Celbiologie
Hoofdstuk 1: Cellen en organellen
→ zie extra blad
Hoofdstuk 2: Biomembranen
Functies
1. Afbakening en permeabiliteitsbarrière
→ niet doorlaatbaar voor hydrofiele (ionen, glucose, AZ) en grote moleculen
→ doorlaatbaar voor apolaire stoffen
2. Subcellulaire lokalisering van specifieke functies
→ eiwitten verlenen specifieke functies aan membranen en organellen
Transmembranair transport van moleculen
→ transportsysteem voor ionen, organische moleculen en macromoleculen (DNA, RNA)
3. Cellulaire communicatie
→ ontvangen en doorgeven van signalen (chemisch en elektrisch)
→ signaaltransductie
4. Celadhesie
→ cel - matrix interactie: vasthechting aan ECM
→ cel - cel interactie: adhesie en communicatie (junctions)
Het Fluïd mosaic model
Structuur
Opgebouwd uit lipiden en eiwitten (in verschillende verhoudingen)
Hydrofiele buitenkant, hydrofobe kern
Dikte 6-8 nm (hoe verder naar het extracellulaire hoe dikker)
Eigenschappen
1. Spontane vorming van lipidendubbellaag
→ laterale associatie van hydrofobe staarten
→ interacties van hydrofiele hoofdjes met H2O en onderling op basis van elektrostatische
interacties en H-bruggen
2. Membraaneiwitten associëren met de lipidendubbellaag
→ Wisselende verhouding van eiwitten en lipiden ifv celtype/celorganel
3. Fluïditeit: laterale beweging van lipiden en eiwitten
→ De lipiden >> de eiwitten (omwille van de moleculaire massa en restrictie door binding
cytoskelet)
1
, 4. Bijkomend: vorming van microdomeinen (lipid rafts)
→ specifieke samenstelling en fysische eigenschappen
→ selectieve zelf associatie van specifieke membraanlipiden (cholesterol en fosfolipiden met
verzadigde vetzuren
→ specifieke functies in signaaltransductie, membraantransport, …
Membraan proteïnen
3 types:
- Integrale membraaneiwitten
→ Integraal monotopisch: deel van eiwitketen=hydrofoob → ingebed in membraan.
→ Single Pass: gaat 1 keer volledig door het membraan.
→ Multi-pass: verschillende transmembranaire segmenten (hydrofiel centraal deel: porie)
→ Multi-subunit: verschillende multi of single pass eiwitten samen in 1 functioneel eiwit.
- Perifeer membraaneiwit: niet covalente associatie met lipiden hoofdjes of eiwitten
- Vetanker eiwitten: eiwitten met een isoprenyl of vetzuur anker
Intergrale membraaneiwitten
α-helix in peptideketen = secundair structuurelement
- 3,6 aminozuren per winding en 0,54 nm tussen twee windingen
- interne waterstofbruggen tussen peptidebindingen
→ NH van aminozuur i ↔ CO van aminozuur i+4
- Zijgroepen steken naar buiten uit.
Transmembranaire a-helix
- Lengte: 20 à 30 aminozuren: 3 a 4,5 nm → voldoende lang om door hydrofobe deel van
membraan te gaan
- Hydrofobe zijgroepen → inbedding in hydrofobe deel van membraan
Perifere membraaneiwitten
Niet-covalente interactie met membraanlipiden of andere membraaneiwitten
- Elektrostatische interacties
→ Rol van negatief geladen fosfolipiden (PS en PI) in cytosolisch blad van PM
2
, - H-bruggen
Vet verankerde membraaneiwitten
Type van vetanker: verschilt naargelang blad van membraan
→ Exoplasmatisch blad: GPI anker (glycolipide in EPB)
→ Cytosolisch blad: vetzuurketen (C14:0 of C16:0) of isoprenylanker (farnesyl of geranylgeranyl)
Covalente binding van vetanker aan eiwit vergt posttranslationele modificatie.
→ Vereist enzymatische reactie → farmacologisch doelwit!
Topologie van een membraaneiwit
Aantal transmembranaire segmenten + oriëntatie tov membraan
→ w bepaald bij biosynthese; nadien geen verandering
→ exoplasmatische ↔ cytoplasmatische delen
Functies van een membraaneiwit
Staan in voor biologische activiteit van membraan
- Enzymatische reacties (bv. glucose-6-fosfatase, CYP450)
- Transporteiwitten (carriers,kanalen, pompen, symporters, antiporters, …)
- Receptoren en signaaltransductie-eiwitten
- Celadhesie aan ECM
- Cel-cel interactie → adhesie en communicatie
Glycosylering van membraaneiwitten
Aanwezigheid van suikers in exoplasmatisch blad vanmembraan door covalente binding aan
- Glycolipiden: suiker(s) als hydrofiel hoofd van membraanlipide (covalent gebonden
suikergroep)
- Glycoproteïnen:
→ N-linked: aan N van Asn
→ O-linked: aan OH van Ser of Thr
→ O-linked: aan OH van OH-Pro/Lys
Glycosylering = proces van covalente binding van suiker aan eiwit of lipide
- Aanhechting suikergroep tijdens biosynthese in ER/Golgi
- Nadien modificatie van suikergroep in Golgi apparaat
- Verschillen tussen glycoproteïnen ifv aantallen identiteit van suikermoleculen(galactose,
mannose, N-acetylglucosamine,fucose, siaalzuur…)
→ structurele en functionele diversiteit van glycoproteïnen
Glycocalixlaag
Extracellulaire suikerlaag aan celoppervlak
- Gevormd door glycolipiden en glycoproteïnen in EPB van PM
- Moleculaire diversiteit ifv samenstelling van suikers (aantal en moleculaire identiteit)
Functie
- Celadhesie
3
, - Celrecognitie
→ ABO bloedgroepensysteem
→ Binding van antilichamen
- Signaaltransductie: binding van signaalmoleculen
- Bescherming van celoppervlak
Membraaneiwit mobiliteit
- Laterale mobiliteit van membraaneiwitten is temperatuurafhankelijk
- grote variatie in snelheid en beweging
Membraanlipiden
klasse hydrofiel hydrofoob voorbeeld
fosfolipiden fosfaat koolwaterstofketens fosfoglyceriden en
sfingolipiden
glycolipiden 1 of meerdere suikermoleculen koolwaterstofketens cerebrosiden of
gangliosiden
sterolen -OH groep 4-ring koolwaterstof cholesterol
structuur
Sterool: vormt geen lipidendubbellaag, omdat het hydrofiele deel te klein
is
Fosfoglyceriden
- glycerol ruggengraat: C1-C2-C3 (alcohol met 3 C atomen)
- Hydrofobe staart
→ 2 VZ ketens: veresterd op C1 en C2 van glycerol
→ Variatie in lente (C12 - C20) en verzadiging
- Hydrofiel hoofd
→ fosfaat veresterd op C3
→ Bijkomende restgroep: -P-O-R (→ specifieke naam)
→ netto lading: -/0/+
fosfaat: negatieve lading bij pH 7
R-groep: negatief/ neutraal/ positief
Vetzuren in membraanlipiden
Hydrofobe onderdeel van fosfolipiden en glycolipiden
→ Verantwoordelijk voor laterale associatie van lipiden en hydrofobe barrière van membraan
Variatie in lengte (C12 tot C20) → bepalend voor dikte van membraan en fluïditeit van membraan
4
Hoofdstuk 1: Cellen en organellen
→ zie extra blad
Hoofdstuk 2: Biomembranen
Functies
1. Afbakening en permeabiliteitsbarrière
→ niet doorlaatbaar voor hydrofiele (ionen, glucose, AZ) en grote moleculen
→ doorlaatbaar voor apolaire stoffen
2. Subcellulaire lokalisering van specifieke functies
→ eiwitten verlenen specifieke functies aan membranen en organellen
Transmembranair transport van moleculen
→ transportsysteem voor ionen, organische moleculen en macromoleculen (DNA, RNA)
3. Cellulaire communicatie
→ ontvangen en doorgeven van signalen (chemisch en elektrisch)
→ signaaltransductie
4. Celadhesie
→ cel - matrix interactie: vasthechting aan ECM
→ cel - cel interactie: adhesie en communicatie (junctions)
Het Fluïd mosaic model
Structuur
Opgebouwd uit lipiden en eiwitten (in verschillende verhoudingen)
Hydrofiele buitenkant, hydrofobe kern
Dikte 6-8 nm (hoe verder naar het extracellulaire hoe dikker)
Eigenschappen
1. Spontane vorming van lipidendubbellaag
→ laterale associatie van hydrofobe staarten
→ interacties van hydrofiele hoofdjes met H2O en onderling op basis van elektrostatische
interacties en H-bruggen
2. Membraaneiwitten associëren met de lipidendubbellaag
→ Wisselende verhouding van eiwitten en lipiden ifv celtype/celorganel
3. Fluïditeit: laterale beweging van lipiden en eiwitten
→ De lipiden >> de eiwitten (omwille van de moleculaire massa en restrictie door binding
cytoskelet)
1
, 4. Bijkomend: vorming van microdomeinen (lipid rafts)
→ specifieke samenstelling en fysische eigenschappen
→ selectieve zelf associatie van specifieke membraanlipiden (cholesterol en fosfolipiden met
verzadigde vetzuren
→ specifieke functies in signaaltransductie, membraantransport, …
Membraan proteïnen
3 types:
- Integrale membraaneiwitten
→ Integraal monotopisch: deel van eiwitketen=hydrofoob → ingebed in membraan.
→ Single Pass: gaat 1 keer volledig door het membraan.
→ Multi-pass: verschillende transmembranaire segmenten (hydrofiel centraal deel: porie)
→ Multi-subunit: verschillende multi of single pass eiwitten samen in 1 functioneel eiwit.
- Perifeer membraaneiwit: niet covalente associatie met lipiden hoofdjes of eiwitten
- Vetanker eiwitten: eiwitten met een isoprenyl of vetzuur anker
Intergrale membraaneiwitten
α-helix in peptideketen = secundair structuurelement
- 3,6 aminozuren per winding en 0,54 nm tussen twee windingen
- interne waterstofbruggen tussen peptidebindingen
→ NH van aminozuur i ↔ CO van aminozuur i+4
- Zijgroepen steken naar buiten uit.
Transmembranaire a-helix
- Lengte: 20 à 30 aminozuren: 3 a 4,5 nm → voldoende lang om door hydrofobe deel van
membraan te gaan
- Hydrofobe zijgroepen → inbedding in hydrofobe deel van membraan
Perifere membraaneiwitten
Niet-covalente interactie met membraanlipiden of andere membraaneiwitten
- Elektrostatische interacties
→ Rol van negatief geladen fosfolipiden (PS en PI) in cytosolisch blad van PM
2
, - H-bruggen
Vet verankerde membraaneiwitten
Type van vetanker: verschilt naargelang blad van membraan
→ Exoplasmatisch blad: GPI anker (glycolipide in EPB)
→ Cytosolisch blad: vetzuurketen (C14:0 of C16:0) of isoprenylanker (farnesyl of geranylgeranyl)
Covalente binding van vetanker aan eiwit vergt posttranslationele modificatie.
→ Vereist enzymatische reactie → farmacologisch doelwit!
Topologie van een membraaneiwit
Aantal transmembranaire segmenten + oriëntatie tov membraan
→ w bepaald bij biosynthese; nadien geen verandering
→ exoplasmatische ↔ cytoplasmatische delen
Functies van een membraaneiwit
Staan in voor biologische activiteit van membraan
- Enzymatische reacties (bv. glucose-6-fosfatase, CYP450)
- Transporteiwitten (carriers,kanalen, pompen, symporters, antiporters, …)
- Receptoren en signaaltransductie-eiwitten
- Celadhesie aan ECM
- Cel-cel interactie → adhesie en communicatie
Glycosylering van membraaneiwitten
Aanwezigheid van suikers in exoplasmatisch blad vanmembraan door covalente binding aan
- Glycolipiden: suiker(s) als hydrofiel hoofd van membraanlipide (covalent gebonden
suikergroep)
- Glycoproteïnen:
→ N-linked: aan N van Asn
→ O-linked: aan OH van Ser of Thr
→ O-linked: aan OH van OH-Pro/Lys
Glycosylering = proces van covalente binding van suiker aan eiwit of lipide
- Aanhechting suikergroep tijdens biosynthese in ER/Golgi
- Nadien modificatie van suikergroep in Golgi apparaat
- Verschillen tussen glycoproteïnen ifv aantallen identiteit van suikermoleculen(galactose,
mannose, N-acetylglucosamine,fucose, siaalzuur…)
→ structurele en functionele diversiteit van glycoproteïnen
Glycocalixlaag
Extracellulaire suikerlaag aan celoppervlak
- Gevormd door glycolipiden en glycoproteïnen in EPB van PM
- Moleculaire diversiteit ifv samenstelling van suikers (aantal en moleculaire identiteit)
Functie
- Celadhesie
3
, - Celrecognitie
→ ABO bloedgroepensysteem
→ Binding van antilichamen
- Signaaltransductie: binding van signaalmoleculen
- Bescherming van celoppervlak
Membraaneiwit mobiliteit
- Laterale mobiliteit van membraaneiwitten is temperatuurafhankelijk
- grote variatie in snelheid en beweging
Membraanlipiden
klasse hydrofiel hydrofoob voorbeeld
fosfolipiden fosfaat koolwaterstofketens fosfoglyceriden en
sfingolipiden
glycolipiden 1 of meerdere suikermoleculen koolwaterstofketens cerebrosiden of
gangliosiden
sterolen -OH groep 4-ring koolwaterstof cholesterol
structuur
Sterool: vormt geen lipidendubbellaag, omdat het hydrofiele deel te klein
is
Fosfoglyceriden
- glycerol ruggengraat: C1-C2-C3 (alcohol met 3 C atomen)
- Hydrofobe staart
→ 2 VZ ketens: veresterd op C1 en C2 van glycerol
→ Variatie in lente (C12 - C20) en verzadiging
- Hydrofiel hoofd
→ fosfaat veresterd op C3
→ Bijkomende restgroep: -P-O-R (→ specifieke naam)
→ netto lading: -/0/+
fosfaat: negatieve lading bij pH 7
R-groep: negatief/ neutraal/ positief
Vetzuren in membraanlipiden
Hydrofobe onderdeel van fosfolipiden en glycolipiden
→ Verantwoordelijk voor laterale associatie van lipiden en hydrofobe barrière van membraan
Variatie in lengte (C12 tot C20) → bepalend voor dikte van membraan en fluïditeit van membraan
4
