Celbiologie
Door Prof. Dr. Laurens Pauwels en Dr. Lander Bauters
1. De cel
1.1. Inleiding
Celtheorie van Schleiden & Schwann
(1) Alle organismen zijn gebouwd uit één of meerdere cellen
(2) Cellen zijn de basiseenheid van het leven → alle functies nodig om te overleven vinden plaats in de cel. Het functioneren van
een organisme is afhankelijk van de individuele en collectieve activiteit van de cellen waaruit het organisme is gebouwd
(3) Toevoeging Rudolf Virchow: cellen kunnen enkel ontstaan door deling van reeds bestaande cellen
uit niet-cellulair materiaal
Basiseigenschappen van cellen
▪ Cellen zijn een gesloten systeem
o Afgeschermd van de omgeving via semipermeabel membraan = de plasmamembraan
▪ Lipidendubbellaag op grens cytoplasma en omgeving
▪ Dynamische structuur
▪ Zie hoofdstuk 3/4
o Bacteriën en planten ook nog extra celwand
▪ Cellen zijn complex en georganiseerd en kunnen zichzelf reguleren
o Lage tolerantie voor fouten mbt opbowu en interacties van componenten of metabolische reacties
o → strikte controlemechanismen
o Bij grote foutenlast sterft cel om rest organisme te beschermen
▪ Cellen bezitten een genetisch programma en de middelen om dit uit te voeren
o Genen = blauwdruk voor constructie van cellulaire structuren, instructies voor cellulaire activiteit en programma voor
reproductie
o Centrale dogma: DNA/RNA → transcriptie → mRNA → translatie → eiwit (te vereenvoudigd)
▪ Cellen kunnen zich reproduceren
o Reproductie via celdeling: inhoud moeder-cel verdeeld over 2 dochtercellen
o Seksuele voorplanting: samenkomst twee cellen om genetische info te mengen
o Zie hoofdstuk 8
o Kanker: controle op celdeling loopt mis → zie hoofdstuk 10
▪ Cellen kunnen een energie en bouwstenen verwerven en gebruiken
▪ Cellen voeren chemische reacties en mechanische acties uit
o Mechanische acties: transport, assemblage, afbraak, migratie
o Materiaal → cel → anabolisme (bouw) + katabolisme (E)
o Metabolisme = som van alle chemische reacties die de cel uitvoert
▪ Cellen kunnen reageren op stimuli
o Reactie op externe/interne stimuli met aangepaste respons
o Receptoren op de cel essentieel hiervoor → hoofdstuk 7
Ontstaan van de moderne eukaryote cel
(1) RNA zelf replicerend (RNA-wereld)
(2) Voorlopercel lipidenmembraan rond RNA
(3) Prokaryote cel DNA → stabieler en minder gevoelig voor mutaties
RNA wel nog steeds een functie bv centrale dogma en regulatorische functies zoals miRNA, sRNA, ….
(4) Eukaryote cel invaginatie celmembraan → krijgt kern en kernmembraan
vorming van endoplasmatisch reticulum (ER)
opname proteobacteriën (mitochondriën) en cyanobacteriën (chloroplasten) → endosymbiose theorie
Waarom denken ze dat RNA-wereld eerst was en kon? → RNA kan met zichzelf abseparen en bv hairpins vormen, die 3D
structuren konden dan reacties gaan katalyseren (bv ribozyme) + overblijfselen van RNA (ribosomen, tRNA, mRNA, …)
,Eukaryote cel dus hoogstwaarschijnlijk uit prokaryote cel ontstaan, 3 redens
Beide delen: (1) dezelfde genetische taal – (2) gelijkaardige set van metabolische pathways – (3) structurele kenmerken
▪ Nucleaire enveloppe = kernmembraan
▪ Nucleus = celkern
▪ Nucleoid = plaats waar genetisch materiaal geaggregeerd zit in cytoplasma
1.2. Structuur van de eukaryote cel
(1) Plasmamembraan Alle cellen zijn omgeven door een plasmamembraan
Hoofdstuk 3/4 ▪ Scheiding cel-inhoud en omgeving
▪ Bepaald identiteit cel en samenstelling cytosol door selectieve karakter
▪ Dubbele fosfolipidenlaag
o Ondoordringbaar voor wateroplosbare moleculen
o Selectief transport en diffusie
o Membraaneiwitten
▪ Zorgen voor selectieve barrière
▪ Interactie met extracellulaire omgeving of andere cellen
▪ Sensoren voor signaaltransductie
▪ Plantencellen worden extra verstevigd door een celwand→ zie hoofdstuk 9
Dubbele functie
(1) Vormt een grens
(2) Medieert interacties tussen de cel en de omgeving
(2) Nucleus Hoofdkenmerk eukaryote cel, DNA niet in cytosol maar blijft in celkern = nucleus
Eukaryoten: mogelijkheid tot posttranscriptionele processing op mRNA want zit nog in nucleus
bij prokaryoten direct translatie ondergaan want bevindt zich al in cytoplasma
Samenstelling:
▪ Kernmembraan:
▪ Dubbel membraan = nucleaire enveloppe
▪ Buitenste membraan is continu met het ruw endoplasmatisch reticulum
▪ Nucleaire poriën
o Import: eiwitten
o Export: mRNA en ribosomale subunits
o Transport: passief < 60 kDa actief > 60 kDa (ook ribosomen)
▪ Ontstaan door invaginatie van plasmamembraan
, ▪ Nucleaire lamina
o Fibreus netwerk opgebouwd uit lamines (intermediaire filamenten)
o Structurele ondersteuning nucleus
o Ankerpunten chromosomen, valt uiteen tijdens celdeling
▪ Inhoud nucleus (in interfase)
▪ Chromatine = DNA gebonden aan histonen
▪ Nucleaire matrix
o Fibrillair netwerk dat eiwitten bevat
o Functies nucleaire matrix
▪ Structureel skelet nucleus
▪ Organisatie van chromatinelussen
▪ Ankerpunt voor machinerie replicatie, transcriptie, RNA-processing
▪ Nuclear bodies
o Compartimeren nucleus
o Concentreren eiwitten en RNA
o Meest voorkomende zijn nucleoli = kernlichaampjes
▪ Betrokken bij rRNA-synthese en ribosoomproductie
▪ Nucleoplasma
o Visceuze vloeistof met oplosbare substanties: nucleotiden, enzymen, …
(3) Endoplasmatisch Grootste membraan in veel eukaryoten (enkel bij eukaryoten ook!)
reticulum ▪ RER = ruw-ER
Hoofdstuk 5 o Tegen kernmembraan en vormen sa men continuüm
o Bedekt met ribosomen aan cytosolische zijde (kant naar cytosol)
o Opbouw: afgeplatte zakvormige structuren = sheets
o Functies:
▪ Aanmaak membraangebonden eiwitten en gesecreteerde proteïnes
▪ Signaalpeptide + andere signalen
▪ Meeste eiwitten aangemaakt in RER krijgen ook suikergroepen
Kort: synthese, maturatie en modificatie van eiwitten
▪ SER = glad-ER
o Geen ribosomen
o Opbouw: tubulaire structuur
o Vaak gespecialiseerde regio’s zoals TER = transitie-ER
▪ Pas gevouwen en gemodificeerde eiwitten en lipiden worden hier verpakt in
coated vesicles (bv COPII) en vertrekken vesikels naar golgi-apparaat
o Functies
▪ Grote Ca2+-opslag (bv spiercontractie)
▪ Detoxificatie hydrofobe toxines
▪ Synthese lipiden aan cytosolische zijde
• Scramblase flipt fosfolipiden
• Transport naar membranen dan via vesikels of transporteiwitten
▪ Lumen = cisternale ruimte
o Ruimte omgeven door het ER
(4) Golgi-apparaat ▪ Gestapelde, afgeplatte cisternen = zakvormige membraanstructuren
Hoofdstuk 5 ▪ Uitgesproken polariteit in structuur en functie
→ verschillende lagen/zones met verschillende functies
(1) Cis-golgi netwerk (naar kern gericht)
(2) De golgi-stack
a. Cis-golgi
b. Medial-golgi
c. Trans-golgi
(3) Trans-golgi netwerk
Eiwitten uit ER komen via cis-zijde binnen, worden gemodificeerd en gesorteerd doorheen golgi, kunnen er
vroeger zelf uitgaan of aan trans-zijde eruit
,(5) Mitochondrion Kenmerken
▪ 2 membranen
o Buitenste membraan = relatief homogeen, niet geplooid
o Intermembranaire ruimte
o Binnenste = sterk geplooid (cristae) + bevat eiwitten betrokken in e--transportketen
▪ Vermeerdering via binaire fissie (splitsing)
▪ Codering eigen tRNA, rRNA, eiwitten via mtDNA, ook groot deel van nucleair genoom
▪ Eiwitten worden gedenatureerd binnengebracht, binnen opgevouwen
▪ mtDNA = circulair genoom
▪ Kunnen zich verplaatsen in cel via cytoskelet
▪ Functies:
o Energiefabriek (ATP generatie via oxidatieve fosforylatie)
▪ O2 als finale elektronenacceptor
▪ Protonen naar intermembranaire ruimte gepompt → protonengradiënt
o Rol bij apoptose → bij initiatie apoptose desintegreert buitenste membraan →
cytochroom C komt vrij → katalysator apoptose
o Ca2+-signalisatie
Endosymbiont theorie (afkomstig van proteobacteriën): 4 redens
(1) Eigen mitochondriaal genoom
(2) Mitochondriale enzymsystemen (structurele en functionele homologie met bacteriële systemen)
(3) Gevoeligheid voor antimicrobiële antibiotica
(4) Dubbele membraanstructuur (door opname bacterie → PM legt zich errond)
(6) Chloroplast Gelijkenissen met mitochondriën
▪ Generatie metabolische energie
▪ Eigen genoom
▪ Dubbel membraan
▪ Replicatie door binaire deling
▪ Ontstaan door endosymbiose (van cyanobacteriën)
Verschillen met mitochondriën
▪ Groter en complexer
▪ Andere essentiële taken naast ATP generatie
o Synthese AZ, lipiden, vetzuren
o Reductie 4itrite (NO2-) tot ammoniak (NH3) (→ AZ)
▪ Binnenin: stroma
▪ Derde membraan = thylakoïdmembraan
o Plaats van fotosynthese
o Extra uitdaging voor eiwittransport!
o Bestaat uit grana die zelf uit gestapelde thylakoïden bestaan die chlorophyl bevatten
,(7) Lysosoom Functie:
(dierlijke cellen) ▪ Vertering macromoleculen (eiwitten, nucleïnezuren, koolhydraten, lipiden)
via hydrolytische enzymen
▪ Herstel plasmamembraan
o Bij instroom Ca2+ kunnen ze fuseren met PM
en herstel zo bevorderen
▪ Afbraak materiaal opgenomen van buiten de cel
→ Fagocyten nemen via fagocytose materiaal op aan PM
en brengen het naar lysosomen via fusie om te verwerken
o Ook voor inactivatie MO
▪ Rol in turnover van de organellen:
Afbraak verouderde organellen die daar autofagie omgeven worden
door membraan en versmelten met lysosomen
Kenmerken
▪ Zure pH (4,5 – 5)
o Optimum pH voor enzymen
o Bescherming cel bij breuk lysosoommembraan
→ inactivatie enzymen
o Op punt gehouden door ATPase pomp
(8) Peroxisoom Kenmerken:
▪ Klein organel
o Enkel membraan
o Geen DNA of ribosomen
▪ Replicatie door deling
▪ Import eiwitten gevormd op vrije ribosomen (niet aan RER verbonden)
o Kunnen opgevouwen binnengebracht worden mitochondriën
▪ Glyoxysomen = gespecialiseerd peroxisoom in planten
o Omzetting opgeslagen vetzuren in KWS in glyoxylaatcyclus
o Vooral voor energie kiemplantjes uit opgeslagen vetzuren
Functies:
▪ Bevatten meer dan 50 enzymen
o Vaak heel veel van een enkel enzym → concentreren en vormen kristalkern
o Vetzuurmetabolisme → beta-oxidatie
▪ Oxidatie van very-long-chain vetzuren
▪ Synthese van cholesterol
▪ Betrokken bij energiemetabolisme
▪ Synthese en degradatie waterstofperoxide (H2O2)
(9) Vacuole Kenmerken
Vnl planten ▪ Omgeven door enkel membraan = tonoplast
kan bij ook dieren o Bevat actieve transportsystemen dat ionen in vacuole pompt
o Door hoge ioncocnentratie → osmose → water binnen → turgor
Functies:
▪ Tijdelijk opslag oplosbare macromoleculen en stoffen
▪ Verdediging tegen vraat door opslaan toxische componenten
o Ook opslag toxische bijproducten metabolisme voor isolatie en afbraak
▪ Turgordruk → steun en elongatie celwand tijdens celgroei
(10) Cytosol (ist ol) Cytoplasma = alles binnen het celmembraan inclusief de organellen en de kern
cytosol = complexe mix van substanties opgelost in water (ionen, (macro)-moleculen) waarbinnen de
organellen zich bevinden
Primaire locatie metabolisme, eiwitsynthese en eiwitafbraak + gradiënten in concentraties
, (11) Cytoskelet Samenstelling
Hoofdstuk 6 (1) Actinefilamenten → dunnen flexibele vezels uit actine
(2) Microtubuli → rigide holle staven uit tubuline
(3) Intermediaire filamenten → enkel in dierlijke cellen (sommige prokaryoten hebben verwante)
(4) Accesoire eiwitten → koppelen (1-3) aan PM en organellen
Kenmerken
▪ Dynamische structuur die continu wordt gereorganiseerd
Functies
▪ Het bepaald de vorm van de cel
▪ Positie en transport van structuren en organellen (transport binnenin)
▪ Cellulaire beweging
1.3. Moleculen
Water (70%)
Anorganische ionen (≤ 1%) → wel cruciale rol voor osmoregulatie celsignalisatie en cofactor
Organische moleculen
(1) Carbohydraten
▪ Opslag onder vorm van polysachariden (zetmeel + glycogeen)
▪ Opgeslagen polysachariden ook structurele rol (cellulose + chitine)
▪ Belangrijkste voedingsbron voor cel → energie + bouwstenen
▪ Herkenning en adhesie van cellen
▪ Opvouwing, kwaliteitscontrole en transporteren naar desbetreffende bestemming van eiwittne
(2) Lipiden
▪ 3 belangrijke functies
o Vorm van energie-opslag
▪ Vetzuren → tryglicerol (opslag) → energie
o Hoofdcomponent biologische celmembranen
▪ Fosfolipiden = 2 vetzuren en hydrofiele kop met fosfaatgroep
▪ Glycolipiden = carbohydraatgroep ipv fosfaatgroep
o Rol in cel signalisatie
▪ Steroïde hormonen (bv oestrogeen, testosteron) functie in signaaltransductie
afgeleid van cholesterol
(3) Nucleïnezuren
▪ Nucleotide = suikerfosfaatrug + suiker + aromatische stikstofbase (ATGC | AUGC)
o Bouwsteen nucleïnezuren (DNA/RNA)
o Chemische energie → ATP
o Energiedrager of reactieve groep
o Signaalmolecule → cAMP
▪ Functies
o Opslag en transmissie genetische informatie (DNA, RNA: virussen))
o Structurele of katalytische rol (RNA)
(4) Eiwitten
▪ Voeren taken uit, gecodeerd in de genetische informatie
▪ Aaneenschakeling 20 #AZ via peptidebindingen, synthese van N- naar C-terminus
▪ Structuur
o Primair: lineaire structuur
o Secundair: interacties tussen AZ in eenzelfde peptide (𝛼-helix, 𝛽-sheet, vorming hydrofobe/fiele regio’s)
o Tertiair: opvouwing van polypeptideketen in domeinen door interacties tussen zijketens
o Quaternair: interacties tussen verschillende polypeptideketens (dimeren, tetrameren, …)
1.4. Metabolisme
,Take home questions
▪ Cel en haar organellen zijn voortduren actief en mobiel
▪ Cytosol = centrale knooppunt van het cel metabolisme
▪ Cel is gesloten en gecompartimentaliseerd systeem
▪ Membranen vormen dynamische zones van specialisatie en interactie
2. Analyse van de cel
I. Celculturen
a. Primaire celcultuur: Cellen die direct uit weefsel zijn geïsoleerd; hebben een beperkte levensduur (Hayflick-limiet).
b. Cellijn: Cellen die onsterfelijk zijn geworden (vaak tumorcellen) en onbeperkt kunnen delen.
c. Suspensiecultuur: Cellen die loszweven in het medium (vaak bloedcellen of plantencellen), in tegenstelling tot
adherente culturen die een oppervlak nodig hebben.
d. Plantencelculturen: Vaak totipotent; kunnen vanuit een enkele cel uitgroeien tot een volledige plant.
II. Microscopie
a. Lichtmicroscoop:
i. Bright-field: Standaardvorm; contrast via absorptie van licht door het preparaat.
ii. Fasecontrast (Zernike): Zet faseverschillen in licht (door dikte/brekingsindex van de cel) om in
helderheidsverschillen; ideaal voor levende, ongekleurde cellen.
iii. Hofmann (Modulatiecontrast): Creëert een pseudo-3D beeld door schaduwwerking; goed voor dikkere
preparaten.
iv. Dark-field: Enkel verstrooid licht bereikt het objectief; witte structuren op een zwarte achtergrond (hoog
contrast).
v. Fluorescentie: Gebruik van fluoroforen en "red shift" (excitatie met korte golflengte, emissie met langere
golflengte).
vi. Confocale Laser Scanning: Gebruikt een pinhole om "out-of-focus" licht te blokkeren; maakt scherpe
optische coupes en 3D-reconstructies mogelijk.
b. Resolutie: Minimale afstand tussen twee punten 𝑁𝐴 = 𝑛 ∙ sin(𝛼) verbeterd door hoge NA of lage golflengte.
c. Elektronenmicroscopie (EM):
i. TEM (Transmissie): Elektronen gaan door een ultradunne coupe; toont interne ultrastructuur.
ii. SEM (Scanning): Elektronen scannen het oppervlak; toont 3D-oppervlaktestructuur.
iii. CLEM (Correlatieve licht- en EM): Combineert fluorescentiemicroscopie (functie) met EM (hoge resolutie
structuur) van hetzelfde monster.
III. Celanalyse en Fractionatie
a. Flowcytometrie (FACS): Cellen in suspensie passeren één voor één een laser; ze worden geanalyseerd op grootte en
fluorescentie en kunnen fysiek gesorteerd worden.
b. Differentiële centrifugatie: Scheiden van celorganellen op basis van grootte en densiteit door opeenvolgende stappen
met toenemende snelheid (g-kracht).
c. Subcellulaire fractionatie: Het opbreken van cellen (homogenisatie) om zuivere populaties van organellen te
verkrijgen.
IV. Histo- en Cytologische technieken
a. Fluorescentielabeling & GFP: Gebruik van Green Fluorescent Protein (genetisch ingebouwd) om eiwitten in levende
cellen te volgen.
b. Live cell imaging: Observeren van levende cellen; vereist beheersing van fototoxiciteit (schade door licht) en
fotobleking (verlies van fluorescentie).
c. FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer): Meet de afstand tussen twee moleculen; enkel energieoverdracht als
ze zeer dicht bij elkaar zijn (<10 nm).
d. Immunocytochemie: Gebruik van antilichamen tegen specifieke epitopen (eiwitonderdelen) om hun locatie te
bepalen.
e. Cyto-autoradiografie: Gebruik van radioactieve probes om metabole processen of DNA-synthese te visualiseren.
f. Karyotypering: Visualisatie van het volledige chromosoom-complement tijdens de metafase om afwijkingen (zoals
trisomie) op te sporen.
,3. Membranen
3.1. Inleiding
Alle cellen zijn omgeven door een selectieve barrière = het plasmamembraan
Deze bestaat net als alle andere membranen uit lipiden en eiwitten
Eiwitten ingebed in deze lipiden laag voeren specifieke functies van de PM uit waaronder selectief transport en cel-cel herkenning
3.2. Functies van membranen
(1) Compartimentalisatie
a. Membranen lopen door en omsluiten compartimenten
b. Gevolg: kan gewenste condities realiseren ergens voor #activiteiten met een minimum aan interferentie
→ bv lysosoom, peroxisoom
c. Maar cel/organel blijft wel nood hebben aan signalen en voedingsstoffen van buitenaf
→ is dus semi-onafhankelijke entiteit
(2) Selectieve permeabele barrière
a. Ongehinderd transport van moleculen niet mogelijk
b. Laat bepaalde stoffen wel door
i. Actief → via eiwitten
ii. Passief → via diffusie doorheen membraan volgens concentratiegradient
(3) Transport
a. Transportmachinerie in membraan laat toe bepaalde stoffen te accumuleren voor metabolisme en opbouw
b. Kan ook tegengesteld geladen ionen scheiden → aanleg ionengradïent
(4) Ontvangen van externe signalen
a. Membranen bezitten receptoren die interageren met specifieke moleculen (liganden)
b. Interactie tussen membraanreceptor en ligand genereert nieuw signaal in de cel
(5) Intercellulaire interacties
a. PM medieert de interacties tussen cellen via membraan eiwitten
i. Herkennen van eigen en vreemde cellen
ii. Andere cellen adheren om info en materiaal uit te wisselen
(6) Locus voor biochemische activiteiten
a. Membranen kunnen cellulaire activiteiten organiseren (anabolisme, katabolisme)
b. bv kunnen eiwitten voor eenzelfde pathway groeperen (bv elektronentransportketen in mitochondriën)
(7) Energietransductie
a. Membranen nauw verbonden met energietransductie = ene vorm naar ander type energie omzetten
b. Bv fotosynthese of transfer van chemische energie uit suikers en vetten naar ATP
c. Ze zorgen dat er een H+-gradient kan opgebouwd worden + groeperen eiwitten
3.3. Structuur van plasmamembraan
PM = plasmamembraan = buitenste membraan van een cel naast de celwand bij planten en bacteriën
Deze bestaat uit drie belangrijke componenten:
,Fosfolipidendubbellaag
▪ Bestaat uit 2 lagen lipiden
▪ Al deze lipiden zijn amfipatisch = zowel hydrofiel als hydrofoob
o Hydrofiele kop
▪ Vormt waterstofbruggen met water
o Hydrofobe staart
▪ Afgestoten door water, vormen hydrofobe regio binnenin
▪ De dubbellaag sluit/fuseert spontaan om de hydrofobe regio af te schermen
3 grote types membraanlipiden
1) 2 fosfolipide → hydrofiele kop met een fosfaatgorpe en twee hydrofobe vetzuurstaarten
Door dubbele natuur vormen ze spontaan een dubbele laag in water → basis elk biologisch membraan
a. Fosfoglyceriden
i. Glycerol met 2 H’s vervangen door VZ staart, 1 H door fosfaatgroep met additionele groepen
= soort diglyceride (enkel 2 van de 3 OH’s zijn veresterd met een vetzuur)
ii. Meest voorkomende soort membraanlipide en ook fosfolipide
iii. Additionele groep R aan fosfaatgroep bepaald soort fosfoglyceride
1. Adhv van R-groep ingedeeld in zure of neutrale fosfolipden
2. R = choline (fosfatidylcholine), ethanolamine (fosfatilethanolamine), serine (fosfatidylserine), ….
3. Zure fosfolipiden → netto negatieve lading (zoals fosfatidylserine)
b.Sphingolipiden
i. Minder voorkoment membraanlipide
ii. Ruggengraat van sphingosine (18C amino-alcohol + onverzadigde VZ keten (geen =))
iii. Bevat aminogroep en 2 OH-groepen → bevat dus stikstof (N)
iv. Ook hier additionele groepen op veresterd →bv sphingomyeline (R = fosforylcholinegroep)
v. Glycolipide = wanneer polaire groep door koolhydraat vervangen wordt
(technisch geen fosfolipide meer want geen P-groep meer maar hoort onder sphingolipiden)
1. Cerebroside = enkelvoudige suiker
2. Ganglioside = oligosacharide, negatieve lading want hebben 1 of meer siaalzuurmoleculen
3. Enkel in buitenste laag van PM en met suikergedeelte naar celoppervlak
2) Cholesterol
a. Komt veel voor in plasmamembraan maar weinig in andere membranen zoals mitochondriën, ER, …
b. Hydrofiele kop, korte hydrofobe staart
c. Belangrijke structurele component van dierlijke PM
i. Bij planten/bacteriën niet maar wel andere sterolen of sterol-like componenten
ii. Bij dieren ook enkel cholesterol, bij planten mix van sterolen
d. Functies cholesterol
i. Precursor steroïdhormonen, galzouten en vitamine D
ii. Rol in fluïditeit en beweeglijkheid van de VZ-staarten van de fosfolipiden + T-afhankelijk
Karakteristieken fosfolipidendubbellaag
(1) Viskeuze vloeistof
De fosfolipidendubbellaag is geen rigide structuur en de lipiden kunnen op 4 # manieren bewegen
▪ Laterale diffusie
▪ Roteren rond eigen lengteas
▪ Bewegen van vetzuurstaarten
▪ Flip-flop = wisselen van laag van fosfolipiden
Flip-flop gebeurt zelden spontaan
Fosfolipiden vnl. aan cytoplasmatische zijde van SER gemaakt, dus er ze komen
allemaal aan cytosolische zijde van het PM toe → die zijde zou blijven groeien, andere kant niet
fosfolipidentranslocasen nodig v → beide lagen groeien even snel
, Membraanstijfheid
Vloeibaarheid membraan is belangrijk zodat het de perfecte fluïditeit heeft en niet te rigide wordt
▪ Via verzadiging
o Onverzadigde vetzuren → hebben knik → minder dicht opeen → lager smeltpunt → vloeibaarder
o Bacteriën, gist en andere koud-bloedige organismen passen samenstelling van membraan aan (gehalte onverzadigde
VZ) naargelang de omgevingstemperatuur
▪ Via cholesterol (dieren)
o Bepaald de membraanstijfheid door innesteling tussen de fosfolipiden
o Richt zijn hydrofiele OH-groep naar de hydrofiele koppen van de fosfolipiden
→ krijgt meer geordende en gestrekte configuratie van de vetzuurketens
→ verminderd terzelfdertijd permeabiliteit van het membraan
o Cholesterol flipt makkelijk van ene naar andere kant fosfolipiden
o Effect cholesterol temperatuur afhankelijk
▪ Hoge T → membraan wordt vloeibaarder → verhinderd door cholesterol → drukt fosfolipiden tegen elkaar
▪ Lage T → membraan wordt stijver → verhinderd door cholesterol → duwt fosfolipiden uit elkaar
▪ Is dus soort van buffer, kan vloeibaarheid dus bevorderen of tegengaan
o Bacteriën halen stevigheid uit dikke celwand (geen cholesterol)
o Planten uit mix van andere sterolen
(2) Asymmetrie
De binnen en buitenkant hebben niet dezelfde samenstelling
▪ Buitenblad: voornamelijk neutrale fosfolipiden → fosfatidylethanolamine, sphingomyeline
o Glycolipiden komen enkel hier voor en zorgen voor meest uitgesproken asymmetrie
▪ Ze associëren in het buitenblad met lipid rafts en met elkaar via waterstofbruggen
▪ Gangliosiden komen het meest voor (oligosachariden koolhydraat + negatief geladen)
▪ Functies glycolipiden:
(1) cel-cel herkenning regelen
• Via binding met lectine
(2) Door lading (negatief, gangliosiden) en interactie met ionen (vnl Ca2+) lading van membropp bepalen
(3) Specifiek aan lumenzijde in epitheelcellen: cellen beschermen tegen extreme omstandigheden (pH, …)
▪ Binnenblad: hier zure fosfolipiden (neg geladen kop) → netto neg lading aan cytosolische zijde membraan (fosfatidylserine)
De cel houdt deze assymetrie ook in stand met behulp van fosfolipidetranslocases:
(1) Weinig specifiek: scamblase
a. Zorgt voor algemeen transport tussen beide lagen van de dubbelmembraan (willekeurig) volgens
de concentratiegradiënt (niet actief)
b. Het vernietigt dus de asymmetrie (zuur binnen, neutraal buiten)
c. Altijd actief in ER (waar membranen gesynthetiseerd worden)
d. Pas in specifieke omstandigheden actief in andere membranen zoals PM waar asymmetrie nodig is
i. Bij stijgende Ca2+-concentratie + eiwitkinase C-gevoelig domein
ii. Scramblase in PM geactiveerd → asymmetrie PM verstoord
(2) Specifiek: flippases en floppases
a. Houden asymmetrie in stand, beide gebruiken ATP
b. Flippase: fosfolipiden van buitenste laag naar binnenste (in, flippase) (bv zure fosfolipiden)
c. Floppase: fosfolipiden van binnen naar buiten (out, floppase) (bv neutrale fosfolipiden)
Voorkomen van neutrale binnen en zure fosfolipiden buiten kan indicatie geven van apoptose → celdood
Door Prof. Dr. Laurens Pauwels en Dr. Lander Bauters
1. De cel
1.1. Inleiding
Celtheorie van Schleiden & Schwann
(1) Alle organismen zijn gebouwd uit één of meerdere cellen
(2) Cellen zijn de basiseenheid van het leven → alle functies nodig om te overleven vinden plaats in de cel. Het functioneren van
een organisme is afhankelijk van de individuele en collectieve activiteit van de cellen waaruit het organisme is gebouwd
(3) Toevoeging Rudolf Virchow: cellen kunnen enkel ontstaan door deling van reeds bestaande cellen
uit niet-cellulair materiaal
Basiseigenschappen van cellen
▪ Cellen zijn een gesloten systeem
o Afgeschermd van de omgeving via semipermeabel membraan = de plasmamembraan
▪ Lipidendubbellaag op grens cytoplasma en omgeving
▪ Dynamische structuur
▪ Zie hoofdstuk 3/4
o Bacteriën en planten ook nog extra celwand
▪ Cellen zijn complex en georganiseerd en kunnen zichzelf reguleren
o Lage tolerantie voor fouten mbt opbowu en interacties van componenten of metabolische reacties
o → strikte controlemechanismen
o Bij grote foutenlast sterft cel om rest organisme te beschermen
▪ Cellen bezitten een genetisch programma en de middelen om dit uit te voeren
o Genen = blauwdruk voor constructie van cellulaire structuren, instructies voor cellulaire activiteit en programma voor
reproductie
o Centrale dogma: DNA/RNA → transcriptie → mRNA → translatie → eiwit (te vereenvoudigd)
▪ Cellen kunnen zich reproduceren
o Reproductie via celdeling: inhoud moeder-cel verdeeld over 2 dochtercellen
o Seksuele voorplanting: samenkomst twee cellen om genetische info te mengen
o Zie hoofdstuk 8
o Kanker: controle op celdeling loopt mis → zie hoofdstuk 10
▪ Cellen kunnen een energie en bouwstenen verwerven en gebruiken
▪ Cellen voeren chemische reacties en mechanische acties uit
o Mechanische acties: transport, assemblage, afbraak, migratie
o Materiaal → cel → anabolisme (bouw) + katabolisme (E)
o Metabolisme = som van alle chemische reacties die de cel uitvoert
▪ Cellen kunnen reageren op stimuli
o Reactie op externe/interne stimuli met aangepaste respons
o Receptoren op de cel essentieel hiervoor → hoofdstuk 7
Ontstaan van de moderne eukaryote cel
(1) RNA zelf replicerend (RNA-wereld)
(2) Voorlopercel lipidenmembraan rond RNA
(3) Prokaryote cel DNA → stabieler en minder gevoelig voor mutaties
RNA wel nog steeds een functie bv centrale dogma en regulatorische functies zoals miRNA, sRNA, ….
(4) Eukaryote cel invaginatie celmembraan → krijgt kern en kernmembraan
vorming van endoplasmatisch reticulum (ER)
opname proteobacteriën (mitochondriën) en cyanobacteriën (chloroplasten) → endosymbiose theorie
Waarom denken ze dat RNA-wereld eerst was en kon? → RNA kan met zichzelf abseparen en bv hairpins vormen, die 3D
structuren konden dan reacties gaan katalyseren (bv ribozyme) + overblijfselen van RNA (ribosomen, tRNA, mRNA, …)
,Eukaryote cel dus hoogstwaarschijnlijk uit prokaryote cel ontstaan, 3 redens
Beide delen: (1) dezelfde genetische taal – (2) gelijkaardige set van metabolische pathways – (3) structurele kenmerken
▪ Nucleaire enveloppe = kernmembraan
▪ Nucleus = celkern
▪ Nucleoid = plaats waar genetisch materiaal geaggregeerd zit in cytoplasma
1.2. Structuur van de eukaryote cel
(1) Plasmamembraan Alle cellen zijn omgeven door een plasmamembraan
Hoofdstuk 3/4 ▪ Scheiding cel-inhoud en omgeving
▪ Bepaald identiteit cel en samenstelling cytosol door selectieve karakter
▪ Dubbele fosfolipidenlaag
o Ondoordringbaar voor wateroplosbare moleculen
o Selectief transport en diffusie
o Membraaneiwitten
▪ Zorgen voor selectieve barrière
▪ Interactie met extracellulaire omgeving of andere cellen
▪ Sensoren voor signaaltransductie
▪ Plantencellen worden extra verstevigd door een celwand→ zie hoofdstuk 9
Dubbele functie
(1) Vormt een grens
(2) Medieert interacties tussen de cel en de omgeving
(2) Nucleus Hoofdkenmerk eukaryote cel, DNA niet in cytosol maar blijft in celkern = nucleus
Eukaryoten: mogelijkheid tot posttranscriptionele processing op mRNA want zit nog in nucleus
bij prokaryoten direct translatie ondergaan want bevindt zich al in cytoplasma
Samenstelling:
▪ Kernmembraan:
▪ Dubbel membraan = nucleaire enveloppe
▪ Buitenste membraan is continu met het ruw endoplasmatisch reticulum
▪ Nucleaire poriën
o Import: eiwitten
o Export: mRNA en ribosomale subunits
o Transport: passief < 60 kDa actief > 60 kDa (ook ribosomen)
▪ Ontstaan door invaginatie van plasmamembraan
, ▪ Nucleaire lamina
o Fibreus netwerk opgebouwd uit lamines (intermediaire filamenten)
o Structurele ondersteuning nucleus
o Ankerpunten chromosomen, valt uiteen tijdens celdeling
▪ Inhoud nucleus (in interfase)
▪ Chromatine = DNA gebonden aan histonen
▪ Nucleaire matrix
o Fibrillair netwerk dat eiwitten bevat
o Functies nucleaire matrix
▪ Structureel skelet nucleus
▪ Organisatie van chromatinelussen
▪ Ankerpunt voor machinerie replicatie, transcriptie, RNA-processing
▪ Nuclear bodies
o Compartimeren nucleus
o Concentreren eiwitten en RNA
o Meest voorkomende zijn nucleoli = kernlichaampjes
▪ Betrokken bij rRNA-synthese en ribosoomproductie
▪ Nucleoplasma
o Visceuze vloeistof met oplosbare substanties: nucleotiden, enzymen, …
(3) Endoplasmatisch Grootste membraan in veel eukaryoten (enkel bij eukaryoten ook!)
reticulum ▪ RER = ruw-ER
Hoofdstuk 5 o Tegen kernmembraan en vormen sa men continuüm
o Bedekt met ribosomen aan cytosolische zijde (kant naar cytosol)
o Opbouw: afgeplatte zakvormige structuren = sheets
o Functies:
▪ Aanmaak membraangebonden eiwitten en gesecreteerde proteïnes
▪ Signaalpeptide + andere signalen
▪ Meeste eiwitten aangemaakt in RER krijgen ook suikergroepen
Kort: synthese, maturatie en modificatie van eiwitten
▪ SER = glad-ER
o Geen ribosomen
o Opbouw: tubulaire structuur
o Vaak gespecialiseerde regio’s zoals TER = transitie-ER
▪ Pas gevouwen en gemodificeerde eiwitten en lipiden worden hier verpakt in
coated vesicles (bv COPII) en vertrekken vesikels naar golgi-apparaat
o Functies
▪ Grote Ca2+-opslag (bv spiercontractie)
▪ Detoxificatie hydrofobe toxines
▪ Synthese lipiden aan cytosolische zijde
• Scramblase flipt fosfolipiden
• Transport naar membranen dan via vesikels of transporteiwitten
▪ Lumen = cisternale ruimte
o Ruimte omgeven door het ER
(4) Golgi-apparaat ▪ Gestapelde, afgeplatte cisternen = zakvormige membraanstructuren
Hoofdstuk 5 ▪ Uitgesproken polariteit in structuur en functie
→ verschillende lagen/zones met verschillende functies
(1) Cis-golgi netwerk (naar kern gericht)
(2) De golgi-stack
a. Cis-golgi
b. Medial-golgi
c. Trans-golgi
(3) Trans-golgi netwerk
Eiwitten uit ER komen via cis-zijde binnen, worden gemodificeerd en gesorteerd doorheen golgi, kunnen er
vroeger zelf uitgaan of aan trans-zijde eruit
,(5) Mitochondrion Kenmerken
▪ 2 membranen
o Buitenste membraan = relatief homogeen, niet geplooid
o Intermembranaire ruimte
o Binnenste = sterk geplooid (cristae) + bevat eiwitten betrokken in e--transportketen
▪ Vermeerdering via binaire fissie (splitsing)
▪ Codering eigen tRNA, rRNA, eiwitten via mtDNA, ook groot deel van nucleair genoom
▪ Eiwitten worden gedenatureerd binnengebracht, binnen opgevouwen
▪ mtDNA = circulair genoom
▪ Kunnen zich verplaatsen in cel via cytoskelet
▪ Functies:
o Energiefabriek (ATP generatie via oxidatieve fosforylatie)
▪ O2 als finale elektronenacceptor
▪ Protonen naar intermembranaire ruimte gepompt → protonengradiënt
o Rol bij apoptose → bij initiatie apoptose desintegreert buitenste membraan →
cytochroom C komt vrij → katalysator apoptose
o Ca2+-signalisatie
Endosymbiont theorie (afkomstig van proteobacteriën): 4 redens
(1) Eigen mitochondriaal genoom
(2) Mitochondriale enzymsystemen (structurele en functionele homologie met bacteriële systemen)
(3) Gevoeligheid voor antimicrobiële antibiotica
(4) Dubbele membraanstructuur (door opname bacterie → PM legt zich errond)
(6) Chloroplast Gelijkenissen met mitochondriën
▪ Generatie metabolische energie
▪ Eigen genoom
▪ Dubbel membraan
▪ Replicatie door binaire deling
▪ Ontstaan door endosymbiose (van cyanobacteriën)
Verschillen met mitochondriën
▪ Groter en complexer
▪ Andere essentiële taken naast ATP generatie
o Synthese AZ, lipiden, vetzuren
o Reductie 4itrite (NO2-) tot ammoniak (NH3) (→ AZ)
▪ Binnenin: stroma
▪ Derde membraan = thylakoïdmembraan
o Plaats van fotosynthese
o Extra uitdaging voor eiwittransport!
o Bestaat uit grana die zelf uit gestapelde thylakoïden bestaan die chlorophyl bevatten
,(7) Lysosoom Functie:
(dierlijke cellen) ▪ Vertering macromoleculen (eiwitten, nucleïnezuren, koolhydraten, lipiden)
via hydrolytische enzymen
▪ Herstel plasmamembraan
o Bij instroom Ca2+ kunnen ze fuseren met PM
en herstel zo bevorderen
▪ Afbraak materiaal opgenomen van buiten de cel
→ Fagocyten nemen via fagocytose materiaal op aan PM
en brengen het naar lysosomen via fusie om te verwerken
o Ook voor inactivatie MO
▪ Rol in turnover van de organellen:
Afbraak verouderde organellen die daar autofagie omgeven worden
door membraan en versmelten met lysosomen
Kenmerken
▪ Zure pH (4,5 – 5)
o Optimum pH voor enzymen
o Bescherming cel bij breuk lysosoommembraan
→ inactivatie enzymen
o Op punt gehouden door ATPase pomp
(8) Peroxisoom Kenmerken:
▪ Klein organel
o Enkel membraan
o Geen DNA of ribosomen
▪ Replicatie door deling
▪ Import eiwitten gevormd op vrije ribosomen (niet aan RER verbonden)
o Kunnen opgevouwen binnengebracht worden mitochondriën
▪ Glyoxysomen = gespecialiseerd peroxisoom in planten
o Omzetting opgeslagen vetzuren in KWS in glyoxylaatcyclus
o Vooral voor energie kiemplantjes uit opgeslagen vetzuren
Functies:
▪ Bevatten meer dan 50 enzymen
o Vaak heel veel van een enkel enzym → concentreren en vormen kristalkern
o Vetzuurmetabolisme → beta-oxidatie
▪ Oxidatie van very-long-chain vetzuren
▪ Synthese van cholesterol
▪ Betrokken bij energiemetabolisme
▪ Synthese en degradatie waterstofperoxide (H2O2)
(9) Vacuole Kenmerken
Vnl planten ▪ Omgeven door enkel membraan = tonoplast
kan bij ook dieren o Bevat actieve transportsystemen dat ionen in vacuole pompt
o Door hoge ioncocnentratie → osmose → water binnen → turgor
Functies:
▪ Tijdelijk opslag oplosbare macromoleculen en stoffen
▪ Verdediging tegen vraat door opslaan toxische componenten
o Ook opslag toxische bijproducten metabolisme voor isolatie en afbraak
▪ Turgordruk → steun en elongatie celwand tijdens celgroei
(10) Cytosol (ist ol) Cytoplasma = alles binnen het celmembraan inclusief de organellen en de kern
cytosol = complexe mix van substanties opgelost in water (ionen, (macro)-moleculen) waarbinnen de
organellen zich bevinden
Primaire locatie metabolisme, eiwitsynthese en eiwitafbraak + gradiënten in concentraties
, (11) Cytoskelet Samenstelling
Hoofdstuk 6 (1) Actinefilamenten → dunnen flexibele vezels uit actine
(2) Microtubuli → rigide holle staven uit tubuline
(3) Intermediaire filamenten → enkel in dierlijke cellen (sommige prokaryoten hebben verwante)
(4) Accesoire eiwitten → koppelen (1-3) aan PM en organellen
Kenmerken
▪ Dynamische structuur die continu wordt gereorganiseerd
Functies
▪ Het bepaald de vorm van de cel
▪ Positie en transport van structuren en organellen (transport binnenin)
▪ Cellulaire beweging
1.3. Moleculen
Water (70%)
Anorganische ionen (≤ 1%) → wel cruciale rol voor osmoregulatie celsignalisatie en cofactor
Organische moleculen
(1) Carbohydraten
▪ Opslag onder vorm van polysachariden (zetmeel + glycogeen)
▪ Opgeslagen polysachariden ook structurele rol (cellulose + chitine)
▪ Belangrijkste voedingsbron voor cel → energie + bouwstenen
▪ Herkenning en adhesie van cellen
▪ Opvouwing, kwaliteitscontrole en transporteren naar desbetreffende bestemming van eiwittne
(2) Lipiden
▪ 3 belangrijke functies
o Vorm van energie-opslag
▪ Vetzuren → tryglicerol (opslag) → energie
o Hoofdcomponent biologische celmembranen
▪ Fosfolipiden = 2 vetzuren en hydrofiele kop met fosfaatgroep
▪ Glycolipiden = carbohydraatgroep ipv fosfaatgroep
o Rol in cel signalisatie
▪ Steroïde hormonen (bv oestrogeen, testosteron) functie in signaaltransductie
afgeleid van cholesterol
(3) Nucleïnezuren
▪ Nucleotide = suikerfosfaatrug + suiker + aromatische stikstofbase (ATGC | AUGC)
o Bouwsteen nucleïnezuren (DNA/RNA)
o Chemische energie → ATP
o Energiedrager of reactieve groep
o Signaalmolecule → cAMP
▪ Functies
o Opslag en transmissie genetische informatie (DNA, RNA: virussen))
o Structurele of katalytische rol (RNA)
(4) Eiwitten
▪ Voeren taken uit, gecodeerd in de genetische informatie
▪ Aaneenschakeling 20 #AZ via peptidebindingen, synthese van N- naar C-terminus
▪ Structuur
o Primair: lineaire structuur
o Secundair: interacties tussen AZ in eenzelfde peptide (𝛼-helix, 𝛽-sheet, vorming hydrofobe/fiele regio’s)
o Tertiair: opvouwing van polypeptideketen in domeinen door interacties tussen zijketens
o Quaternair: interacties tussen verschillende polypeptideketens (dimeren, tetrameren, …)
1.4. Metabolisme
,Take home questions
▪ Cel en haar organellen zijn voortduren actief en mobiel
▪ Cytosol = centrale knooppunt van het cel metabolisme
▪ Cel is gesloten en gecompartimentaliseerd systeem
▪ Membranen vormen dynamische zones van specialisatie en interactie
2. Analyse van de cel
I. Celculturen
a. Primaire celcultuur: Cellen die direct uit weefsel zijn geïsoleerd; hebben een beperkte levensduur (Hayflick-limiet).
b. Cellijn: Cellen die onsterfelijk zijn geworden (vaak tumorcellen) en onbeperkt kunnen delen.
c. Suspensiecultuur: Cellen die loszweven in het medium (vaak bloedcellen of plantencellen), in tegenstelling tot
adherente culturen die een oppervlak nodig hebben.
d. Plantencelculturen: Vaak totipotent; kunnen vanuit een enkele cel uitgroeien tot een volledige plant.
II. Microscopie
a. Lichtmicroscoop:
i. Bright-field: Standaardvorm; contrast via absorptie van licht door het preparaat.
ii. Fasecontrast (Zernike): Zet faseverschillen in licht (door dikte/brekingsindex van de cel) om in
helderheidsverschillen; ideaal voor levende, ongekleurde cellen.
iii. Hofmann (Modulatiecontrast): Creëert een pseudo-3D beeld door schaduwwerking; goed voor dikkere
preparaten.
iv. Dark-field: Enkel verstrooid licht bereikt het objectief; witte structuren op een zwarte achtergrond (hoog
contrast).
v. Fluorescentie: Gebruik van fluoroforen en "red shift" (excitatie met korte golflengte, emissie met langere
golflengte).
vi. Confocale Laser Scanning: Gebruikt een pinhole om "out-of-focus" licht te blokkeren; maakt scherpe
optische coupes en 3D-reconstructies mogelijk.
b. Resolutie: Minimale afstand tussen twee punten 𝑁𝐴 = 𝑛 ∙ sin(𝛼) verbeterd door hoge NA of lage golflengte.
c. Elektronenmicroscopie (EM):
i. TEM (Transmissie): Elektronen gaan door een ultradunne coupe; toont interne ultrastructuur.
ii. SEM (Scanning): Elektronen scannen het oppervlak; toont 3D-oppervlaktestructuur.
iii. CLEM (Correlatieve licht- en EM): Combineert fluorescentiemicroscopie (functie) met EM (hoge resolutie
structuur) van hetzelfde monster.
III. Celanalyse en Fractionatie
a. Flowcytometrie (FACS): Cellen in suspensie passeren één voor één een laser; ze worden geanalyseerd op grootte en
fluorescentie en kunnen fysiek gesorteerd worden.
b. Differentiële centrifugatie: Scheiden van celorganellen op basis van grootte en densiteit door opeenvolgende stappen
met toenemende snelheid (g-kracht).
c. Subcellulaire fractionatie: Het opbreken van cellen (homogenisatie) om zuivere populaties van organellen te
verkrijgen.
IV. Histo- en Cytologische technieken
a. Fluorescentielabeling & GFP: Gebruik van Green Fluorescent Protein (genetisch ingebouwd) om eiwitten in levende
cellen te volgen.
b. Live cell imaging: Observeren van levende cellen; vereist beheersing van fototoxiciteit (schade door licht) en
fotobleking (verlies van fluorescentie).
c. FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer): Meet de afstand tussen twee moleculen; enkel energieoverdracht als
ze zeer dicht bij elkaar zijn (<10 nm).
d. Immunocytochemie: Gebruik van antilichamen tegen specifieke epitopen (eiwitonderdelen) om hun locatie te
bepalen.
e. Cyto-autoradiografie: Gebruik van radioactieve probes om metabole processen of DNA-synthese te visualiseren.
f. Karyotypering: Visualisatie van het volledige chromosoom-complement tijdens de metafase om afwijkingen (zoals
trisomie) op te sporen.
,3. Membranen
3.1. Inleiding
Alle cellen zijn omgeven door een selectieve barrière = het plasmamembraan
Deze bestaat net als alle andere membranen uit lipiden en eiwitten
Eiwitten ingebed in deze lipiden laag voeren specifieke functies van de PM uit waaronder selectief transport en cel-cel herkenning
3.2. Functies van membranen
(1) Compartimentalisatie
a. Membranen lopen door en omsluiten compartimenten
b. Gevolg: kan gewenste condities realiseren ergens voor #activiteiten met een minimum aan interferentie
→ bv lysosoom, peroxisoom
c. Maar cel/organel blijft wel nood hebben aan signalen en voedingsstoffen van buitenaf
→ is dus semi-onafhankelijke entiteit
(2) Selectieve permeabele barrière
a. Ongehinderd transport van moleculen niet mogelijk
b. Laat bepaalde stoffen wel door
i. Actief → via eiwitten
ii. Passief → via diffusie doorheen membraan volgens concentratiegradient
(3) Transport
a. Transportmachinerie in membraan laat toe bepaalde stoffen te accumuleren voor metabolisme en opbouw
b. Kan ook tegengesteld geladen ionen scheiden → aanleg ionengradïent
(4) Ontvangen van externe signalen
a. Membranen bezitten receptoren die interageren met specifieke moleculen (liganden)
b. Interactie tussen membraanreceptor en ligand genereert nieuw signaal in de cel
(5) Intercellulaire interacties
a. PM medieert de interacties tussen cellen via membraan eiwitten
i. Herkennen van eigen en vreemde cellen
ii. Andere cellen adheren om info en materiaal uit te wisselen
(6) Locus voor biochemische activiteiten
a. Membranen kunnen cellulaire activiteiten organiseren (anabolisme, katabolisme)
b. bv kunnen eiwitten voor eenzelfde pathway groeperen (bv elektronentransportketen in mitochondriën)
(7) Energietransductie
a. Membranen nauw verbonden met energietransductie = ene vorm naar ander type energie omzetten
b. Bv fotosynthese of transfer van chemische energie uit suikers en vetten naar ATP
c. Ze zorgen dat er een H+-gradient kan opgebouwd worden + groeperen eiwitten
3.3. Structuur van plasmamembraan
PM = plasmamembraan = buitenste membraan van een cel naast de celwand bij planten en bacteriën
Deze bestaat uit drie belangrijke componenten:
,Fosfolipidendubbellaag
▪ Bestaat uit 2 lagen lipiden
▪ Al deze lipiden zijn amfipatisch = zowel hydrofiel als hydrofoob
o Hydrofiele kop
▪ Vormt waterstofbruggen met water
o Hydrofobe staart
▪ Afgestoten door water, vormen hydrofobe regio binnenin
▪ De dubbellaag sluit/fuseert spontaan om de hydrofobe regio af te schermen
3 grote types membraanlipiden
1) 2 fosfolipide → hydrofiele kop met een fosfaatgorpe en twee hydrofobe vetzuurstaarten
Door dubbele natuur vormen ze spontaan een dubbele laag in water → basis elk biologisch membraan
a. Fosfoglyceriden
i. Glycerol met 2 H’s vervangen door VZ staart, 1 H door fosfaatgroep met additionele groepen
= soort diglyceride (enkel 2 van de 3 OH’s zijn veresterd met een vetzuur)
ii. Meest voorkomende soort membraanlipide en ook fosfolipide
iii. Additionele groep R aan fosfaatgroep bepaald soort fosfoglyceride
1. Adhv van R-groep ingedeeld in zure of neutrale fosfolipden
2. R = choline (fosfatidylcholine), ethanolamine (fosfatilethanolamine), serine (fosfatidylserine), ….
3. Zure fosfolipiden → netto negatieve lading (zoals fosfatidylserine)
b.Sphingolipiden
i. Minder voorkoment membraanlipide
ii. Ruggengraat van sphingosine (18C amino-alcohol + onverzadigde VZ keten (geen =))
iii. Bevat aminogroep en 2 OH-groepen → bevat dus stikstof (N)
iv. Ook hier additionele groepen op veresterd →bv sphingomyeline (R = fosforylcholinegroep)
v. Glycolipide = wanneer polaire groep door koolhydraat vervangen wordt
(technisch geen fosfolipide meer want geen P-groep meer maar hoort onder sphingolipiden)
1. Cerebroside = enkelvoudige suiker
2. Ganglioside = oligosacharide, negatieve lading want hebben 1 of meer siaalzuurmoleculen
3. Enkel in buitenste laag van PM en met suikergedeelte naar celoppervlak
2) Cholesterol
a. Komt veel voor in plasmamembraan maar weinig in andere membranen zoals mitochondriën, ER, …
b. Hydrofiele kop, korte hydrofobe staart
c. Belangrijke structurele component van dierlijke PM
i. Bij planten/bacteriën niet maar wel andere sterolen of sterol-like componenten
ii. Bij dieren ook enkel cholesterol, bij planten mix van sterolen
d. Functies cholesterol
i. Precursor steroïdhormonen, galzouten en vitamine D
ii. Rol in fluïditeit en beweeglijkheid van de VZ-staarten van de fosfolipiden + T-afhankelijk
Karakteristieken fosfolipidendubbellaag
(1) Viskeuze vloeistof
De fosfolipidendubbellaag is geen rigide structuur en de lipiden kunnen op 4 # manieren bewegen
▪ Laterale diffusie
▪ Roteren rond eigen lengteas
▪ Bewegen van vetzuurstaarten
▪ Flip-flop = wisselen van laag van fosfolipiden
Flip-flop gebeurt zelden spontaan
Fosfolipiden vnl. aan cytoplasmatische zijde van SER gemaakt, dus er ze komen
allemaal aan cytosolische zijde van het PM toe → die zijde zou blijven groeien, andere kant niet
fosfolipidentranslocasen nodig v → beide lagen groeien even snel
, Membraanstijfheid
Vloeibaarheid membraan is belangrijk zodat het de perfecte fluïditeit heeft en niet te rigide wordt
▪ Via verzadiging
o Onverzadigde vetzuren → hebben knik → minder dicht opeen → lager smeltpunt → vloeibaarder
o Bacteriën, gist en andere koud-bloedige organismen passen samenstelling van membraan aan (gehalte onverzadigde
VZ) naargelang de omgevingstemperatuur
▪ Via cholesterol (dieren)
o Bepaald de membraanstijfheid door innesteling tussen de fosfolipiden
o Richt zijn hydrofiele OH-groep naar de hydrofiele koppen van de fosfolipiden
→ krijgt meer geordende en gestrekte configuratie van de vetzuurketens
→ verminderd terzelfdertijd permeabiliteit van het membraan
o Cholesterol flipt makkelijk van ene naar andere kant fosfolipiden
o Effect cholesterol temperatuur afhankelijk
▪ Hoge T → membraan wordt vloeibaarder → verhinderd door cholesterol → drukt fosfolipiden tegen elkaar
▪ Lage T → membraan wordt stijver → verhinderd door cholesterol → duwt fosfolipiden uit elkaar
▪ Is dus soort van buffer, kan vloeibaarheid dus bevorderen of tegengaan
o Bacteriën halen stevigheid uit dikke celwand (geen cholesterol)
o Planten uit mix van andere sterolen
(2) Asymmetrie
De binnen en buitenkant hebben niet dezelfde samenstelling
▪ Buitenblad: voornamelijk neutrale fosfolipiden → fosfatidylethanolamine, sphingomyeline
o Glycolipiden komen enkel hier voor en zorgen voor meest uitgesproken asymmetrie
▪ Ze associëren in het buitenblad met lipid rafts en met elkaar via waterstofbruggen
▪ Gangliosiden komen het meest voor (oligosachariden koolhydraat + negatief geladen)
▪ Functies glycolipiden:
(1) cel-cel herkenning regelen
• Via binding met lectine
(2) Door lading (negatief, gangliosiden) en interactie met ionen (vnl Ca2+) lading van membropp bepalen
(3) Specifiek aan lumenzijde in epitheelcellen: cellen beschermen tegen extreme omstandigheden (pH, …)
▪ Binnenblad: hier zure fosfolipiden (neg geladen kop) → netto neg lading aan cytosolische zijde membraan (fosfatidylserine)
De cel houdt deze assymetrie ook in stand met behulp van fosfolipidetranslocases:
(1) Weinig specifiek: scamblase
a. Zorgt voor algemeen transport tussen beide lagen van de dubbelmembraan (willekeurig) volgens
de concentratiegradiënt (niet actief)
b. Het vernietigt dus de asymmetrie (zuur binnen, neutraal buiten)
c. Altijd actief in ER (waar membranen gesynthetiseerd worden)
d. Pas in specifieke omstandigheden actief in andere membranen zoals PM waar asymmetrie nodig is
i. Bij stijgende Ca2+-concentratie + eiwitkinase C-gevoelig domein
ii. Scramblase in PM geactiveerd → asymmetrie PM verstoord
(2) Specifiek: flippases en floppases
a. Houden asymmetrie in stand, beide gebruiken ATP
b. Flippase: fosfolipiden van buitenste laag naar binnenste (in, flippase) (bv zure fosfolipiden)
c. Floppase: fosfolipiden van binnen naar buiten (out, floppase) (bv neutrale fosfolipiden)
Voorkomen van neutrale binnen en zure fosfolipiden buiten kan indicatie geven van apoptose → celdood
