Celbiologie
College 1 – Cellen en membranen
Verschil dierlijke cel en plantencel chloroplast, celwand, vacuole
Plantencel heeft wél een celmembraan
Schimmels en bacteriën hebben ook een celwand
In cellen zitten ook membranen
interne
membranen om organellen
Membranen hebben als functie
- Afscheiding cel-omgeving
o Kleine moleculen, ionen, grote moleculen
- Afscheiding organellen
- Genereren/controleren van gradiënten
- Genereren/controleren van potentialen
- Matrix voor eiwitten
Benodigde eigenschappen van membranen
- Afsluitend
- Selectief permeabel
o Diffusie en gefaciliteerd transport
- Functioneren in waterige omgeving
- Rekbaar en vormbaar
Selectief permeabiliteit
- Grootte en menging met water bepalen hoe efficiënt een molecuul door de membraan gaat
o Polaire moleculen vormen interacties met watermoleculen waardoor ze oplossen
o Wel of niet oplosbaar hangt er van af of “oplossen” de vrije energie verlaagt
Vetzuren organische carbonzuren met een keten van koolstofatomen en een carboxylgroep (COOH)
- Hydrofiele kop en hydrofobe staart
Verzadigd vetzuur geen dubbele bindingen tussen koolstofatomen
Onverzadigd vetzuur meerdere dubbele bindingen tussen koolstofatomen
Fosfolipiden bestaan uit alcoholgroep, fosfaatgroep en glycerolgroep (kop), en 2 lange vetzuurstaarten
- Cholesterol biedt ondersteuning aan de lipid bilayer lost op in membranen en zorgt voor een grotere lokale
rigiditeit, en een verminderde permeabiliteit zonder de laterale diffusie negatief te beïnvloeden
o HDL neem cholesterol op uit het bloed waarna het in de lever wordt afgebroken
Detergentia kunnen membranen oplossen hun eigenschappen lijken erg op die van lipiden
Membraan is zelfhelend
Vorm is energetisch het meest voordelig wanneer het apolaire deel van de lipiden helemaal niet in aanraking
komt met het water dus helemaal rond en afgesloten als een cel
Vetzuren kunnen in de membraan diffunderen en verschillen van elkaar in
- De mate van verzadiging
- De lengte van de ketens
Verzadigde vetzuren zijn meer geordend in de membraan, en leiden tot een minder vloeibare membraan
Langere vetzuurketens hebben meer interactie met elkaar, en leiden ook tot een minder vloeibare membraan
Onverzadigde vetzuren hebben meer kinks meer laterale diffusie en meer kleine moleculen doordringen
Organisme weefsels cellen compartimenten/organellen bouwstenen
Peptideketen ruggengraat is polair
Lading van zure en basische aminozuren is afhankelijk van de pH van de omgeving
- Zuur aspartaat, glutamaat
- Basisch lysine, arginine, histidine
Ongeladen polaire aminozuren asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine
,Transmembraaneiwitten hebben interactie met de membraan, maar ook met elkaar
- Bacteriorhodopsin genereert protongradiënt door H+ van binnen naar buiten te pompen met behulp van
lichtenergie dit wordt gebruikt om ATP te genereren
o Dit eiwit heeft andere eiwitten nodig om zijn structuur te kunnen behouden
Transmembraaneiwit kan ook door middel van een β-barrel de membraan passeren er ontstaat een soort “tunnel”
Deze eiwitten hebben een hydrofiel interieur
- Selectiviteit wordt veroorzaakt door polypeptide lussen die de ingang kunnen afsluiten
De organisatie van hydrofobe en hydrofiele aminozuren verschilt tussen de α-helix en β-barrel transmembraaneiwitten
Posttranslationeel aangehechte lipide ankers eiwitten aan membraan (intra- of extracellulair)
Niet alleen membranen zijn
asymmetrisch, maar eiwitten in de
membraan ook beïnvloedt
processen als signalering en de oriëntatie van gradiënten rond de membraan
Van rode bloedcellen (zonder organellen) kunnen heel gemakkelijk membranen of vesicles worden gemaakt
binnen- en buitenkant van blaasjes kunnen apart bestudeerd worden
Drie belangrijke eiwitten in rode bloedcellen Spectrine, glycophorine, band 3 (transmembraan)
Spectrine perifeer membraaneiwit
Perifere membraaneiwitten gekoppeld aan membraan via lipid anchor (integraal
membraaneiwit), maar steken er niet doorheen
Integrale membraaneiwitten eiwitten die door de membraan steken
Niet los te maken zonder lipid bilayer aan te tasten
Spectrine bouwt een soort cytoskelet aan de binnenkant van de membraan
Op knooppunten worden een aantal staarten van tetrameren verbonden door een aantal “knooppunt eiwitten”, en aan
het membraan door ankyrin en band 3
De meeste membraaneiwitten bestaan uit meer dan alleen aminozuren bijvoorbeeld posttranslationele modificaties
Glycophorine overspant de membraan met 1 enkele transmembraan α-helix
Klein stuk van dit eiwit zit in de membraan, klein stuk zit in cytosol, rest zit buiten de cel
- 2 transmembraan helices associëren, zodat homodimeren ontstaan
Dubbele informatie in de transmembraanhelixsequentie
Eiwitten kunnen vrij bewegen over de membraan
De membraan kan beschouwd worden als een tweedimensionale vloeistof
Laterale diffusie kan worden beperkt door bijvoorbeeld tight junctions
In epitheelcellen zijn veel eiwitten beperkt tot de basale of apicale kant van epitheel
Domeinen zijn gemaakt in de membraan door het
cytoskelet eiwitten gebonden aan het cytoskelet
kunnen bewegen in zo’n domeinen
Eiwitdiffusie in de membraan wordt beperkt door het onderliggende actinecytoskelet
Extra beperking wordt veroorzaakt door eiwit-eiwit interacties
Dit leidt samen tot subcompartimentalisatie van de membraan
, College 2 – Functie van membranen
Alle compartimenten in de cel hebben andere functies en daardoor verschillende inhoud
Omgeven door membranen
o Enkele of dubbele membranen
o Blokkeren vrij transport van veel verbindingen
Membraan is hydrofoob hydrofobe moleculen kunnen er makkelijk doorheen, hydrofiele niet
- Grootte en oplosbaarheid geven de snelheid waarmee een molecuul door de bilayer komt
Concentraties van ionen worden constant bijgehouden door transporters
- Ionen komen moeilijk door de membraan heen
Concentratiegradiënten zijn een vorm van energie
Gradiënt is de drijvende kracht door barrière aan te leggen kun je energie winnen
Het controleren van concentratie is belangrijk
- Patiënten met cystinuria kunnen geen aminozuren als cystine (dimeer van
cysteïne) van de darm en urine naar het bloed transporteren hoge
concentratie zorgt voor kristalvorming in nieren en blaas
Er zijn twee verschillende manier van transport passief en actief
- Passief met gradiënt mee, gebeurt vanzelf
- Actief energie nodig, transporters nodig om moleculen tegen
gradiënt in te pompen
Er zijn 3 typen gradiënten
- Chemisch verschil in concentratie (bijvoorbeeld glucose)
- Elektrisch voltage over membraan door + en – ionen
- Elektrochemisch beide, kunnen samenwerken of tegen
elkaar in
Chemisch gradiënt diffusie en affiniteit
Elektrochemisch gradiënt diffusie, affiniteit en potentiaal
Twee belangrijkste klassen membraantransporteiwitten (passief)
- Carrier eiwit verandert conformatie: opgeloste stof hecht
en wordt vrijgegeven aan andere kant membraan
- Kanaal eiwit wordt gevouwen en vormt een H2O gevulde
pore waardoor moleculen heen kunnen
o α-helix en β-barrel
Kanalen vormen een hydrofiele porie zodat ionen kunnen passeren zonder contact te maken
met het hydrofobe inwendige milieu van het membraan
Ionofoor in vet oplosbaar molecuul dat ionen door de lipid bilayer heen transporteert
verhoogt permeabiliteit van membranen voor ionen
Valinomycin zeer specifiek voor kalium, wordt geproduceerd door Streptomyces fulvissimus
Gramicidine A 2 peptiden vormen porie-achtige helix met hydrofiel interieur, laat kationen door, door Bacillus brevis
Passief transport gefaciliteerde diffusie (met carrier of kanaal)
- Carrier vergroot “oplosbaarheid” van het molecuul in de membraan
- Carrier heeft 2 conformaties/states
Diffusie vs. carriers diffusie is niet verzadigbaar, carriers wel
Snelheid is afhankelijk van affiniteit (Km) en aantal carrier (Vmax)
o Vmax wordt bereikt als de transporter verzadigd is
Actief transport net als enzym; door koppeling met energie-leverend proces (ATP)
- Energie kan worden geleverd door transport aan een andere gradiënt te
koppelen
o Binding van substraat is dan afhankelijk van bind van “hulpsubstraat”
Coöperatieve binding binding van ligand verandert conformatie > betere affiniteit voor
ander ligand
Natrium-glucose cotransport glucose wordt omgewisseld voor Na+ in darmepitheel
College 1 – Cellen en membranen
Verschil dierlijke cel en plantencel chloroplast, celwand, vacuole
Plantencel heeft wél een celmembraan
Schimmels en bacteriën hebben ook een celwand
In cellen zitten ook membranen
interne
membranen om organellen
Membranen hebben als functie
- Afscheiding cel-omgeving
o Kleine moleculen, ionen, grote moleculen
- Afscheiding organellen
- Genereren/controleren van gradiënten
- Genereren/controleren van potentialen
- Matrix voor eiwitten
Benodigde eigenschappen van membranen
- Afsluitend
- Selectief permeabel
o Diffusie en gefaciliteerd transport
- Functioneren in waterige omgeving
- Rekbaar en vormbaar
Selectief permeabiliteit
- Grootte en menging met water bepalen hoe efficiënt een molecuul door de membraan gaat
o Polaire moleculen vormen interacties met watermoleculen waardoor ze oplossen
o Wel of niet oplosbaar hangt er van af of “oplossen” de vrije energie verlaagt
Vetzuren organische carbonzuren met een keten van koolstofatomen en een carboxylgroep (COOH)
- Hydrofiele kop en hydrofobe staart
Verzadigd vetzuur geen dubbele bindingen tussen koolstofatomen
Onverzadigd vetzuur meerdere dubbele bindingen tussen koolstofatomen
Fosfolipiden bestaan uit alcoholgroep, fosfaatgroep en glycerolgroep (kop), en 2 lange vetzuurstaarten
- Cholesterol biedt ondersteuning aan de lipid bilayer lost op in membranen en zorgt voor een grotere lokale
rigiditeit, en een verminderde permeabiliteit zonder de laterale diffusie negatief te beïnvloeden
o HDL neem cholesterol op uit het bloed waarna het in de lever wordt afgebroken
Detergentia kunnen membranen oplossen hun eigenschappen lijken erg op die van lipiden
Membraan is zelfhelend
Vorm is energetisch het meest voordelig wanneer het apolaire deel van de lipiden helemaal niet in aanraking
komt met het water dus helemaal rond en afgesloten als een cel
Vetzuren kunnen in de membraan diffunderen en verschillen van elkaar in
- De mate van verzadiging
- De lengte van de ketens
Verzadigde vetzuren zijn meer geordend in de membraan, en leiden tot een minder vloeibare membraan
Langere vetzuurketens hebben meer interactie met elkaar, en leiden ook tot een minder vloeibare membraan
Onverzadigde vetzuren hebben meer kinks meer laterale diffusie en meer kleine moleculen doordringen
Organisme weefsels cellen compartimenten/organellen bouwstenen
Peptideketen ruggengraat is polair
Lading van zure en basische aminozuren is afhankelijk van de pH van de omgeving
- Zuur aspartaat, glutamaat
- Basisch lysine, arginine, histidine
Ongeladen polaire aminozuren asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine
,Transmembraaneiwitten hebben interactie met de membraan, maar ook met elkaar
- Bacteriorhodopsin genereert protongradiënt door H+ van binnen naar buiten te pompen met behulp van
lichtenergie dit wordt gebruikt om ATP te genereren
o Dit eiwit heeft andere eiwitten nodig om zijn structuur te kunnen behouden
Transmembraaneiwit kan ook door middel van een β-barrel de membraan passeren er ontstaat een soort “tunnel”
Deze eiwitten hebben een hydrofiel interieur
- Selectiviteit wordt veroorzaakt door polypeptide lussen die de ingang kunnen afsluiten
De organisatie van hydrofobe en hydrofiele aminozuren verschilt tussen de α-helix en β-barrel transmembraaneiwitten
Posttranslationeel aangehechte lipide ankers eiwitten aan membraan (intra- of extracellulair)
Niet alleen membranen zijn
asymmetrisch, maar eiwitten in de
membraan ook beïnvloedt
processen als signalering en de oriëntatie van gradiënten rond de membraan
Van rode bloedcellen (zonder organellen) kunnen heel gemakkelijk membranen of vesicles worden gemaakt
binnen- en buitenkant van blaasjes kunnen apart bestudeerd worden
Drie belangrijke eiwitten in rode bloedcellen Spectrine, glycophorine, band 3 (transmembraan)
Spectrine perifeer membraaneiwit
Perifere membraaneiwitten gekoppeld aan membraan via lipid anchor (integraal
membraaneiwit), maar steken er niet doorheen
Integrale membraaneiwitten eiwitten die door de membraan steken
Niet los te maken zonder lipid bilayer aan te tasten
Spectrine bouwt een soort cytoskelet aan de binnenkant van de membraan
Op knooppunten worden een aantal staarten van tetrameren verbonden door een aantal “knooppunt eiwitten”, en aan
het membraan door ankyrin en band 3
De meeste membraaneiwitten bestaan uit meer dan alleen aminozuren bijvoorbeeld posttranslationele modificaties
Glycophorine overspant de membraan met 1 enkele transmembraan α-helix
Klein stuk van dit eiwit zit in de membraan, klein stuk zit in cytosol, rest zit buiten de cel
- 2 transmembraan helices associëren, zodat homodimeren ontstaan
Dubbele informatie in de transmembraanhelixsequentie
Eiwitten kunnen vrij bewegen over de membraan
De membraan kan beschouwd worden als een tweedimensionale vloeistof
Laterale diffusie kan worden beperkt door bijvoorbeeld tight junctions
In epitheelcellen zijn veel eiwitten beperkt tot de basale of apicale kant van epitheel
Domeinen zijn gemaakt in de membraan door het
cytoskelet eiwitten gebonden aan het cytoskelet
kunnen bewegen in zo’n domeinen
Eiwitdiffusie in de membraan wordt beperkt door het onderliggende actinecytoskelet
Extra beperking wordt veroorzaakt door eiwit-eiwit interacties
Dit leidt samen tot subcompartimentalisatie van de membraan
, College 2 – Functie van membranen
Alle compartimenten in de cel hebben andere functies en daardoor verschillende inhoud
Omgeven door membranen
o Enkele of dubbele membranen
o Blokkeren vrij transport van veel verbindingen
Membraan is hydrofoob hydrofobe moleculen kunnen er makkelijk doorheen, hydrofiele niet
- Grootte en oplosbaarheid geven de snelheid waarmee een molecuul door de bilayer komt
Concentraties van ionen worden constant bijgehouden door transporters
- Ionen komen moeilijk door de membraan heen
Concentratiegradiënten zijn een vorm van energie
Gradiënt is de drijvende kracht door barrière aan te leggen kun je energie winnen
Het controleren van concentratie is belangrijk
- Patiënten met cystinuria kunnen geen aminozuren als cystine (dimeer van
cysteïne) van de darm en urine naar het bloed transporteren hoge
concentratie zorgt voor kristalvorming in nieren en blaas
Er zijn twee verschillende manier van transport passief en actief
- Passief met gradiënt mee, gebeurt vanzelf
- Actief energie nodig, transporters nodig om moleculen tegen
gradiënt in te pompen
Er zijn 3 typen gradiënten
- Chemisch verschil in concentratie (bijvoorbeeld glucose)
- Elektrisch voltage over membraan door + en – ionen
- Elektrochemisch beide, kunnen samenwerken of tegen
elkaar in
Chemisch gradiënt diffusie en affiniteit
Elektrochemisch gradiënt diffusie, affiniteit en potentiaal
Twee belangrijkste klassen membraantransporteiwitten (passief)
- Carrier eiwit verandert conformatie: opgeloste stof hecht
en wordt vrijgegeven aan andere kant membraan
- Kanaal eiwit wordt gevouwen en vormt een H2O gevulde
pore waardoor moleculen heen kunnen
o α-helix en β-barrel
Kanalen vormen een hydrofiele porie zodat ionen kunnen passeren zonder contact te maken
met het hydrofobe inwendige milieu van het membraan
Ionofoor in vet oplosbaar molecuul dat ionen door de lipid bilayer heen transporteert
verhoogt permeabiliteit van membranen voor ionen
Valinomycin zeer specifiek voor kalium, wordt geproduceerd door Streptomyces fulvissimus
Gramicidine A 2 peptiden vormen porie-achtige helix met hydrofiel interieur, laat kationen door, door Bacillus brevis
Passief transport gefaciliteerde diffusie (met carrier of kanaal)
- Carrier vergroot “oplosbaarheid” van het molecuul in de membraan
- Carrier heeft 2 conformaties/states
Diffusie vs. carriers diffusie is niet verzadigbaar, carriers wel
Snelheid is afhankelijk van affiniteit (Km) en aantal carrier (Vmax)
o Vmax wordt bereikt als de transporter verzadigd is
Actief transport net als enzym; door koppeling met energie-leverend proces (ATP)
- Energie kan worden geleverd door transport aan een andere gradiënt te
koppelen
o Binding van substraat is dan afhankelijk van bind van “hulpsubstraat”
Coöperatieve binding binding van ligand verandert conformatie > betere affiniteit voor
ander ligand
Natrium-glucose cotransport glucose wordt omgewisseld voor Na+ in darmepitheel
