EXAMENVRAGEN FYSIOPATHOLOGIE
CHAPTER 3: CEL STRUCTUUR: PLASMAMEMBRAAN
1. BESPREEK DE STRUCTUUR VAN FOSFOLIPIEDEN EN HUN COMPOSITIE IN HET
CELMEMBRAAN INCLUSIEF DE WERKING/ROL VAN CHOLESTEROL EN ONDER
WELKE VORM CIRCULEERT CHOLESTEROL IN ONS LICHAAM.
Het plasmamembraan is opgebouwd uit fosfolipiden. Dit zijn amfipatische moleculen met
een polair hoofd en een niet-polaire vetzuurstaart. Het hydrofiel/polair gedeelte interageert
graag met water en ligt daardoor naar buiten gericht (het intra- en extracellulair milieu). De
staarten echter zijn niet-polair of hydrofoob (houden niet van water, wel van een vetrijke
omgeving) en wijzen naar elkaar toe. Hierdoor wordt een fosfolipidedubbellaag gevormd.
Het plasmamembraan zorgt ervoor dat de binnenzijde van de cel (intracellulair, cytoplasma)
en de buitenzijde van de cel (extracellulair) verschillend kunnen zijn van elkaar. In waterige
omgeving zullen fosfolipiden micellen of een dubbellaag vormen omdat dit energetisch beter
is. Dit gebeurt door spontane opvouwing/regeneratie. Het cytoskelet geeft structuur aan de
cel en bestaat uit actine, microtubuli, intermediaire filamenten. Om de polarisatie van de cel
tot stand te brengen is het cytoskelet nodig.
De fosfolipiden verschillen onderling in hydrofiele hoofd en hydrofobe staart. De vetzuur
staarten van fosfolipiden kunnen verschillend zijn in lengte en/of vertakking. Zo kan een
vetzuurstaart volledig recht zijn en dus geen vertakkingen hebben (verzadigd) of kan een
vetzuurstaart vertakkingen hebben en dus onverzadigd zijn. Dit beïnvloedt de vloeibaarheid
(Tm), structuur en dikte van het plasmamembraan.
- Kort en onverzadigde vetzuurketen → zwakke interactie → zwakke packing →
vloeibaar en dus een lage smelttemperatuur. Bij een te zwakke packing kan het zijn
dat er gaten/scheuren komen in het plasmamembraan waardoor het meer
permeabel is.
- Lang en verzadigde vetzuurketen: → sterke interactie → dichte packing → vast en
dus een hogere smelttemperatuur.
De membraanproteïnen moeten kunnen bewegen in het plasmamembraan. De fosfolipiden
kunnen dus ook bewegen (laterale diffusie, flexie en rotatie van vetzuurstaarten). Ook
kunnen fosfolipiden een flipflop ondergaan, dus van de ene zijde naar de andere zijde van
het plasmamembraan migreren (adhv proteïnen). Spontaan kan dit niet gebeuren aangezien
de vetzuurstaarten hydrofoob zijn en naar elkaar gaan toewijzen. Hierdoor is de hydrofobe
kern energetisch gezien een hoge barrière voor hydrofiele hoofdjes om hierin te bewegen.
- Flippase: van buiten → binnen
- Floppase: van binnen → buiten.
1
, De vloeibaarheid van het plasmamembraan en dus de structuur van het plasmamembraan
wordt gereguleerd door cholesterol. Het is dus van groot belang om het cholesterol gehalte
binnen gezonde grenzen te behouden. Cholesterol kan tot 50% van de fosfolipide
samenstelling van het plasmamembraan zijn, dit hangt wel af van cel tot cel. Cholesterol
heeft 2 functies:
- Cholesterol heeft een klein polair hoofdje dat zich naar de waterige fase positioneert.
Cholesterol intercaleert dus in het plasmamembraan met de hydrofobe staart in het
hydrofobe centrum. De vetzuurstaart van cholesterol is korter dan de
vetzuurstaarten van de fosfolipiden van het plasmamembraan. Hierdoor ontstaat er
een grotere ruimte tussen de fosfolipiden in het centrum van het plasmamembraan.
Hierdoor blijft de kern van deze lipiede dubbellaag vloeibaar. Vanwege dit kleine
polair hoofdje kan cholesterol wel gemakkelijk flip-flop bewegingen maken waardoor
dat de concentratie van cholesterol in de buitenste en binnenste zijde van het
plasmamembraan ongeveer hetzelfde is.
- Door de ringstructuur (niet flexibel) kan de buitenste en binnenste zijde van ons
plasmamembraan meer rigide worden, minder permeabel. Minder flexi, minder
rotatie.
Het is dus van groot belang om concentratie cholesterol strikt te reguleren, voor de
integriteit van het plasmamembraan
- Lage hoeveelheid → membraan wordt stijver ter hoogte van het polair hoofd
waardoor membraan minder permeabel is EN cholesterol verbreekt de interactie
tussen de lipiede (vetzuur) staarten (kristallisatie) waardoor de kern van membraan
vloeibaar blijft (buitenzijde versterken en binnenzijde vloeibaar houden)
- Hoge hoeveelheid → vloeibaarheid neemt toe en beïnvloedt de werking van de
membraanproteïnen, er zullen ook scheuren vertonen.
i.t.t. fosfolipieden: cholesterol flip – flops makkelijk overheen membraan → dezelfde
cholesterol concentratie in buitenste/binnenste lipiede laag (leaflet)
Vorm in ons lichaam
Cholesterol wordt aangemaakt in lever en zal in bloed circuleren als complexen (VLDL, LDL,
HDL). Cholesterol is lipofiel, dus niet goed wateroplosbaar, het heeft vesicles (met proteïnen)
nodig
- Cholesterol verlaat lever als LDL en zal zo naar cellen gaan: opnemen en triglyceriden
uithalen en aanreiken (plaques veroorzaken)
- HDL: goede cholesterol, zal teveel cholesterol naar lever doen (opslag)
2
,Fosfolipiden aangemaakt in de binnenzijde (lumen) van het ER worden verpakt in vesikels.
Wanneer dit vesikel via endocytose wordt uitgestoten zal de binnenzijde van dat vesikeltje
terechtkomen aan de buitenzijde van de cel en wijzen naar het extracellulair milieu (dus aan
de buitenzijde van plasmamembraan).
Wanneer het fosfolipide (fosfatidylethanolamine, fosfatidylserine) wordt aangemaakt aan de
cytoplasmatische zijde van het ER dan zal dit fosfolipide op het plasmamembraan wijzen
naar het cytoplasma (dus aan de binnenzijde van het plasmamembraan). Fosfatifylcholine
echter wordt ook aangemaakt aan de cytoplasmatische zijde van het ER maar zal toch aan de
buitenste zijde van het plasmamembraan terechtkomen vanwege een fosfolipide specifek
floppase. Sphingomyeline wordt aangemaakt in lumen van GA en komt terecht in de
buitenste zijde van het plasmamembraan.
➔ De samenstelling van de binnenste en buitenste zijde van plasmamembraan is
verschillend. Deze assymetrie in fosfolipide compositie tussen binnen en buitenzijde
van plasmamembraan ontstaat tijdens de biosynthese.
➔ De assymetrie van het plasmamembraan beïnvloedt de buiging (de hoofdjes van
amine/serine zijn kleiner dan de hoofdjes van choline/myeline dus buiging) en
vloeibaarheid van membranen (extracellulaire zijde is stijver dan de intracellulaire
zijde) + de intracellulaire zijde is negatief geladen tov extracellulaire zijde wat
belangrijk is voor de correcte oriëntatie van proteïnen in het plasmamembraan.
➔ Cellen zijn gepolariseerd, de samenstelling van proteïnen is verschillend tussen de
apicale en basolaterale zijde.
➔ Pathologie: hypercholesterolemia (kan genetisch zijn omdat het endogeen wordt
aangemaakt)
3
, CHAPTER 3: CEL STRUCTUUR: FUNCTIONS OF THE PLASMAMEMBRANE +
INTERCELLULAR COMMUNICATION
2. GEEF DE ALGEMENE MECHANISMEN VAN CEL -CEL COMMUNICATIE EN DE 4
TYPEN VAN RECEPTOREN MET KORTE TOELICHTING VAN IEDER TYPE.
1. Directe cel-cel communicatie
- Gap junctions = soort kanaal /poriën (= altijd open) dat gevormd wordt tussen 2
cellen (elektro-chemische communicatie tss cellen): hier kunnen grote moleculen
door
- Cadherings, tight junction, extracellulaire matrix (mechanisch interactie)
2. Cel-cel communicatie via chemische signalen (“remote signaling”)
- Synaptisch = via neurotransmitter (= mediator)
- Endocrien = signaalmoleculen vrijstelling via hormoon in bloedbaan (gaat zo
doorheen lichaam en doelcellen bereiken) = traag a.d.h.v. specifieke receptoren
- Paracrien: een cel produceert een signaal om een naburige cel te activeren. Molecule
wordt vrijgesteld in de extracellulaire ruimte
- Autocrien: cel produceert stoffen waarvoor de cel zelf receptoren heeft. De molecule
wordt vrijgesteld in de extracellulaire ruimte.
Multi-point effect: eenzelfde ligand/molecule kan cel-specifieke effecten hebben afhankelijk
van aanwezige receptoren. Dus eenzelfde molecule kan binden op verschillende receptoren
en verschillende effecten veroorzaken. Want we hebben namelijk veel meer soorten
receptoren dan dat we signaalmoleculen hebben.
4 typen van receptoren: 2 klassen: ionotroop en metabotroop
Ionotroop: controle ionenflux (migratie wordt bewerkstelligd door poriën of kanalen in ons
membraan)
1. Ligand gactiveerde kanalen (ligand gated channels) = ionotrope receptoren (door
stimulus) → gecontroleerd openen/ sluiten van ionenkanaal waardoor verandering in
flux van ionen + verandering in membraanpotentiaal of Ca2+ concentratie.
Type ligand die intrageert met kanaal:
o Verandering in membraanpotentiaal
o Moleculen/ liganden (vb neurotransmitters)
o Mechanische stimulatie/stijfheid
4
CHAPTER 3: CEL STRUCTUUR: PLASMAMEMBRAAN
1. BESPREEK DE STRUCTUUR VAN FOSFOLIPIEDEN EN HUN COMPOSITIE IN HET
CELMEMBRAAN INCLUSIEF DE WERKING/ROL VAN CHOLESTEROL EN ONDER
WELKE VORM CIRCULEERT CHOLESTEROL IN ONS LICHAAM.
Het plasmamembraan is opgebouwd uit fosfolipiden. Dit zijn amfipatische moleculen met
een polair hoofd en een niet-polaire vetzuurstaart. Het hydrofiel/polair gedeelte interageert
graag met water en ligt daardoor naar buiten gericht (het intra- en extracellulair milieu). De
staarten echter zijn niet-polair of hydrofoob (houden niet van water, wel van een vetrijke
omgeving) en wijzen naar elkaar toe. Hierdoor wordt een fosfolipidedubbellaag gevormd.
Het plasmamembraan zorgt ervoor dat de binnenzijde van de cel (intracellulair, cytoplasma)
en de buitenzijde van de cel (extracellulair) verschillend kunnen zijn van elkaar. In waterige
omgeving zullen fosfolipiden micellen of een dubbellaag vormen omdat dit energetisch beter
is. Dit gebeurt door spontane opvouwing/regeneratie. Het cytoskelet geeft structuur aan de
cel en bestaat uit actine, microtubuli, intermediaire filamenten. Om de polarisatie van de cel
tot stand te brengen is het cytoskelet nodig.
De fosfolipiden verschillen onderling in hydrofiele hoofd en hydrofobe staart. De vetzuur
staarten van fosfolipiden kunnen verschillend zijn in lengte en/of vertakking. Zo kan een
vetzuurstaart volledig recht zijn en dus geen vertakkingen hebben (verzadigd) of kan een
vetzuurstaart vertakkingen hebben en dus onverzadigd zijn. Dit beïnvloedt de vloeibaarheid
(Tm), structuur en dikte van het plasmamembraan.
- Kort en onverzadigde vetzuurketen → zwakke interactie → zwakke packing →
vloeibaar en dus een lage smelttemperatuur. Bij een te zwakke packing kan het zijn
dat er gaten/scheuren komen in het plasmamembraan waardoor het meer
permeabel is.
- Lang en verzadigde vetzuurketen: → sterke interactie → dichte packing → vast en
dus een hogere smelttemperatuur.
De membraanproteïnen moeten kunnen bewegen in het plasmamembraan. De fosfolipiden
kunnen dus ook bewegen (laterale diffusie, flexie en rotatie van vetzuurstaarten). Ook
kunnen fosfolipiden een flipflop ondergaan, dus van de ene zijde naar de andere zijde van
het plasmamembraan migreren (adhv proteïnen). Spontaan kan dit niet gebeuren aangezien
de vetzuurstaarten hydrofoob zijn en naar elkaar gaan toewijzen. Hierdoor is de hydrofobe
kern energetisch gezien een hoge barrière voor hydrofiele hoofdjes om hierin te bewegen.
- Flippase: van buiten → binnen
- Floppase: van binnen → buiten.
1
, De vloeibaarheid van het plasmamembraan en dus de structuur van het plasmamembraan
wordt gereguleerd door cholesterol. Het is dus van groot belang om het cholesterol gehalte
binnen gezonde grenzen te behouden. Cholesterol kan tot 50% van de fosfolipide
samenstelling van het plasmamembraan zijn, dit hangt wel af van cel tot cel. Cholesterol
heeft 2 functies:
- Cholesterol heeft een klein polair hoofdje dat zich naar de waterige fase positioneert.
Cholesterol intercaleert dus in het plasmamembraan met de hydrofobe staart in het
hydrofobe centrum. De vetzuurstaart van cholesterol is korter dan de
vetzuurstaarten van de fosfolipiden van het plasmamembraan. Hierdoor ontstaat er
een grotere ruimte tussen de fosfolipiden in het centrum van het plasmamembraan.
Hierdoor blijft de kern van deze lipiede dubbellaag vloeibaar. Vanwege dit kleine
polair hoofdje kan cholesterol wel gemakkelijk flip-flop bewegingen maken waardoor
dat de concentratie van cholesterol in de buitenste en binnenste zijde van het
plasmamembraan ongeveer hetzelfde is.
- Door de ringstructuur (niet flexibel) kan de buitenste en binnenste zijde van ons
plasmamembraan meer rigide worden, minder permeabel. Minder flexi, minder
rotatie.
Het is dus van groot belang om concentratie cholesterol strikt te reguleren, voor de
integriteit van het plasmamembraan
- Lage hoeveelheid → membraan wordt stijver ter hoogte van het polair hoofd
waardoor membraan minder permeabel is EN cholesterol verbreekt de interactie
tussen de lipiede (vetzuur) staarten (kristallisatie) waardoor de kern van membraan
vloeibaar blijft (buitenzijde versterken en binnenzijde vloeibaar houden)
- Hoge hoeveelheid → vloeibaarheid neemt toe en beïnvloedt de werking van de
membraanproteïnen, er zullen ook scheuren vertonen.
i.t.t. fosfolipieden: cholesterol flip – flops makkelijk overheen membraan → dezelfde
cholesterol concentratie in buitenste/binnenste lipiede laag (leaflet)
Vorm in ons lichaam
Cholesterol wordt aangemaakt in lever en zal in bloed circuleren als complexen (VLDL, LDL,
HDL). Cholesterol is lipofiel, dus niet goed wateroplosbaar, het heeft vesicles (met proteïnen)
nodig
- Cholesterol verlaat lever als LDL en zal zo naar cellen gaan: opnemen en triglyceriden
uithalen en aanreiken (plaques veroorzaken)
- HDL: goede cholesterol, zal teveel cholesterol naar lever doen (opslag)
2
,Fosfolipiden aangemaakt in de binnenzijde (lumen) van het ER worden verpakt in vesikels.
Wanneer dit vesikel via endocytose wordt uitgestoten zal de binnenzijde van dat vesikeltje
terechtkomen aan de buitenzijde van de cel en wijzen naar het extracellulair milieu (dus aan
de buitenzijde van plasmamembraan).
Wanneer het fosfolipide (fosfatidylethanolamine, fosfatidylserine) wordt aangemaakt aan de
cytoplasmatische zijde van het ER dan zal dit fosfolipide op het plasmamembraan wijzen
naar het cytoplasma (dus aan de binnenzijde van het plasmamembraan). Fosfatifylcholine
echter wordt ook aangemaakt aan de cytoplasmatische zijde van het ER maar zal toch aan de
buitenste zijde van het plasmamembraan terechtkomen vanwege een fosfolipide specifek
floppase. Sphingomyeline wordt aangemaakt in lumen van GA en komt terecht in de
buitenste zijde van het plasmamembraan.
➔ De samenstelling van de binnenste en buitenste zijde van plasmamembraan is
verschillend. Deze assymetrie in fosfolipide compositie tussen binnen en buitenzijde
van plasmamembraan ontstaat tijdens de biosynthese.
➔ De assymetrie van het plasmamembraan beïnvloedt de buiging (de hoofdjes van
amine/serine zijn kleiner dan de hoofdjes van choline/myeline dus buiging) en
vloeibaarheid van membranen (extracellulaire zijde is stijver dan de intracellulaire
zijde) + de intracellulaire zijde is negatief geladen tov extracellulaire zijde wat
belangrijk is voor de correcte oriëntatie van proteïnen in het plasmamembraan.
➔ Cellen zijn gepolariseerd, de samenstelling van proteïnen is verschillend tussen de
apicale en basolaterale zijde.
➔ Pathologie: hypercholesterolemia (kan genetisch zijn omdat het endogeen wordt
aangemaakt)
3
, CHAPTER 3: CEL STRUCTUUR: FUNCTIONS OF THE PLASMAMEMBRANE +
INTERCELLULAR COMMUNICATION
2. GEEF DE ALGEMENE MECHANISMEN VAN CEL -CEL COMMUNICATIE EN DE 4
TYPEN VAN RECEPTOREN MET KORTE TOELICHTING VAN IEDER TYPE.
1. Directe cel-cel communicatie
- Gap junctions = soort kanaal /poriën (= altijd open) dat gevormd wordt tussen 2
cellen (elektro-chemische communicatie tss cellen): hier kunnen grote moleculen
door
- Cadherings, tight junction, extracellulaire matrix (mechanisch interactie)
2. Cel-cel communicatie via chemische signalen (“remote signaling”)
- Synaptisch = via neurotransmitter (= mediator)
- Endocrien = signaalmoleculen vrijstelling via hormoon in bloedbaan (gaat zo
doorheen lichaam en doelcellen bereiken) = traag a.d.h.v. specifieke receptoren
- Paracrien: een cel produceert een signaal om een naburige cel te activeren. Molecule
wordt vrijgesteld in de extracellulaire ruimte
- Autocrien: cel produceert stoffen waarvoor de cel zelf receptoren heeft. De molecule
wordt vrijgesteld in de extracellulaire ruimte.
Multi-point effect: eenzelfde ligand/molecule kan cel-specifieke effecten hebben afhankelijk
van aanwezige receptoren. Dus eenzelfde molecule kan binden op verschillende receptoren
en verschillende effecten veroorzaken. Want we hebben namelijk veel meer soorten
receptoren dan dat we signaalmoleculen hebben.
4 typen van receptoren: 2 klassen: ionotroop en metabotroop
Ionotroop: controle ionenflux (migratie wordt bewerkstelligd door poriën of kanalen in ons
membraan)
1. Ligand gactiveerde kanalen (ligand gated channels) = ionotrope receptoren (door
stimulus) → gecontroleerd openen/ sluiten van ionenkanaal waardoor verandering in
flux van ionen + verandering in membraanpotentiaal of Ca2+ concentratie.
Type ligand die intrageert met kanaal:
o Verandering in membraanpotentiaal
o Moleculen/ liganden (vb neurotransmitters)
o Mechanische stimulatie/stijfheid
4
