HOOFDSTUK 2-3
Fysiologie = is nu en is altijd de studie geweest van de homeostatische mechanismen waardoor een
organisme kan blijven bestaan ondanks de steeds veranderende druk die wordt opgelegd door een
vijandige omgeving
Membraan = dynamische structuur die compartimenten uit elkaar houdt en het toestaat om tussen deze
te communiceren (elke cel heeft een membraan rond zich) – basisbron = lipiden
FOSFOLIPIDEN (miljarden per cel)
→ Fosfolipiden (PL) zijn amfipathisch: een hydrofiel hoofd met hydrofobe vetzuurstaart die
gekoppeld is aan een glycerol molecule, vandaar de naam triglyceride.
→ Vormen in waterig milieu micellen of dubbellaag met spontane opvouwing / regeneratie (polaire
koppen wijzen naar waterig milieu)
→ Fosfolipiden van dierlijke cellen bevatten meestal 1 verzadigde (geen knik / dubbele binding) en 1
onverzadigde (knik / dubbele binding) vetzuurstaart.
→ De vetzuurstaarten beïnvloeden de vloeibaarheid, structuur en dikte van de lipide membraan.
→ Zijn extreem temperatuurgevoelig: gel-sol state
- Gel = weinig beweeglijk
- Sol = beweeglijk / vloeibaar
- Cholesterol: zorgt voor stijver membraan
Fosfolipide compositie bepaalt de vloeibaarheid & smelt temperatuur of
transitie temperatuur (Tm) tussen vaste ‘gel’ en vloeibare ‘sol’ fase
→ Kort en onverzadigde vetzuren
→ hebben een zwakke pakking -> lage transitietemperatuur hebben (Tm) & snel vloeibaar
worden.
→ Nadeel: membraan scheurt sneller en vertoont gaten -> meer permeabel is
→ Lange en verzadigde vetzuren
→ hebben een dense pakking -> hoge Tm hebben & langer hun vaste staat behouden
→ Biologisch membraan
→ Dezelfde algemene principes als bij een zuiver PL membraan, maar meerdere soorten
lipiden met cholesterol tussenin zorgt van een mindere permeabiliteit
Functie cholesterol in membraan
→ Hoge hoeveelheid cholesterol -> reageert met zichzelf = vloeibaarder
→ Lage hoeveelheid cholesterol -> membraan verdikt en wordt stijver
+ voorkomt kristallisatie van fosfolipide-staarten
Dynamische membranen – vloeibaar
→ Vloeibaarheid vs laterale diffusie in leaflet + rotatie (van links naar rechts bewegen)
→ Dikte membranen: 10nm
Flippasen = van buiten naar binnen + behoren tot ABC-transporten (P4-type ATPase)-families
-> energieafhankelijk / unidirectioneel -> energie van ATP-hydrolyse gebruiken
Floppasen = van binnen naar buiten
-> energieafhankelijk / unidirectioneel -> energie van ATP-hydrolyse gebruiken
Scramblasen = deeltje van binnen naar buiten en omgekeerd zodat er geen energie nodig is
-> energieonafhankelijk en bidirectioneel -> omkeerbare equilibratie van fosfolipide tussen de twee zijden
ontstaat
1
,Asymmetrie van de membraan (leaflets) – cholesterol verplaats makkelijker dan fosfolipiden
→ Buitenkant = suikers ; binnenkant: negatieve ionen, fosfaten -> communicatie cel tot cel
→ Intercellulaire rijde is negatief geladen tov extracellulair membraan
→ Kegeltjes tegen elkaar = membraan buigt door volgorde lipiden
→ Asymmetrie beïnvloedt de buiging (curvature) en vloeibaarheid van de membraan (extracellulair
stijver dan intracellulair)
→ Ook betrokken bij ‘second messenger’ signaal cascades zoals PiP2 aan intracellulaire zijde bij het
opwekken vd cel-respons op veranderende extracellulaire stimuli
-> extracellulair signaal omgezet in intracellulair signaal!
Membraan proteïnen = integraal (in plasmamembraan) of perifeer (niet in plasmamembraan)
A. Geen rechtstreeks contact met de
membraan
B. Volledig door membraan -> α-helix
zodanig opgevouwt dat hydrofoob naar
buiten is
= energiebesparende manier om door
membraan te gaan
C. Meerdere domeinen door membraan
D. Half in membraan
E. Verbonden met fosfolipiden
F. Vebronden met vetzuurgroep
= afh van celtype !!
Mutaties hierin geven aanleiding tot ziektes
Cel-matrix adhesie moleculen (integraal) -> matrix houdt cellen in vorm en kan hechten
Porie = opening tussen transmembranaire segmenten -> ion-kanalen lopen hierdoor
= transport van wateroplosbare substanties (vb: ionkanalen – belangrijk voor elektrische signalen)
Microdomeinen bevatten typisch meer cholesterol, sphingolipiden
= dikkere membraan, leaflet-leaflet interacties via fosfolipiden kunnen variëren, accumulatie van
membraan proteïnes (membranen zijn dus niet overal hetzelfde)
→ Lipid rafts: ruimtelijke organisatie vh membraan
-> signaaltransductie = helpt bij het doorgeven van signalen in de cel (PiP2)
-> receptoractivatie = maken het makkelijker dat receptoren geactiveerd worden
-> transportprocessen = verplaatsen lipiden en eiwitten tussen ER, golgi, endosomen &
plasmamembraan
2
,CEL-CEL COMMUNICATIE
Directe cel-cel communicatie – juxtacriene communicatie:
Adhering junctions = geen sterk geordende structuur in hun extracellulaire regio + zijn calciumafhankelijk
+ maken gebruik van cadherines
Desmosomen = sterk geordende extracellulaire structuur + kunnen calciumonafhankelijke hyperadhesie
vertonen + maken gebruik van cadherines
Tight junction = tussen cellen kan er niet veel meer -> lijm die cellen aan elkaar plakt (CAMs =
celadhesiemoleculen) – directe binding tussen cellen
Gap Junctions = hemiconnexon (6 connexines) van naburige cellen assembleren in een connexon
-> openen / sluiten wordt gereguleerd door pH, Ca2+, cAMP
Veel connexons samen = gap junction
- Chemisch contact: moleculen tot ongeveer Da zijn permeabel
- Elektrisch contact: inter-cellulaire porie met lage weerstand (verplaatsing ionen)
→ 1 gap junctiekanaal = uit 2 connexonen = 2x 6 connexinen (= hemiconnexon) -> hexameer
→ Gap juncties = intercellulaire kanalen (belangrijk in vb hart – heel snel)
Chemische Cel-Cel Communicatie = nodig voor coördinatie cel activiteiten
Endocriene Signalen: Hormonen (mediator) worden door endocriene klieren in de bloedbaan
uitgescheiden en bereiken hun doelcellen op afstand -> traag mechanisme + specifieke receptor voor
specifiek hormoon. Receptor heeft nanomoleculaire (nM) affiniteit voor hormoon -> lage concentratie
hormoon vereist, maar dissociatie is traag.
Paracriene Signalen: Chemische stoffen worden door een cel uitgescheiden in de extracellulaire ruimte
en werken op naburige cellen. Ze zijn dicht bij elkaar maar maken geen rechtstreeks contact. Vb: NT.
Specificiteit in synaps
Autocriene Signalen: Cellen scheiden signalen uit die terugwerken op zichzelf, wat vaak voorkomt in
processen zoals celdifferentiatie en immuunresponsen -> gaat zichzelf controleren met behulp van
processen die de cel direct kunnen beïnvloeden
4 verschillende: endocrien, paracrien, autocrien en juxtacrien
3
, Voorbeeld paracrine signalisatie – vrijzetting van neurotransmitter via exocytose (omgezet nr beweging)
Bij het toekomen worden er bepaalde neurotransmitters gemaakt
en worden door exocytose in synaps vrijgezet.
Die binden aan receptoren en voeren hun functie uit + signaal
wordt verder gezet
Belangrijk: neurotransmitter is slechts tijdelijk aanwezig
- Endocytose (heropname) van NT = recyclage
- Afbraak NT door enzymes in synaptische spleet (synaptic cleft)
- Geïmmobiliseerd door ECM
= strikt gereguleerd
-> micromoleculaire affiniteit = lagere affiniteit -> lagere affiniteit dus hoge concentratie
Voordeel: korte neurotransmitter-receptor interactie
Types chemische signalen
- amines (epinephrine (adrenaline), acetylcholine (Ach), …)
- peptiden / proteïnen (insuline, angiotensin 2, …)
- steroide hormonen (oestrogeen, cortisol, vitamine D, …)
- eicosanoids (afgeleid van arachidonic acid, vb: prostaglandine, …)
- kleine moleculen (gassen CO2 / NO, amino-acids, nucleotiden, ionen (Ca2+)
- temperatuur, licht, membraan tensie / stijfheid, voltage/spanning
Signalisatie via membraan-geassocieerde receptoren – STAPPEN
1. Herkenning van het signaal door de receptor (verschillende manieren)
3 types niet-covalente interacties = bi-moleculaire reactie
- Ionische interactie
- Waterstofbruggen
- Van der Waals interacties
R = receptor ; X = ligand
𝒍
-> KD =
𝒌
[𝑹] ∗[𝒙]
Dissociatie constante = representatief voor affiniteit -> KD = [ ] (hoe goed een receptor aan een ligand bindt)
𝑹𝑿
Hoge KD waarde = slecht binden, lage affiniteit en omgekeerd (omgekeerd evenredig)
Dosis (concentratie) – effect curve (hoe hoger de dosis, hoe hoger het effect)
Coöperativiteit van ligand binding tussen bindingsplaatsen -> steile dosis (concentratie) – effect curve
Hill functie = gebruikt om dosis-effect curves te fitten
Hill nummer, n = verwijst naar de graad van coöperativiteit tussen de bindingsplaatsen
-> ligand kan soms op meerdere plaatsen binden
Vanaf binding 1 ligand = makkelijker om aan een tweede te binden = coöperativiteit (belangrijk voor
geneesmiddelen) = farmacologie
4
Fysiologie = is nu en is altijd de studie geweest van de homeostatische mechanismen waardoor een
organisme kan blijven bestaan ondanks de steeds veranderende druk die wordt opgelegd door een
vijandige omgeving
Membraan = dynamische structuur die compartimenten uit elkaar houdt en het toestaat om tussen deze
te communiceren (elke cel heeft een membraan rond zich) – basisbron = lipiden
FOSFOLIPIDEN (miljarden per cel)
→ Fosfolipiden (PL) zijn amfipathisch: een hydrofiel hoofd met hydrofobe vetzuurstaart die
gekoppeld is aan een glycerol molecule, vandaar de naam triglyceride.
→ Vormen in waterig milieu micellen of dubbellaag met spontane opvouwing / regeneratie (polaire
koppen wijzen naar waterig milieu)
→ Fosfolipiden van dierlijke cellen bevatten meestal 1 verzadigde (geen knik / dubbele binding) en 1
onverzadigde (knik / dubbele binding) vetzuurstaart.
→ De vetzuurstaarten beïnvloeden de vloeibaarheid, structuur en dikte van de lipide membraan.
→ Zijn extreem temperatuurgevoelig: gel-sol state
- Gel = weinig beweeglijk
- Sol = beweeglijk / vloeibaar
- Cholesterol: zorgt voor stijver membraan
Fosfolipide compositie bepaalt de vloeibaarheid & smelt temperatuur of
transitie temperatuur (Tm) tussen vaste ‘gel’ en vloeibare ‘sol’ fase
→ Kort en onverzadigde vetzuren
→ hebben een zwakke pakking -> lage transitietemperatuur hebben (Tm) & snel vloeibaar
worden.
→ Nadeel: membraan scheurt sneller en vertoont gaten -> meer permeabel is
→ Lange en verzadigde vetzuren
→ hebben een dense pakking -> hoge Tm hebben & langer hun vaste staat behouden
→ Biologisch membraan
→ Dezelfde algemene principes als bij een zuiver PL membraan, maar meerdere soorten
lipiden met cholesterol tussenin zorgt van een mindere permeabiliteit
Functie cholesterol in membraan
→ Hoge hoeveelheid cholesterol -> reageert met zichzelf = vloeibaarder
→ Lage hoeveelheid cholesterol -> membraan verdikt en wordt stijver
+ voorkomt kristallisatie van fosfolipide-staarten
Dynamische membranen – vloeibaar
→ Vloeibaarheid vs laterale diffusie in leaflet + rotatie (van links naar rechts bewegen)
→ Dikte membranen: 10nm
Flippasen = van buiten naar binnen + behoren tot ABC-transporten (P4-type ATPase)-families
-> energieafhankelijk / unidirectioneel -> energie van ATP-hydrolyse gebruiken
Floppasen = van binnen naar buiten
-> energieafhankelijk / unidirectioneel -> energie van ATP-hydrolyse gebruiken
Scramblasen = deeltje van binnen naar buiten en omgekeerd zodat er geen energie nodig is
-> energieonafhankelijk en bidirectioneel -> omkeerbare equilibratie van fosfolipide tussen de twee zijden
ontstaat
1
,Asymmetrie van de membraan (leaflets) – cholesterol verplaats makkelijker dan fosfolipiden
→ Buitenkant = suikers ; binnenkant: negatieve ionen, fosfaten -> communicatie cel tot cel
→ Intercellulaire rijde is negatief geladen tov extracellulair membraan
→ Kegeltjes tegen elkaar = membraan buigt door volgorde lipiden
→ Asymmetrie beïnvloedt de buiging (curvature) en vloeibaarheid van de membraan (extracellulair
stijver dan intracellulair)
→ Ook betrokken bij ‘second messenger’ signaal cascades zoals PiP2 aan intracellulaire zijde bij het
opwekken vd cel-respons op veranderende extracellulaire stimuli
-> extracellulair signaal omgezet in intracellulair signaal!
Membraan proteïnen = integraal (in plasmamembraan) of perifeer (niet in plasmamembraan)
A. Geen rechtstreeks contact met de
membraan
B. Volledig door membraan -> α-helix
zodanig opgevouwt dat hydrofoob naar
buiten is
= energiebesparende manier om door
membraan te gaan
C. Meerdere domeinen door membraan
D. Half in membraan
E. Verbonden met fosfolipiden
F. Vebronden met vetzuurgroep
= afh van celtype !!
Mutaties hierin geven aanleiding tot ziektes
Cel-matrix adhesie moleculen (integraal) -> matrix houdt cellen in vorm en kan hechten
Porie = opening tussen transmembranaire segmenten -> ion-kanalen lopen hierdoor
= transport van wateroplosbare substanties (vb: ionkanalen – belangrijk voor elektrische signalen)
Microdomeinen bevatten typisch meer cholesterol, sphingolipiden
= dikkere membraan, leaflet-leaflet interacties via fosfolipiden kunnen variëren, accumulatie van
membraan proteïnes (membranen zijn dus niet overal hetzelfde)
→ Lipid rafts: ruimtelijke organisatie vh membraan
-> signaaltransductie = helpt bij het doorgeven van signalen in de cel (PiP2)
-> receptoractivatie = maken het makkelijker dat receptoren geactiveerd worden
-> transportprocessen = verplaatsen lipiden en eiwitten tussen ER, golgi, endosomen &
plasmamembraan
2
,CEL-CEL COMMUNICATIE
Directe cel-cel communicatie – juxtacriene communicatie:
Adhering junctions = geen sterk geordende structuur in hun extracellulaire regio + zijn calciumafhankelijk
+ maken gebruik van cadherines
Desmosomen = sterk geordende extracellulaire structuur + kunnen calciumonafhankelijke hyperadhesie
vertonen + maken gebruik van cadherines
Tight junction = tussen cellen kan er niet veel meer -> lijm die cellen aan elkaar plakt (CAMs =
celadhesiemoleculen) – directe binding tussen cellen
Gap Junctions = hemiconnexon (6 connexines) van naburige cellen assembleren in een connexon
-> openen / sluiten wordt gereguleerd door pH, Ca2+, cAMP
Veel connexons samen = gap junction
- Chemisch contact: moleculen tot ongeveer Da zijn permeabel
- Elektrisch contact: inter-cellulaire porie met lage weerstand (verplaatsing ionen)
→ 1 gap junctiekanaal = uit 2 connexonen = 2x 6 connexinen (= hemiconnexon) -> hexameer
→ Gap juncties = intercellulaire kanalen (belangrijk in vb hart – heel snel)
Chemische Cel-Cel Communicatie = nodig voor coördinatie cel activiteiten
Endocriene Signalen: Hormonen (mediator) worden door endocriene klieren in de bloedbaan
uitgescheiden en bereiken hun doelcellen op afstand -> traag mechanisme + specifieke receptor voor
specifiek hormoon. Receptor heeft nanomoleculaire (nM) affiniteit voor hormoon -> lage concentratie
hormoon vereist, maar dissociatie is traag.
Paracriene Signalen: Chemische stoffen worden door een cel uitgescheiden in de extracellulaire ruimte
en werken op naburige cellen. Ze zijn dicht bij elkaar maar maken geen rechtstreeks contact. Vb: NT.
Specificiteit in synaps
Autocriene Signalen: Cellen scheiden signalen uit die terugwerken op zichzelf, wat vaak voorkomt in
processen zoals celdifferentiatie en immuunresponsen -> gaat zichzelf controleren met behulp van
processen die de cel direct kunnen beïnvloeden
4 verschillende: endocrien, paracrien, autocrien en juxtacrien
3
, Voorbeeld paracrine signalisatie – vrijzetting van neurotransmitter via exocytose (omgezet nr beweging)
Bij het toekomen worden er bepaalde neurotransmitters gemaakt
en worden door exocytose in synaps vrijgezet.
Die binden aan receptoren en voeren hun functie uit + signaal
wordt verder gezet
Belangrijk: neurotransmitter is slechts tijdelijk aanwezig
- Endocytose (heropname) van NT = recyclage
- Afbraak NT door enzymes in synaptische spleet (synaptic cleft)
- Geïmmobiliseerd door ECM
= strikt gereguleerd
-> micromoleculaire affiniteit = lagere affiniteit -> lagere affiniteit dus hoge concentratie
Voordeel: korte neurotransmitter-receptor interactie
Types chemische signalen
- amines (epinephrine (adrenaline), acetylcholine (Ach), …)
- peptiden / proteïnen (insuline, angiotensin 2, …)
- steroide hormonen (oestrogeen, cortisol, vitamine D, …)
- eicosanoids (afgeleid van arachidonic acid, vb: prostaglandine, …)
- kleine moleculen (gassen CO2 / NO, amino-acids, nucleotiden, ionen (Ca2+)
- temperatuur, licht, membraan tensie / stijfheid, voltage/spanning
Signalisatie via membraan-geassocieerde receptoren – STAPPEN
1. Herkenning van het signaal door de receptor (verschillende manieren)
3 types niet-covalente interacties = bi-moleculaire reactie
- Ionische interactie
- Waterstofbruggen
- Van der Waals interacties
R = receptor ; X = ligand
𝒍
-> KD =
𝒌
[𝑹] ∗[𝒙]
Dissociatie constante = representatief voor affiniteit -> KD = [ ] (hoe goed een receptor aan een ligand bindt)
𝑹𝑿
Hoge KD waarde = slecht binden, lage affiniteit en omgekeerd (omgekeerd evenredig)
Dosis (concentratie) – effect curve (hoe hoger de dosis, hoe hoger het effect)
Coöperativiteit van ligand binding tussen bindingsplaatsen -> steile dosis (concentratie) – effect curve
Hill functie = gebruikt om dosis-effect curves te fitten
Hill nummer, n = verwijst naar de graad van coöperativiteit tussen de bindingsplaatsen
-> ligand kan soms op meerdere plaatsen binden
Vanaf binding 1 ligand = makkelijker om aan een tweede te binden = coöperativiteit (belangrijk voor
geneesmiddelen) = farmacologie
4
