Examenvragen Cellulaire fysiologie
Hoofdstuk 2: membrane structure
1) Geef de algemene structuur van fosfolipiedes en de opbouw
van het plasmamembraan, inclusief regulatie vloeibaarheid
en rol van cholesterol
Fosfolipide is amfipathisch:
- Hydrofiel (polair) hoofdje
o kan bestaan uit glycerol, fosfaatgroep of een functionele groep
(bv. serine, choline,…)
o is vaak een kleine molecule
- Hydrofoob (apolaire) staart
o Bestaat uit 2 vetzuurketens
kunnen verzadigd of onverzadigd (met dubbele bindingen) zijn
kunnen verschillende lengtes hebben
kunnen ook acylgroepen zijn
2 Soorten vetzuurstaarten :
➢ Verzadigde vetzuren = Bevat alleen enkele bindingen
○ Zijn lang, hebben sterke interacties
○ Lage verzadigde vetzuurketens hebben een sterke i
○ Lange verzadigde vetzuurketens hebben een sterke
interactie met elkaar, een dichte (dense) packing en voren
een vast membraan
○ Hoge Tm
➢ Onverzadigde vetzuren = Bevat dubbele bindingen, knik
○ Zijn korter, vloeibaarder (hoe meer verzadigd, hoe meer vloeibaar)
○ Korte en onverzadigde vetzuren vertonen een zwakke interactie met elkaar, en
vormen dus een vloeibaar membraan (lagere Tm). Een gevolg van deze zwakke
packing is dat het membraan scheuren/gaten vertoont en dus permeabel wordt.
○ Lage Tm
Kenmerken fosfolipide dubbellaag:
Fosfolipiden bevinden zich in de binnenste / buitenste laag.
o Binnenzijde (IC): fosfatidylinositol (functie bij signaal transductie)
o Buitenzijde (EC): glycolipiden
vormen spontaan micellen in aanwezigheid van water met dubbele laag (spontaan proces)
hydrofobe staarten naar binnen gericht (centraal)
hydrofiele hoofden naar cytoplasma + ook naar extracellulair milieu
fosfolipiden dubbellaag is zelfsluitend
De fysische eigenschappen van fosfolipiden bepaald door de transitietemperatuur
= de overgang van gel naar vloeibaar
Lange ketens, verzadigd: hebben een hoge temperatuur (dens) (veel interactie tussen
staarten)
Kort, vertakte ketens, onverzadigd: lage transitietemperatuur (vloeibaar) (belemmeren
interactie, want door knik staarten moeilijker interageren)
1
,Transitietemperatuur is afhankelijk van de eigenschappen van fosfolipiden
Cholesterol heeft ook invloed:
concentratie aan cholesterol is extra- en intracellulair, want kan wel aan flipflop doen
Het verhindert dat 2 vetzuren dicht bij elkaar komen en kunnen interageren
in lage concentraties: stijfheid membraan verhogen membraan is minder permeabel
voorkomt kristallisatie van staarten
in hoge concentraties: vloeibaarheid membraan verhogen, want door structuur cholesterol
zullen de staarten van FS verder uit elkaar zitten binnen het membraan is het dus
vloeibaar
aan opp: zorgt dat oppervlakte van membraan verstevigd en minder doorlaatbaar wordt
(ring cholesterol stabiliseert hoofd membraan aan opp. minder permeabel)
Lipid rafts hebben ook invloed:
= lokale concentraties aan specifieke lipiden, proteïnen, cholesterol en sfingomyeline
zorgen ook voor asymmetrie in celmembraan
o Invloed op lokale vloeibaarheid, concentraties van bepaalde membraanproteïnen met
specifieke functies zoals signaaltransductie.
o Waar ze zitten, is het membraan dikker
Beweging fosfolipiden:
Soorten bewegingen: flip flop, rotatie/flexie en diffusie
Flip flop zeldzaam energiebarrière te groot om polair hoofdje door een hydrofoob deel te brengen
enzymes nodig (verbruiken ATP)
o Flipases: van buiten naar binnen
o Flopases: van binnen naar buiten
2) Bespreek de asymmetrie in lipiede compositie van het celmembraan: hoe wordt dit gegenereerd en wat
zijn de implicaties.
a) Er kan asymmetrie optreden in celmembraan doordat fosfolipiden verschillen in hun polair hoofd
en lengte van de vetzuurstaart
vetzuurstaarten kunnen ook verschillen in verzadigd of onverzadigd
als onverzadigd dan knik in staart waardoor fosfolipiden verder van elkaar zitten en minder
interageren
invloed op vloeibaarheid membraan + op reactie met elkaar
- Lange vetzuur ketens sterke interactie (beter contactopp door goede allignatie dichte
(dense) pakking vast
- Korte, onverzadigde vetzuren zwakke interactie (minder goed contactopp tussen staarten)
zwakke pakking vloeibaar
moet vloeibaar zijn voor beweging proteïnen
b) Ook asymmetrie membraan doordat fosfolipiden kunnen bewegen
- Laterale diffusie: bewegen in zelfde laag plamamembraan
- Rotatie: kunnen draaien
2
, - Flip-flop (van ene laag naar andere laag bewegen) enkel dmv flippase en floppase (ATP
consummerende proteïnen)
Flippase: fosfolipide van EC milieu naar IC milieu brengen
Floppase: floppase doet tegengestelde
Verschillende soorten fosfolipiden zitten op andere zijde membraan als fosfolipiden bewegen kan
dit een signaal voor de cel zijn om bv. in apoptose te gaan
c) Asymmetrie door inbouw fosfolipiden
- Als FL gesynthetiseerd in lumen GA FL wijst naar buitenzijde (EC)
- Als FL gesyntetiseerd in cytoplasmatische zijde ER wijst naar binnenzijde (IC)
Enkel voor fosfatidylcholine anders: door floppase naar buitenzijde gebracht!!
Cel weet wat binnen/buiten zijde is door negatieve FL aan cytoplasmatische zijde!!
(negatief door lading polair hoofd) (Cytoplasmatische zijde negatief geladen)
Asymmetrie beïnvloed ook buiging plasmamembraan
Als verlies asymmetrie apoptose
Hoofdstuk 3: Signaal transductie
1) Bespreek de bimoleculaire reactie van ligand-receptor interactie, inclusief concentratie-effect curve en
betekenis/impact KD waarde en Hill nummer.
Bij de ligand receptor binding zien we drie types van niet covalente interacties:
- Ion verbinding met hoge affiniteit
- Van der Waals verbindingen met lage affiniteit
- Waterstofbruggen met gemiddelde affiniteit
Bimoleculaire reactie: Receptoren R met hoge affiniteit hebben een lage ligand X dissociatie.
k
R= receptoren
L X= ligand
RX= actief complex dat cascade zal starten
K= associatie rate= snelheid waarmee complex gevormd wordt
L= dissociatie rate= hoe snel complex ontdaan
Kd=dissociatie constante, maat voor de affiniteit van receptor voor ligand
Hoeveel ligand nodig om receptor te binden en complexen te vormen + hoe
snel dissociëren
is ook de IC50 waarde= de concentratie met 50% effect 50 %
van totaal aantal ligand is gebonden aan een receptor
In reactie kijken van RX naar R+X
Eenheid: molair (M)
à Formule bepaalt concentratie ligand dat je nodig zou hebben om receptor te bezetten + hoe lang blijft
complex bestaan
Als dissociatie snelheid (L) traag is effect zal lang duren
3
,Concentratie effect curve:
X-as: ligand concentratie, Y-as: effect (= aantal receptoren da teen complex vormt met ligand)
Kd = IC50 waarde: [X] waar 50%
effect
1.0 1.0
normalized effect
normalized effect
0.8 0.8
0.6 0.6
0.4 0.4
0.2 0.2
0.0 0.0
0 20 40 60 80 100 1 10 100
[X] (mM) [X] (mM)
X-axis = [X]: linaire schaal: hyperbool -> sigmoidaal wanneer
logaritmische schaal
Kd= concentratie aan x-as waarbij we 50% effect hebben
= concentratie ligand waarbij we 50% effect hebben
(blijft niet constant)
als lage affiniteit: meer concentratie nodig voor zichtbaar effect
als hoge affiniteit: minder concentratie nodig voor effect
IC50 is ook de EC50 waarde!
hoe lager de Kd waarde, hoe hoger de affiniteit, want je hebt veel minder [X] nodig.
Hoe minder [X] je nodig hebt om 50% effect te hebben, hoe hoger de affiniteit!
Hill nummer:
Hill functie wordt gebruikt om dosis-effect curves te fitten
Hill nummer verwijst naar de graad van cooperativiteit tussen de
bindingsplaatsen
à Slaagt neer op stijlheid curve
à Blauw: om van geen effect naar wel effect te gaan is
meer dan bij rode (bereik y-as kleiner)
à Beter om range zo kort mogelijk te houden, maar
minimale veranderingen te hebben op maximale effect
te hebben
EC50= concentratie waarbij we 50% effect hebben= Kd waarde
L= concentratie ligand
n= Hill nummer
Stel dat het Hill nummer 3 is dan zijn er 3 bindingsplaatsen en deze moeten alle drie gebonden
zijn om een effect te bekomen. De bindingsplaatsen beïnvloeden elkaar dus.
cooperativiteit tussen de bindingsplaatsen: als eerste receptor gebonden aan ligand, heeft receptor 2
hogere bindingsaffiniteit, daar snellere binding
4
, Het voordeel van een hoger Hill nummer is dat de concentratie effect curve steiler is veel
efficiënter aangezien we minder ligand moeten toevoegen om een effect te bekomen
kleinere fysiologische range
2) Geef de algemene structuur van een G-protein gekoppelde receptor en bespreek de 3 belangrijkste g α
-protein effector modulatie mechanismen van G-protein gekoppelde receptors. Geef eveneens 1
voorbeeld waarbij g βγ -protein bij betrokken is (dit is dus gα -protein onafhankelijke signaling).
Structuur G-proteïne gekoppelde receptor (GPCR)
3 subunits: α , β , γ
7 transmembraan segmenten gelegen in α -helices
N-terminus is EC (bevat de receptor)+ C-terminus is IC
Ligandbindingsplaats:
o Kleine liganden binden dicht bij membraan (EX loops)
o Grotere ligandne: kunnen N-terminus mee betrekken
o Receptor gekoppeld aan G-proteïne G-proteïne
binden aan cytoplasmatische loop tussen 5 e en 6e
transmembraanhelix
Actief/niet-actief
o Geactiveerde toestand: GDP vervangen door actief GTP
G-proteïne los van de receptor + α - complex komt los van de andere
subunits
beide delen effector activeren
o Gedeactiveerde toestand: receptor GDP verankerd aan α -subunit
inactief maken: GTP hydrolyseert en vormt inactieve GDP
subunits komen los van effector + koppelen terug aan elkaar
binding aan receptor
demping signaal
metabotrope receptor: metabole reactie opwekken effectormoleculen
stimuleren adhv second messengers
monomeer
N-terminus: EC gelegen, bevat de receptor (bindingsplaats voor ligand
Activatie:
G-proteïne gekoppelde receptor geactiveerd door ligand
o Eerst ligand binding
o Dan conformatie receptor: IC deel wijzigt van conformatie Hierdoor G-
proteïne recruteren
o G-proteïne bindt met receptor GDP uitgewisseld voor GTP (nu actief)
aan alfa subeenheid
alfa subeenheid GTP gebonden: actief G-proteïne komt los van
receptor
o G-proteïne splitst zich op in actieve alfa-S en actief bète-gamma
supeenheid
beiden kunnen effectormoleculen beïnvloeden en celrespons
veroorzaken
stoppen:
o Ligand komt vrij van receptor
o Activiteit G-proteïne stop als alfa-subeenheid GTP gehydroliseerd heeft
naar GDP
5
Hoofdstuk 2: membrane structure
1) Geef de algemene structuur van fosfolipiedes en de opbouw
van het plasmamembraan, inclusief regulatie vloeibaarheid
en rol van cholesterol
Fosfolipide is amfipathisch:
- Hydrofiel (polair) hoofdje
o kan bestaan uit glycerol, fosfaatgroep of een functionele groep
(bv. serine, choline,…)
o is vaak een kleine molecule
- Hydrofoob (apolaire) staart
o Bestaat uit 2 vetzuurketens
kunnen verzadigd of onverzadigd (met dubbele bindingen) zijn
kunnen verschillende lengtes hebben
kunnen ook acylgroepen zijn
2 Soorten vetzuurstaarten :
➢ Verzadigde vetzuren = Bevat alleen enkele bindingen
○ Zijn lang, hebben sterke interacties
○ Lage verzadigde vetzuurketens hebben een sterke i
○ Lange verzadigde vetzuurketens hebben een sterke
interactie met elkaar, een dichte (dense) packing en voren
een vast membraan
○ Hoge Tm
➢ Onverzadigde vetzuren = Bevat dubbele bindingen, knik
○ Zijn korter, vloeibaarder (hoe meer verzadigd, hoe meer vloeibaar)
○ Korte en onverzadigde vetzuren vertonen een zwakke interactie met elkaar, en
vormen dus een vloeibaar membraan (lagere Tm). Een gevolg van deze zwakke
packing is dat het membraan scheuren/gaten vertoont en dus permeabel wordt.
○ Lage Tm
Kenmerken fosfolipide dubbellaag:
Fosfolipiden bevinden zich in de binnenste / buitenste laag.
o Binnenzijde (IC): fosfatidylinositol (functie bij signaal transductie)
o Buitenzijde (EC): glycolipiden
vormen spontaan micellen in aanwezigheid van water met dubbele laag (spontaan proces)
hydrofobe staarten naar binnen gericht (centraal)
hydrofiele hoofden naar cytoplasma + ook naar extracellulair milieu
fosfolipiden dubbellaag is zelfsluitend
De fysische eigenschappen van fosfolipiden bepaald door de transitietemperatuur
= de overgang van gel naar vloeibaar
Lange ketens, verzadigd: hebben een hoge temperatuur (dens) (veel interactie tussen
staarten)
Kort, vertakte ketens, onverzadigd: lage transitietemperatuur (vloeibaar) (belemmeren
interactie, want door knik staarten moeilijker interageren)
1
,Transitietemperatuur is afhankelijk van de eigenschappen van fosfolipiden
Cholesterol heeft ook invloed:
concentratie aan cholesterol is extra- en intracellulair, want kan wel aan flipflop doen
Het verhindert dat 2 vetzuren dicht bij elkaar komen en kunnen interageren
in lage concentraties: stijfheid membraan verhogen membraan is minder permeabel
voorkomt kristallisatie van staarten
in hoge concentraties: vloeibaarheid membraan verhogen, want door structuur cholesterol
zullen de staarten van FS verder uit elkaar zitten binnen het membraan is het dus
vloeibaar
aan opp: zorgt dat oppervlakte van membraan verstevigd en minder doorlaatbaar wordt
(ring cholesterol stabiliseert hoofd membraan aan opp. minder permeabel)
Lipid rafts hebben ook invloed:
= lokale concentraties aan specifieke lipiden, proteïnen, cholesterol en sfingomyeline
zorgen ook voor asymmetrie in celmembraan
o Invloed op lokale vloeibaarheid, concentraties van bepaalde membraanproteïnen met
specifieke functies zoals signaaltransductie.
o Waar ze zitten, is het membraan dikker
Beweging fosfolipiden:
Soorten bewegingen: flip flop, rotatie/flexie en diffusie
Flip flop zeldzaam energiebarrière te groot om polair hoofdje door een hydrofoob deel te brengen
enzymes nodig (verbruiken ATP)
o Flipases: van buiten naar binnen
o Flopases: van binnen naar buiten
2) Bespreek de asymmetrie in lipiede compositie van het celmembraan: hoe wordt dit gegenereerd en wat
zijn de implicaties.
a) Er kan asymmetrie optreden in celmembraan doordat fosfolipiden verschillen in hun polair hoofd
en lengte van de vetzuurstaart
vetzuurstaarten kunnen ook verschillen in verzadigd of onverzadigd
als onverzadigd dan knik in staart waardoor fosfolipiden verder van elkaar zitten en minder
interageren
invloed op vloeibaarheid membraan + op reactie met elkaar
- Lange vetzuur ketens sterke interactie (beter contactopp door goede allignatie dichte
(dense) pakking vast
- Korte, onverzadigde vetzuren zwakke interactie (minder goed contactopp tussen staarten)
zwakke pakking vloeibaar
moet vloeibaar zijn voor beweging proteïnen
b) Ook asymmetrie membraan doordat fosfolipiden kunnen bewegen
- Laterale diffusie: bewegen in zelfde laag plamamembraan
- Rotatie: kunnen draaien
2
, - Flip-flop (van ene laag naar andere laag bewegen) enkel dmv flippase en floppase (ATP
consummerende proteïnen)
Flippase: fosfolipide van EC milieu naar IC milieu brengen
Floppase: floppase doet tegengestelde
Verschillende soorten fosfolipiden zitten op andere zijde membraan als fosfolipiden bewegen kan
dit een signaal voor de cel zijn om bv. in apoptose te gaan
c) Asymmetrie door inbouw fosfolipiden
- Als FL gesynthetiseerd in lumen GA FL wijst naar buitenzijde (EC)
- Als FL gesyntetiseerd in cytoplasmatische zijde ER wijst naar binnenzijde (IC)
Enkel voor fosfatidylcholine anders: door floppase naar buitenzijde gebracht!!
Cel weet wat binnen/buiten zijde is door negatieve FL aan cytoplasmatische zijde!!
(negatief door lading polair hoofd) (Cytoplasmatische zijde negatief geladen)
Asymmetrie beïnvloed ook buiging plasmamembraan
Als verlies asymmetrie apoptose
Hoofdstuk 3: Signaal transductie
1) Bespreek de bimoleculaire reactie van ligand-receptor interactie, inclusief concentratie-effect curve en
betekenis/impact KD waarde en Hill nummer.
Bij de ligand receptor binding zien we drie types van niet covalente interacties:
- Ion verbinding met hoge affiniteit
- Van der Waals verbindingen met lage affiniteit
- Waterstofbruggen met gemiddelde affiniteit
Bimoleculaire reactie: Receptoren R met hoge affiniteit hebben een lage ligand X dissociatie.
k
R= receptoren
L X= ligand
RX= actief complex dat cascade zal starten
K= associatie rate= snelheid waarmee complex gevormd wordt
L= dissociatie rate= hoe snel complex ontdaan
Kd=dissociatie constante, maat voor de affiniteit van receptor voor ligand
Hoeveel ligand nodig om receptor te binden en complexen te vormen + hoe
snel dissociëren
is ook de IC50 waarde= de concentratie met 50% effect 50 %
van totaal aantal ligand is gebonden aan een receptor
In reactie kijken van RX naar R+X
Eenheid: molair (M)
à Formule bepaalt concentratie ligand dat je nodig zou hebben om receptor te bezetten + hoe lang blijft
complex bestaan
Als dissociatie snelheid (L) traag is effect zal lang duren
3
,Concentratie effect curve:
X-as: ligand concentratie, Y-as: effect (= aantal receptoren da teen complex vormt met ligand)
Kd = IC50 waarde: [X] waar 50%
effect
1.0 1.0
normalized effect
normalized effect
0.8 0.8
0.6 0.6
0.4 0.4
0.2 0.2
0.0 0.0
0 20 40 60 80 100 1 10 100
[X] (mM) [X] (mM)
X-axis = [X]: linaire schaal: hyperbool -> sigmoidaal wanneer
logaritmische schaal
Kd= concentratie aan x-as waarbij we 50% effect hebben
= concentratie ligand waarbij we 50% effect hebben
(blijft niet constant)
als lage affiniteit: meer concentratie nodig voor zichtbaar effect
als hoge affiniteit: minder concentratie nodig voor effect
IC50 is ook de EC50 waarde!
hoe lager de Kd waarde, hoe hoger de affiniteit, want je hebt veel minder [X] nodig.
Hoe minder [X] je nodig hebt om 50% effect te hebben, hoe hoger de affiniteit!
Hill nummer:
Hill functie wordt gebruikt om dosis-effect curves te fitten
Hill nummer verwijst naar de graad van cooperativiteit tussen de
bindingsplaatsen
à Slaagt neer op stijlheid curve
à Blauw: om van geen effect naar wel effect te gaan is
meer dan bij rode (bereik y-as kleiner)
à Beter om range zo kort mogelijk te houden, maar
minimale veranderingen te hebben op maximale effect
te hebben
EC50= concentratie waarbij we 50% effect hebben= Kd waarde
L= concentratie ligand
n= Hill nummer
Stel dat het Hill nummer 3 is dan zijn er 3 bindingsplaatsen en deze moeten alle drie gebonden
zijn om een effect te bekomen. De bindingsplaatsen beïnvloeden elkaar dus.
cooperativiteit tussen de bindingsplaatsen: als eerste receptor gebonden aan ligand, heeft receptor 2
hogere bindingsaffiniteit, daar snellere binding
4
, Het voordeel van een hoger Hill nummer is dat de concentratie effect curve steiler is veel
efficiënter aangezien we minder ligand moeten toevoegen om een effect te bekomen
kleinere fysiologische range
2) Geef de algemene structuur van een G-protein gekoppelde receptor en bespreek de 3 belangrijkste g α
-protein effector modulatie mechanismen van G-protein gekoppelde receptors. Geef eveneens 1
voorbeeld waarbij g βγ -protein bij betrokken is (dit is dus gα -protein onafhankelijke signaling).
Structuur G-proteïne gekoppelde receptor (GPCR)
3 subunits: α , β , γ
7 transmembraan segmenten gelegen in α -helices
N-terminus is EC (bevat de receptor)+ C-terminus is IC
Ligandbindingsplaats:
o Kleine liganden binden dicht bij membraan (EX loops)
o Grotere ligandne: kunnen N-terminus mee betrekken
o Receptor gekoppeld aan G-proteïne G-proteïne
binden aan cytoplasmatische loop tussen 5 e en 6e
transmembraanhelix
Actief/niet-actief
o Geactiveerde toestand: GDP vervangen door actief GTP
G-proteïne los van de receptor + α - complex komt los van de andere
subunits
beide delen effector activeren
o Gedeactiveerde toestand: receptor GDP verankerd aan α -subunit
inactief maken: GTP hydrolyseert en vormt inactieve GDP
subunits komen los van effector + koppelen terug aan elkaar
binding aan receptor
demping signaal
metabotrope receptor: metabole reactie opwekken effectormoleculen
stimuleren adhv second messengers
monomeer
N-terminus: EC gelegen, bevat de receptor (bindingsplaats voor ligand
Activatie:
G-proteïne gekoppelde receptor geactiveerd door ligand
o Eerst ligand binding
o Dan conformatie receptor: IC deel wijzigt van conformatie Hierdoor G-
proteïne recruteren
o G-proteïne bindt met receptor GDP uitgewisseld voor GTP (nu actief)
aan alfa subeenheid
alfa subeenheid GTP gebonden: actief G-proteïne komt los van
receptor
o G-proteïne splitst zich op in actieve alfa-S en actief bète-gamma
supeenheid
beiden kunnen effectormoleculen beïnvloeden en celrespons
veroorzaken
stoppen:
o Ligand komt vrij van receptor
o Activiteit G-proteïne stop als alfa-subeenheid GTP gehydroliseerd heeft
naar GDP
5
