar aminizuur achterkomt-> zeer specifiek
2) Affiniteit:
= Kans op binding
Bv hemoglobine heeft verschillende liganden 02, CO en CO2 maar hoogste affiniteit voor CO dus die gaat eerst binden en
hemoglobine bezetten voor 02
- Proteine + ligand = complex
Kd= (P)(L)/(PL) (lagere Kd geeft hogere bindingsaffiniteit)
- Concept check zie pp: b want lagere kd dus hogere bindingsaffiniteit
- Agonist (= stof die bind op de proteïne en dezelfde reactie veroorzaakt als het substraat)
Antagonist (stof die bind op het proteïne en geen reactie veroorzaakt)
3) Isovormen:
sterk gerelateerde proteïnen met gelijke functie maar andere affiniteit
Bv hemoglobine en foetaal hemoglobine
4) Activatie:
− Proteolytische activatie: stuk eraf waardoor het proteïne actief wordt Bv trypsinogeen is de inactieve vorm, als je er
stukjes uitknipt wordt het tripsine (= enzyme om kankercel van matrix te scheiden) ligand is de binding
− Cofactoren: proteïnen volledig inactief en moet een cofactor opkomen om een bindingsplaats te hebben
5) modulatie
2 mogelijkheden:
- Wijziging bindingsmogelijkheden van ligand aan receptor
- Wijziging van proteïne activiteit
Chemische modulatoren
= chemische stoffen die binden aan proteïnen en bindingmogelijkheden of activatie wijzigen (kan bv ook volledige (reversibele
of irreversibele) inactivatie zijn)
- Antagonisten: ligand dat sterk lijkt op oorsprongkelijke ligand maar geen reactie veroorzaken , inhibitoren die activiteit
van proteïne verlagen en geen reactie veroorzaken
Bv pijnstiller is een antagonist die bindt op de pijnprikkelreceptor maar geven geen signaal door
2
, Reversibele antagonisten: kunnen er terug af
Irreversibele antagonisten: komen niet meer los van het proteïne, wat ook de concertratie veranderingen
Bv tamoxifen: toegediend aan bv mensen met borstkanker binden aan Oestrogeenreceptor van
kankercellen
- Competitieve inhibitoren: gaan competitie aan met normale ligand van de bindingsplaats -> mate van inhibitie
afhankelijk van affiniteit van het proteïnen voor de inhibitor en voor ligand en hoeveelheid ligand (meer ligand is
minder inhibitie)
- Allosterische modulatoren: binden reversibele aan een proteïne op een andere plaat dan de bindingsplaats en wijzigen
zo de vorm van de bindingsplaats
Allosterische inhibitie door antagonisten of allosterische activatie door activatoren
- Covalente modulatoren: functionele groepen die covalent gaan binden aan het proteïnen en zo de eigenschappen van
het proteïne wijzigen (inhiberen of activeren), heel vaak fosfaatgroepen
Bv S (start) heel strikt gereguleerd want mag pas van start gaan als de cel klaar is om te delen, gereguleerd door
E2F (=transcriptiefactor) en die wordt gecontroleerd door PRB: instaat om E2F vast te houden en kan die niet meer
lossen tot er een fosfaatgroep op komt = fosforilatie (gebeurd als er genoeg groeifactoren zijn die binden aan
groeifactorreceptor dat geactiveerd wordt en via signaaltransductie opdracht aan cdk4/6 cln D complex)
Fysische modulatoren
- Temperatuur en pH: perfect homeostatisch gereguleerd, want anders denaturatie
- Als de proteïne concentratie stijgt -> ook meer complexen
- Als de ligand concentratie stijgt -> ook meer complexen tot bij een bepaalde saturatie wanneer de concentratie ligand
zo hoog is dat alle receptoren bezet zijn en dan heeft verhogen geen invloed meer
3)Compartimentatie: cellen en weefsels
Functionele lichaamscompartimenten
Milieu interieur (extracellulaire vloeistof = Interstitiële vloeistof): in nauw contact met de bloedsomloop
ECF ICF
Capillary wall: endotheelcellen = plat en langwerpig (bloedvatwanden) die netjes aan elkaar sluiten
-> concentratieverschil tussen de ruimtes is klein
Celmembraan: concentratieverschil tussen de ruimtes groot
Biologische membranen
Belangrijkste functies
- Fysische isolatie: gescheiden compartiment
- Uitwisseling met de omgeving
- Communicatie tussen cellen onderling
- Structuur: cytoskelet, cel-cel en cel-matrix interacties (cel hecht op matrix of aan elkaar)
Bestaat uit:
3
, - Lipiden: in membraan veel fosfolipiden: fuctie = vooral fysische isolatie
Uitwisseling: lipofiele kleine moleculen anders mbv. Proteinepompen
Structuur: koolhydraten nodig die kunnen binden met matrix
Polaire kop: Hydrofiel = lipofoob = weerstand tegen vetten, maar houdt wel van water
Apolaire staart: Hydrofoob= lipofiel
Cholesterolmoleculen kunnen tussen de lipiden komen -> maken het soepel
- Proteïnen
Verschillende cellen
- Rode bloedcelmembraan: voor vervoer 02, ongeveer even veel proteïne als lipiden
- Myelinemembraan rond zenuwcellen: cellen met isolerende functie, veel meer lipiden dan proteïnen
- Binnenste mitochondriaal membraan: metabole activiteiten, veel meer proteïnen dan lipiden, carbohydratie van 0%
dus goed membraan om veel uit te wisselen maar wel zeer zwak
Dikte van de dubbellaag: 8 nanometer!
Membraanproteïnen
1) Transmembranaire membraanproteïnen: door het membraan
2) Perifere membraanproteïnen: aan de buitenkant van het membraan
3) Lipide- verankerde membraanproteïnen: rechtstreeks verbonden aan lipiden
Transmembranaire membraanproteïnen
- Elk segment minstens 20-25 AZ doorheen het membraan
- Niet polair, hydrofoob
- Niet-covalente bindingen met fosfolipiden
- Vaak 7 of 12 transmembranaire segmenten: proteïne gaat dus 7 of 12 keer doorheen het membraan
- Extracellulaire kolhydraten: aan de buitenkant van de cel
- Intracellulaire fosfaatgroepen: binnen kant van de cel, in het cytoplasma
Perifere membraanproteïnen
- Gehecht aan transmembranaire proteïnen of aan polaire koppen van fosfolipiden
- Enzymes
- Structurele bindingsproteïnes die aan het cytoskelet hechten -> zorgen voor nette vorm wand
Lipide-verankerde membraanproteïnen
4
2)Celfysiologie
1)Inleiding in de fysiologie (weinig gevraagd)
Wat is fysiologie?
= Werking en functie van levende materie (vraagt geen definitie)
Aristoteles: “kennis van de natuur”
Hippocrates: “geneeskracht van de natuur”
- Biologische functies
- Gaat samen met andere wetenschappen: anatomie, biochemie, chemie, fysica
Fysiologische systemen en functies en proces niet kennen!
Homeostase
Waarom?
Anders afhankelijk van de omgeving bv moeten zon gaan opzoeken, ...
Extracellulaire vloeistof= interne omgeving van het lichaam = vloeistof rond de cellen
Intracellulaire vloeistof= vloeistof in de cel
Claude Bernard: Franse fysioloog
“la fixité du milieu intérieur” = extracellulaire vloeistof
Walter B. Cannon
- “Homeostase”: geen homostase want door inwendige factoren en omgevingsfactoren die de cel beïnvloeden, gaat het
wel nog lichtjes variëren en blijft het niet volledig gelijk (homo)
- “homeodynamics”: omdat het nog lichtjes varieert
- Pathologisch – pathofysiologie (kennis en studie van zieke organen)
Internal change bv kankercellen die meer zuur produceren
External change bv buitentemperatuur verhoogd
Input -> integrating center -> output -> responce
Soms rechtstreeks van input -> response
Feedback mechanismen
Bv bloeddrukverval gemeten -> hersenen (via zenuwstelsel of hormonen) -> reactie: hartslag verhoogd -> bloeddruk terug in
orde -> feedback mechanisme: hersenen sturen signaal terug om hartslag te verlagen
Negatieve feedback: in stippenlijn met op het einde 2 streepjes
Positieve feedback: niets met homeostase te maken maar bestaat bv bij bevalling
Pas buiten bepaald gebied (range) van het normale (setpoint) dat u lichaam gaat reageren bv als de temperatuur 37,2 is gaat het
lichaam niets doen, als het 38,2 is wel
Concepten en wetenschap ook niet kennen!
2)Moleculaire interacties
Na+ = sodium
K+ = Potassium
Proteïnen aan en uitzetten door fosfaatgroepen
Polypetide = polymeer van 10-100 aminozuren
Proteïne = polymeer van meer dan 100 aminozuren
1
,Concentratie: mol, molaire massa, molariteit, equivalent, gewicht/volume en volume/volume, pH en (H+)
Proteïnen en proteïne-interacties
1. enzymen
2. membraantransportproteïnen
3. signaalmoleculen
4. receptoren
5. bindingsproteïnen
6. regulatieproteïnen, transcriptiefa
7. immunoglobulinen
Proteïne binding:
Altijd ligand of substraat met de proteïne (als we pas proteine maken wanneer ze nodig zijn is dat te laat dus ze worden gemaakt
en zijn dan nog inactief en dan actief door substraat)
Ligand is algemeen, als het ligand een proteïne, enzym is dan is het een substraat
-> Bindingen zijn niet covalent
1) Specificiteit:
Als er meerdere liganden oppassen is het niet specifiek
Bv Pepti -dase : t gene da ervoor komt wordt afgebroken -> peptidebindingen afbreken ->kan overal knippen
Aminopeptidase: kan enkel knippen op plaatsen waar aminizuur achterkomt-> zeer specifiek
2) Affiniteit:
= Kans op binding
Bv hemoglobine heeft verschillende liganden 02, CO en CO2 maar hoogste affiniteit voor CO dus die gaat eerst binden en
hemoglobine bezetten voor 02
- Proteine + ligand = complex
Kd= (P)(L)/(PL) (lagere Kd geeft hogere bindingsaffiniteit)
- Concept check zie pp: b want lagere kd dus hogere bindingsaffiniteit
- Agonist (= stof die bind op de proteïne en dezelfde reactie veroorzaakt als het substraat)
Antagonist (stof die bind op het proteïne en geen reactie veroorzaakt)
3) Isovormen:
sterk gerelateerde proteïnen met gelijke functie maar andere affiniteit
Bv hemoglobine en foetaal hemoglobine
4) Activatie:
− Proteolytische activatie: stuk eraf waardoor het proteïne actief wordt Bv trypsinogeen is de inactieve vorm, als je er
stukjes uitknipt wordt het tripsine (= enzyme om kankercel van matrix te scheiden) ligand is de binding
− Cofactoren: proteïnen volledig inactief en moet een cofactor opkomen om een bindingsplaats te hebben
5) modulatie
2 mogelijkheden:
- Wijziging bindingsmogelijkheden van ligand aan receptor
- Wijziging van proteïne activiteit
Chemische modulatoren
= chemische stoffen die binden aan proteïnen en bindingmogelijkheden of activatie wijzigen (kan bv ook volledige (reversibele
of irreversibele) inactivatie zijn)
- Antagonisten: ligand dat sterk lijkt op oorsprongkelijke ligand maar geen reactie veroorzaken , inhibitoren die activiteit
van proteïne verlagen en geen reactie veroorzaken
Bv pijnstiller is een antagonist die bindt op de pijnprikkelreceptor maar geven geen signaal door
2
, Reversibele antagonisten: kunnen er terug af
Irreversibele antagonisten: komen niet meer los van het proteïne, wat ook de concertratie veranderingen
Bv tamoxifen: toegediend aan bv mensen met borstkanker binden aan Oestrogeenreceptor van
kankercellen
- Competitieve inhibitoren: gaan competitie aan met normale ligand van de bindingsplaats -> mate van inhibitie
afhankelijk van affiniteit van het proteïnen voor de inhibitor en voor ligand en hoeveelheid ligand (meer ligand is
minder inhibitie)
- Allosterische modulatoren: binden reversibele aan een proteïne op een andere plaat dan de bindingsplaats en wijzigen
zo de vorm van de bindingsplaats
Allosterische inhibitie door antagonisten of allosterische activatie door activatoren
- Covalente modulatoren: functionele groepen die covalent gaan binden aan het proteïnen en zo de eigenschappen van
het proteïne wijzigen (inhiberen of activeren), heel vaak fosfaatgroepen
Bv S (start) heel strikt gereguleerd want mag pas van start gaan als de cel klaar is om te delen, gereguleerd door
E2F (=transcriptiefactor) en die wordt gecontroleerd door PRB: instaat om E2F vast te houden en kan die niet meer
lossen tot er een fosfaatgroep op komt = fosforilatie (gebeurd als er genoeg groeifactoren zijn die binden aan
groeifactorreceptor dat geactiveerd wordt en via signaaltransductie opdracht aan cdk4/6 cln D complex)
Fysische modulatoren
- Temperatuur en pH: perfect homeostatisch gereguleerd, want anders denaturatie
- Als de proteïne concentratie stijgt -> ook meer complexen
- Als de ligand concentratie stijgt -> ook meer complexen tot bij een bepaalde saturatie wanneer de concentratie ligand
zo hoog is dat alle receptoren bezet zijn en dan heeft verhogen geen invloed meer
3)Compartimentatie: cellen en weefsels
Functionele lichaamscompartimenten
Milieu interieur (extracellulaire vloeistof = Interstitiële vloeistof): in nauw contact met de bloedsomloop
ECF ICF
Capillary wall: endotheelcellen = plat en langwerpig (bloedvatwanden) die netjes aan elkaar sluiten
-> concentratieverschil tussen de ruimtes is klein
Celmembraan: concentratieverschil tussen de ruimtes groot
Biologische membranen
Belangrijkste functies
- Fysische isolatie: gescheiden compartiment
- Uitwisseling met de omgeving
- Communicatie tussen cellen onderling
- Structuur: cytoskelet, cel-cel en cel-matrix interacties (cel hecht op matrix of aan elkaar)
Bestaat uit:
3
, - Lipiden: in membraan veel fosfolipiden: fuctie = vooral fysische isolatie
Uitwisseling: lipofiele kleine moleculen anders mbv. Proteinepompen
Structuur: koolhydraten nodig die kunnen binden met matrix
Polaire kop: Hydrofiel = lipofoob = weerstand tegen vetten, maar houdt wel van water
Apolaire staart: Hydrofoob= lipofiel
Cholesterolmoleculen kunnen tussen de lipiden komen -> maken het soepel
- Proteïnen
Verschillende cellen
- Rode bloedcelmembraan: voor vervoer 02, ongeveer even veel proteïne als lipiden
- Myelinemembraan rond zenuwcellen: cellen met isolerende functie, veel meer lipiden dan proteïnen
- Binnenste mitochondriaal membraan: metabole activiteiten, veel meer proteïnen dan lipiden, carbohydratie van 0%
dus goed membraan om veel uit te wisselen maar wel zeer zwak
Dikte van de dubbellaag: 8 nanometer!
Membraanproteïnen
1) Transmembranaire membraanproteïnen: door het membraan
2) Perifere membraanproteïnen: aan de buitenkant van het membraan
3) Lipide- verankerde membraanproteïnen: rechtstreeks verbonden aan lipiden
Transmembranaire membraanproteïnen
- Elk segment minstens 20-25 AZ doorheen het membraan
- Niet polair, hydrofoob
- Niet-covalente bindingen met fosfolipiden
- Vaak 7 of 12 transmembranaire segmenten: proteïne gaat dus 7 of 12 keer doorheen het membraan
- Extracellulaire kolhydraten: aan de buitenkant van de cel
- Intracellulaire fosfaatgroepen: binnen kant van de cel, in het cytoplasma
Perifere membraanproteïnen
- Gehecht aan transmembranaire proteïnen of aan polaire koppen van fosfolipiden
- Enzymes
- Structurele bindingsproteïnes die aan het cytoskelet hechten -> zorgen voor nette vorm wand
Lipide-verankerde membraanproteïnen
4
