Cellulaire fysiologie
Membraan structuur:
Functie membranen:
1. Barrière tussen cytoplasma en extracellulair milieu:
Houdt inhoud van de cel gescheiden van de buitenkant
Beschermt de cel tegen pathogenen / toxines
Bb 2. Permeabiliteitsbarrière:
Sommige substanties kunnen niet zomaar doorheen membraan diffunderen,
anderen moeten via pompen/kanalen
Zorgt voor een verschil tussen intracellulaire en extracellulaire omgeving
→ chemische / elektrische gradiënt
3. Vorming van interne organellen:
Mitochondriën , endoplasmatisch reticulum, nucleus , golgi apparaat , lysosomen ,
secretorische vesikels
4. Snel en selectief reageren:
Door receptoren
Receptor op het membraan kan molecule (bv neurotransmitter) binden en sneller een respons
uitlokken
Door specifieke receptoren op het membraan voor een molecule kan het een reactie uitlokken,
bij afwezigheid zal de cel niet reageren op de molecule
Membraan dynamieken:
Mestcel degranulatie:
Bij een geactiveerde mestcel gaan alle vesikels fuseren met het celmembraan en wordt het
afgebroken om de stoffen af te geven → membraan herstelt snel
Kiss-and-run:
Vesikels gaan half fuseren met het membraan → ze geven een beetje stof af en hervormen dan
Opbouw lipidenmembraan:
Fosfolipiden:
Polaire kop: zit aan de buitenzijde , in contact met vloeistof
→ sommige koppen binden aan suikers voor celcommunicatie bv sfingosine +
galactose
Glycerol backbone: vetzuurketens en polaire kop aan gebonden
Apolaire staart: vetzuurketens , afgeschermd van water
→ verzadigde vetzuren: bevatten geen dubbele binding (rechte staart)
→ onverzadigde vetzuren: bevatten dubbele binding(en) (staart met een knik)
= amfipathisch: molecule bevat een hydrofiele en hydrofobe component
,Fosfolipiden in water:
➢ Monolaag: bij een lage concentratie richten de staarten zich naar boven uit het water
➢ Micellen: bij een gemiddelde concentratie fosfolipiden richten de staarten zich naar elkaar
toe en vormen een bol
➢ Dubbellaag: bij een hoge concentratie vormen de fosfolipiden een dubbellaag en organiseert
deze zich spontaan in een bol
Vloeibaarheid membraan:
Beweging fosfolipiden:
Rotatie: lipide draait ter plaatse om zijn eigen as
Laterale diffusie: lipide kan lateraal bewegen in 1 laag
Flip-flop: lipide flipt naar de andere laag → komt niet veel voor omdat het veel energie kost om
polaire kop doorheen de apolaire staarten te halen
Flippase: flipt een lipide van buiten naar binnen
Floppase: flipt een lipide van binnen naar buiten
Scramblase: zet een lipide van binnen naar buiten en tegelijk
een lipide van buiten naar binnen
→ bepaalde fosfolipiden moeten buiten tot expressie voor bv
celcommunicatie
Bepalen vloeibaarheid en transitietemperatuur:
Transitietemperatuur: temperatuur tussen vaste en vloeibare toestand
Lengte: hoe langer de keten hoe hoger de transitietemperatuur , hoe minder vloeibaar(vaster)
Verzadigheid: hoe meer onverzadigd hoe hoger de transitietemperatuur , hoe minder vloeibaar(vaster)
Aantal cholesterol: hoe meer cholesterol hoe vloeibaarder
➢ Zorgt voor spreiding van de vetzuurketens
➢ Bij het polaire hoofd is er stijfheid door sterkere interacties met de andere polaire hoofden
➢ Concentratie cholesterol is gelijk aan beide zijdes van de dubbellaag
→ polaire kop is zo klein dat het makkelijk flip-flops kan doen
Cholesterol: is lipofiel dus niet goed oplosbaar in water → komt in complexen voor (LDL,HDL,…)
→ bij een slecht dieet komen foute cholesterolwaarden en wordt het afgezet in de bloedbaan
Asymmetrie membraan: = lipide compositie aan de binnenste en buitenste laag verschillen
Scheiding bij synthese:
➢ Lipiden aan de cytosolzijde(binnen) zijn gesynthetiseerd aan de cytosolzijde van het ER
➢ Lipiden aan de exoplasmatische zijde(buiten) zijn gesynthetiseerd aan de exoplasmatische zijde
van het GA / aan de cytosolzijde en dan door floppase naar buiten geflipt (fosfatidylcholine)
→ glycolipiden liggen enkel aan extracellulaire zijde
Microdomeinen: delen van het membraan dat wat dikker zijn met een verschillende
membraanproteïnen dan de rest van het membraan
Lipid rafts: soort microdomeinen met een invloed op vloeibaarheid en de concentratie van second
messengers zoals PIP2 en PIP3
, Gevolgen membraan asymmetrie:
➢ Bepaalde manier van insertie van membraanproteïnen
➢ Buiging van membraan
➢ Signaaltransductie
➢ Apoptose / fagocytose
➢ Regulatie ionen kanalen activiteit
- Translatie-translocatie: de translocatie(verplaatsen over membraan) van eiwitten tijdens de translatie
→ gebeurt enkel in ER
➢ Secretorische proteïnen: via een signaalsequentie wordt het ribosoom aangetrokken naar ER
en tijdens de translatie komt het proteïne in het lumen van het ER terecht
➢ Transmembraanproteïnen: via een signaalsequentie wordt het ribosoom aangetrokken naar ER
en blijft dan tijdens de synthese deels in het membraan van het ER hangen
→ geen volledige translocatie
Internal start-transfer:
➢ Positieve uiteinde gericht naar het cytoplasma → cytosol negatiever
➢ Negatieve uiteinde gericht naar het lumen/ extracellulair
➔ Pos/neg uiteinde kan aan C-of N-terminus van start-transfer liggen en zo de ligging van de proteïne
in het membraan beïnvloeden
- Buiging en vloeibaarheid membraan: verschillende proteïnen gaan verschillende interacties aan en
zijn meer/ minder buigzaam wat een rol heeft op de buiging
➢ Extracellulaire zijde is stijver dan binnenzijde
bv: fosfatidylcholine is buigzamer dus ligt vaak aan de buitenzijde van de buiging
- Signaaltransductie: asymmetrie bij fosfolipiden betrokken bij second messenger signaal cascades
→ bepaalde kinases geactiveerd dat bepaalde enzymen gaat activeren en zo signaaltransductie start
- Inductie apoptose / fagocytose: fosfatidylserine zit normaal enkel intracellulair , bij te weinig ATP
aanmaak in de cel komt dit aan de buitenzijde en is het een signaal voor apoptose/fagocytose
Membraanproteïnen:
➢ Hebben verschillende functies
➢ 25%-75% van de massa van het membraan
➢ Proteïnen zijn mobiel
→ getest door verschillende receptoren te scheiden en later zitten ze door elkaar ,
bij een beschadiging met laser wordt het gat later gevuld door mobiliteit
Cytoskelet: geeft structuur aan de cel via anchor proteïnen die vastzitten aan het cytoskelet
Restrictie van laterale beweging van membraanproteïnen:
➢ Intramembraan associaties : lipid rafts/…
➢ Extracellulaire crosslinking : binding van meerdere proteïnen aan eenzelfde structuur buiten de cel
➢ Intracellulaire crossinking : binding van meerdere proteïnen aan eenzelfde structuur binnen de cel
➢ Cel-cel interacties : bv cadherin adhaerens junctie , tight junctions
Roesten van membraan: door feroptose – fosfolipides kunnen door vrije radicalen en ijzer van
compositie veranderen
, Signaal transductie:
Directe cel-cel communicatie:
Verbinding tussen cellen: claudines (tight junction), cadherines(adhaerens junction, desmosoom),
connexonen(gap junction) zorgen dat de cellen sterk verbonden zijn en als 1 geheel bewegen
Gap junctions:
= Verzameling van meerdere poriën naast elkaar doorheen membranen van 2 cellen
Vorming:
1. 6 connexines vormen 1 hemiconnexon
2. Contact tussen 2 hemiconnexons vormt 1 connexon
3. Vele connexons naast elkaar vormen een gap junction
Signaaloverdracht:
➢ Elektrische signalen: gap junction is regio met lage weerstand voor geladen ionen
➢ Chemische signalen: moleculen tot 1200 Da zijn permeabel voor kleine moleculen
Regulatie: dynamisch gereguleerd door pH-waarde, Ca-concentratie, cAMP concentratie
Bv: hartcellen verbonden met connexons om elektrische activiteit te synchroniseren
Chemische cel-cel communicatie:
Endocriene communicatie: non-target cellen geven
chemische stoffen af in de bloedbaan en gaan zo de
receptor van de target cellen bereiken op grote afstand
Paracriene communicatie: stoffen worden afgegeven
en binden op een receptor van een naburige cel
Autocriene communicatie: cel geeft stoffen af dat
gaat binden aan zijn eigen receptor = autoregulatie
Endocriene communicatie:
➢ Mediator: hormoon dat wordt aangemaakt in endocriene klier en afgegeven aan bloedbaan
➢ Traag mechanisme
➢ Specifieke receptor voor specifiek hormoon → receptor met hoge affiniteit voor molecule
(lage concentratie hormoon nodig)
Paracriene communicatie:
Bv: neuromusculaire junctie
➢ Mediator: neurotransmittor
➢ Snel mechanisme
➢ Specifiteit in de synaps → receptor met lagere affiniteit (hoge concentratie neurotransmitter
aanwezig → korte interactie met receptor dus snelle dissociatie en korte signaaloverdracht)
Type chemische mediatoren:
• Amines bv adrenaline, acetylcholine
• Peptiden bv insuline, ADH
• Steroïde hormonen bv cortisol, oestrogeen, vitamine D
• Eicosanoiden (afgeleid van arachnidonzuur) bv prostaglandine
• Kleine moleculen (CO2/NO gassen , AZ , nucleotiden , ionen)
• (temperatuur, licht, membraan stijfheid, voltage)
Membraan structuur:
Functie membranen:
1. Barrière tussen cytoplasma en extracellulair milieu:
Houdt inhoud van de cel gescheiden van de buitenkant
Beschermt de cel tegen pathogenen / toxines
Bb 2. Permeabiliteitsbarrière:
Sommige substanties kunnen niet zomaar doorheen membraan diffunderen,
anderen moeten via pompen/kanalen
Zorgt voor een verschil tussen intracellulaire en extracellulaire omgeving
→ chemische / elektrische gradiënt
3. Vorming van interne organellen:
Mitochondriën , endoplasmatisch reticulum, nucleus , golgi apparaat , lysosomen ,
secretorische vesikels
4. Snel en selectief reageren:
Door receptoren
Receptor op het membraan kan molecule (bv neurotransmitter) binden en sneller een respons
uitlokken
Door specifieke receptoren op het membraan voor een molecule kan het een reactie uitlokken,
bij afwezigheid zal de cel niet reageren op de molecule
Membraan dynamieken:
Mestcel degranulatie:
Bij een geactiveerde mestcel gaan alle vesikels fuseren met het celmembraan en wordt het
afgebroken om de stoffen af te geven → membraan herstelt snel
Kiss-and-run:
Vesikels gaan half fuseren met het membraan → ze geven een beetje stof af en hervormen dan
Opbouw lipidenmembraan:
Fosfolipiden:
Polaire kop: zit aan de buitenzijde , in contact met vloeistof
→ sommige koppen binden aan suikers voor celcommunicatie bv sfingosine +
galactose
Glycerol backbone: vetzuurketens en polaire kop aan gebonden
Apolaire staart: vetzuurketens , afgeschermd van water
→ verzadigde vetzuren: bevatten geen dubbele binding (rechte staart)
→ onverzadigde vetzuren: bevatten dubbele binding(en) (staart met een knik)
= amfipathisch: molecule bevat een hydrofiele en hydrofobe component
,Fosfolipiden in water:
➢ Monolaag: bij een lage concentratie richten de staarten zich naar boven uit het water
➢ Micellen: bij een gemiddelde concentratie fosfolipiden richten de staarten zich naar elkaar
toe en vormen een bol
➢ Dubbellaag: bij een hoge concentratie vormen de fosfolipiden een dubbellaag en organiseert
deze zich spontaan in een bol
Vloeibaarheid membraan:
Beweging fosfolipiden:
Rotatie: lipide draait ter plaatse om zijn eigen as
Laterale diffusie: lipide kan lateraal bewegen in 1 laag
Flip-flop: lipide flipt naar de andere laag → komt niet veel voor omdat het veel energie kost om
polaire kop doorheen de apolaire staarten te halen
Flippase: flipt een lipide van buiten naar binnen
Floppase: flipt een lipide van binnen naar buiten
Scramblase: zet een lipide van binnen naar buiten en tegelijk
een lipide van buiten naar binnen
→ bepaalde fosfolipiden moeten buiten tot expressie voor bv
celcommunicatie
Bepalen vloeibaarheid en transitietemperatuur:
Transitietemperatuur: temperatuur tussen vaste en vloeibare toestand
Lengte: hoe langer de keten hoe hoger de transitietemperatuur , hoe minder vloeibaar(vaster)
Verzadigheid: hoe meer onverzadigd hoe hoger de transitietemperatuur , hoe minder vloeibaar(vaster)
Aantal cholesterol: hoe meer cholesterol hoe vloeibaarder
➢ Zorgt voor spreiding van de vetzuurketens
➢ Bij het polaire hoofd is er stijfheid door sterkere interacties met de andere polaire hoofden
➢ Concentratie cholesterol is gelijk aan beide zijdes van de dubbellaag
→ polaire kop is zo klein dat het makkelijk flip-flops kan doen
Cholesterol: is lipofiel dus niet goed oplosbaar in water → komt in complexen voor (LDL,HDL,…)
→ bij een slecht dieet komen foute cholesterolwaarden en wordt het afgezet in de bloedbaan
Asymmetrie membraan: = lipide compositie aan de binnenste en buitenste laag verschillen
Scheiding bij synthese:
➢ Lipiden aan de cytosolzijde(binnen) zijn gesynthetiseerd aan de cytosolzijde van het ER
➢ Lipiden aan de exoplasmatische zijde(buiten) zijn gesynthetiseerd aan de exoplasmatische zijde
van het GA / aan de cytosolzijde en dan door floppase naar buiten geflipt (fosfatidylcholine)
→ glycolipiden liggen enkel aan extracellulaire zijde
Microdomeinen: delen van het membraan dat wat dikker zijn met een verschillende
membraanproteïnen dan de rest van het membraan
Lipid rafts: soort microdomeinen met een invloed op vloeibaarheid en de concentratie van second
messengers zoals PIP2 en PIP3
, Gevolgen membraan asymmetrie:
➢ Bepaalde manier van insertie van membraanproteïnen
➢ Buiging van membraan
➢ Signaaltransductie
➢ Apoptose / fagocytose
➢ Regulatie ionen kanalen activiteit
- Translatie-translocatie: de translocatie(verplaatsen over membraan) van eiwitten tijdens de translatie
→ gebeurt enkel in ER
➢ Secretorische proteïnen: via een signaalsequentie wordt het ribosoom aangetrokken naar ER
en tijdens de translatie komt het proteïne in het lumen van het ER terecht
➢ Transmembraanproteïnen: via een signaalsequentie wordt het ribosoom aangetrokken naar ER
en blijft dan tijdens de synthese deels in het membraan van het ER hangen
→ geen volledige translocatie
Internal start-transfer:
➢ Positieve uiteinde gericht naar het cytoplasma → cytosol negatiever
➢ Negatieve uiteinde gericht naar het lumen/ extracellulair
➔ Pos/neg uiteinde kan aan C-of N-terminus van start-transfer liggen en zo de ligging van de proteïne
in het membraan beïnvloeden
- Buiging en vloeibaarheid membraan: verschillende proteïnen gaan verschillende interacties aan en
zijn meer/ minder buigzaam wat een rol heeft op de buiging
➢ Extracellulaire zijde is stijver dan binnenzijde
bv: fosfatidylcholine is buigzamer dus ligt vaak aan de buitenzijde van de buiging
- Signaaltransductie: asymmetrie bij fosfolipiden betrokken bij second messenger signaal cascades
→ bepaalde kinases geactiveerd dat bepaalde enzymen gaat activeren en zo signaaltransductie start
- Inductie apoptose / fagocytose: fosfatidylserine zit normaal enkel intracellulair , bij te weinig ATP
aanmaak in de cel komt dit aan de buitenzijde en is het een signaal voor apoptose/fagocytose
Membraanproteïnen:
➢ Hebben verschillende functies
➢ 25%-75% van de massa van het membraan
➢ Proteïnen zijn mobiel
→ getest door verschillende receptoren te scheiden en later zitten ze door elkaar ,
bij een beschadiging met laser wordt het gat later gevuld door mobiliteit
Cytoskelet: geeft structuur aan de cel via anchor proteïnen die vastzitten aan het cytoskelet
Restrictie van laterale beweging van membraanproteïnen:
➢ Intramembraan associaties : lipid rafts/…
➢ Extracellulaire crosslinking : binding van meerdere proteïnen aan eenzelfde structuur buiten de cel
➢ Intracellulaire crossinking : binding van meerdere proteïnen aan eenzelfde structuur binnen de cel
➢ Cel-cel interacties : bv cadherin adhaerens junctie , tight junctions
Roesten van membraan: door feroptose – fosfolipides kunnen door vrije radicalen en ijzer van
compositie veranderen
, Signaal transductie:
Directe cel-cel communicatie:
Verbinding tussen cellen: claudines (tight junction), cadherines(adhaerens junction, desmosoom),
connexonen(gap junction) zorgen dat de cellen sterk verbonden zijn en als 1 geheel bewegen
Gap junctions:
= Verzameling van meerdere poriën naast elkaar doorheen membranen van 2 cellen
Vorming:
1. 6 connexines vormen 1 hemiconnexon
2. Contact tussen 2 hemiconnexons vormt 1 connexon
3. Vele connexons naast elkaar vormen een gap junction
Signaaloverdracht:
➢ Elektrische signalen: gap junction is regio met lage weerstand voor geladen ionen
➢ Chemische signalen: moleculen tot 1200 Da zijn permeabel voor kleine moleculen
Regulatie: dynamisch gereguleerd door pH-waarde, Ca-concentratie, cAMP concentratie
Bv: hartcellen verbonden met connexons om elektrische activiteit te synchroniseren
Chemische cel-cel communicatie:
Endocriene communicatie: non-target cellen geven
chemische stoffen af in de bloedbaan en gaan zo de
receptor van de target cellen bereiken op grote afstand
Paracriene communicatie: stoffen worden afgegeven
en binden op een receptor van een naburige cel
Autocriene communicatie: cel geeft stoffen af dat
gaat binden aan zijn eigen receptor = autoregulatie
Endocriene communicatie:
➢ Mediator: hormoon dat wordt aangemaakt in endocriene klier en afgegeven aan bloedbaan
➢ Traag mechanisme
➢ Specifieke receptor voor specifiek hormoon → receptor met hoge affiniteit voor molecule
(lage concentratie hormoon nodig)
Paracriene communicatie:
Bv: neuromusculaire junctie
➢ Mediator: neurotransmittor
➢ Snel mechanisme
➢ Specifiteit in de synaps → receptor met lagere affiniteit (hoge concentratie neurotransmitter
aanwezig → korte interactie met receptor dus snelle dissociatie en korte signaaloverdracht)
Type chemische mediatoren:
• Amines bv adrenaline, acetylcholine
• Peptiden bv insuline, ADH
• Steroïde hormonen bv cortisol, oestrogeen, vitamine D
• Eicosanoiden (afgeleid van arachnidonzuur) bv prostaglandine
• Kleine moleculen (CO2/NO gassen , AZ , nucleotiden , ionen)
• (temperatuur, licht, membraan stijfheid, voltage)
