Moleculaire biologie van de cel
Inhoudsopgave
Membraan architectuur................................................................................................................................. 1
Liposomen als drugcarrier....................................................................................................................................4
Membraaneiwitten...............................................................................................................................................5
Membraanbiogenese................................................................................................................................... 10
Eiwittransport over de mitochondriële membranen..........................................................................................10
Eiwittransport over het ER membraan...............................................................................................................12
Signaaltransductie....................................................................................................................................... 21
Eiwitten...............................................................................................................................................................21
Moleculaire schakelaars.....................................................................................................................................23
Signalen uitzetten...............................................................................................................................................30
Signaalroutes......................................................................................................................................................31
RTK Ras Erk...................................................................................................................................................31
Insuline receptor PKB mTOR........................................................................................................................31
Wnt beta-catenine TCF................................................................................................................................32
GPCR AC (PKA>CREB) / (EPAC/Rap1)...........................................................................................................32
GPCR PLC DAG/IP3/Ca++ CAMK/PKC...........................................................................................................32
Moleculaire celbiologisch onderzoek............................................................................................................ 33
Nucleaire import.................................................................................................................................................33
Onderzoeksmethoden.........................................................................................................................................34
Membraan architectuur
Kenmerken van een membraan:
Permeabiliteit barrière lipiden
Selectief transport eiwitten
Communicatie tussen binnen en buiten eiwitten
Energielevering en opslag membraan gradiënt
Grote dynamiek
Membranen vormen een goede barrière voor:
Medicijnen
Toxische stoffen
Virussen
Evolutie van membranen:
Zelf-assemblage van amfipathische moleculen kan op verschillende manieren plaatsvinden
afhankelijk van de polariteit van de omgeving. Dit wordt het hydrofobe effect genoemd,
watermoleculen hebben immers een sterke onderlinge interactie meer geen gunstige interactie
met hydrofobe moleculen.
,Deze systemen worden als oermembranen gezien. De vormen immers een (relatief zwakke)
barrière en zijn dynamisch, dit wil zeggen dat er fusie en splitsing mogelijk is.
Cellulaire membranen verschillen in de:
Lipide samenstelling
Transbilaag verdeling
o Het plasmamembraan is veelal asymmetrisch. Zo zitten sphingomyeline en
fosfatidylcholine vooral aan de buitenkant en fosfatidylethanolamine en
fosfatidylserine vooral aan de binnenkant.
o Lipiden zijn ook in het vlak van de membraan niet altijd homogeen verdeeld.
Rafts zijn bijvoorbeeld cholesterol-rijke domeinen die gevormd worden
doordat cholesterol zorgt voor het ordenen en strekken van de ketens van
lipiden. In deze rafts worden vaak speciale eigenschappen en functies
uitgevoerd.
Algemene structuur van een fosfolipide:
Mogelijke variatie:
Kopgroep alle kopgroepen zijn netto negatief of neutraal geladen.
*Uit het hoofd kennen!
Backbone
Vetzuurstaarten bevatten in dierlijke cellen meestal een even aantal C-atomen. Ze
variëren meestal van 14 tot 24 C-atomen. Verder zijn de dubbele bindingen altijd cis,
ze vormen dus een plat vlak waardoor er geen rotatie mogelijk is rond de dubbele
bindingen. Rond de enkele bindingen is wel vrije rotatie mogelijk.
,Lipiden zijn vetten waardoor ze in staat zijn te ‘smelten’. De vetzuurstaarten bepalen in grote
mate het smeltgedrag. Er wordt onderscheidt gemaakt tussen de gel fase (bij lage
temperatuur) en de vloeibaar kristallijne fase (bij hoge temperatuur). De laterale diffusie van
lipiden in de vloeibare fase is ongeveer 100 keer zo groot als in de gel fase.
In de gel fase zijn de vetzuurstaarten zeer goed geordend en bevinden ze zich allemaal in een
all-trans conformatie, dit is de meest energie gunstige conformatie. Op die manier is er dus
een gunstige pakking van de ketens naast elkaar.
Als de temperatuur hoger zal worden zal de energie barrière van het mogelijk kleiner worden
waardoor er draaiing rond de C-C bindingen plaats kan vinden. Hierdoor worden de trans-
gauche isomerisaties energetisch gunstiger. Twee verschijnstelen:
1. De conformatieverandering begint aan het einde van de staart
2. De pakking van de lipiden veranderd als gevolg van de conformatieveranderingen. Het
smelten van de staarten gebeurt allemaal tegelijkertijd waardoor het smelten als een
coöperatief proces gezien kan worden. Hoe minder dicht de pakking, hoe sneller naast
gelegen staarten ook isomeratie kunnen ondergaan.
Lipiden hebben een karakteristieke smelttemperatuur. Hierbij geldt: hoe langer de
vetzuurketen, hoe hoger de smelttemperatuur EN hoe meer dubbele bindingen, hoe lager de
smelttemperatuur.
Eigenschappen van bilagen in de verschillende fasen:
In beide fasen vormen de membranen een efficiënte barrière
De dimensies van de bilagen zijn verschillend in de fasen. In de gel fase zijn de
bilagen dikker en is het oppervlak per molecuul kleiner dan in de vloeibare fase.
Tijdens de overgangsfase zijn er delen van de membraan in de gel fase en delen in de
vloeibare fase, hierdoor ontstaan er pakkingsdefecten waar moleculen makkelijker
door de membraan kunnen bewegen.
Biologische membranen bestaan uit een combinatie van veel verschillende lipiden en eiwitten.
Hierdoor is er sprake van een smelttraject.
De membraanvloeibaarheid is belangrijk voor:
De flexibiliteit en dynamiek van membraaneiwitten
De laterale beweging van lipiden en eiwitten, dit is belangrijk voor de associatie en
dissociatie van membraaneiwitten bijvoorbeeld voor de vorming van domeinen.
De dynamische eigenschappen van de membraan:
o Afsnoeren van vesicles
o Fusie
o Flip-flop van lipiden
De vloeibaarheid van een membraan wordt gereguleerd door de verzuurstaart samenstelling
van de membraan aan te passen. De kopgroepen lijken geen grote rol te spelen in de
, vloeibaarheid van de membraan. De kopgroepen spelen echter wel een grote rol in de
oriëntatie van de lipiden (bilaag, vesicle of micel) en dus voor de curvatuur en de manier
waarop de lipiden ‘gepakt’ zijn.
Kegelvormige lipiden zoals PE vormen bij voorkeur een hexagonale fase in water. De
buitenkant van de structuur zal omgeven zijn door een monolaag van lipiden. Verder zit er
water in de binnenkant van de ‘buizen’.
Functie van ‘niet-bilaag peptiden’ in een membraan:
Ze passen goed in sterk gekromde membranen (bijvoorbeeld van het ER)
Ze zijn essentieel tijdens processen als fusie en afsnoering van membranen
Ze zijn in staat samen met bilaag lipiden een vlakke bilaag te vormen, op deze manier
zal de nieuwgevormde bilaag iets andere eigenschappen hebben dan de
oorspronkelijke bilaag. Op plaats waar de niet-bilaag lipiden zich bevinden zullen de
staarten dichter bij elkaar gaan zitten, dit omdat de koppen ook dichter bij elkaar
zullen gaan zitten anders vindt er immers geen afscherming plaats. Gevolgen:
o Doordat de kopgroepen elkaar afstoten als ze te dicht bij elkaar zitten zullen
hydrofobe moleculen makkelijker aan de membraan kunnen binden en
inserteren.
o Verder zorgt de dichtere pakking in het midden van de membraan ervoor dat
moleculen minder makkelijk door de membraan kunnen diffunderen.
o Tot slot kan dit invloed hebben op de structuur en dynamiek van
membraaneiwitten.
Liposomen als drugcarrier
Voordelen van liposomen als drugcarrier:
De drug wordt minder snel geïnactiveerd in het bloed
Het is niet toxisch
Targeting is mogelijk
Controlled release is mogelijk
Het mechanisme van opname in de cel is anders dan voor een vrije drug
Drugs inbrengen in liposomen:
1. Lipiden in droge vorm in een buisje
2. Buffer met geneesmiddel toevoegen
Inhoudsopgave
Membraan architectuur................................................................................................................................. 1
Liposomen als drugcarrier....................................................................................................................................4
Membraaneiwitten...............................................................................................................................................5
Membraanbiogenese................................................................................................................................... 10
Eiwittransport over de mitochondriële membranen..........................................................................................10
Eiwittransport over het ER membraan...............................................................................................................12
Signaaltransductie....................................................................................................................................... 21
Eiwitten...............................................................................................................................................................21
Moleculaire schakelaars.....................................................................................................................................23
Signalen uitzetten...............................................................................................................................................30
Signaalroutes......................................................................................................................................................31
RTK Ras Erk...................................................................................................................................................31
Insuline receptor PKB mTOR........................................................................................................................31
Wnt beta-catenine TCF................................................................................................................................32
GPCR AC (PKA>CREB) / (EPAC/Rap1)...........................................................................................................32
GPCR PLC DAG/IP3/Ca++ CAMK/PKC...........................................................................................................32
Moleculaire celbiologisch onderzoek............................................................................................................ 33
Nucleaire import.................................................................................................................................................33
Onderzoeksmethoden.........................................................................................................................................34
Membraan architectuur
Kenmerken van een membraan:
Permeabiliteit barrière lipiden
Selectief transport eiwitten
Communicatie tussen binnen en buiten eiwitten
Energielevering en opslag membraan gradiënt
Grote dynamiek
Membranen vormen een goede barrière voor:
Medicijnen
Toxische stoffen
Virussen
Evolutie van membranen:
Zelf-assemblage van amfipathische moleculen kan op verschillende manieren plaatsvinden
afhankelijk van de polariteit van de omgeving. Dit wordt het hydrofobe effect genoemd,
watermoleculen hebben immers een sterke onderlinge interactie meer geen gunstige interactie
met hydrofobe moleculen.
,Deze systemen worden als oermembranen gezien. De vormen immers een (relatief zwakke)
barrière en zijn dynamisch, dit wil zeggen dat er fusie en splitsing mogelijk is.
Cellulaire membranen verschillen in de:
Lipide samenstelling
Transbilaag verdeling
o Het plasmamembraan is veelal asymmetrisch. Zo zitten sphingomyeline en
fosfatidylcholine vooral aan de buitenkant en fosfatidylethanolamine en
fosfatidylserine vooral aan de binnenkant.
o Lipiden zijn ook in het vlak van de membraan niet altijd homogeen verdeeld.
Rafts zijn bijvoorbeeld cholesterol-rijke domeinen die gevormd worden
doordat cholesterol zorgt voor het ordenen en strekken van de ketens van
lipiden. In deze rafts worden vaak speciale eigenschappen en functies
uitgevoerd.
Algemene structuur van een fosfolipide:
Mogelijke variatie:
Kopgroep alle kopgroepen zijn netto negatief of neutraal geladen.
*Uit het hoofd kennen!
Backbone
Vetzuurstaarten bevatten in dierlijke cellen meestal een even aantal C-atomen. Ze
variëren meestal van 14 tot 24 C-atomen. Verder zijn de dubbele bindingen altijd cis,
ze vormen dus een plat vlak waardoor er geen rotatie mogelijk is rond de dubbele
bindingen. Rond de enkele bindingen is wel vrije rotatie mogelijk.
,Lipiden zijn vetten waardoor ze in staat zijn te ‘smelten’. De vetzuurstaarten bepalen in grote
mate het smeltgedrag. Er wordt onderscheidt gemaakt tussen de gel fase (bij lage
temperatuur) en de vloeibaar kristallijne fase (bij hoge temperatuur). De laterale diffusie van
lipiden in de vloeibare fase is ongeveer 100 keer zo groot als in de gel fase.
In de gel fase zijn de vetzuurstaarten zeer goed geordend en bevinden ze zich allemaal in een
all-trans conformatie, dit is de meest energie gunstige conformatie. Op die manier is er dus
een gunstige pakking van de ketens naast elkaar.
Als de temperatuur hoger zal worden zal de energie barrière van het mogelijk kleiner worden
waardoor er draaiing rond de C-C bindingen plaats kan vinden. Hierdoor worden de trans-
gauche isomerisaties energetisch gunstiger. Twee verschijnstelen:
1. De conformatieverandering begint aan het einde van de staart
2. De pakking van de lipiden veranderd als gevolg van de conformatieveranderingen. Het
smelten van de staarten gebeurt allemaal tegelijkertijd waardoor het smelten als een
coöperatief proces gezien kan worden. Hoe minder dicht de pakking, hoe sneller naast
gelegen staarten ook isomeratie kunnen ondergaan.
Lipiden hebben een karakteristieke smelttemperatuur. Hierbij geldt: hoe langer de
vetzuurketen, hoe hoger de smelttemperatuur EN hoe meer dubbele bindingen, hoe lager de
smelttemperatuur.
Eigenschappen van bilagen in de verschillende fasen:
In beide fasen vormen de membranen een efficiënte barrière
De dimensies van de bilagen zijn verschillend in de fasen. In de gel fase zijn de
bilagen dikker en is het oppervlak per molecuul kleiner dan in de vloeibare fase.
Tijdens de overgangsfase zijn er delen van de membraan in de gel fase en delen in de
vloeibare fase, hierdoor ontstaan er pakkingsdefecten waar moleculen makkelijker
door de membraan kunnen bewegen.
Biologische membranen bestaan uit een combinatie van veel verschillende lipiden en eiwitten.
Hierdoor is er sprake van een smelttraject.
De membraanvloeibaarheid is belangrijk voor:
De flexibiliteit en dynamiek van membraaneiwitten
De laterale beweging van lipiden en eiwitten, dit is belangrijk voor de associatie en
dissociatie van membraaneiwitten bijvoorbeeld voor de vorming van domeinen.
De dynamische eigenschappen van de membraan:
o Afsnoeren van vesicles
o Fusie
o Flip-flop van lipiden
De vloeibaarheid van een membraan wordt gereguleerd door de verzuurstaart samenstelling
van de membraan aan te passen. De kopgroepen lijken geen grote rol te spelen in de
, vloeibaarheid van de membraan. De kopgroepen spelen echter wel een grote rol in de
oriëntatie van de lipiden (bilaag, vesicle of micel) en dus voor de curvatuur en de manier
waarop de lipiden ‘gepakt’ zijn.
Kegelvormige lipiden zoals PE vormen bij voorkeur een hexagonale fase in water. De
buitenkant van de structuur zal omgeven zijn door een monolaag van lipiden. Verder zit er
water in de binnenkant van de ‘buizen’.
Functie van ‘niet-bilaag peptiden’ in een membraan:
Ze passen goed in sterk gekromde membranen (bijvoorbeeld van het ER)
Ze zijn essentieel tijdens processen als fusie en afsnoering van membranen
Ze zijn in staat samen met bilaag lipiden een vlakke bilaag te vormen, op deze manier
zal de nieuwgevormde bilaag iets andere eigenschappen hebben dan de
oorspronkelijke bilaag. Op plaats waar de niet-bilaag lipiden zich bevinden zullen de
staarten dichter bij elkaar gaan zitten, dit omdat de koppen ook dichter bij elkaar
zullen gaan zitten anders vindt er immers geen afscherming plaats. Gevolgen:
o Doordat de kopgroepen elkaar afstoten als ze te dicht bij elkaar zitten zullen
hydrofobe moleculen makkelijker aan de membraan kunnen binden en
inserteren.
o Verder zorgt de dichtere pakking in het midden van de membraan ervoor dat
moleculen minder makkelijk door de membraan kunnen diffunderen.
o Tot slot kan dit invloed hebben op de structuur en dynamiek van
membraaneiwitten.
Liposomen als drugcarrier
Voordelen van liposomen als drugcarrier:
De drug wordt minder snel geïnactiveerd in het bloed
Het is niet toxisch
Targeting is mogelijk
Controlled release is mogelijk
Het mechanisme van opname in de cel is anders dan voor een vrije drug
Drugs inbrengen in liposomen:
1. Lipiden in droge vorm in een buisje
2. Buffer met geneesmiddel toevoegen
