➔ Hoofdstuk 10: membraan structuur
Prokaryoten: geen kern. Eukaryoten: wel kern. → compartiment omgeven door een
dubbelmembraan: kernenvelop.
In een eukaryote cel bevindt zich:
- Kern: DNA bevindt zich in de kern, maar kan ook
buiten de kern voorkomen: mitochondria en
chloroplasten hebben hun eigen DNA.
- Mitochondria: organellen die betrokken zijn bij
de energiehuishouding van een cel. De synthese
van ATP vindt plaats in de mitochondria.
- Endoplasmatisch Reticulum (ER): zorgt voor de
synthese van lipide moleculen (bouwstenen van
membraan), en het selecteren van eiwitten die op bepaalde plekken in de cel terecht moeten
komen. In het ER worden ‘barcodes’ gescand om te bepalen waar eiwitten naartoe moeten.
Op het ER zitten ribosomen. Er zijn echter ook ribosomen die los in het cytosol voorkomen
(andere functie). Het ER zit vast aan de buitenkant van de kernmembraan, de membraan
loopt door tot en met het ER. Exocytose: transport van binnen de cel naar buiten de cel. SER:
waar vesicles zich afsplitsen.
- Golgi apparaat: verzameling van membranen die bovenop elkaar liggen. Het golgi apparaat
werkt als een fabriek, een soort lopende band waar eiwitten worden gemodificeerd (bijv.
sulfaatgroep of suikergroep aan eiwit binden) en afgemaakt. Uiteindelijk worden de eiwitten
uitgezonden als bijv. hormonen of signaalmoleculen.
- Lysosomen: kleine membraan structuren die zorgen voor de afbraak van voedsel (en
versleten organellen). Speelt een belangrijke rol in bijv. macrofagen: indringers
opruimen/afbreken.
- Endosomen: kleine membraan structuren die zich kunnen afsplitsen van de
buitenmembraan/plasmamembraan. Hierdoor vind transport plaats van buiten de cel naar
binnen de cel. Dit wordt endocytose genoemd.
- Plasma membraan: zorgt er voor dat stoffen niet zomaar in of uit de kern gaan. Membraan
transporteiwitten en/of membraan kanaaleiwitten regelen de doorgang van stoffen.
- Cytosol: cytoplasma + organellen.
Een dubbelmembraan bestaat uit een dubbele laag fosfolipide moleculen: bilaag. De lipide bestaat
uit een polaire (hydrofiele) kopgroep en apolaire (hydrofobe) staarten. Bio membraan vormt een
bilaag doordat de hydrofobe staarten tegenelkaar aan gaan zitten en de hydrofiele koppen aan de
buitenkant interactie hebben met water. In de bilaag bevinden zich de transporteiwitten en
kanaaleiwitten. 50% van de massa van een membraan zijn lipide moleculen, 50% van de massa zijn
eiwit moleculen. Doordat de lipide moleculen niet heel stevig zijn kunnen de eiwitmoleculen
bewegen in het membraan. Bilaag houdt het water
tegen.
Fosfolipiden
De meest voorkomende lipide moleculen in een
membraan zijn fosfolipiden. Fosfolipiden hebben een
1
,fosfaatgroep. Voorbeeld van een fosfolipide:
fosfatidylcholine, heeft als kopgroep choline.
De choline kopgroep is via de fosfaatmolecuul
gekoppeld aan de glycerolmolecuul. Aan de
glycerol zit 1 lineaire vetstaart en 1 gebogen
vetstaart. De gebogen vetstaart is gebogen
door een cis (2 zijketens aan dezelfde kant)-
dubbele binding (onverzadigd). Er zijn 4
hoofdsoorten fosfolipiden: →
fostatidylethanolamine: heeft als kopgroep ethanolamine, en 2 verzadigde staarten. →
fosfatidylserine: heeft als kopgroep serine, en 2 verzadigde staarten. Fosfolipide zit altijd aan de
binnenkant van de membraan. Negatief geladen fosfolipide, lading zit aan de kant van het cytosol. →
fosfatidylcholine (zie hierboven) → Sphingomyeline: heeft als kopgroep choline (is een variant van
fosfatidylcholine), en 1 vetstaart en 1 vetzuurstaart.
Gebruikt geen glycerol om moleculen te koppelen, maar
sphingosine.
Het voordeel van het gebruik van fosfolipiden
Het voordeel van een fosfolipide is dat het een polaire
kopgroep en apolaire staarten heeft. Hierdoor wordt er in
water spontaan een bilaag gevormd. Wanneer een
fosfolipide maar 1 staart heeft wordt er een micel
gevormd. Een fosfolipide bilaag heeft uiteinden die
hydrofoob zijn, waar water een reactie kan hebben. Dit is
energetisch ongunstig, daarom wordt er een bol gevormd, wat energetisch gunstig is (vindt spontaan
plaats). → Membraanblaasje: fundamenteel voor het ontstaan van leven.
Liposomen worden gebruikt als membraan modellen, het zijn zuivere fosfolipiden. Het zijn lege
membraanblaasjes. Hiermee kunnen processen die over de membraan plaatsvinden (bijv. transport)
goed worden bestudeerd. Door de fosfolipiden aan water toe te voegen ontstaat een
membraanblaasje. In het membraanblaasje kan worden gekeken naar de opname van bepaalde
stoffen (radioactief labelen). Belangrijk voor onderzoek!
Proteoliposoom: liposoom waarin zich een eiwit bevindt.
Een lipide bilaag is vloeibaar. De fosfolipiden in de membraan kunnen
allemaal bewegingen aangaan:
- diffunderen (heen en weer gaan) in 1 helft van de membraan
- roteren
- ketens langer en korter maken.
Fosfolipiden kunnen niet van de ene kant van de membraan naar de
overkant: flip-flop. Dit komt doordat dit energetisch ongunstig is,
aangezien je dan een hydrofiele kop door een hydrofobe laag moet
brengen.
De vloeibaarheid (pakje boter) van een membraan kan worden
beïnvloed. Door de temperatuur te verhogen wordt de membraan meer
2
,vloeibaar. Door nieuwe lipiden te maken met meer
cis-dubbele bindingen wordt de membraan meer
vloeibaar, aangezien de gebogen staarten minder
interacties kunnen hebben. Door de staartlengte
van de fosfolipiden kleiner te maken wordt de
membraan meer vloeibaar doordat er dan minder
interactie mogelijk is.
Cholesterol
Cholesterol is een belangrijk lipide molecuul bij eukaryote cellen (prokaryoten
niet). Eukaryote cellen hebben (met name in de plasmamembraan) cholesterol,
opgebouwd uit steroïde ringen die gekoppeld zijn aan een vetstaart (geen
vetzuurstaart). Cholesterol heeft een heel kleine polaire kopgroep (-OH). Functie
van cholesterol: cholesterol nestelt zich tussen fosfolipiden in de
plasmamembraan, waardoor de membraan steviger wordt, waardoor de
membraan minder doorlaatbaar wordt, en waardoor de faseovergang (vast →
vloeibaar) wordt vermoeilijkt.
Glycolipiden
Glycolipiden komen veel voor in het
plasmamembraan van eukaryote cellen, met
name bij dieren. Lipide moleculen waar
suikereenheden aan zijn gekoppeld. Ze komen
altijd in de buitenste helft van de bilaag voor.
→ Suiker laag is belangrijk voor bescherming
en cel-cel herkenning. Glycolipiden kunnen op
verschillende manieren gekoppeld worden aan de membraan/eiwitmoleculen, door bijv. een GPI
anker. Hierdoor kan een eiwit verbonden zijn met de membraan zonder er zelf aan vast te zitten.
Organismen/organellen hebben verschillende lipide samenstellingen → belangrijk voor de functie.
Lipiden zijn mede verantwoordelijk voor het goed functioneren van de cel.
Voor E. coli geldt: geen cholesterol, bevat met name fosfatidylethanolamine (70%), bevat geen
glycolipiden.
De verdeling van de membraan is asymmetrisch: in de ene helft van de membraan is de
samenstelling anders dan in de andere helft. Aan de binnenste helft is er een – lading, door
fosfatidylserine. Glycolipiden bevinden zich altijd aan de buitenste helft van de membraan.
Cholesterol (bij eukaryote cellen) bevindt zich in beide helften.
Membraan eiwitten: hebben belangrijke functie voor transport van bepaalde moleculen door de
membraan. Op verschillende manieren in/aan membraan:
- Met 1 of meerdere α helices in de membraan, een deel van het eiwit bevindt zich aan de
buitenkant, een deel van het eiwit bevindt zich aan de binnenkant.
3
, - Door een lipide molecuul:
bijv. een GPI anker. Het GPI
anker bindt het aan het
eiwit en aan de membraan,
waardoor het eiwit met de membraan verbonden is.
- Een β bel in de membraan. β sheet(s) vouwen zich op als een barrel (tonnetje), waardoor het
een porie functie heeft. De porie moet wel gated, selectief permeabel, zijn.
- Door binding (interactie) aan een eiwit die zich in het membraan bevindt.
Transmembraaneiwitten: eiwitten die dwars door de membraan heen gaan.
Membraaneiwitten zuiveren
Door toevoeging van:
- Fosfolipase c: de GPI ankers worden verbroken
- Hoge zout concentratie: eiwitten die aan eiwitten in de membraan verbonden zijn worden
weggespoeld.
- Detergentia (zeep): eiwitten die in/aan de membraan gebonden zitten worden opgelost. Dit
werkt ook tegen GPI ankers
Een eiwit wordt door een lipide molecuul aan de
membraan gekoppeld:
- Door een amide binding te vormen tussen de N-
terminus (begin) van het eiwit en een lipide
molecuul. C14
- Door een thioester binding te vormen tussen
(willekeurige) cysteine van het eiwit en een lipide
molecuul. C16
- Door een thioether binding te vormen tussen
cysteine aan de C-terminus (uiteinde van het
eiwit!) van het eiwit en een lipide molecuul. De cysteine zit oorspronkelijk nog niet aan het
uiteinde, maar de aminozuren die dan ‘voor’ het uiteinde zitten worden dan ‘afgeknipt’ door
het proteaat zodat cysteine aan de C-terminus terecht komt. Vervolgens wordt de nog vrije
COOH groep gemethyleerd (geeft stabiliteit), wat er voor zorgt dat het proteaat het eiwit niet
verder afbreekt. → Methylester. Wanneer cysteine zich in het midden bevindt zal het
waarschijnlijker zijn dat het eiwit wordt gebonden door een thioester binding. C15
Een membraan eiwit segment gaat door de membraan heen, als een α helix in membraan. De α
helix is energetisch gunstig om door de membraan de dringen omdat peptide bindingen (tussen de
aminozuren) polair zijn. Bij een α helix gaan de peptide bindingen interacties met elkaar aan,
waardoor veel H-bruggen worden gevormd. Doordat ze reacties met elkaar aangaan raken
ze hun polaire eigenschappen ‘kwijt’ waardoor ze zich wel in een hydrofobe omgeving
kunnen bevinden. Aan de ene kant van het eiwit zullen met name de hydrofobe
aminozuren zitten, aan de andere kant met name de hydrofiele aminozuren. Over het
algemeen bestaat een α helix in een membraan met name uit hydrofobe residuen.
4
Prokaryoten: geen kern. Eukaryoten: wel kern. → compartiment omgeven door een
dubbelmembraan: kernenvelop.
In een eukaryote cel bevindt zich:
- Kern: DNA bevindt zich in de kern, maar kan ook
buiten de kern voorkomen: mitochondria en
chloroplasten hebben hun eigen DNA.
- Mitochondria: organellen die betrokken zijn bij
de energiehuishouding van een cel. De synthese
van ATP vindt plaats in de mitochondria.
- Endoplasmatisch Reticulum (ER): zorgt voor de
synthese van lipide moleculen (bouwstenen van
membraan), en het selecteren van eiwitten die op bepaalde plekken in de cel terecht moeten
komen. In het ER worden ‘barcodes’ gescand om te bepalen waar eiwitten naartoe moeten.
Op het ER zitten ribosomen. Er zijn echter ook ribosomen die los in het cytosol voorkomen
(andere functie). Het ER zit vast aan de buitenkant van de kernmembraan, de membraan
loopt door tot en met het ER. Exocytose: transport van binnen de cel naar buiten de cel. SER:
waar vesicles zich afsplitsen.
- Golgi apparaat: verzameling van membranen die bovenop elkaar liggen. Het golgi apparaat
werkt als een fabriek, een soort lopende band waar eiwitten worden gemodificeerd (bijv.
sulfaatgroep of suikergroep aan eiwit binden) en afgemaakt. Uiteindelijk worden de eiwitten
uitgezonden als bijv. hormonen of signaalmoleculen.
- Lysosomen: kleine membraan structuren die zorgen voor de afbraak van voedsel (en
versleten organellen). Speelt een belangrijke rol in bijv. macrofagen: indringers
opruimen/afbreken.
- Endosomen: kleine membraan structuren die zich kunnen afsplitsen van de
buitenmembraan/plasmamembraan. Hierdoor vind transport plaats van buiten de cel naar
binnen de cel. Dit wordt endocytose genoemd.
- Plasma membraan: zorgt er voor dat stoffen niet zomaar in of uit de kern gaan. Membraan
transporteiwitten en/of membraan kanaaleiwitten regelen de doorgang van stoffen.
- Cytosol: cytoplasma + organellen.
Een dubbelmembraan bestaat uit een dubbele laag fosfolipide moleculen: bilaag. De lipide bestaat
uit een polaire (hydrofiele) kopgroep en apolaire (hydrofobe) staarten. Bio membraan vormt een
bilaag doordat de hydrofobe staarten tegenelkaar aan gaan zitten en de hydrofiele koppen aan de
buitenkant interactie hebben met water. In de bilaag bevinden zich de transporteiwitten en
kanaaleiwitten. 50% van de massa van een membraan zijn lipide moleculen, 50% van de massa zijn
eiwit moleculen. Doordat de lipide moleculen niet heel stevig zijn kunnen de eiwitmoleculen
bewegen in het membraan. Bilaag houdt het water
tegen.
Fosfolipiden
De meest voorkomende lipide moleculen in een
membraan zijn fosfolipiden. Fosfolipiden hebben een
1
,fosfaatgroep. Voorbeeld van een fosfolipide:
fosfatidylcholine, heeft als kopgroep choline.
De choline kopgroep is via de fosfaatmolecuul
gekoppeld aan de glycerolmolecuul. Aan de
glycerol zit 1 lineaire vetstaart en 1 gebogen
vetstaart. De gebogen vetstaart is gebogen
door een cis (2 zijketens aan dezelfde kant)-
dubbele binding (onverzadigd). Er zijn 4
hoofdsoorten fosfolipiden: →
fostatidylethanolamine: heeft als kopgroep ethanolamine, en 2 verzadigde staarten. →
fosfatidylserine: heeft als kopgroep serine, en 2 verzadigde staarten. Fosfolipide zit altijd aan de
binnenkant van de membraan. Negatief geladen fosfolipide, lading zit aan de kant van het cytosol. →
fosfatidylcholine (zie hierboven) → Sphingomyeline: heeft als kopgroep choline (is een variant van
fosfatidylcholine), en 1 vetstaart en 1 vetzuurstaart.
Gebruikt geen glycerol om moleculen te koppelen, maar
sphingosine.
Het voordeel van het gebruik van fosfolipiden
Het voordeel van een fosfolipide is dat het een polaire
kopgroep en apolaire staarten heeft. Hierdoor wordt er in
water spontaan een bilaag gevormd. Wanneer een
fosfolipide maar 1 staart heeft wordt er een micel
gevormd. Een fosfolipide bilaag heeft uiteinden die
hydrofoob zijn, waar water een reactie kan hebben. Dit is
energetisch ongunstig, daarom wordt er een bol gevormd, wat energetisch gunstig is (vindt spontaan
plaats). → Membraanblaasje: fundamenteel voor het ontstaan van leven.
Liposomen worden gebruikt als membraan modellen, het zijn zuivere fosfolipiden. Het zijn lege
membraanblaasjes. Hiermee kunnen processen die over de membraan plaatsvinden (bijv. transport)
goed worden bestudeerd. Door de fosfolipiden aan water toe te voegen ontstaat een
membraanblaasje. In het membraanblaasje kan worden gekeken naar de opname van bepaalde
stoffen (radioactief labelen). Belangrijk voor onderzoek!
Proteoliposoom: liposoom waarin zich een eiwit bevindt.
Een lipide bilaag is vloeibaar. De fosfolipiden in de membraan kunnen
allemaal bewegingen aangaan:
- diffunderen (heen en weer gaan) in 1 helft van de membraan
- roteren
- ketens langer en korter maken.
Fosfolipiden kunnen niet van de ene kant van de membraan naar de
overkant: flip-flop. Dit komt doordat dit energetisch ongunstig is,
aangezien je dan een hydrofiele kop door een hydrofobe laag moet
brengen.
De vloeibaarheid (pakje boter) van een membraan kan worden
beïnvloed. Door de temperatuur te verhogen wordt de membraan meer
2
,vloeibaar. Door nieuwe lipiden te maken met meer
cis-dubbele bindingen wordt de membraan meer
vloeibaar, aangezien de gebogen staarten minder
interacties kunnen hebben. Door de staartlengte
van de fosfolipiden kleiner te maken wordt de
membraan meer vloeibaar doordat er dan minder
interactie mogelijk is.
Cholesterol
Cholesterol is een belangrijk lipide molecuul bij eukaryote cellen (prokaryoten
niet). Eukaryote cellen hebben (met name in de plasmamembraan) cholesterol,
opgebouwd uit steroïde ringen die gekoppeld zijn aan een vetstaart (geen
vetzuurstaart). Cholesterol heeft een heel kleine polaire kopgroep (-OH). Functie
van cholesterol: cholesterol nestelt zich tussen fosfolipiden in de
plasmamembraan, waardoor de membraan steviger wordt, waardoor de
membraan minder doorlaatbaar wordt, en waardoor de faseovergang (vast →
vloeibaar) wordt vermoeilijkt.
Glycolipiden
Glycolipiden komen veel voor in het
plasmamembraan van eukaryote cellen, met
name bij dieren. Lipide moleculen waar
suikereenheden aan zijn gekoppeld. Ze komen
altijd in de buitenste helft van de bilaag voor.
→ Suiker laag is belangrijk voor bescherming
en cel-cel herkenning. Glycolipiden kunnen op
verschillende manieren gekoppeld worden aan de membraan/eiwitmoleculen, door bijv. een GPI
anker. Hierdoor kan een eiwit verbonden zijn met de membraan zonder er zelf aan vast te zitten.
Organismen/organellen hebben verschillende lipide samenstellingen → belangrijk voor de functie.
Lipiden zijn mede verantwoordelijk voor het goed functioneren van de cel.
Voor E. coli geldt: geen cholesterol, bevat met name fosfatidylethanolamine (70%), bevat geen
glycolipiden.
De verdeling van de membraan is asymmetrisch: in de ene helft van de membraan is de
samenstelling anders dan in de andere helft. Aan de binnenste helft is er een – lading, door
fosfatidylserine. Glycolipiden bevinden zich altijd aan de buitenste helft van de membraan.
Cholesterol (bij eukaryote cellen) bevindt zich in beide helften.
Membraan eiwitten: hebben belangrijke functie voor transport van bepaalde moleculen door de
membraan. Op verschillende manieren in/aan membraan:
- Met 1 of meerdere α helices in de membraan, een deel van het eiwit bevindt zich aan de
buitenkant, een deel van het eiwit bevindt zich aan de binnenkant.
3
, - Door een lipide molecuul:
bijv. een GPI anker. Het GPI
anker bindt het aan het
eiwit en aan de membraan,
waardoor het eiwit met de membraan verbonden is.
- Een β bel in de membraan. β sheet(s) vouwen zich op als een barrel (tonnetje), waardoor het
een porie functie heeft. De porie moet wel gated, selectief permeabel, zijn.
- Door binding (interactie) aan een eiwit die zich in het membraan bevindt.
Transmembraaneiwitten: eiwitten die dwars door de membraan heen gaan.
Membraaneiwitten zuiveren
Door toevoeging van:
- Fosfolipase c: de GPI ankers worden verbroken
- Hoge zout concentratie: eiwitten die aan eiwitten in de membraan verbonden zijn worden
weggespoeld.
- Detergentia (zeep): eiwitten die in/aan de membraan gebonden zitten worden opgelost. Dit
werkt ook tegen GPI ankers
Een eiwit wordt door een lipide molecuul aan de
membraan gekoppeld:
- Door een amide binding te vormen tussen de N-
terminus (begin) van het eiwit en een lipide
molecuul. C14
- Door een thioester binding te vormen tussen
(willekeurige) cysteine van het eiwit en een lipide
molecuul. C16
- Door een thioether binding te vormen tussen
cysteine aan de C-terminus (uiteinde van het
eiwit!) van het eiwit en een lipide molecuul. De cysteine zit oorspronkelijk nog niet aan het
uiteinde, maar de aminozuren die dan ‘voor’ het uiteinde zitten worden dan ‘afgeknipt’ door
het proteaat zodat cysteine aan de C-terminus terecht komt. Vervolgens wordt de nog vrije
COOH groep gemethyleerd (geeft stabiliteit), wat er voor zorgt dat het proteaat het eiwit niet
verder afbreekt. → Methylester. Wanneer cysteine zich in het midden bevindt zal het
waarschijnlijker zijn dat het eiwit wordt gebonden door een thioester binding. C15
Een membraan eiwit segment gaat door de membraan heen, als een α helix in membraan. De α
helix is energetisch gunstig om door de membraan de dringen omdat peptide bindingen (tussen de
aminozuren) polair zijn. Bij een α helix gaan de peptide bindingen interacties met elkaar aan,
waardoor veel H-bruggen worden gevormd. Doordat ze reacties met elkaar aangaan raken
ze hun polaire eigenschappen ‘kwijt’ waardoor ze zich wel in een hydrofobe omgeving
kunnen bevinden. Aan de ene kant van het eiwit zullen met name de hydrofobe
aminozuren zitten, aan de andere kant met name de hydrofiele aminozuren. Over het
algemeen bestaat een α helix in een membraan met name uit hydrofobe residuen.
4
