CELLULAIRE RESPONSEN
Boek: “The molecular Biology of the cell” 6TH EDITION
ISBN: 978-0-8153-4432-2
Introductie:
Mens: ~37.2 miljoen cellen
Plant: 1 miljard cellen
Om het functioneren en gedrag van een organisme te begrijpen moeten we begrijpen hoe dat cellulair
werkt en dus op moleculair niveau.
Verschillen tussen planten en dierlijke cellen:
Dierlijke cellen hebben een celmembraan, cytoplasma en een celkern.
Plantaardige cellen hebben een celwand, een celmembraan,
cytoplasma, bladgroenkorrels, een vacuole en een celkern.
Elk organisme heeft 1 genoom → elke cel heeft hetzelfde DNA → niet
elke cel werkt hetzelfde → door genregulatie wordt bepaald welke
genen aan worden gezet
Organellen hebben verschillende functies in de cel.
De ruimte binnen de kernmembranen, het ER, Golgi, endosomen en lysosomen vormen een continuüm met
de omgeving van de cel. Toch is de inhoud niet overal hetzelfde → komt door specifiek vesicle transport.
Hoorcollege 1: membranen
Een levende cel in zijn omgeving moet
i) deze omgeving kunnen waarnemen en
ii) kunnen reageren op veranderingen van die omgeving en zich dusdanig aanpassen dat functies
behouden blijven, en
iii) zich compleet kunnen aanpassen aan de nieuwe omgeving
Bedenk elke keer:
• Welke functie heeft de betreffende cell? (e.g. blad, fotosynthese; wortel, nutrientopname; epidermis,
vaatweefsel; spier, zenuw, hersen, darm; etc. etc)
• Hoe wordt de cell beïnvloedt door de omgeving? (e.g. temperatuur, koude, hitte, osmotisch, droogte;
hormonen, dag/nacht etc)
• Welke moleculaire eigenschappen vormen de basis voor die functie? (denk aan de bouwstenen:
vetten, eiwiten, koolhydraten, nucleotiden; maar ook aan thermodynamica & energiewetten)
• Wat moet de cel dan aanpassen en hoe doet hij dat? (e.g. metabolisch, osmotisch, structureel, etc.
etc.)
Waaruit is een relatief eenvoudige cel opgebouwd (prokaryoot) →
Eukaryote cellen hebben meer DNA, minder mRNA (want minder
celdeling), meer organellen dus veel meer membranen dus meer
fosfolipiden.
1
,Membranen:
Functies:
• Afscheiding tussen cel-omgeving voor:
o kleine moleculen
o ionen
o grote moleculen
• Afscheiding organellen
• Genereren/controleren van gradiënten
• Genereren/controleren van membraanpotentialen
• Matrix voor eiwitten
Benodigde eigenschappen van een membraan:
• Afsluitend
• Selectief permeabel
• Functioneren in een waterige omgeving
• Rekbaar/vormbaar
Dierlijke cellen: buitenkant = plasmamembraan
Planten, schimmels en bacteriecellen: buitenkant = celwand
Zeepmoleculen --------------------------------------------------------->
Membraan van een zeepbel lijkt een beetje op een biologisch
membraan, maar er is een belangrijk verschil: de hydrofiele koppen steken bij
een zeepbel naar binnen en de hydrofobe staarten naar buiten. -------------------------------------------->
Polariteit van een molecuul bepaalt de oplosbaarheid in water
- Wel of niet oplosbaar zijn hangt er van af of opgelost zijn de vrije energie verlaagt
Lipid bilayer:
Membranen bestaan uit een lipid bilayer:
Fosfolipiden pakken zich automatisch in een
dubbellaag in een waterige omgeving
De structuur van fosfolipiden
kan variëren in kopgroep
(positief of negatief geladen)
en vetzuurketens (lengte en
hoeveelheid vetzuurketens kan
verschillen en verzadigd of
onverzadigd)
Een membraan is zelfhelend → het is energetisch voordelig om een bol te zijn ----------------->
- Energetisch voordeligst: Een structuur waarbij het apolaire deel van de lipiden niet in
aanraking komt met water.
Kunstmatig membraanblaasje = liposoom
Fosfolipiden voldoen aan de eisen voor een selectief permeabele, 'wateroplosbare'
(suspendeerbare), flexibele laag.
2
,Effecten van verschillende soorten vetzuurketens op de vloeibaarheid van het membraan:
- Langere vetzuurketens hebben meer interactie met elkaar, en leiden tot een minder vloeibare
membraan
- Kortere vetzuurketens hebben minder interactie met elkaar, en leiden tot een meer vloeibare
membraan
- Verzadigde vetzuren zijn meer geordend in de membraan, en leiden tot een minder vloeibare
membraan
- Onverzadigde vetzuren zijn geknikt en hebben daardoor minder interactie met elkaar, wat leidt
tot een meer vloeibare membraan
Membranen zijn vloeibaar en fosfolipiden kunnen dus bewegen door het
membraan, flip-flop kan alleen met hulp van eiwitten en gebeurt dus niet
spontaan.
Onverzadigde vetzuren hebben 'kinks' → minder
cohesie tussen vetzuren → meer laterale diffusie en er
dringen meer kleine (ongeladen) moleculen door in de
dubbellaag → membraan is vloeibaarder en dunner.
De vloeibaarheid van een membraan hangt dus af van:
- Lengte vetzuren
- Mate van verzadiging vetzuren
Cholesterol:
Hoe meer cholesterol in een membraan hoe minder vloeibaar het membraan wordt
LDL and HDL Cholesterol: "Bad" and "Good" Cholesterol
Cholesterol travels through the blood on proteins, called “lipoproteins.”
There are two types:
- LDL (low-density lipoprotein), sometimes called “bad” cholesterol, makes up most of your
body’s cholesterol. High levels of LDL cholesterol raise your risk for heart disease and
stroke.
- HDL (high-density lipoprotein), or “good” cholesterol, absorbs cholesterol and carries it back
to the liver. The liver then flushes it from the body. High levels of HDL cholesterol lower your
risk for heart disease and stroke.
When your body has too much LDL cholesterol, it can build up on the
walls of your blood vessels, as “plaques.” As your blood vessels build
up plaque over time, the insides of the vessels narrow. This blocks blood
flow to and from the heart and other organs and in the end may cause
angina (chest pain) or a heart attack.
Eiwitten:
Eiwitten zorgen ervoor
dat een
plasmembraan
functioneel is
membraaneiwitten
o Integraal eiwit (1,2,3) (moeilijk uit het membraan te halen)
o Perifere membranen (4,5,6) (makkelijk uit membraan te halen)
3
, Verschillende manieren van membraanassociatie:
• Integraal/ Transmembraan
- a-helix
- b-barrel
• Perifeer
- eiwit-eiwit interactie
- zwavelbruggen
- eiwit-lipide interactie
• Lipide-anker
- (extracellulair) - GPI anker (C-terminaal, aangehecht in ER, naar PM)
- (intracellulair) - prenylering, myristoylering, palmytoylering
➔ Conclusie: er zijn verschillende manieren om aan een membraan te hangen als eiwit
Hoe bepalen eigenschappen van aminozuren de eigenschappen van een eiwit?
- Er zijn 20 verschillende aminozuren die allemaal dezelfde basis hebben maar andere side-chains
die de eigenschap van het aminozuur bepalen.
- Verschillende aminozuren kunnen op verschillende manieren in een eiwit interacteren en zo de
eigenschappen van een eiwit bepalen.
2 zure aminozuren:
- Aspartaat (Asp)
- Glutamaat (Glu)
3 basische aminozuren:
- Lysine (Lys)
- Arginine (Arg)
- Histidine (His)
Ongeladen polair
- Asparagine
- Glutamine
- Serine
- Threonine
- Tyrosine
Ongeladen apolair:
- Derest (zie groene vak afbeelding)
Non-covalente bindingen zorgen voor een 3D eiwitstructuur:
- VanDerWaals
- Elektrostatische interacties
- Waterstofbruggen
Een eiwit heeft een N-terminus → C-terminus
Eiwitten zitten niet zo maar op een vaste plek in de membraan
Transmembraaneiwitten:
Alfa helices:
a-helices rijk aan apolaire aminozuren kunnen transmembraan (TM) helices zijn. Transmembraan (TM)
domeinen hebben interactie met membraanlipiden EN elkaar!
- Aquaporin – waterkanaal → 2 halve transmembraan helices:
4
Boek: “The molecular Biology of the cell” 6TH EDITION
ISBN: 978-0-8153-4432-2
Introductie:
Mens: ~37.2 miljoen cellen
Plant: 1 miljard cellen
Om het functioneren en gedrag van een organisme te begrijpen moeten we begrijpen hoe dat cellulair
werkt en dus op moleculair niveau.
Verschillen tussen planten en dierlijke cellen:
Dierlijke cellen hebben een celmembraan, cytoplasma en een celkern.
Plantaardige cellen hebben een celwand, een celmembraan,
cytoplasma, bladgroenkorrels, een vacuole en een celkern.
Elk organisme heeft 1 genoom → elke cel heeft hetzelfde DNA → niet
elke cel werkt hetzelfde → door genregulatie wordt bepaald welke
genen aan worden gezet
Organellen hebben verschillende functies in de cel.
De ruimte binnen de kernmembranen, het ER, Golgi, endosomen en lysosomen vormen een continuüm met
de omgeving van de cel. Toch is de inhoud niet overal hetzelfde → komt door specifiek vesicle transport.
Hoorcollege 1: membranen
Een levende cel in zijn omgeving moet
i) deze omgeving kunnen waarnemen en
ii) kunnen reageren op veranderingen van die omgeving en zich dusdanig aanpassen dat functies
behouden blijven, en
iii) zich compleet kunnen aanpassen aan de nieuwe omgeving
Bedenk elke keer:
• Welke functie heeft de betreffende cell? (e.g. blad, fotosynthese; wortel, nutrientopname; epidermis,
vaatweefsel; spier, zenuw, hersen, darm; etc. etc)
• Hoe wordt de cell beïnvloedt door de omgeving? (e.g. temperatuur, koude, hitte, osmotisch, droogte;
hormonen, dag/nacht etc)
• Welke moleculaire eigenschappen vormen de basis voor die functie? (denk aan de bouwstenen:
vetten, eiwiten, koolhydraten, nucleotiden; maar ook aan thermodynamica & energiewetten)
• Wat moet de cel dan aanpassen en hoe doet hij dat? (e.g. metabolisch, osmotisch, structureel, etc.
etc.)
Waaruit is een relatief eenvoudige cel opgebouwd (prokaryoot) →
Eukaryote cellen hebben meer DNA, minder mRNA (want minder
celdeling), meer organellen dus veel meer membranen dus meer
fosfolipiden.
1
,Membranen:
Functies:
• Afscheiding tussen cel-omgeving voor:
o kleine moleculen
o ionen
o grote moleculen
• Afscheiding organellen
• Genereren/controleren van gradiënten
• Genereren/controleren van membraanpotentialen
• Matrix voor eiwitten
Benodigde eigenschappen van een membraan:
• Afsluitend
• Selectief permeabel
• Functioneren in een waterige omgeving
• Rekbaar/vormbaar
Dierlijke cellen: buitenkant = plasmamembraan
Planten, schimmels en bacteriecellen: buitenkant = celwand
Zeepmoleculen --------------------------------------------------------->
Membraan van een zeepbel lijkt een beetje op een biologisch
membraan, maar er is een belangrijk verschil: de hydrofiele koppen steken bij
een zeepbel naar binnen en de hydrofobe staarten naar buiten. -------------------------------------------->
Polariteit van een molecuul bepaalt de oplosbaarheid in water
- Wel of niet oplosbaar zijn hangt er van af of opgelost zijn de vrije energie verlaagt
Lipid bilayer:
Membranen bestaan uit een lipid bilayer:
Fosfolipiden pakken zich automatisch in een
dubbellaag in een waterige omgeving
De structuur van fosfolipiden
kan variëren in kopgroep
(positief of negatief geladen)
en vetzuurketens (lengte en
hoeveelheid vetzuurketens kan
verschillen en verzadigd of
onverzadigd)
Een membraan is zelfhelend → het is energetisch voordelig om een bol te zijn ----------------->
- Energetisch voordeligst: Een structuur waarbij het apolaire deel van de lipiden niet in
aanraking komt met water.
Kunstmatig membraanblaasje = liposoom
Fosfolipiden voldoen aan de eisen voor een selectief permeabele, 'wateroplosbare'
(suspendeerbare), flexibele laag.
2
,Effecten van verschillende soorten vetzuurketens op de vloeibaarheid van het membraan:
- Langere vetzuurketens hebben meer interactie met elkaar, en leiden tot een minder vloeibare
membraan
- Kortere vetzuurketens hebben minder interactie met elkaar, en leiden tot een meer vloeibare
membraan
- Verzadigde vetzuren zijn meer geordend in de membraan, en leiden tot een minder vloeibare
membraan
- Onverzadigde vetzuren zijn geknikt en hebben daardoor minder interactie met elkaar, wat leidt
tot een meer vloeibare membraan
Membranen zijn vloeibaar en fosfolipiden kunnen dus bewegen door het
membraan, flip-flop kan alleen met hulp van eiwitten en gebeurt dus niet
spontaan.
Onverzadigde vetzuren hebben 'kinks' → minder
cohesie tussen vetzuren → meer laterale diffusie en er
dringen meer kleine (ongeladen) moleculen door in de
dubbellaag → membraan is vloeibaarder en dunner.
De vloeibaarheid van een membraan hangt dus af van:
- Lengte vetzuren
- Mate van verzadiging vetzuren
Cholesterol:
Hoe meer cholesterol in een membraan hoe minder vloeibaar het membraan wordt
LDL and HDL Cholesterol: "Bad" and "Good" Cholesterol
Cholesterol travels through the blood on proteins, called “lipoproteins.”
There are two types:
- LDL (low-density lipoprotein), sometimes called “bad” cholesterol, makes up most of your
body’s cholesterol. High levels of LDL cholesterol raise your risk for heart disease and
stroke.
- HDL (high-density lipoprotein), or “good” cholesterol, absorbs cholesterol and carries it back
to the liver. The liver then flushes it from the body. High levels of HDL cholesterol lower your
risk for heart disease and stroke.
When your body has too much LDL cholesterol, it can build up on the
walls of your blood vessels, as “plaques.” As your blood vessels build
up plaque over time, the insides of the vessels narrow. This blocks blood
flow to and from the heart and other organs and in the end may cause
angina (chest pain) or a heart attack.
Eiwitten:
Eiwitten zorgen ervoor
dat een
plasmembraan
functioneel is
membraaneiwitten
o Integraal eiwit (1,2,3) (moeilijk uit het membraan te halen)
o Perifere membranen (4,5,6) (makkelijk uit membraan te halen)
3
, Verschillende manieren van membraanassociatie:
• Integraal/ Transmembraan
- a-helix
- b-barrel
• Perifeer
- eiwit-eiwit interactie
- zwavelbruggen
- eiwit-lipide interactie
• Lipide-anker
- (extracellulair) - GPI anker (C-terminaal, aangehecht in ER, naar PM)
- (intracellulair) - prenylering, myristoylering, palmytoylering
➔ Conclusie: er zijn verschillende manieren om aan een membraan te hangen als eiwit
Hoe bepalen eigenschappen van aminozuren de eigenschappen van een eiwit?
- Er zijn 20 verschillende aminozuren die allemaal dezelfde basis hebben maar andere side-chains
die de eigenschap van het aminozuur bepalen.
- Verschillende aminozuren kunnen op verschillende manieren in een eiwit interacteren en zo de
eigenschappen van een eiwit bepalen.
2 zure aminozuren:
- Aspartaat (Asp)
- Glutamaat (Glu)
3 basische aminozuren:
- Lysine (Lys)
- Arginine (Arg)
- Histidine (His)
Ongeladen polair
- Asparagine
- Glutamine
- Serine
- Threonine
- Tyrosine
Ongeladen apolair:
- Derest (zie groene vak afbeelding)
Non-covalente bindingen zorgen voor een 3D eiwitstructuur:
- VanDerWaals
- Elektrostatische interacties
- Waterstofbruggen
Een eiwit heeft een N-terminus → C-terminus
Eiwitten zitten niet zo maar op een vaste plek in de membraan
Transmembraaneiwitten:
Alfa helices:
a-helices rijk aan apolaire aminozuren kunnen transmembraan (TM) helices zijn. Transmembraan (TM)
domeinen hebben interactie met membraanlipiden EN elkaar!
- Aquaporin – waterkanaal → 2 halve transmembraan helices:
4
