Hoofdstuk 1
1. Homeostase zorgt dat lichaam overleeft in verschillende omgevingen
Homeostase = het proces waarbij het lichaam ervoor zorgt dat de omstandigheden in het
lichaam steeds stabiel blijven
➔ Verstoring van een homeostatisch mechanisme: ziekte/aandoening
➔ Lichaam kan inwendig milieu zelf niet meer stabiel houden: kunstmatige apparaten
(dialyse,…)
Vereisten (nodig om homeostase in stand te houden)
- Bewegingsapparaat/musculoskeletaal: mobiliteit (voor voedsel, water, …)
- Maagdarmstelsel/gastro-intestinaal: voedingsstoffen uit voedsel halen
- Ademhalingsstelsel/respiratoir: O◻ opnemen voor oxidatieve stofwisseling
(“verbranding” van voedsel voor energie)
- Bloedcirculatiestelsel/circulair: transport van voedingsstoffen en O◻ naar de cellen
- Nier- en ademhalingsstelsel: verwijdering van afvalstoffen van de stofwisseling
Coördinatie en regulatie:
- Biochemische signalen (vrijgegeven door endocriene systemen)
- Elektrische signalen (gegenereerd door zenuwstelsel)
2. Het lichaam is een geheel van functioneel en ruimtelijk te onderscheiden
compartimenten
Bv een plasmamembraan zal dan al het interne gaan beschermen tegen de buitenwereld,
dat is ook al compartimentaliseren
Elk compartiment in het lichaam heeft precies de juiste omstandigheden om zijn eigen taak
goed uit te voeren
Biologische membranen rond cellen en celorganellen zijn dubbele lipidenlagen!
Biologisch membraan = dubbele lipiden laag + transmembranaire proteïnen; en zij gaan 2
omgevingen van elkaar gaan afschermen
Transmembranaire proteïnen
- Transport proteïnen: ionenkanalen, ionenpompen, carriers (dragers) en uitwisselaars
- Signaalproteïnen: receptoren voor peptide hormonen, groeifactoren en Ab
Structuur van een biologisch membraan kan men visualiseren met behulp van
Atomic Force Microscopy (AFM) (atomaire-krachtmicroscopie)
➔ Zo kan je dus lipiden en eiwitten gaan waarnemen
➔ De grote bulten zijn de eiwitten die we kunnen detecteren, bv
transporteiwitten of receptoren
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, Eiwitten in biologische membranen zijn beweeglijk, een proces dat kan
worden waargenomen met Fluorescence Recovery After Photobleaching
(FRAP)
Eiwitten zijn gelabeld met een fluorofoor, eenmaal gebleached (uitgebleekt
door fel licht) dan kunnen ze niet ontbleachen en dus zal de intensiteit
verkleinen
Na een tijd krijgen we fluorescentieherstel wat dus aantoont dat eiwitten mobiel zijn, slechts
een gedeeltelijk herstel omdat niet gebleachte eiwitten zullen gaan migreren
(zie extra blad tekening)
Hoe maak je eiwitten fluorescent?
- Fluorescente Ab
- GFP
Biomembranen zijn hoofdzakelijk gevormd door fosfolipiden, maar kunnen ook cholesterol en
sfingolipiden bevatten.
Fosfolipiden: vetzuurketen (hydrofoob) + hoofdje (hydrofiel)
Lipiden in membranen zijn fosfolipiden → deze zijn amfiprotisch (zowel hydrofoob als
hydrofiel)
Fosfatidylcholine is een typisch fosfoglyceride: wat wil zeggen dat het vetzuurketen heeft
die aan glycerol hangt die een fosfaat bezit en dan gekoppeld is aan een cholinegroep
Fosfatidylinositol is een bestanddeel van PIP2 → DAG + IP3 en die IP3 zal binden aan de
IP3 receptor en dan zal de opgestapelde calcium in het ER membraan vrijgezet
Sfingolipide is afgeleid van een sfingosine, 2 belangrijke: sfingomyeline en
glycosylverebroside
Steroïden: belangrijkste is cholesterol
Biomembranen zijn geen uniforme structuren (ze zijn niet overal hetzelfde)
1) Verschillende membranen → verschillende lipidesamenstelling
a. PM: veel cholesterol en heel weinig cardiolipine
b. Mitochondriaal membraan: heel weinig cholesterol en veel cardiolipine
2) Lipidesamenstelling kan verschillen tussen binnenste en buitenste laag
a. Buitenste laag: veel PC en heel weinig PS
b. Binnenste laag: weinig PC en veel PS
→ PS geeft signaal aan immuun cellen dat ze apoptose aan het ondergaan
zijn, dat de cel dus opgeruimd mag worden
→ In gezonde cellen is PS vooral in binnenste laag
→ Gaspase 3 en 7 zijn proteases die eiwitten knippen, 3 gaat scramblase
gaan knippen en die wordt dan hyperactief zodat PS ook aan buitenkant gaat
verschijnen
c. → Asymmetrische samenstelling = ‘flip-flop’ gebeurt langzaam → betekent dat
lipiden in binnen- en buitenlaag van het membraan ongelijk verdeeld zijn en
het omwisselen van lipiden tussen de 2 lagen heel langzaam gebeurt
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, Elk membraan heeft zijn eigen type fosfo-inositiden, en hun hoeveelheid en locatie kunnen
actief veranderen afhankelijk van wat de cel nodig heeft
Membraanmicrodomeinen
- Cytoskeletale eiwitten werken samen met membraaneiwitten → zorgt voor structurele
stevigheid (cytoskelet zorgt voor stevigheid)
- Interacties van lipiden met eiwitten → clustering en “vastzetten” van
membraaneiwitten → organisatie in functionele domeinen (lipiden helpen eiwitten op
juiste plek te houden)
→ biomembranen zijn sterk georganiseerde structuren met verschillende
microdomeinen die elk een verschillende functie leveren
➔ Deze inzichten zijn gebruikt om lipiden te visualiseren met GFP-PH domein fusie-
eiwitten
o Een lipide-bindend eiwitdomein → pleckstrin homology (PH) domein, dat
zich bindt aan fosfo-inositiden
o Een “detectie”-eiwit → groen fluorescerend eiwit (GFP), dat UV/bladlicht
opneemt (excitatie) en groen licht uitzendt (emissie)
→ Kort gezegd: dit systeem maakt het mogelijk om fosfo-inositiden in levende
cellen zichtbaar te maken door fluorescentie
→ Nobelprijswinnaar in de chemie in 2008: Roger Tsien (ontdekking en
ontwikkeling van GFP waardoor onderzoekers levende cellen en organismen
kunnen visualiseren)
1) Elk PH-domein bindt aan een specifiek type fosfo-inositide, waardoor eiwitten naar
verschillende membranen of microdomeinen worden geleid
2) Door GFP te wijzigen kun je
verschillende fluorescerende kleuren maken om meerdere eiwitten of structuren
tegelijk zichtbaar te maken
➔ Verschillende GFP
varianten zodat we met
verschillende kleuren kunnen
gaan volgen
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, Fluorescentie gebruiken om lipiden te detecteren:
- Er bestaan verschillende lipide-bindende domeinen, zoals PH-domeinen, die
specifiek aan bepaalde lipiden binden
- Deze domeinen kunnen gekoppeld worden aan GFP, waardoor GFP naar de plek
gaat waar het lipide aanwezig is → zo functioneert GFP als perfecte biosensor voor
het lipide
Belangrijk voorbeeld: G-eiwit gekoppelde receptoren (GPCRs):
- Fosfolipase C wordt geactiveerd
- PIP2 wordt gesplitst in DAG en IP3
- Gevolg voor fluorescentie
o Bron van PIP2 valt weg
o GFP gekoppeld aan PH-domein verplaatst zich, omdat het gebonden lipide
(PIP2) niet meer aanwezig is
o Dit is zichtbaar in het experiment als een verandering in fluorescentie op de
celmembranen
→ Kort gezegd: GFP-PH fusion proteins kunnen
veranderingen in lipideniveau live zichtbaar maken,
waardoor onderzoekers signaling pathways kunnen volgen
3. Transportprocessen zijn essentieel voor de
fysiologische functie, terwijl verstoringen of ontregelingen leiden tot
pathofysiologie (ziekte)
Transportprocessen zijn essentieel om homeostase te behouden:
→ Ze passen inwendig milieu van compartimenten aan en houden het constant
- Gecoördineerde regulatie betekent communicatie:
o Intracellulaire communicatie: generatie en beweging van biochemische
signalen, de zogenaamde “second messengers” zoals IP3, cAMP,…
o Extracellulaire communicatie
▪ Biochemische signalen: hormonen, groeifactoren
▪ Elektrische signalen: transport van ionen over membraan van
prikkelbare cellen
4. Cellulaire fysiologie = processen die via membranen verlopen
- Transport direct door membraan → diffusie en osmose
- Transport afhankelijk van membraaneiwitten → ionkanalen, opgeloste-
stoftransporters, transport-ATPases of “pompen”
- Coördinatie van transport op macroscopische schaal → zenuwstelsel
- Transport dat beweging op macroscopische schaal vereist → spieren
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
1. Homeostase zorgt dat lichaam overleeft in verschillende omgevingen
Homeostase = het proces waarbij het lichaam ervoor zorgt dat de omstandigheden in het
lichaam steeds stabiel blijven
➔ Verstoring van een homeostatisch mechanisme: ziekte/aandoening
➔ Lichaam kan inwendig milieu zelf niet meer stabiel houden: kunstmatige apparaten
(dialyse,…)
Vereisten (nodig om homeostase in stand te houden)
- Bewegingsapparaat/musculoskeletaal: mobiliteit (voor voedsel, water, …)
- Maagdarmstelsel/gastro-intestinaal: voedingsstoffen uit voedsel halen
- Ademhalingsstelsel/respiratoir: O◻ opnemen voor oxidatieve stofwisseling
(“verbranding” van voedsel voor energie)
- Bloedcirculatiestelsel/circulair: transport van voedingsstoffen en O◻ naar de cellen
- Nier- en ademhalingsstelsel: verwijdering van afvalstoffen van de stofwisseling
Coördinatie en regulatie:
- Biochemische signalen (vrijgegeven door endocriene systemen)
- Elektrische signalen (gegenereerd door zenuwstelsel)
2. Het lichaam is een geheel van functioneel en ruimtelijk te onderscheiden
compartimenten
Bv een plasmamembraan zal dan al het interne gaan beschermen tegen de buitenwereld,
dat is ook al compartimentaliseren
Elk compartiment in het lichaam heeft precies de juiste omstandigheden om zijn eigen taak
goed uit te voeren
Biologische membranen rond cellen en celorganellen zijn dubbele lipidenlagen!
Biologisch membraan = dubbele lipiden laag + transmembranaire proteïnen; en zij gaan 2
omgevingen van elkaar gaan afschermen
Transmembranaire proteïnen
- Transport proteïnen: ionenkanalen, ionenpompen, carriers (dragers) en uitwisselaars
- Signaalproteïnen: receptoren voor peptide hormonen, groeifactoren en Ab
Structuur van een biologisch membraan kan men visualiseren met behulp van
Atomic Force Microscopy (AFM) (atomaire-krachtmicroscopie)
➔ Zo kan je dus lipiden en eiwitten gaan waarnemen
➔ De grote bulten zijn de eiwitten die we kunnen detecteren, bv
transporteiwitten of receptoren
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, Eiwitten in biologische membranen zijn beweeglijk, een proces dat kan
worden waargenomen met Fluorescence Recovery After Photobleaching
(FRAP)
Eiwitten zijn gelabeld met een fluorofoor, eenmaal gebleached (uitgebleekt
door fel licht) dan kunnen ze niet ontbleachen en dus zal de intensiteit
verkleinen
Na een tijd krijgen we fluorescentieherstel wat dus aantoont dat eiwitten mobiel zijn, slechts
een gedeeltelijk herstel omdat niet gebleachte eiwitten zullen gaan migreren
(zie extra blad tekening)
Hoe maak je eiwitten fluorescent?
- Fluorescente Ab
- GFP
Biomembranen zijn hoofdzakelijk gevormd door fosfolipiden, maar kunnen ook cholesterol en
sfingolipiden bevatten.
Fosfolipiden: vetzuurketen (hydrofoob) + hoofdje (hydrofiel)
Lipiden in membranen zijn fosfolipiden → deze zijn amfiprotisch (zowel hydrofoob als
hydrofiel)
Fosfatidylcholine is een typisch fosfoglyceride: wat wil zeggen dat het vetzuurketen heeft
die aan glycerol hangt die een fosfaat bezit en dan gekoppeld is aan een cholinegroep
Fosfatidylinositol is een bestanddeel van PIP2 → DAG + IP3 en die IP3 zal binden aan de
IP3 receptor en dan zal de opgestapelde calcium in het ER membraan vrijgezet
Sfingolipide is afgeleid van een sfingosine, 2 belangrijke: sfingomyeline en
glycosylverebroside
Steroïden: belangrijkste is cholesterol
Biomembranen zijn geen uniforme structuren (ze zijn niet overal hetzelfde)
1) Verschillende membranen → verschillende lipidesamenstelling
a. PM: veel cholesterol en heel weinig cardiolipine
b. Mitochondriaal membraan: heel weinig cholesterol en veel cardiolipine
2) Lipidesamenstelling kan verschillen tussen binnenste en buitenste laag
a. Buitenste laag: veel PC en heel weinig PS
b. Binnenste laag: weinig PC en veel PS
→ PS geeft signaal aan immuun cellen dat ze apoptose aan het ondergaan
zijn, dat de cel dus opgeruimd mag worden
→ In gezonde cellen is PS vooral in binnenste laag
→ Gaspase 3 en 7 zijn proteases die eiwitten knippen, 3 gaat scramblase
gaan knippen en die wordt dan hyperactief zodat PS ook aan buitenkant gaat
verschijnen
c. → Asymmetrische samenstelling = ‘flip-flop’ gebeurt langzaam → betekent dat
lipiden in binnen- en buitenlaag van het membraan ongelijk verdeeld zijn en
het omwisselen van lipiden tussen de 2 lagen heel langzaam gebeurt
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, Elk membraan heeft zijn eigen type fosfo-inositiden, en hun hoeveelheid en locatie kunnen
actief veranderen afhankelijk van wat de cel nodig heeft
Membraanmicrodomeinen
- Cytoskeletale eiwitten werken samen met membraaneiwitten → zorgt voor structurele
stevigheid (cytoskelet zorgt voor stevigheid)
- Interacties van lipiden met eiwitten → clustering en “vastzetten” van
membraaneiwitten → organisatie in functionele domeinen (lipiden helpen eiwitten op
juiste plek te houden)
→ biomembranen zijn sterk georganiseerde structuren met verschillende
microdomeinen die elk een verschillende functie leveren
➔ Deze inzichten zijn gebruikt om lipiden te visualiseren met GFP-PH domein fusie-
eiwitten
o Een lipide-bindend eiwitdomein → pleckstrin homology (PH) domein, dat
zich bindt aan fosfo-inositiden
o Een “detectie”-eiwit → groen fluorescerend eiwit (GFP), dat UV/bladlicht
opneemt (excitatie) en groen licht uitzendt (emissie)
→ Kort gezegd: dit systeem maakt het mogelijk om fosfo-inositiden in levende
cellen zichtbaar te maken door fluorescentie
→ Nobelprijswinnaar in de chemie in 2008: Roger Tsien (ontdekking en
ontwikkeling van GFP waardoor onderzoekers levende cellen en organismen
kunnen visualiseren)
1) Elk PH-domein bindt aan een specifiek type fosfo-inositide, waardoor eiwitten naar
verschillende membranen of microdomeinen worden geleid
2) Door GFP te wijzigen kun je
verschillende fluorescerende kleuren maken om meerdere eiwitten of structuren
tegelijk zichtbaar te maken
➔ Verschillende GFP
varianten zodat we met
verschillende kleuren kunnen
gaan volgen
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, Fluorescentie gebruiken om lipiden te detecteren:
- Er bestaan verschillende lipide-bindende domeinen, zoals PH-domeinen, die
specifiek aan bepaalde lipiden binden
- Deze domeinen kunnen gekoppeld worden aan GFP, waardoor GFP naar de plek
gaat waar het lipide aanwezig is → zo functioneert GFP als perfecte biosensor voor
het lipide
Belangrijk voorbeeld: G-eiwit gekoppelde receptoren (GPCRs):
- Fosfolipase C wordt geactiveerd
- PIP2 wordt gesplitst in DAG en IP3
- Gevolg voor fluorescentie
o Bron van PIP2 valt weg
o GFP gekoppeld aan PH-domein verplaatst zich, omdat het gebonden lipide
(PIP2) niet meer aanwezig is
o Dit is zichtbaar in het experiment als een verandering in fluorescentie op de
celmembranen
→ Kort gezegd: GFP-PH fusion proteins kunnen
veranderingen in lipideniveau live zichtbaar maken,
waardoor onderzoekers signaling pathways kunnen volgen
3. Transportprocessen zijn essentieel voor de
fysiologische functie, terwijl verstoringen of ontregelingen leiden tot
pathofysiologie (ziekte)
Transportprocessen zijn essentieel om homeostase te behouden:
→ Ze passen inwendig milieu van compartimenten aan en houden het constant
- Gecoördineerde regulatie betekent communicatie:
o Intracellulaire communicatie: generatie en beweging van biochemische
signalen, de zogenaamde “second messengers” zoals IP3, cAMP,…
o Extracellulaire communicatie
▪ Biochemische signalen: hormonen, groeifactoren
▪ Elektrische signalen: transport van ionen over membraan van
prikkelbare cellen
4. Cellulaire fysiologie = processen die via membranen verlopen
- Transport direct door membraan → diffusie en osmose
- Transport afhankelijk van membraaneiwitten → ionkanalen, opgeloste-
stoftransporters, transport-ATPases of “pompen”
- Coördinatie van transport op macroscopische schaal → zenuwstelsel
- Transport dat beweging op macroscopische schaal vereist → spieren
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
