Celbiologie
Biomembranen
Membranen om en in een cel
- Cytoplasma: alles binnen de plasmamembraan, behalve nucleus
- Cytosol: het waterige gedeelte van het cytoplasma buiten de organellen
- Lumen: waterige gedeelte binnen organellen
Structuur
- Onregelmatig met dieptes en hoogtes
- Structuur bestuderen
o AFM (atomic force microscopy): adhv een beweegbare arm
o Elektronenmicroscopie: met nanoresolutie kijken naar een specimen (kleuren met OsO4)
Fosfolipide dubbellaag
Structuur
- Staartjes naar elkaar: geen water en kleuring →
elektronen kunnen hier doorheen
- Koppen: wel kleuring → elektronen tegengehouden
Grootte cel: tientallen micrometer
Membraan dikte: 3-4 nanometer
- Micellen: geen dubbellaag (enkellaag: staartjes naar binnen en hoofdjes
naar buiten) → meestal niet in natuur (energetisch ongunstig)
- Liposoom: kleine structuren
- Fosfolipidedubbellaag: grote structuren (enorme variabiliteit)
Exoplasmatische en cytosolische zijden
- Plasmamembraan
o Kant naar buiten: exoplasmatisch
o Kant naar binnen (cytoplasma): cytosolisch
- Membraan rond organel
o Kant naar binnen (lumen): exoplasmatisch
o Kant naar buiten (cytsol): cytosolisch
- Organellen met 2 membranen
o Buitenste membraan
▪ Buitenkant: cytosolisch
▪ Binnenkant: exoplasmatisch
o Binnenste membraan
▪ Buitenkant: exoplasmatisch
▪ Binnenkant: cytosolisch
1
Exoplasmatische zijde blijft exoplasmatische zijde en
cytosolische zijde blijft cytosolische zijde
,Chemie van membranen: lipiden
Fosfoglyceriden en plasmalogenen
Opgebouwd rond glycerol (3-voudig alcohol)
OH-groep + organisch zuur (carbonzuur) → ester
Fosfolipiden: 2 OH-groepen veresterd en 3e reageert met fosfaat → 2
VZ vormen ester en op positie 3 een fosfaatgroep = fosfatidyl
(amfipatische molecule door fosfaatgroep met neg lading = polair) –>
verdere moleculen kunnen binden aan fosfaatgroep
Plasmalogeen: 1 vd esterverbindingen is een etherverbinding
geworden (C-O2-C)
Sfingolipiden
Amine + organisch zuur → amide (CONH)
Altijd hydrofoob en variabel hydrofiel gedeelte
Typisch sfingolipiden: suikers toevoegen
Sterolen (lipiden?)
- Cholesterol: hydrofoob gedeelte met OH-groep (hydrofiel)
- Bel essentiële bouwsteen van biomembranen en essentiële precursor (voorvorm voor andere moleculen: cortisone,
testosteron, estradiol, galzuur, vit D)
- 7-dehydrocholesterol: bep verbindingen verbroken bij UV-licht → vit D: essentieel voor opname Ca uit voeding en dit
inbouwen in botten => te kort aan vit D = rachitis
Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan: invloed op samenstelling biomembraan
- Axiale rotatie: draaiing rond de as (beweging vindt plaats, maar moeilijk te meten)
- Laterale diffusie: beweging binnen het vlak
o Meting met FRAP (fluorescence Recovery After Photobleaching)
Diffusie van fosfolipiden in een celmembraan is ~10 langzamer dan in een artificiële
fosfolipide-dubbellaag! (in cel zullen elementen/structuren aanwezig zijn die deze
diffusie vertragen)
Initieel sterke daling, maar na verloop van tijd wordt fluorescentie hersteld door
uitwisseling met fosfolipiden uit naburige membranen (door laterale diffusie)
Hoe snel vindt laterale diffusie plaats en hoeveel?
- Flip-flop: beweging waarbij moleculen met hoofdje van ene vlak naar andere vlak gaat (energetisch moeilijk)
o Gebeurd niet bij zuivere fosfolipide dubbellaag (oorzaak assymetrie tss binnen en buiten van membraan)
o Kan enkel plaatsvinden bij aanwezigheid van flippase (verbruikt ATP): brengt FL naar binnenste vlak
o Vesikel met ABCB4 (eiwit) + fluorescent gelabelde fosfolipiden → behandeld op 2 manieren
▪ Met ATP + quencher (onderdruk fluorescentie in buitenste vlak)→ minder daling van fluorescentie
▪ Zonder ATP + quencher → meer daling van fluorescentie
2
, - Beweging van vetzuurstaarten → beweeglijkheid bep door:
o Temperatuur
▪ Gelachtige structuur (geordend) → vloeistofachtige structuur (chaotisch) door stijging T
▪ Membraan is dikker in gelachtige structuur
▪ T is afh van de onderliggende kracht: hoe hoger kracht, hoe dichter bij elkaar, hoe hoger T moet zijn
• Hydrofoob effect
In een waterige opl komen vetdeeltjes naar elkaar toe
Deeltjes omgeven door watermantel → deel vd
waterdeeltjes vrij gekomen naar hydrofobe aggregatie
(meer antropie/vrijheid → energetisch gunstiger)
• Van der Waalskrachten (klein, tenzij atomen dicht bij elkaar liggen)
▪ Overgang bij bep T afh van structuur (vgl water → ijs bij 0°C)
o Aard en lengte van de VZ-ketens
o Cholesterol
Veel voorkomende VZ Getal na C wijst op aantal dubbele bindingen: 0 is
verzadigd, rest is onverzadigd)
- Mono-onverzadigd
- Poly-onverzadigd
Verzadiging kan invloed hebben op eig vd
membraan
Cis VZ = voorkomend id natuur
- Cis: 2 langste groepen naast elkaar
- Trans: langste groepen over elkaar
Trans VZ = slecht en ongezond (normaal niet id natuur)
Linolzuur: 6-vetzuur → essentieel
Omega () heeft te maken met onverzadigdheden en waar in het VZ we dit vinden
o Dubbele binding aangeven door koolstoffen een bep nr te geven: tellen vanaf begin (α) of vanaf einde ()
o 6 = onverzadiging op 6e C
o Dit voorbeeld: omega-3,6,9-polyonverzadigd VZ
Verzadigde en onverzadigde VZ Palmitaat: verzadigd → geen knik in de lengte (recht)
Oleaat: onverzadigd (cis) → knik in de lengte (kromming)
Biomembraan: makkelijkste mooi naast elkaar en dicht
bij elkaar voor grote van der Waals krachten
Veel onverzadiging → staartjes minder bij elkaar →
minder van der Waals krachten → meer beweging
Lengte speelt een rol: korte VZ kunnen minder VDW krachten
ondergaan
Effect van cholesterol op membraanvloeibaarheid
- Cholesterol heeft polaire groep (OH)
- Ideaal om gaten op te vullen tss staartjes → toch VDW
- Krachten → vastere en rigidere membraan
Effect van lipidensamenstelling op membraanvloeibaarheid en -dikte
- Rijk aan cholesterol en sfingolipiden → dikker → clusteren
bij elkaar (lipid rafts: bel rol bij signaalfunctie)
3
, Effect van lipidensamenstelling op kromming van de membraan
- Door komische moleculen (invloed van chemische samenstelling)
- Ethanolamine is kleiner/dunner (hoofdje) dan staartje
o Fosfatidyl ethanolamine (PE) aan elkaar → kromming
o Fosdatidylcholine aan elkaar → recht
o Membraan gevormd door beide in te bouwen
Functies van de plasmamebraan
- Barrière: scheiding tss binnen en buiten
Zuivere fosfolipiden dubbellaag
Eiwitten zorgen voor transport van niet-doorlaatbare moleculen doorheen de
membraan (doorlaatbare moleculen door de membraan via diffusie)
Gevolg van verschil in permeabiliteit: osmose
- Hypertoon: veel opgeloste stoffen (bv zout-opl) → water in de cel → cel
zwelt
- Hypotoon: weinig opgeloste stoffen → water uit de cel → cel krimpt
Cellen zwellen en krimpen door diffusie van water
- Elektrische condensator
o Condensator = opslagplaats voor ladingen (Q) → afh van spanning (V) en capaciteit (C)
o Capaciteit is afh van de opp van de platen en hoe ze bewegen
o Ladingen kunnen losgelaten en opgenomen worden
o Capaciteit meten of berekenen adhvd opp
- Reservoir voor signaalmoleculen (+ vorming)
o Splitsing van fosfoglyceriden door verschillende fosfolipasen
o Fosfolipase A1: vrij VZ + glycerol met 1 VZ
o Fosfolipase C = bel fosfolipase
o Generen DAG en IP3 = universele signaalmoleculen
- 2D-vloeistof: aanwezigheid bel stoffen
Soorten membraanproteïnen
Integrale membraanproteïnen Membraanproteïnen met vetanker Periferen membraanproteïnen
Associatie Niet-covalente binding aan
Peptideketen gaat een of meerdere Covalent gebonden aan vetanker (bevatten lipiden
met fosfolipiden of
keren doorheen membraan om te kunnen aanhechten aan de membraan)
membraan membraanproteïnen
Ingebed in membraan:
Topologie intramembranair, exoplasmatisch en Exoplasmatisch of cytosolisch Exoplasmatisch of cytosolisch
cytosolisch deel
Prenylanker
(geen VZ staart)
Probleem: fosfolipide dubellaag Hydrofobe structuur (niet mooi recht)
Interactie met
heeft een hydrofobe kern en de Anker in chaotisch deel vd membraan
membraanproteïnen door van de
peptideverbinding tss 2 AZ is
Extra Waals krachten, H-bruggen,
hydrofiel → opl: GPI (glycosilfosfatydilglycosil) anker
elektrostatische krachten en
1. -helix Suikers gekoppeld aan fosfaatgroep
hydrofobe interacties
2. ß-barrel Aminogroep interageert met C-terminus → eiwit
hangt vast aan anker
Exoplasmatische zijde
Sterkst gebonden (in principe nooit
gebondenheid Kunnen afgeknipt worden (2e sterkste gebonden) Los vast interactie met membranen
van membraan)
4
Biomembranen
Membranen om en in een cel
- Cytoplasma: alles binnen de plasmamembraan, behalve nucleus
- Cytosol: het waterige gedeelte van het cytoplasma buiten de organellen
- Lumen: waterige gedeelte binnen organellen
Structuur
- Onregelmatig met dieptes en hoogtes
- Structuur bestuderen
o AFM (atomic force microscopy): adhv een beweegbare arm
o Elektronenmicroscopie: met nanoresolutie kijken naar een specimen (kleuren met OsO4)
Fosfolipide dubbellaag
Structuur
- Staartjes naar elkaar: geen water en kleuring →
elektronen kunnen hier doorheen
- Koppen: wel kleuring → elektronen tegengehouden
Grootte cel: tientallen micrometer
Membraan dikte: 3-4 nanometer
- Micellen: geen dubbellaag (enkellaag: staartjes naar binnen en hoofdjes
naar buiten) → meestal niet in natuur (energetisch ongunstig)
- Liposoom: kleine structuren
- Fosfolipidedubbellaag: grote structuren (enorme variabiliteit)
Exoplasmatische en cytosolische zijden
- Plasmamembraan
o Kant naar buiten: exoplasmatisch
o Kant naar binnen (cytoplasma): cytosolisch
- Membraan rond organel
o Kant naar binnen (lumen): exoplasmatisch
o Kant naar buiten (cytsol): cytosolisch
- Organellen met 2 membranen
o Buitenste membraan
▪ Buitenkant: cytosolisch
▪ Binnenkant: exoplasmatisch
o Binnenste membraan
▪ Buitenkant: exoplasmatisch
▪ Binnenkant: cytosolisch
1
Exoplasmatische zijde blijft exoplasmatische zijde en
cytosolische zijde blijft cytosolische zijde
,Chemie van membranen: lipiden
Fosfoglyceriden en plasmalogenen
Opgebouwd rond glycerol (3-voudig alcohol)
OH-groep + organisch zuur (carbonzuur) → ester
Fosfolipiden: 2 OH-groepen veresterd en 3e reageert met fosfaat → 2
VZ vormen ester en op positie 3 een fosfaatgroep = fosfatidyl
(amfipatische molecule door fosfaatgroep met neg lading = polair) –>
verdere moleculen kunnen binden aan fosfaatgroep
Plasmalogeen: 1 vd esterverbindingen is een etherverbinding
geworden (C-O2-C)
Sfingolipiden
Amine + organisch zuur → amide (CONH)
Altijd hydrofoob en variabel hydrofiel gedeelte
Typisch sfingolipiden: suikers toevoegen
Sterolen (lipiden?)
- Cholesterol: hydrofoob gedeelte met OH-groep (hydrofiel)
- Bel essentiële bouwsteen van biomembranen en essentiële precursor (voorvorm voor andere moleculen: cortisone,
testosteron, estradiol, galzuur, vit D)
- 7-dehydrocholesterol: bep verbindingen verbroken bij UV-licht → vit D: essentieel voor opname Ca uit voeding en dit
inbouwen in botten => te kort aan vit D = rachitis
Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan: invloed op samenstelling biomembraan
- Axiale rotatie: draaiing rond de as (beweging vindt plaats, maar moeilijk te meten)
- Laterale diffusie: beweging binnen het vlak
o Meting met FRAP (fluorescence Recovery After Photobleaching)
Diffusie van fosfolipiden in een celmembraan is ~10 langzamer dan in een artificiële
fosfolipide-dubbellaag! (in cel zullen elementen/structuren aanwezig zijn die deze
diffusie vertragen)
Initieel sterke daling, maar na verloop van tijd wordt fluorescentie hersteld door
uitwisseling met fosfolipiden uit naburige membranen (door laterale diffusie)
Hoe snel vindt laterale diffusie plaats en hoeveel?
- Flip-flop: beweging waarbij moleculen met hoofdje van ene vlak naar andere vlak gaat (energetisch moeilijk)
o Gebeurd niet bij zuivere fosfolipide dubbellaag (oorzaak assymetrie tss binnen en buiten van membraan)
o Kan enkel plaatsvinden bij aanwezigheid van flippase (verbruikt ATP): brengt FL naar binnenste vlak
o Vesikel met ABCB4 (eiwit) + fluorescent gelabelde fosfolipiden → behandeld op 2 manieren
▪ Met ATP + quencher (onderdruk fluorescentie in buitenste vlak)→ minder daling van fluorescentie
▪ Zonder ATP + quencher → meer daling van fluorescentie
2
, - Beweging van vetzuurstaarten → beweeglijkheid bep door:
o Temperatuur
▪ Gelachtige structuur (geordend) → vloeistofachtige structuur (chaotisch) door stijging T
▪ Membraan is dikker in gelachtige structuur
▪ T is afh van de onderliggende kracht: hoe hoger kracht, hoe dichter bij elkaar, hoe hoger T moet zijn
• Hydrofoob effect
In een waterige opl komen vetdeeltjes naar elkaar toe
Deeltjes omgeven door watermantel → deel vd
waterdeeltjes vrij gekomen naar hydrofobe aggregatie
(meer antropie/vrijheid → energetisch gunstiger)
• Van der Waalskrachten (klein, tenzij atomen dicht bij elkaar liggen)
▪ Overgang bij bep T afh van structuur (vgl water → ijs bij 0°C)
o Aard en lengte van de VZ-ketens
o Cholesterol
Veel voorkomende VZ Getal na C wijst op aantal dubbele bindingen: 0 is
verzadigd, rest is onverzadigd)
- Mono-onverzadigd
- Poly-onverzadigd
Verzadiging kan invloed hebben op eig vd
membraan
Cis VZ = voorkomend id natuur
- Cis: 2 langste groepen naast elkaar
- Trans: langste groepen over elkaar
Trans VZ = slecht en ongezond (normaal niet id natuur)
Linolzuur: 6-vetzuur → essentieel
Omega () heeft te maken met onverzadigdheden en waar in het VZ we dit vinden
o Dubbele binding aangeven door koolstoffen een bep nr te geven: tellen vanaf begin (α) of vanaf einde ()
o 6 = onverzadiging op 6e C
o Dit voorbeeld: omega-3,6,9-polyonverzadigd VZ
Verzadigde en onverzadigde VZ Palmitaat: verzadigd → geen knik in de lengte (recht)
Oleaat: onverzadigd (cis) → knik in de lengte (kromming)
Biomembraan: makkelijkste mooi naast elkaar en dicht
bij elkaar voor grote van der Waals krachten
Veel onverzadiging → staartjes minder bij elkaar →
minder van der Waals krachten → meer beweging
Lengte speelt een rol: korte VZ kunnen minder VDW krachten
ondergaan
Effect van cholesterol op membraanvloeibaarheid
- Cholesterol heeft polaire groep (OH)
- Ideaal om gaten op te vullen tss staartjes → toch VDW
- Krachten → vastere en rigidere membraan
Effect van lipidensamenstelling op membraanvloeibaarheid en -dikte
- Rijk aan cholesterol en sfingolipiden → dikker → clusteren
bij elkaar (lipid rafts: bel rol bij signaalfunctie)
3
, Effect van lipidensamenstelling op kromming van de membraan
- Door komische moleculen (invloed van chemische samenstelling)
- Ethanolamine is kleiner/dunner (hoofdje) dan staartje
o Fosfatidyl ethanolamine (PE) aan elkaar → kromming
o Fosdatidylcholine aan elkaar → recht
o Membraan gevormd door beide in te bouwen
Functies van de plasmamebraan
- Barrière: scheiding tss binnen en buiten
Zuivere fosfolipiden dubbellaag
Eiwitten zorgen voor transport van niet-doorlaatbare moleculen doorheen de
membraan (doorlaatbare moleculen door de membraan via diffusie)
Gevolg van verschil in permeabiliteit: osmose
- Hypertoon: veel opgeloste stoffen (bv zout-opl) → water in de cel → cel
zwelt
- Hypotoon: weinig opgeloste stoffen → water uit de cel → cel krimpt
Cellen zwellen en krimpen door diffusie van water
- Elektrische condensator
o Condensator = opslagplaats voor ladingen (Q) → afh van spanning (V) en capaciteit (C)
o Capaciteit is afh van de opp van de platen en hoe ze bewegen
o Ladingen kunnen losgelaten en opgenomen worden
o Capaciteit meten of berekenen adhvd opp
- Reservoir voor signaalmoleculen (+ vorming)
o Splitsing van fosfoglyceriden door verschillende fosfolipasen
o Fosfolipase A1: vrij VZ + glycerol met 1 VZ
o Fosfolipase C = bel fosfolipase
o Generen DAG en IP3 = universele signaalmoleculen
- 2D-vloeistof: aanwezigheid bel stoffen
Soorten membraanproteïnen
Integrale membraanproteïnen Membraanproteïnen met vetanker Periferen membraanproteïnen
Associatie Niet-covalente binding aan
Peptideketen gaat een of meerdere Covalent gebonden aan vetanker (bevatten lipiden
met fosfolipiden of
keren doorheen membraan om te kunnen aanhechten aan de membraan)
membraan membraanproteïnen
Ingebed in membraan:
Topologie intramembranair, exoplasmatisch en Exoplasmatisch of cytosolisch Exoplasmatisch of cytosolisch
cytosolisch deel
Prenylanker
(geen VZ staart)
Probleem: fosfolipide dubellaag Hydrofobe structuur (niet mooi recht)
Interactie met
heeft een hydrofobe kern en de Anker in chaotisch deel vd membraan
membraanproteïnen door van de
peptideverbinding tss 2 AZ is
Extra Waals krachten, H-bruggen,
hydrofiel → opl: GPI (glycosilfosfatydilglycosil) anker
elektrostatische krachten en
1. -helix Suikers gekoppeld aan fosfaatgroep
hydrofobe interacties
2. ß-barrel Aminogroep interageert met C-terminus → eiwit
hangt vast aan anker
Exoplasmatische zijde
Sterkst gebonden (in principe nooit
gebondenheid Kunnen afgeknipt worden (2e sterkste gebonden) Los vast interactie met membranen
van membraan)
4
