Examenvragen cellulaire fysiologie
Hoofdstuk 2
1. Geef de algemene structuur van fosfolipides en de opbouw van het plasmamembraan,
inclusief regulatie vloeibaarheid en rol van cholesterol.
Opbouw plasmamembraan:
- Plasmamembraan bestaat uit een dubbele laag van fosfolipiden waar
proteïnen zijn ingebed. Het is semipermeabel wat wil zeggen dat het
geselecteerde stoffen kan doorlaten of vasthouden.
- De fosfolipiden bepalen de dikte van het plasmamembraan en kunnen
lateraal bewegen, roteren en flexen. Dit is mogelijk doordat de
fosfolipiden zich in een viskeuze zee bevinden en dus niet verankerd zijn
met elkaar.
Axiale rotatie = rond hun as draaien: dit is héél makkelijk en
gebeurt dus ook heel snel
Laterale diffusie = ‘wandelen’/diffunderen in laterale richting:
dus doorheen die zee bewegen, in één laag
o Dit is niet helemaal onverhinderd door de andere componenten maar dit
gaat nog relatief makkelijk en gebeurt ook best snel (in een uur de
volledige cel rond)
- Ze kunnen echter niet spontaan doen aan flip-flops. De energiebarrière om een polair
hoofdje door een hydrofoob deel te brengen is veel te groot.
Enzymen die flip-flops katalyseren:
Flippase = enzym dat lipiden van extracellulair naar intracellulair brengt
Floppase = kan lipide van intracellulair naar extracellulair brengen.
- De compositie van de fosfolipiden bepaalt de vloeibaarheid en de smelttemperatuur. Het
kan zich in een vaste (gel) of vloeibare (sol) fase bevinden. De temperatuur waarbij het
membraan overgaat van een gel naar een sol fase wordt de transitietemperatuur
genoemd. De transitietemperatuur is dus afhankelijk van de samenstelling van het
membraan. Voor een correcte functie moet de membraan in vloeibare toestand zijn en
bij ons is dat geen probleem want ons lichaam houdt alles rond de 37 graden
(warmbloedig).
Bij andere organismen is dat echter niet het geval, deze zijn koudbloedig. Deze
organismen moeten om hun membraan vloeibaar te houden een andere mechanisme
hebben, namelijk de samenstelling van deze dieren is aangepast zodat deze meer fluïde
kan blijven ook al is het koud. Wat kan je doen om de transitietemperatuur te verlagen?
Je moet ervoor zorgen dat er meer wanorde is en dus de fosfolipiden moeten minder
gemakkelijke kunnen worden samengedrukt. (dit proces noemt men homeoviskeuze
adaptatie)
Als de vetzuurketens niet mooi lineair zijn maar meer vertakkingen vertonen en
dit is mogelijk als deze meer onverzadigd worden. Dubbele bindingen zorgen
voor knikjes en zo nemen de vetzuurketens meer plaats in en worden deze
, minder makkelijk samengedrukt. Het eerste wat gebeurt als dit verwarmd wordt,
is de verhoging van het aantal dubbele bindingen en dus meer onverzadigdheid.
Kortere vetzuurketens hebben meer de neiging om open te staan, terwijl lange
vetzuurketens de neiging hebben om langgerekt, mooi naast elkaar te liggen.
Meer cholesterol: Niet enkel de verzadigdheid bepaalt de vloeibaarheid maar
ook cholesterol en andere membraancomponenten. Cholesterol zorgt voor een
meer rigide membraan zoals eerder gezegd. Meer cholesterol zorgt er voor dat
de membraan minder fluïde is bij een normale temperatuur dus in eerste
instantie klinkt dit fout. MAAR bij een lage temperatuur zal dit er voor zorgen dat
de fosfolipiden niet helemaal tegen elkaar gedrukt kunnen worden aangezien die
cholesterol moleculen daartussen zitten. Nu zie je dat cholesterol een
tweevoudige rol (= ambivalente rol): bij een hoge temperatuur gaat die ervoor
zorgen dat de membraan minder fluïde is en bij een lage temperatuur gaat die
ervoor zorgen dat de membraan meer fluïde is. In tegenstelling tot fosfolipiden
kan cholesterol wel gemakkelijk een flip- flop ondergaan doordat de concentratie
in de buitenste en binnenste laag ongeveer gelijk is.
Cholesterol is een molecule die in grote mate de vloeibaarheid of
stijfheid van de membraan kan beïnvloeden. Het bevat een vrij korte
staart molecule en de kop is vrij stijf. Het verhindert dat 2 vetzuren dicht
bij elkaar komen en kunnen interageren. Door de knik in de
vetzuurstaarten is interactie in het midden van de membraan moeilijker,
zodat deze een meer vloeibaar karakter krijgt
• Cholesterol zorgt dat oppervlakte van membraan verstevigd en
minder doorlaatbaar wordt.
• Cholesterol zorgt ook dat de kern van de lipide laag, de
vetzuurstaarten, vloeibaar blijft
Opbouw fosfolipide:
- Hydrofiele/ polaire kop: : Glycerol-fosfaat-choline/-serine/-inositol/-myeline/....
- Hydrofobe/apolaire staart: 2 vetzuurstaarten, verzadigd of onverzadigd
Doordat de fosfolipiden zowel een hydrofiel als een hydrofoob karakter hebben
zijn ze amfipatisch.
- Verzadigde vetzuren= bevat alleen enkele bindingen
o Zijn lang, hebben sterke interacties
o Lange verzadigde vetzuurketens hebben een sterke interactie
met elkaar, een dichte (dense) packing
o een vast membraan
o Hoge Tm (transitietemperatuur)
- Onverzadigde vetzuren= bevat dubbele bindingen
o Zijn korter, vloeibaarder (hoe meer verzadigd, hoe meer
vloeibaar)
o Korte en onverzadigde vetzuren vertonen een zwakke interactie
met elkaar, en vormen dus een vloeibaar membraan (lagere Tm).
Een gevolg van deze zwakke packing is dat het membraan
scheuren/gaten vertoont en dus permeabel wordt.
o Lage TM .
,- Fosfolipiden die zich in water bevinden gaan zich altijd zo organiseren dat hun hydrofobe
staarten niet in contact komen met het water. Afhankelijk van de lipidenconcentratie
gebeurt dit op een andere manier. Je krijgt steeds een spontane opvouwing en
regeneratie.
- Lage lipidenconcentratie
o Er wordt een monolayer/ micel gevormd. De staarten gaan zich
dan aan het wateroppervlak naar de lucht richten. Dit is
energetisch gunstiger dan dat ze zich in het water zouden
bevinden.
- Hogere lipidenconcentratie
o Er worden micelles gevormd. De polaire hoofden zitten aan de
buitenkant en de staarten zitten aan de binnenkant naar elkaar
toe gericht.
- Hoge lipidenconcentratie
o Er wordt een dubbellaag gevormd. Je krijgt twee parallelle
sheets waarbij de hydrofobe staarten naar elkaar toe wijzen en
de polaire hoofden het oppervlak vormen.
, 2. Bespreek de asymmetrie in lipide compositie van het celmembraan: hoe wordt dit
gegenereerd en wat zijn de implicaties
Asymmetrie in de membraan ontstaat door fosfolipiden die verschillen in vetzuurstaart, maar ook
door plaatselijke concentratie verschillen van bepaalde fosfolipiden. Asymmetrie ontstaat tijdens de
biosynthese van de fosfolipide moleculen en flip- flops. Fosfolipiden worden gesynthetiseerd in het
endoplasmatisch retuculum en golgi apparaat en verplaatsen naar het membraan aan de hand van
visikels die een dubbele fosfolipidelaag bevatten. Door flip flops kunnen lipiden van de intracellulaire
zijde naar de extracellulaire zijde gaan.
- Cytosol leaflet bestaat uit : Phosphatidylethanolamine (ER) + Phosphatidylserine (ER)
- Extracellulair leaflet (door floppase): Phosphatidylcholine (ER) + Sphingomyelin (GOLGI)
Verder bestaat de membraan uit integrale eiwitten en eiwitten die meer aan de periferie liggen.
Asymmetrie kan ook de permeabiliteit van de membraan voor moleculen verminderen of verhogen.
De asymmetrie is zeer belangrijk om toch te kunnen zorgen voor de import en export van ionen en
moleculen die goed oplosbaar zijn in water en het ontvangen van signalen die afkomstig zijn van
buiten de cel.
- Verschillen tussen de cytosolische en extracellulaire zijde, door hun samenstelling :
Cytosolisch zijde= meer vloeibaar → Meer buiging membraan mogelijk en is dus
negatiever geladen. Het reguleert de incorporatie van membraaneiwitten.
o Fosfatidylserine is negatief geladen. Dit wordt aangereikt aan de
cytoplasmatische zijde dus die zijde is negatief geladen in
vergelijking met de extracelullaire omgeving (heel lichtjes). Dit
effect werkt minimaal bij tot het genereren van een
membraanpotentiaal. Dit zorgt er ook voor dat
membraanproteïnen correct geïncopporeerd worden.
Extracellulaire zijde= hier bevinden de suikers zich. Deze zijde is neutraal
geladen.
Wanneer er te weinig ATP en bijgevolg verlies van asymmetrie is waarbij fosfatidylserine in buitenste
(extracellulaire) zijde een receptor is voor fagocytose zal apoptose optreden. Als er veel
fosfatidylserine aan de extracellulaire zijde is, dan is dat een signaal aan andere cellen om het te
fagocyteren.
De Asymmetrie beïnvloed de buiging, door IC kleine hoofdjes te hebben en EC grote hoofdjes te
hebben → Buiging naar binnen toe. IC (intracellulair) is meer vloeibaar door meer negatieve ladingen
van fosfatidylserine.
Lipid rafts
- Lokale concentraties van specifieke lipiden, cholesterol en proteïnen.
- Meestal dikkere delen van de membraan, door aanrijking v. verzadigde fosfolipiden.
- Interacties tussen de sheets van de membraan.
- Rol in signaaltransductie.
- Bevatten glycolipiden, langs buiten.
Hoofdstuk 2
1. Geef de algemene structuur van fosfolipides en de opbouw van het plasmamembraan,
inclusief regulatie vloeibaarheid en rol van cholesterol.
Opbouw plasmamembraan:
- Plasmamembraan bestaat uit een dubbele laag van fosfolipiden waar
proteïnen zijn ingebed. Het is semipermeabel wat wil zeggen dat het
geselecteerde stoffen kan doorlaten of vasthouden.
- De fosfolipiden bepalen de dikte van het plasmamembraan en kunnen
lateraal bewegen, roteren en flexen. Dit is mogelijk doordat de
fosfolipiden zich in een viskeuze zee bevinden en dus niet verankerd zijn
met elkaar.
Axiale rotatie = rond hun as draaien: dit is héél makkelijk en
gebeurt dus ook heel snel
Laterale diffusie = ‘wandelen’/diffunderen in laterale richting:
dus doorheen die zee bewegen, in één laag
o Dit is niet helemaal onverhinderd door de andere componenten maar dit
gaat nog relatief makkelijk en gebeurt ook best snel (in een uur de
volledige cel rond)
- Ze kunnen echter niet spontaan doen aan flip-flops. De energiebarrière om een polair
hoofdje door een hydrofoob deel te brengen is veel te groot.
Enzymen die flip-flops katalyseren:
Flippase = enzym dat lipiden van extracellulair naar intracellulair brengt
Floppase = kan lipide van intracellulair naar extracellulair brengen.
- De compositie van de fosfolipiden bepaalt de vloeibaarheid en de smelttemperatuur. Het
kan zich in een vaste (gel) of vloeibare (sol) fase bevinden. De temperatuur waarbij het
membraan overgaat van een gel naar een sol fase wordt de transitietemperatuur
genoemd. De transitietemperatuur is dus afhankelijk van de samenstelling van het
membraan. Voor een correcte functie moet de membraan in vloeibare toestand zijn en
bij ons is dat geen probleem want ons lichaam houdt alles rond de 37 graden
(warmbloedig).
Bij andere organismen is dat echter niet het geval, deze zijn koudbloedig. Deze
organismen moeten om hun membraan vloeibaar te houden een andere mechanisme
hebben, namelijk de samenstelling van deze dieren is aangepast zodat deze meer fluïde
kan blijven ook al is het koud. Wat kan je doen om de transitietemperatuur te verlagen?
Je moet ervoor zorgen dat er meer wanorde is en dus de fosfolipiden moeten minder
gemakkelijke kunnen worden samengedrukt. (dit proces noemt men homeoviskeuze
adaptatie)
Als de vetzuurketens niet mooi lineair zijn maar meer vertakkingen vertonen en
dit is mogelijk als deze meer onverzadigd worden. Dubbele bindingen zorgen
voor knikjes en zo nemen de vetzuurketens meer plaats in en worden deze
, minder makkelijk samengedrukt. Het eerste wat gebeurt als dit verwarmd wordt,
is de verhoging van het aantal dubbele bindingen en dus meer onverzadigdheid.
Kortere vetzuurketens hebben meer de neiging om open te staan, terwijl lange
vetzuurketens de neiging hebben om langgerekt, mooi naast elkaar te liggen.
Meer cholesterol: Niet enkel de verzadigdheid bepaalt de vloeibaarheid maar
ook cholesterol en andere membraancomponenten. Cholesterol zorgt voor een
meer rigide membraan zoals eerder gezegd. Meer cholesterol zorgt er voor dat
de membraan minder fluïde is bij een normale temperatuur dus in eerste
instantie klinkt dit fout. MAAR bij een lage temperatuur zal dit er voor zorgen dat
de fosfolipiden niet helemaal tegen elkaar gedrukt kunnen worden aangezien die
cholesterol moleculen daartussen zitten. Nu zie je dat cholesterol een
tweevoudige rol (= ambivalente rol): bij een hoge temperatuur gaat die ervoor
zorgen dat de membraan minder fluïde is en bij een lage temperatuur gaat die
ervoor zorgen dat de membraan meer fluïde is. In tegenstelling tot fosfolipiden
kan cholesterol wel gemakkelijk een flip- flop ondergaan doordat de concentratie
in de buitenste en binnenste laag ongeveer gelijk is.
Cholesterol is een molecule die in grote mate de vloeibaarheid of
stijfheid van de membraan kan beïnvloeden. Het bevat een vrij korte
staart molecule en de kop is vrij stijf. Het verhindert dat 2 vetzuren dicht
bij elkaar komen en kunnen interageren. Door de knik in de
vetzuurstaarten is interactie in het midden van de membraan moeilijker,
zodat deze een meer vloeibaar karakter krijgt
• Cholesterol zorgt dat oppervlakte van membraan verstevigd en
minder doorlaatbaar wordt.
• Cholesterol zorgt ook dat de kern van de lipide laag, de
vetzuurstaarten, vloeibaar blijft
Opbouw fosfolipide:
- Hydrofiele/ polaire kop: : Glycerol-fosfaat-choline/-serine/-inositol/-myeline/....
- Hydrofobe/apolaire staart: 2 vetzuurstaarten, verzadigd of onverzadigd
Doordat de fosfolipiden zowel een hydrofiel als een hydrofoob karakter hebben
zijn ze amfipatisch.
- Verzadigde vetzuren= bevat alleen enkele bindingen
o Zijn lang, hebben sterke interacties
o Lange verzadigde vetzuurketens hebben een sterke interactie
met elkaar, een dichte (dense) packing
o een vast membraan
o Hoge Tm (transitietemperatuur)
- Onverzadigde vetzuren= bevat dubbele bindingen
o Zijn korter, vloeibaarder (hoe meer verzadigd, hoe meer
vloeibaar)
o Korte en onverzadigde vetzuren vertonen een zwakke interactie
met elkaar, en vormen dus een vloeibaar membraan (lagere Tm).
Een gevolg van deze zwakke packing is dat het membraan
scheuren/gaten vertoont en dus permeabel wordt.
o Lage TM .
,- Fosfolipiden die zich in water bevinden gaan zich altijd zo organiseren dat hun hydrofobe
staarten niet in contact komen met het water. Afhankelijk van de lipidenconcentratie
gebeurt dit op een andere manier. Je krijgt steeds een spontane opvouwing en
regeneratie.
- Lage lipidenconcentratie
o Er wordt een monolayer/ micel gevormd. De staarten gaan zich
dan aan het wateroppervlak naar de lucht richten. Dit is
energetisch gunstiger dan dat ze zich in het water zouden
bevinden.
- Hogere lipidenconcentratie
o Er worden micelles gevormd. De polaire hoofden zitten aan de
buitenkant en de staarten zitten aan de binnenkant naar elkaar
toe gericht.
- Hoge lipidenconcentratie
o Er wordt een dubbellaag gevormd. Je krijgt twee parallelle
sheets waarbij de hydrofobe staarten naar elkaar toe wijzen en
de polaire hoofden het oppervlak vormen.
, 2. Bespreek de asymmetrie in lipide compositie van het celmembraan: hoe wordt dit
gegenereerd en wat zijn de implicaties
Asymmetrie in de membraan ontstaat door fosfolipiden die verschillen in vetzuurstaart, maar ook
door plaatselijke concentratie verschillen van bepaalde fosfolipiden. Asymmetrie ontstaat tijdens de
biosynthese van de fosfolipide moleculen en flip- flops. Fosfolipiden worden gesynthetiseerd in het
endoplasmatisch retuculum en golgi apparaat en verplaatsen naar het membraan aan de hand van
visikels die een dubbele fosfolipidelaag bevatten. Door flip flops kunnen lipiden van de intracellulaire
zijde naar de extracellulaire zijde gaan.
- Cytosol leaflet bestaat uit : Phosphatidylethanolamine (ER) + Phosphatidylserine (ER)
- Extracellulair leaflet (door floppase): Phosphatidylcholine (ER) + Sphingomyelin (GOLGI)
Verder bestaat de membraan uit integrale eiwitten en eiwitten die meer aan de periferie liggen.
Asymmetrie kan ook de permeabiliteit van de membraan voor moleculen verminderen of verhogen.
De asymmetrie is zeer belangrijk om toch te kunnen zorgen voor de import en export van ionen en
moleculen die goed oplosbaar zijn in water en het ontvangen van signalen die afkomstig zijn van
buiten de cel.
- Verschillen tussen de cytosolische en extracellulaire zijde, door hun samenstelling :
Cytosolisch zijde= meer vloeibaar → Meer buiging membraan mogelijk en is dus
negatiever geladen. Het reguleert de incorporatie van membraaneiwitten.
o Fosfatidylserine is negatief geladen. Dit wordt aangereikt aan de
cytoplasmatische zijde dus die zijde is negatief geladen in
vergelijking met de extracelullaire omgeving (heel lichtjes). Dit
effect werkt minimaal bij tot het genereren van een
membraanpotentiaal. Dit zorgt er ook voor dat
membraanproteïnen correct geïncopporeerd worden.
Extracellulaire zijde= hier bevinden de suikers zich. Deze zijde is neutraal
geladen.
Wanneer er te weinig ATP en bijgevolg verlies van asymmetrie is waarbij fosfatidylserine in buitenste
(extracellulaire) zijde een receptor is voor fagocytose zal apoptose optreden. Als er veel
fosfatidylserine aan de extracellulaire zijde is, dan is dat een signaal aan andere cellen om het te
fagocyteren.
De Asymmetrie beïnvloed de buiging, door IC kleine hoofdjes te hebben en EC grote hoofdjes te
hebben → Buiging naar binnen toe. IC (intracellulair) is meer vloeibaar door meer negatieve ladingen
van fosfatidylserine.
Lipid rafts
- Lokale concentraties van specifieke lipiden, cholesterol en proteïnen.
- Meestal dikkere delen van de membraan, door aanrijking v. verzadigde fosfolipiden.
- Interacties tussen de sheets van de membraan.
- Rol in signaaltransductie.
- Bevatten glycolipiden, langs buiten.
