Celbiologie
1 Biomembranen ............................................................................................................................................ 3
1.1 Structuur van biomembranen .......................................................................................................................3
1.1.1 Microscopie ............................................................................................................................................ 3
1.1.2 Fosfolipide dubbellaag ............................................................................................................................ 3
1.1.3 Soorten lipiden ........................................................................................................................................ 3
1.1.4 Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan ....................................................................................... 4
1.1.5 Effect van lipidensamenstelling op de kromming van de membraan ........................................................... 5
1.2 Functies van de plasmamembraan ...............................................................................................................5
1.2.1 Barrière ................................................................................................................................................... 5
1.2.2 Elektrische condensator .......................................................................................................................... 6
1.2.3 Reservoir voor signaalmoleculen .............................................................................................................. 6
1.2.4 2D-vloeistof............................................................................................................................................. 6
1.3 Proteïnen.....................................................................................................................................................6
1.3.1 Integrale membraanproteïnen .................................................................................................................. 6
1.3.2 Membraanproteïnen met vetanker ........................................................................................................... 7
1.3.3 Perifere membraanproteïnen ................................................................................................................... 7
1.3.4 Factoren die de lokalisatie van membraanproteïnen beïnvloeden .............................................................. 7
2 Membraantransport ..................................................................................................................................... 8
2.1 Eenvoudige diffusie ......................................................................................................................................8
2.1.1 Random beweging van 1 partikel in 1D ...................................................................................................... 8
2.1.2 Random beweging van 2000 partikels in 1D .............................................................................................. 8
2.1.3 Diffusie in verschillende dimensies .......................................................................................................... 8
2.2 Passieve diffusie ..........................................................................................................................................8
2.2.1 Passieve diffusie doorheen membraan ..................................................................................................... 8
2.3 Diffusie « actief transport ............................................................................................................................9
2.4 Gefaciliteerde diffusie ..................................................................................................................................9
2.4.1 Uniporters ............................................................................................................................................... 9
2.5 Energetische kost van transport over het membraan .................................................................................... 10
2.5.1 Kracht van een elektrisch veld op een lading ........................................................................................... 10
2.5.2 Energetische beschouwing bij beweging van moleculen doorheen membranen ....................................... 10
2.5.3 Evenwichtspotentiaal voor ionen ............................................................................................................ 10
2.6 Actief transport .......................................................................................................................................... 11
2.6.1 Primair « secundair actief transport ...................................................................................................... 11
2.6.2 Primair actief transport .......................................................................................................................... 11
2.6.3 Secundair actief transport...................................................................................................................... 13
2.7 Kanalen ..................................................................................................................................................... 15
2.7.1 Waterkanalen ........................................................................................................................................ 16
2.7.2 Ionenkanalen ........................................................................................................................................ 16
2.7.3 Ionenkanalen ........................................................................................................................................ 18
3 Membraanreceptoren ................................................................................................................................ 25
3.1 Ionotrope vs metabotrope receptoren ......................................................................................................... 26
3.2 Second messengers................................................................................................................................... 26
3.3 GPCRs = G-protein coupled receptors ........................................................................................................ 26
3.3.1 Werkingsmechanisme van GPCRs.......................................................................................................... 27
3.3.2 Doelwitten van G-proteïnen ................................................................................................................... 27
3.4 Cytokine receptors en receptor tyrosine kinases.......................................................................................... 31
3.4.1 Inleiding: EPO ............................................................................................................................................ 31
3.4.2 Cytokine-receptoren .............................................................................................................................. 32
1
, 3.4.3 Receptor tyrosine kinases (RTK) ............................................................................................................. 33
3.4.4 Cytokine receptoren vs. Receptor tyrosine kinasen ................................................................................. 33
3.4.5 Ras-activatie ......................................................................................................................................... 34
3.4.6 Activatie van PLCg ................................................................................................................................. 35
3.4.7 Activatie van PI-3 kinase ........................................................................................................................ 36
3.4.8 Signaaltransductie via de notch-receptor ............................................................................................... 36
4 Proteïne-targeting en vesiculair transport ................................................................................................... 37
4.1 Protein targeting ........................................................................................................................................ 37
4.1.1 Secretorische weg ................................................................................................................................. 37
4.1.2 Membraanproteïnen .............................................................................................................................. 38
4.1.3 Modificatie van proteïnen in het ER ......................................................................................................... 40
4.1.4 Kwaliteitscontrole van proteïnen in het ER .............................................................................................. 41
4.1.5 Vernietiging van proteïnen ...................................................................................................................... 42
4.1.6 Proteïnetransport vanuit het ER .............................................................................................................. 42
4.2 Vesiculair transport .................................................................................................................................... 43
4.2.1 Vesicle budding ........................................................................................................................................ 43
4.2.2 Afwerpen van proteïnemantel ................................................................................................................ 43
4.2.3 Vesicle fusion ........................................................................................................................................ 43
4.2.4 Overzicht van transportvesikels.............................................................................................................. 44
5 Cytoskelet en cellulaire beweging .............................................................................................................. 46
5.1 Cytoskelet ................................................................................................................................................. 46
5.1.1 Microfilamenten .................................................................................................................................... 46
5.1.2 Microtubuli............................................................................................................................................ 48
5.1.3 Intermediaire filamenten........................................................................................................................ 48
5.2 Cellulaire beweging.................................................................................................................................... 49
5.2.1 Myosines............................................................................................................................................... 49
5.2.2 NO (stikstofoxide) .................................................................................................................................. 52
5.2.3 Motoreiwitten kinesine en dyneïne ......................................................................................................... 52
5.3 Cellulair transport van vesikels/organellen .................................................................................................. 53
6 Overzicht van de grote lijnen....................................................................................................................... 53
6.1 Alle soorten vraagstukken .......................................................................................................................... 53
6.2 Rode draden door de cursus ....................................................................................................................... 54
6.2.1 Hoofdrolspelers in signaaltransductie .................................................................................................... 54
6.2.2 Belangrijke processen............................................................................................................................ 56
6.2.3 Proteïnen op hun plaats ......................................................................................................................... 57
2
,Celbiologie
1 Biomembranen
1.1 Structuur van biomembranen
Prokaryoot:
- Niet afgeschermd DNA à vormt nucleoïd
- Membraan rond de cel
Eukaryoot:
- Membraan rond de cel
- Intracellulaire membraanstructuren
à organellen vormen
Cytoplasma: alles wat zich binnen het
plasmamembraan bevindt, behalve de kern
Cytosol: waterige gedeelte van het cytoplasma, buiten de organellen
Lumen: waterige gedeelte binnen de organellen
Periplasmische ruimte: de ruimte tussen de celwand (dicht bij het binnenste membraan) en het
buitenste membraan
Doel membranen: Compartimentalisatie + afscheiding van buitenwereld
1.1.1 Microscopie
- Atomic Force Microscopy
o Lichter à steekt meer uit
o Bij normale eukaryote cel: eilandjes
- Elektronenmicroscopie
o Celmembraan: soort treinrails
1.1.2 Fosfolipide dubbellaag
Amfipatische fosfolipiden à kop = hydrofiel, staart = hydrofoob
Lagen kunnen ook veel langs elkaar voorkomen (Schwanncellen)
Exoplasmatisch zijde: zijde die niet naar het cytosol wijst
Cytosolische zijde: zijde die wijst naar het cytosol à binnenste zijde van plasmamembraan, buitenste
membraan van de organellen
1.1.3 Soorten lipiden
1.1.3.1 Fosfoglyceriden
= Glycerol + 2 acylgroepen + 1 fosfaatgroep
Glycerol = polyalcohol à OH reageert met een zuur: vorming ester
Acylgroep = vetzuur
3
, Plasmalogenen
Fosfoglyceride met een etherfunctie i.p.v. een esterfunctie
1.1.3.2 Sfingolipiden
= membraanlipiden zonder glycerol
Bouwsteen = sfingosine
Aminegroep kan binden aan een vetzuur à vorming amide
1.1.3.3 Sterolen
Altijd 4 ringen
Cholesterol:
Belangrijkst steroolà precursor van vit D (essentieel voor calciumopname)
Grootste deel hydrofoob (OH groep is hydrofiel)
Bouwsteen van veel andere steroïden (cortisone, testosteron, galzuur en oestradiol)
1.1.4 Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
1.1.4.1 Laterale di:usie
FRAP = fluorescence recovery after photobleaching
Photobleaching
- Fluorescente kleurstof toegevoegd aan het membraan
- Licht wordt op het membraan geschenen à maakt de kleurstof kapot (=photobleachen)
- Door diffusie à gebleachte plaats kan terug fluorescent worden
Gaat veel trager in echte cellen dan in de testen à ook nog andere stoffen in het celmembraan dan
fosfolipiden
1.1.4.2 Flip-flop
Hoofdje = hydrofiel à duikt door hydrofoob stuk
Zuivere fosfolipiden laag = gebeurt amper
In cellen = kan door bepaald enzymen (flippasen)
= energie ongunstig
Meting van flip-flop
Sommige hoofdjes fluorescent maken
Quenchen = een stof toevoegen die niet doorheen het membraan kan en onderdrukt fluorescentie
Deel zonder ATP à grote daling fluorescentie
Deel met ATP à kleinere daling van fluorescentie
à flippase (ABCB4) actief à flip-flop à behoud van fluorescentie
è Flip-flop = ATP-afhankelijk
4
1 Biomembranen ............................................................................................................................................ 3
1.1 Structuur van biomembranen .......................................................................................................................3
1.1.1 Microscopie ............................................................................................................................................ 3
1.1.2 Fosfolipide dubbellaag ............................................................................................................................ 3
1.1.3 Soorten lipiden ........................................................................................................................................ 3
1.1.4 Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan ....................................................................................... 4
1.1.5 Effect van lipidensamenstelling op de kromming van de membraan ........................................................... 5
1.2 Functies van de plasmamembraan ...............................................................................................................5
1.2.1 Barrière ................................................................................................................................................... 5
1.2.2 Elektrische condensator .......................................................................................................................... 6
1.2.3 Reservoir voor signaalmoleculen .............................................................................................................. 6
1.2.4 2D-vloeistof............................................................................................................................................. 6
1.3 Proteïnen.....................................................................................................................................................6
1.3.1 Integrale membraanproteïnen .................................................................................................................. 6
1.3.2 Membraanproteïnen met vetanker ........................................................................................................... 7
1.3.3 Perifere membraanproteïnen ................................................................................................................... 7
1.3.4 Factoren die de lokalisatie van membraanproteïnen beïnvloeden .............................................................. 7
2 Membraantransport ..................................................................................................................................... 8
2.1 Eenvoudige diffusie ......................................................................................................................................8
2.1.1 Random beweging van 1 partikel in 1D ...................................................................................................... 8
2.1.2 Random beweging van 2000 partikels in 1D .............................................................................................. 8
2.1.3 Diffusie in verschillende dimensies .......................................................................................................... 8
2.2 Passieve diffusie ..........................................................................................................................................8
2.2.1 Passieve diffusie doorheen membraan ..................................................................................................... 8
2.3 Diffusie « actief transport ............................................................................................................................9
2.4 Gefaciliteerde diffusie ..................................................................................................................................9
2.4.1 Uniporters ............................................................................................................................................... 9
2.5 Energetische kost van transport over het membraan .................................................................................... 10
2.5.1 Kracht van een elektrisch veld op een lading ........................................................................................... 10
2.5.2 Energetische beschouwing bij beweging van moleculen doorheen membranen ....................................... 10
2.5.3 Evenwichtspotentiaal voor ionen ............................................................................................................ 10
2.6 Actief transport .......................................................................................................................................... 11
2.6.1 Primair « secundair actief transport ...................................................................................................... 11
2.6.2 Primair actief transport .......................................................................................................................... 11
2.6.3 Secundair actief transport...................................................................................................................... 13
2.7 Kanalen ..................................................................................................................................................... 15
2.7.1 Waterkanalen ........................................................................................................................................ 16
2.7.2 Ionenkanalen ........................................................................................................................................ 16
2.7.3 Ionenkanalen ........................................................................................................................................ 18
3 Membraanreceptoren ................................................................................................................................ 25
3.1 Ionotrope vs metabotrope receptoren ......................................................................................................... 26
3.2 Second messengers................................................................................................................................... 26
3.3 GPCRs = G-protein coupled receptors ........................................................................................................ 26
3.3.1 Werkingsmechanisme van GPCRs.......................................................................................................... 27
3.3.2 Doelwitten van G-proteïnen ................................................................................................................... 27
3.4 Cytokine receptors en receptor tyrosine kinases.......................................................................................... 31
3.4.1 Inleiding: EPO ............................................................................................................................................ 31
3.4.2 Cytokine-receptoren .............................................................................................................................. 32
1
, 3.4.3 Receptor tyrosine kinases (RTK) ............................................................................................................. 33
3.4.4 Cytokine receptoren vs. Receptor tyrosine kinasen ................................................................................. 33
3.4.5 Ras-activatie ......................................................................................................................................... 34
3.4.6 Activatie van PLCg ................................................................................................................................. 35
3.4.7 Activatie van PI-3 kinase ........................................................................................................................ 36
3.4.8 Signaaltransductie via de notch-receptor ............................................................................................... 36
4 Proteïne-targeting en vesiculair transport ................................................................................................... 37
4.1 Protein targeting ........................................................................................................................................ 37
4.1.1 Secretorische weg ................................................................................................................................. 37
4.1.2 Membraanproteïnen .............................................................................................................................. 38
4.1.3 Modificatie van proteïnen in het ER ......................................................................................................... 40
4.1.4 Kwaliteitscontrole van proteïnen in het ER .............................................................................................. 41
4.1.5 Vernietiging van proteïnen ...................................................................................................................... 42
4.1.6 Proteïnetransport vanuit het ER .............................................................................................................. 42
4.2 Vesiculair transport .................................................................................................................................... 43
4.2.1 Vesicle budding ........................................................................................................................................ 43
4.2.2 Afwerpen van proteïnemantel ................................................................................................................ 43
4.2.3 Vesicle fusion ........................................................................................................................................ 43
4.2.4 Overzicht van transportvesikels.............................................................................................................. 44
5 Cytoskelet en cellulaire beweging .............................................................................................................. 46
5.1 Cytoskelet ................................................................................................................................................. 46
5.1.1 Microfilamenten .................................................................................................................................... 46
5.1.2 Microtubuli............................................................................................................................................ 48
5.1.3 Intermediaire filamenten........................................................................................................................ 48
5.2 Cellulaire beweging.................................................................................................................................... 49
5.2.1 Myosines............................................................................................................................................... 49
5.2.2 NO (stikstofoxide) .................................................................................................................................. 52
5.2.3 Motoreiwitten kinesine en dyneïne ......................................................................................................... 52
5.3 Cellulair transport van vesikels/organellen .................................................................................................. 53
6 Overzicht van de grote lijnen....................................................................................................................... 53
6.1 Alle soorten vraagstukken .......................................................................................................................... 53
6.2 Rode draden door de cursus ....................................................................................................................... 54
6.2.1 Hoofdrolspelers in signaaltransductie .................................................................................................... 54
6.2.2 Belangrijke processen............................................................................................................................ 56
6.2.3 Proteïnen op hun plaats ......................................................................................................................... 57
2
,Celbiologie
1 Biomembranen
1.1 Structuur van biomembranen
Prokaryoot:
- Niet afgeschermd DNA à vormt nucleoïd
- Membraan rond de cel
Eukaryoot:
- Membraan rond de cel
- Intracellulaire membraanstructuren
à organellen vormen
Cytoplasma: alles wat zich binnen het
plasmamembraan bevindt, behalve de kern
Cytosol: waterige gedeelte van het cytoplasma, buiten de organellen
Lumen: waterige gedeelte binnen de organellen
Periplasmische ruimte: de ruimte tussen de celwand (dicht bij het binnenste membraan) en het
buitenste membraan
Doel membranen: Compartimentalisatie + afscheiding van buitenwereld
1.1.1 Microscopie
- Atomic Force Microscopy
o Lichter à steekt meer uit
o Bij normale eukaryote cel: eilandjes
- Elektronenmicroscopie
o Celmembraan: soort treinrails
1.1.2 Fosfolipide dubbellaag
Amfipatische fosfolipiden à kop = hydrofiel, staart = hydrofoob
Lagen kunnen ook veel langs elkaar voorkomen (Schwanncellen)
Exoplasmatisch zijde: zijde die niet naar het cytosol wijst
Cytosolische zijde: zijde die wijst naar het cytosol à binnenste zijde van plasmamembraan, buitenste
membraan van de organellen
1.1.3 Soorten lipiden
1.1.3.1 Fosfoglyceriden
= Glycerol + 2 acylgroepen + 1 fosfaatgroep
Glycerol = polyalcohol à OH reageert met een zuur: vorming ester
Acylgroep = vetzuur
3
, Plasmalogenen
Fosfoglyceride met een etherfunctie i.p.v. een esterfunctie
1.1.3.2 Sfingolipiden
= membraanlipiden zonder glycerol
Bouwsteen = sfingosine
Aminegroep kan binden aan een vetzuur à vorming amide
1.1.3.3 Sterolen
Altijd 4 ringen
Cholesterol:
Belangrijkst steroolà precursor van vit D (essentieel voor calciumopname)
Grootste deel hydrofoob (OH groep is hydrofiel)
Bouwsteen van veel andere steroïden (cortisone, testosteron, galzuur en oestradiol)
1.1.4 Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
1.1.4.1 Laterale di:usie
FRAP = fluorescence recovery after photobleaching
Photobleaching
- Fluorescente kleurstof toegevoegd aan het membraan
- Licht wordt op het membraan geschenen à maakt de kleurstof kapot (=photobleachen)
- Door diffusie à gebleachte plaats kan terug fluorescent worden
Gaat veel trager in echte cellen dan in de testen à ook nog andere stoffen in het celmembraan dan
fosfolipiden
1.1.4.2 Flip-flop
Hoofdje = hydrofiel à duikt door hydrofoob stuk
Zuivere fosfolipiden laag = gebeurt amper
In cellen = kan door bepaald enzymen (flippasen)
= energie ongunstig
Meting van flip-flop
Sommige hoofdjes fluorescent maken
Quenchen = een stof toevoegen die niet doorheen het membraan kan en onderdrukt fluorescentie
Deel zonder ATP à grote daling fluorescentie
Deel met ATP à kleinere daling van fluorescentie
à flippase (ABCB4) actief à flip-flop à behoud van fluorescentie
è Flip-flop = ATP-afhankelijk
4
