Hoofdstuk I - Biomembranen
1. Inleiding
Het membraan bevat centraal een fosfolipidedubbellaag waarin moleculen zitten →
belangrijke processen gebeuren vaak ter hoogte van het membraan (dit is dus niet slechts een
omhulsel ofzo).
Membranen om en in een cel
• Typische oppervlakte van een eukaryoot
plasmamembraan is 700µm²
• De interne membranen hebben een oppervlakte van
70000µm² (10x zo veel dus)
• Het cytoskelet is dan nog eens 10x zo groot
Onderverdeling van een dierlijke cel
• Cytoplasma: alles binnen de plasmamembraan, behalve nucleus
→ alle organellen maken hier dus deel van uit
• Cytosol: het waterige gedeelte van het cytoplasma buiten de organellen
• Lumen: waterige gedeelte binnen organellen
Structuur van biomembranen
Atomic Force Microscopy (AFM)
Dat toestel heeft een dunne naald die beweegt over het sample.
Door bultjes en putjes gaat die omhoog en omlaag en dat wordt door
een laser gedetecteerd. Zo kan je het plasmamembraan in kaart
brengen. Hoe lichter de kleur hoe verder het uitsteekt, hoe
donkerder hoe platter. Je hebt een vlakke zee met een soort van
eilandjes die uitsteken waar het membraan dikker is, in die dikkere
stukken heb je nog verdere uitsteeksels.
Elektronenmicroscopie
Je stuurt een elektronenstraal doorheen je sample. Afhankelijk wat er
in je sample zit gaat die straal er makkelijk/moeilijk/niet doorheen
gaan. Ze gaan dat staal kleuren met zware metalen, dit gaat op
bepaalde plaatsen binden en de elektronenstraal tegenhouden → zo
zien we aan de buitenkant 2 evenwijdige donkere gebieden
afgescheiden door een lichtgebied → op de lijnen kan het OsO4 dus
goed binden, in het midden niet en daar gaat de elektronenstraal dus
doorheen.
1
,Biomembranen fosfolipidedubbellagen
Verklaring: amfipatische moleculen= hebben een hydrofiel hoofd en een hydrofobe staart.
Deze vormen een dubbellaag waarbij de hoofdjes steeds het contact maken met water. Een
typisch membraan is 3-4nm dik.
Variabiliteit van biomembranen
Ze bestaan allemaal uit een fosfolipidedubbellaag maar bevatten soms verschillende
structuren
→ bv. haarcellen hebben haarvormige structuren in de plasmamembraan.
→ Sommige hebben meerdere fosfolipidedubbellagen → bv. in de myelineschede van axonen
(want Shwanncellen wikkelen zich meerdere keren rond dat axon)
Exoplasmatische en cytosolische zijden
• De kant die naar buiten wijst= exoplasmatisch (grijs)
• De kant die naar binnen (naar het cytosol) wijst=
cytosolisch (rood)
→ Dit kan je toepassen op al die structuren in de cel (lysosoom,
golgi enzo) (kant die wijst naar het lumen is exoplasmatisch)
Exoplasmatische zijde blijft exoplasmatisch zijde, cytosolische
zijde blijft cytosolische zijde!
2. Chemie van biomembranen: lipiden
➢ Fosfoglyceriden
→ bevat glycerol en fosfaatgroepen
➢ Glycerol is een polyalcohol (3 OH-groepen) → die OH-groepen kunnen met een
carbonzuur reageren (=ester) dus dan krijg je triacylglycerol (heel hydrofoob).
➢ Bij diaglycerol-3-fosfaat heb je 2 carbonzuren en op de 3e C een fosfaatgroep
(noemen we ook fosfatidyl) → is een amfipathisch molecule (vet is hydrofoob,
fosfaatgroep is hydrofiel)
→ Aan die fosfaatgroep kunnen nog andere dingen gebonden worden
➢ Plasmalogenen
→ hetzelfde als fosfoglyceriden, alleen is de estergroep een ether
➢ Sfingolipiden
→ zijn niet rond glycerol maar rond sfingosine opgebouwd
De aminegroep kan aan een vetzuur binden en dan krijg je een amide → is ook
amfipathisch. Aan de fosfaatgroep kunnen ook weer andere groepen gebonden worden.
➢ Sterolen
➢ Cholesterol
De structuur van 4 ringen en een OH-groep vind je terug in alle sterolen
→ nut:
2
, o Deel van de bouwstenen van biomembranen
o Cholesterol is een voorlopermolecule voor andere moleculen bv.
steroïdehormonen.
→ bv. vitamine-D: je lichaam maakt dit aan bij UV-licht → je hebt deze
vitamine D nodig voor Ca-opname
→ tekort aan zon: rachitis
3. Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
➢ Axiale rotatie
→ Draaien rond de as
➢ Laterale diffusie
→ Bewegen binnen het vlak
Meting met FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching):
Licht kan kleurstof kapot maken= bleaching
Bij FRAP maken ze gebruik van fluorescente kleurstoffen (die sturen licht uit als je er
licht op inzendt). We gaan aan de fosfolipiden van de cel fluorescente kleurstoffen vast
maken → alle aan de exoplasmatische zijde zijn fluorescent. Ze gaan op een bepaald
gebied van de cel die fluorescente kleurstoffen bleachen met een laser. Dan gaan ze
onder de microscoop kijken naar de fluorescentie
in dat gebied → in het begin zie je niets want je l
hebt het net gebleachd, maar na een tijd gebeurt
er laterale diffusie en komen er in dat gebied dus
terug fluorescente stoffen.
Laterale diffusie kan gebeuren maar in een cel
zorgen andere componenten ervoor dat die trager
gaat dan in een puur chemische dubbellaag.
➢ Flip-flop
→ Fosfolipide dat van het ene naar het andere kant van het membraan
beweegt
Gebeurt in een chemische dubbellaag heel moeilijk (energetisch
ongunstig) maar echte cellen hebben het enzym flippase waardoor dat
wel gaat.
Meting van flip-flop:
Ze koppelen fluorescente stoffen aan fosfolipiden. Je hebt een fosfolipidelaag met
fluorescente hoofdjes en een eiwit ABCB4. Men heeft na behandeling met en zonder
ATP quenchers toegevoegd. Quenchers onderdrukken de fluorescentie van een
chemische stof. Hierdoor worden de hoofdjes aan de buitenkant niet meer fluorescent,
3
, die aan de binnenkant blijven wel fluorescent (want
komen niet in contact met de quencher).
Bij toevoeging ATP was de daling van fluorescentie
minder bij toevoeging van een quencher → ATP geeft
nl. energie aan ABCB4 dat een enzyme flippase is →
dit doet die fluorescente stoffen in de cel waar ze
niet geraakt kunnen worden door die quenchers.
➢ Beweging van vetzuurstaarten
Beweeglijkheid wordt bepaald door:
➢ Temperatuur
Als je opwarmt gaat het van gel naar vloeibaar. Wanneer we die
overgang hebben zal afhangen van de samenstelling van het
membraan. Die vetzuurstaarten gaan nl. chemische interacties
aan, hoe sterker die zijn hoe hoger de smelttemperatuur.
Vetzuurstaarten worden samengehouden door:
o Hydrofoob effect
Als je een mengeling hebt van hydrofoben en
hydrofielen gaan die samenklitten → 2 vetdruppels in
water gaan samensmelten tot 1. Rond elke vetdruppel
zit nl. een watermoleculelaagje dat dat druppeltje
afschermt → als die 2 druppels samenkomen zijn er
minder watermoleculen nodig om die dikke druppel dan af te schermen
→ hierbij neemt de entropie toe (is energetisch gunstiger).
o van der Waalskrachten
+ en – van atomen gaan elkaar aantrekken → enkel relevant als de atomen
heel dicht bij elkaar zitten → hoe beter de vetzuurstaarten geordend hoe
sterker de vdw-krachten dus.
➢ Aard en lengte van de vetzuurketens
Onverzadigd → dubbele bindingen Verzadigd → enkele bindingen
Elk vetzuur heeft een CH3 en een COOH aan de buitenkant
Na de : staat het # dubbele bindingen
→ Die dubbele bindingen zijn hier altijd cis
Je hebt de 1e C van de COOH= 𝛼-C en de laatste C=
→ Een omega3 vetzuur heeft een dubbele binding tussen de 3e laatste en 4e
laatste C
4
1. Inleiding
Het membraan bevat centraal een fosfolipidedubbellaag waarin moleculen zitten →
belangrijke processen gebeuren vaak ter hoogte van het membraan (dit is dus niet slechts een
omhulsel ofzo).
Membranen om en in een cel
• Typische oppervlakte van een eukaryoot
plasmamembraan is 700µm²
• De interne membranen hebben een oppervlakte van
70000µm² (10x zo veel dus)
• Het cytoskelet is dan nog eens 10x zo groot
Onderverdeling van een dierlijke cel
• Cytoplasma: alles binnen de plasmamembraan, behalve nucleus
→ alle organellen maken hier dus deel van uit
• Cytosol: het waterige gedeelte van het cytoplasma buiten de organellen
• Lumen: waterige gedeelte binnen organellen
Structuur van biomembranen
Atomic Force Microscopy (AFM)
Dat toestel heeft een dunne naald die beweegt over het sample.
Door bultjes en putjes gaat die omhoog en omlaag en dat wordt door
een laser gedetecteerd. Zo kan je het plasmamembraan in kaart
brengen. Hoe lichter de kleur hoe verder het uitsteekt, hoe
donkerder hoe platter. Je hebt een vlakke zee met een soort van
eilandjes die uitsteken waar het membraan dikker is, in die dikkere
stukken heb je nog verdere uitsteeksels.
Elektronenmicroscopie
Je stuurt een elektronenstraal doorheen je sample. Afhankelijk wat er
in je sample zit gaat die straal er makkelijk/moeilijk/niet doorheen
gaan. Ze gaan dat staal kleuren met zware metalen, dit gaat op
bepaalde plaatsen binden en de elektronenstraal tegenhouden → zo
zien we aan de buitenkant 2 evenwijdige donkere gebieden
afgescheiden door een lichtgebied → op de lijnen kan het OsO4 dus
goed binden, in het midden niet en daar gaat de elektronenstraal dus
doorheen.
1
,Biomembranen fosfolipidedubbellagen
Verklaring: amfipatische moleculen= hebben een hydrofiel hoofd en een hydrofobe staart.
Deze vormen een dubbellaag waarbij de hoofdjes steeds het contact maken met water. Een
typisch membraan is 3-4nm dik.
Variabiliteit van biomembranen
Ze bestaan allemaal uit een fosfolipidedubbellaag maar bevatten soms verschillende
structuren
→ bv. haarcellen hebben haarvormige structuren in de plasmamembraan.
→ Sommige hebben meerdere fosfolipidedubbellagen → bv. in de myelineschede van axonen
(want Shwanncellen wikkelen zich meerdere keren rond dat axon)
Exoplasmatische en cytosolische zijden
• De kant die naar buiten wijst= exoplasmatisch (grijs)
• De kant die naar binnen (naar het cytosol) wijst=
cytosolisch (rood)
→ Dit kan je toepassen op al die structuren in de cel (lysosoom,
golgi enzo) (kant die wijst naar het lumen is exoplasmatisch)
Exoplasmatische zijde blijft exoplasmatisch zijde, cytosolische
zijde blijft cytosolische zijde!
2. Chemie van biomembranen: lipiden
➢ Fosfoglyceriden
→ bevat glycerol en fosfaatgroepen
➢ Glycerol is een polyalcohol (3 OH-groepen) → die OH-groepen kunnen met een
carbonzuur reageren (=ester) dus dan krijg je triacylglycerol (heel hydrofoob).
➢ Bij diaglycerol-3-fosfaat heb je 2 carbonzuren en op de 3e C een fosfaatgroep
(noemen we ook fosfatidyl) → is een amfipathisch molecule (vet is hydrofoob,
fosfaatgroep is hydrofiel)
→ Aan die fosfaatgroep kunnen nog andere dingen gebonden worden
➢ Plasmalogenen
→ hetzelfde als fosfoglyceriden, alleen is de estergroep een ether
➢ Sfingolipiden
→ zijn niet rond glycerol maar rond sfingosine opgebouwd
De aminegroep kan aan een vetzuur binden en dan krijg je een amide → is ook
amfipathisch. Aan de fosfaatgroep kunnen ook weer andere groepen gebonden worden.
➢ Sterolen
➢ Cholesterol
De structuur van 4 ringen en een OH-groep vind je terug in alle sterolen
→ nut:
2
, o Deel van de bouwstenen van biomembranen
o Cholesterol is een voorlopermolecule voor andere moleculen bv.
steroïdehormonen.
→ bv. vitamine-D: je lichaam maakt dit aan bij UV-licht → je hebt deze
vitamine D nodig voor Ca-opname
→ tekort aan zon: rachitis
3. Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
➢ Axiale rotatie
→ Draaien rond de as
➢ Laterale diffusie
→ Bewegen binnen het vlak
Meting met FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching):
Licht kan kleurstof kapot maken= bleaching
Bij FRAP maken ze gebruik van fluorescente kleurstoffen (die sturen licht uit als je er
licht op inzendt). We gaan aan de fosfolipiden van de cel fluorescente kleurstoffen vast
maken → alle aan de exoplasmatische zijde zijn fluorescent. Ze gaan op een bepaald
gebied van de cel die fluorescente kleurstoffen bleachen met een laser. Dan gaan ze
onder de microscoop kijken naar de fluorescentie
in dat gebied → in het begin zie je niets want je l
hebt het net gebleachd, maar na een tijd gebeurt
er laterale diffusie en komen er in dat gebied dus
terug fluorescente stoffen.
Laterale diffusie kan gebeuren maar in een cel
zorgen andere componenten ervoor dat die trager
gaat dan in een puur chemische dubbellaag.
➢ Flip-flop
→ Fosfolipide dat van het ene naar het andere kant van het membraan
beweegt
Gebeurt in een chemische dubbellaag heel moeilijk (energetisch
ongunstig) maar echte cellen hebben het enzym flippase waardoor dat
wel gaat.
Meting van flip-flop:
Ze koppelen fluorescente stoffen aan fosfolipiden. Je hebt een fosfolipidelaag met
fluorescente hoofdjes en een eiwit ABCB4. Men heeft na behandeling met en zonder
ATP quenchers toegevoegd. Quenchers onderdrukken de fluorescentie van een
chemische stof. Hierdoor worden de hoofdjes aan de buitenkant niet meer fluorescent,
3
, die aan de binnenkant blijven wel fluorescent (want
komen niet in contact met de quencher).
Bij toevoeging ATP was de daling van fluorescentie
minder bij toevoeging van een quencher → ATP geeft
nl. energie aan ABCB4 dat een enzyme flippase is →
dit doet die fluorescente stoffen in de cel waar ze
niet geraakt kunnen worden door die quenchers.
➢ Beweging van vetzuurstaarten
Beweeglijkheid wordt bepaald door:
➢ Temperatuur
Als je opwarmt gaat het van gel naar vloeibaar. Wanneer we die
overgang hebben zal afhangen van de samenstelling van het
membraan. Die vetzuurstaarten gaan nl. chemische interacties
aan, hoe sterker die zijn hoe hoger de smelttemperatuur.
Vetzuurstaarten worden samengehouden door:
o Hydrofoob effect
Als je een mengeling hebt van hydrofoben en
hydrofielen gaan die samenklitten → 2 vetdruppels in
water gaan samensmelten tot 1. Rond elke vetdruppel
zit nl. een watermoleculelaagje dat dat druppeltje
afschermt → als die 2 druppels samenkomen zijn er
minder watermoleculen nodig om die dikke druppel dan af te schermen
→ hierbij neemt de entropie toe (is energetisch gunstiger).
o van der Waalskrachten
+ en – van atomen gaan elkaar aantrekken → enkel relevant als de atomen
heel dicht bij elkaar zitten → hoe beter de vetzuurstaarten geordend hoe
sterker de vdw-krachten dus.
➢ Aard en lengte van de vetzuurketens
Onverzadigd → dubbele bindingen Verzadigd → enkele bindingen
Elk vetzuur heeft een CH3 en een COOH aan de buitenkant
Na de : staat het # dubbele bindingen
→ Die dubbele bindingen zijn hier altijd cis
Je hebt de 1e C van de COOH= 𝛼-C en de laatste C=
→ Een omega3 vetzuur heeft een dubbele binding tussen de 3e laatste en 4e
laatste C
4
