Membraan architectuur en dynamiek Killian
Organisatie van lipiden:
- Kegelvormige lipiden hebben 1 staart en vormen micellen
- Kubische lipiden hebben 2 staarten en vormen een bilaag. Phosphatidyl choline
is zo’n lipide, de drie CH3 groepen aan het N-atoom zorgt voor de cillindrische
vorm.
- Omgekeerde kegelvormige lipiden vormen een hexagon. Dit is een type II
lipide zoals phosphatidyl ethanolamine.
Phosphatidyl choline (PC) is de meestvoorkomende fosfolipide in dierlijke cellen:
Hexagonale fase:
Aan de binnenkant zit water, de vetzuurstaarten steken naa buiten waar ze in
contact staan met andere vetzuurstaarten. Elke buis is omring met 6 andere
buizen. Dit wordt niet gevormd in biologische membranen.
Een bilaag kan gevormd worden met bilaag lipiden (kubische lipiden) of met
een mengsel van bilaag en niet-bilaag lipiden (type II lipiden). De niet-bilaag
lipiden hebben een kleinere kopgroep, daardoor is er meer contact met water
met de vetzuurstaarten. De kopgroepen gaan dus wat dichter tegen elkaar
aanzitten waardoor ook de vetzuurstaarten dichter op elkaar gedruk worden,
desondanks blijft er wat meer ruimte over voor water dan bij de kopgroepen van
bilaaglipiden. In dit geval kan een hydrofoob dus makkelijker interacties aangaan bij deze
bilaag.
Dit type bilaag is ook van belangrijk voor de locale curvatuur. Doordat er meer ruimte is
tussen de kopgroepen is er ook meer ruimte voor scherpe curvatuur. Scherpe curvatuur is
van belang tijdens processen zoals fusie en afsnoering van membranen.
Ook de beweeglijkheid en conformatie van membraaneiwitten is anders bij dergelijke
membranen.
Samenstelling membraan E. Coli:
- 75% phosphatidylethanolamine (PE)
- 15% phosphatidylglycerol (PG)
- 5% cardiolipine (CL)
Om te testen of niet-bilaag lipiden belangrijk zijn voor een organisme wordt er gekeken of
de hoeveelheid van dit lipide gereguleerd wordt. PE is een niet-bilaag lipide en komt veel
voor bij E coli. Je kan E Coli muteren zodat hij geen PE meer maakt. Na die mutatie kan hij
alleen nog groeien in aanwezigheid van divalente cationen zoals Ca2+. Ca2+ samen met
cardiolipine kan namelijk het PE opvangen omdat het dan een niet-bilaag lipide
conformatie aanneemt. Van zichzelf is cardiolipine cillindrisch. In afwezigheid van PE kan
hij niet groeien, dus PE is wel degelijk belangrijk voor de E. Coli.
Cardiolipine
- Het is een dubbel fosfolipide (diphosphatidyl glycerol)
- Kubisch lipide (bilaagvormend)
- In aanwezigheid van Ca2+ wordt het een omgekeerd kegelvormig lipide met een
kleine kopgroep (vormt type II structuren)
,Lipid dynamiek:
- Beweging binnen een lipide:
draaiing om bindingen in een lipidemolecuul, belangrijk voor de vloeibaarheid
- Beweging ten opzichte van andere lipiden:
diffusie en flipflop, belangrijk voor membraanbiogenese en laterale organisatie.
Lipiden smelten bij een bepaalde temperatuur, de Tm. Membranen vormen dan ook een
efficiente barriere bij vooral temperaturen lager dan de Tm maar ook boven de Tm. Als de
temperatuur precies de Tm is, is het membraan lek aangezien er dan geen goede
permeabiliteitsbarriere is. Onder de Tm zijn vetzuren gestrekt. Boven de Tm zijn vetzuren
bewegelijker en zitten minder dicht op elkaar gepakt.
De lengte en verzadiging van de vetzuurketens zijn bepalend voor de smelt temperatuur
(Tm) van lipiden. Ook de kopgroep speelt hierbij een rol.
Cholesterol:
- Veel voorkomend lipide in membranen van dierlijke cellen
- Zorgt voor een meer rigide structuur in het membraan doordat het de ketens van
vloeibare lipiden strekt. Het maakt de gelfase (onder de Tm) juist vloeibaarder.
Cholesterol zorgt er dus voor dat de vloeibaarheid van een membraan enigszins
constant blijft bij verschillende temperaturen.
- Ligt parallel aan de vetzuurketens van de fosfolipiden met de hydroxylgroep in de
buurt van de fosfaatgroep.
- Hoge affiniteit voor onverzadigde lipiden
De vloeibaarheid van membranen is belangrijk voor de
bewegingsvrijheid van membraaneiwitten en dus ook voor
hun functie/activiteit. De buitekant van onze membranen
hebben bijvoorbeeld geen PS (negatief geladen), dit zit
alleen aan de binnenkant. Als het wel aan de buitenkant zit
zou apoptose geinduceerd worden. Het zit in bacterien wel
aan de buitenkant, PS is dus een target voor antibiotica
omdat het alleen de bacterie aanvalt en niet onze eigen
cellen.
Lipiden zoeken elkaar uit op:
- Lengte vetzuurstaart
- Bindt cholesterol wel of niet
- Kopgroep
Membraaneiwitten zijn belangrijk voor:
- Ruiken, proeven, zien, horen en voelen
- Essentieel voor reactie op stimulie zoals hormonen
- Functioneren als receptoren, sensoren, motoren, pompen, kanalen, enzymen etc.
- Bijna de helft van de nieuwe medicijnen hebben membraaneiwitten als target
Membraaneiwitten kunnen op verschillende manieren in het membraan zitten of aan het
membraan gebonden zijn. Zowel als alfa-helix of als beta-sheet.
, Eigenschappen α-helix:
- 3.6 residuen per turn
- Translatie langs helix as: 1.5 Å per aminozuur
- Intramileculaire H-bruggen
- Rechtsdraaiende helix
- Een enkele helix vormt geen porie
- Ongeveer 20 hydrofobe aminozuren zijn nodig om een membraan te overspannen.
Een membraan is 30 Å dik (3 nm).
- Ze kunnen amfipathisch zijn, de geladen en polaire aminozuren zitten dan aan
dezelfde kant. De polaire residuen in een membraanhelix zijn belangrijk voor de
functie van het eiwit. De hydrofiele (geladen) aminoziren zitten meestal aan de
binnenkant van de helix waar ze een functie hebben. Doordat het nu een waterige
omgeving is kunnen er bijvoorbeeld ionen doorheen stromen.
Eigenschappen β-sheet:
- Parallel of antiparallel
- Aminozuurzijketens om en om boven en onder het vlak van de sheets (naar je toe
en van je af)
- H-bruggen om en om naar de ene langsliggende keten en naar de andere
langsliggende keten.
- Wordt gestabiliseerd door de H-bruggen (inter- of intramoleculair).
- Translatie: 3.5 Å per aminozuur in de richting van de lengteas.
- β-sheets kunnen oprollen tot een β-barrel. Er worden H-bruggen gevormd tussen
het begin en einde. De zijketens steken naar binnen en naar buiten, waarbij de
hydrofobe naar buiten steken en de hydrofiele naar binnen. Deze structuur wordt
veel gebruikt voor porien in een paar soorten membranen. Ze zitten in de
buitenmembraan van E. Coli en de buitenmembraan van de mitochondrien
(evolutie?).
De lipide eiwitinteracties zijn van een aantal dingen afhankelijk:
Vloeibaarheid
Dit maakt de conformatieverandering mogelijk. Kanalen hoeven niet te veranderen en
zullen hier dus niet gevoelig voor zijn, maar transporters wel zoals de ABC transporters
Organisatie van lipiden:
- Kegelvormige lipiden hebben 1 staart en vormen micellen
- Kubische lipiden hebben 2 staarten en vormen een bilaag. Phosphatidyl choline
is zo’n lipide, de drie CH3 groepen aan het N-atoom zorgt voor de cillindrische
vorm.
- Omgekeerde kegelvormige lipiden vormen een hexagon. Dit is een type II
lipide zoals phosphatidyl ethanolamine.
Phosphatidyl choline (PC) is de meestvoorkomende fosfolipide in dierlijke cellen:
Hexagonale fase:
Aan de binnenkant zit water, de vetzuurstaarten steken naa buiten waar ze in
contact staan met andere vetzuurstaarten. Elke buis is omring met 6 andere
buizen. Dit wordt niet gevormd in biologische membranen.
Een bilaag kan gevormd worden met bilaag lipiden (kubische lipiden) of met
een mengsel van bilaag en niet-bilaag lipiden (type II lipiden). De niet-bilaag
lipiden hebben een kleinere kopgroep, daardoor is er meer contact met water
met de vetzuurstaarten. De kopgroepen gaan dus wat dichter tegen elkaar
aanzitten waardoor ook de vetzuurstaarten dichter op elkaar gedruk worden,
desondanks blijft er wat meer ruimte over voor water dan bij de kopgroepen van
bilaaglipiden. In dit geval kan een hydrofoob dus makkelijker interacties aangaan bij deze
bilaag.
Dit type bilaag is ook van belangrijk voor de locale curvatuur. Doordat er meer ruimte is
tussen de kopgroepen is er ook meer ruimte voor scherpe curvatuur. Scherpe curvatuur is
van belang tijdens processen zoals fusie en afsnoering van membranen.
Ook de beweeglijkheid en conformatie van membraaneiwitten is anders bij dergelijke
membranen.
Samenstelling membraan E. Coli:
- 75% phosphatidylethanolamine (PE)
- 15% phosphatidylglycerol (PG)
- 5% cardiolipine (CL)
Om te testen of niet-bilaag lipiden belangrijk zijn voor een organisme wordt er gekeken of
de hoeveelheid van dit lipide gereguleerd wordt. PE is een niet-bilaag lipide en komt veel
voor bij E coli. Je kan E Coli muteren zodat hij geen PE meer maakt. Na die mutatie kan hij
alleen nog groeien in aanwezigheid van divalente cationen zoals Ca2+. Ca2+ samen met
cardiolipine kan namelijk het PE opvangen omdat het dan een niet-bilaag lipide
conformatie aanneemt. Van zichzelf is cardiolipine cillindrisch. In afwezigheid van PE kan
hij niet groeien, dus PE is wel degelijk belangrijk voor de E. Coli.
Cardiolipine
- Het is een dubbel fosfolipide (diphosphatidyl glycerol)
- Kubisch lipide (bilaagvormend)
- In aanwezigheid van Ca2+ wordt het een omgekeerd kegelvormig lipide met een
kleine kopgroep (vormt type II structuren)
,Lipid dynamiek:
- Beweging binnen een lipide:
draaiing om bindingen in een lipidemolecuul, belangrijk voor de vloeibaarheid
- Beweging ten opzichte van andere lipiden:
diffusie en flipflop, belangrijk voor membraanbiogenese en laterale organisatie.
Lipiden smelten bij een bepaalde temperatuur, de Tm. Membranen vormen dan ook een
efficiente barriere bij vooral temperaturen lager dan de Tm maar ook boven de Tm. Als de
temperatuur precies de Tm is, is het membraan lek aangezien er dan geen goede
permeabiliteitsbarriere is. Onder de Tm zijn vetzuren gestrekt. Boven de Tm zijn vetzuren
bewegelijker en zitten minder dicht op elkaar gepakt.
De lengte en verzadiging van de vetzuurketens zijn bepalend voor de smelt temperatuur
(Tm) van lipiden. Ook de kopgroep speelt hierbij een rol.
Cholesterol:
- Veel voorkomend lipide in membranen van dierlijke cellen
- Zorgt voor een meer rigide structuur in het membraan doordat het de ketens van
vloeibare lipiden strekt. Het maakt de gelfase (onder de Tm) juist vloeibaarder.
Cholesterol zorgt er dus voor dat de vloeibaarheid van een membraan enigszins
constant blijft bij verschillende temperaturen.
- Ligt parallel aan de vetzuurketens van de fosfolipiden met de hydroxylgroep in de
buurt van de fosfaatgroep.
- Hoge affiniteit voor onverzadigde lipiden
De vloeibaarheid van membranen is belangrijk voor de
bewegingsvrijheid van membraaneiwitten en dus ook voor
hun functie/activiteit. De buitekant van onze membranen
hebben bijvoorbeeld geen PS (negatief geladen), dit zit
alleen aan de binnenkant. Als het wel aan de buitenkant zit
zou apoptose geinduceerd worden. Het zit in bacterien wel
aan de buitenkant, PS is dus een target voor antibiotica
omdat het alleen de bacterie aanvalt en niet onze eigen
cellen.
Lipiden zoeken elkaar uit op:
- Lengte vetzuurstaart
- Bindt cholesterol wel of niet
- Kopgroep
Membraaneiwitten zijn belangrijk voor:
- Ruiken, proeven, zien, horen en voelen
- Essentieel voor reactie op stimulie zoals hormonen
- Functioneren als receptoren, sensoren, motoren, pompen, kanalen, enzymen etc.
- Bijna de helft van de nieuwe medicijnen hebben membraaneiwitten als target
Membraaneiwitten kunnen op verschillende manieren in het membraan zitten of aan het
membraan gebonden zijn. Zowel als alfa-helix of als beta-sheet.
, Eigenschappen α-helix:
- 3.6 residuen per turn
- Translatie langs helix as: 1.5 Å per aminozuur
- Intramileculaire H-bruggen
- Rechtsdraaiende helix
- Een enkele helix vormt geen porie
- Ongeveer 20 hydrofobe aminozuren zijn nodig om een membraan te overspannen.
Een membraan is 30 Å dik (3 nm).
- Ze kunnen amfipathisch zijn, de geladen en polaire aminozuren zitten dan aan
dezelfde kant. De polaire residuen in een membraanhelix zijn belangrijk voor de
functie van het eiwit. De hydrofiele (geladen) aminoziren zitten meestal aan de
binnenkant van de helix waar ze een functie hebben. Doordat het nu een waterige
omgeving is kunnen er bijvoorbeeld ionen doorheen stromen.
Eigenschappen β-sheet:
- Parallel of antiparallel
- Aminozuurzijketens om en om boven en onder het vlak van de sheets (naar je toe
en van je af)
- H-bruggen om en om naar de ene langsliggende keten en naar de andere
langsliggende keten.
- Wordt gestabiliseerd door de H-bruggen (inter- of intramoleculair).
- Translatie: 3.5 Å per aminozuur in de richting van de lengteas.
- β-sheets kunnen oprollen tot een β-barrel. Er worden H-bruggen gevormd tussen
het begin en einde. De zijketens steken naar binnen en naar buiten, waarbij de
hydrofobe naar buiten steken en de hydrofiele naar binnen. Deze structuur wordt
veel gebruikt voor porien in een paar soorten membranen. Ze zitten in de
buitenmembraan van E. Coli en de buitenmembraan van de mitochondrien
(evolutie?).
De lipide eiwitinteracties zijn van een aantal dingen afhankelijk:
Vloeibaarheid
Dit maakt de conformatieverandering mogelijk. Kanalen hoeven niet te veranderen en
zullen hier dus niet gevoelig voor zijn, maar transporters wel zoals de ABC transporters
