Moleculaire Biologie van de Cel Deel I
Hoorcollege 1
Membranen
Architectuur van de membraan.
Evolutie van membranen
RNA was er als eerst en evolueerde in eiwitten en DNA.
Zelf-assemblage van amfipathische(hydrofiele en hydrofobe kant) moleculen. De assemblage is
afhankelijk van de hoeveelheid water die aanwezig is. Bij weinig water gaan de hydrofobe koppen bij
elkaar zitten met water daartussen. Bij veel water ontstaat er een dubbele laag. Dit is het hydrofobe
effect.
Watermoleculen hebben sterke interactie onderling maar kunnen geen gunstige interactie aangaan
met hydrofobe moleculen
Gevolg: de hydrofobe moleculen worden naar elkaar
toegedreven. -> netto oppervlakte met water is
kleiner dan dat ze los in de oplossing zouden zitten.
Membranen kunnen gevormd worden van simpele vetzuren bij een bepaalde pH. -> oer membraan
Vormen wel barrières maar niet heel sterk voor kleinere moleculen.
Zijn ook dynamisch dus instaat tot splitsing en fusie.
Membranen worden net zoals DNA gevormd uit voorgaande structuren. Nooit dat een membraan
nieuw uit niets gevormd wordt
Biologische membranen nu
Veel functies, complexe samenstelling, complexe fysische eigenschappen.
Kenmerken van membraan:
• Permeabiliteitbarrière
• Grote dynamiek
• Selectief transport
• Energielevering en opslag
• Communicatie tussen binnen en buiten
Cellulaire membranen verschillen in:
• Lipide samenstelling
• Transbilaag verdeling
Lipiden zijn ook in het vlak van het membraan niet altijd homogeen verdeeld. Voorbeeld: rafts
Cholesterol ordent en sterkt de ketens van lipiden en kan cholesterol-rijke domeinen vormen (rafts)
Rafts:
• Rijk aan cholesterol en sphingolipiden
• Lipiden meer geordend
, • Speciale eigenschappen en functies
Algemene structuur van fosfolipiden:
Grote variantie:
• Kopgroep
• Backbone
• vetzuurstaart
Een van de meest voorkomende lipiden in membranen van dierlijke cellen: Phosphatidyl choline
De kop van de fosfolipiden beïnvloed de lading van de lipiden.
Je hebt geen netto positief geladen fosfolipiden, wel neutraal of negatief.
Er zijn geen negatief geladen delen aan de buitenkant van de lipiden
De vetzuurstaarten bevatten altijd een even aantal koolstofatomen.
Cis dubbele binding in vetzuur geeft een knik. Een trans dubbele binding niet.
Hoe bepalend zijn de lipiden voor de eigenschappen van een membraan
• Kopgroepen hebben geen effect op de vloeibaarheid van de membraan.
o Wel belangrijk voor de lading van de lipiden en voor de dikte van de kop ->
niet bilaag lipide
• Vetzuurstaarten.
Vetzuurstaarten bepalen in grote mate het smeltgedrag van de lipiden
De staarten worden dan veel soepeler en diffunderen veel sneller. Het smelten is een coöperatief
proces Dus als er 1 smelt smelten ze allemaal tegelijk. Daarom hebben lipiden ook een
karakteristieke smelttemperatuur.
De smelttemperatuur is afhankelijk
van het aantal koolstof atomen en
verzadiging.
Hoe langer de vetzuurstaarten zijn
hoe moeilijker het is om te smelten.
Een onverzadigde binding verlaagd
het smeltpunt.
Hoe zit dit in biologische membranen?
Smelttraject, vloeibare fase bij groeitemperatuur
,Is vloeibaarheid belangrijk voor biologische membranen?
1. Flexibiliteit en dynamiek van membraaneiwitten:
2. Laterale bewegingen van lipiden en eiwitten
(diffusie):belangrijk voor associatie en dissociatie van
membraaneiwitten, vorming van domeinen etc.
3. Dynamishe eigenschappen van membranen:
• Afsnoeren van vesiciles
• Fusie
• Flip-flop van lipiden
Wordt vloeibaarheid gereguleerd?
Passen organismen hun lipidensamenstelling aan bij verandering van omgevingstemperatuur?
Hoe hoger de temperatuur is hoe minder lipiden met cis-bindingen er worden gebruikt in de
membraan om de vloeibaarheid te reguleren. Vetzuren met cis-bindingen verlagen de
smelttemperatuur van membranen dus door minder van deze vetzuren te gebruiken zorgt het
organisme ervoor dat zijn membraan minder snel vloeibaar wordt en compenseert het hiermee een
verhoogde omgevingstemperatuur.
De koppen van de lipiden worden nauwelijks aangepast door de temperatuur. En hebben dus
blijkbaar ook niet veel effect op de vloeibaarheid.
Lipiden met een kegel vorm (een vetzuurstaart) gaan een micel
vormen. LPCs
Lipiden met een cilindrische vorm( 2 vetzuurstaarten) gaan
eerder een bilaag vormen PCs
Membranen bevatten ook lipiden met een omgekeerde kegelvorm:
niet bilaag lipiden (type 2 lipiden)
Deze hebben een omgekeerde kegelvorm doordat ze een relatief
kleine kop hebben.
Een voorbeeld hiervan is PE (phosphatidyl ethanolamine)
, Kegelvormige lipiden zoals PE vormen bij voorkeur een hexagonale fase
Echter is dit in een waterige oplossing niet waarschijnlijk omdat alle
vetzuren dan naar buiten zijn gericht. In deze situatie wordt in
werkelijkheid een klont met een enkele laag vetzuren eromheen.
Hexagonale phase komen niet voor in het lichaam. We hebben geen
membranen met alleen deze lipiden. Altijd gemengd.
Hoorcollege 2-3
Structuur en eigenschappen van lipiden
Functies van niet-bilaag lipiden in een membraan:
1. Niet-bilaag lipiden passen goed in sterk gekromde membranen.
2. Tijdens fusie en afsnoering van vesicles komen intermediairen met zeer sterk gebogen
structuren voor. Hier spelen deze PE lipiden ook een grote rol.
3. Samen met bilaag-lipiden kunnen ze ook een vlakke bilaag vormen.
Dit membraan heeft andere eigenschappen dan een bilaag door gewone bilaag lipiden
gevormd. Bij een bilaag met niet-bilaag lipiden blijft er meer ruimte over tussen de
kopgroepen: makkelijker voor
hydrofobe moleculen om in het
membraan te inserteren, maar wel
dichtere pakking in het midden van
het membraan: lastiger voor
moleculen om de membraan te
passeren. Kan ook invloed hebben
op structuur en dynamiek van
membraan eiwitten.
Eigenschappen van membraan:
Vetzuurstaarten: in grote mate bepalend voor de vloeibaarheid.
Kopgroepen: in grote mate bepalend voor curvatuur en laterale drukprofielen.
(Laterale drukprofiel: de druk die over de membraan vervoerd wordt.)**
Liposomen
Hydrofiele drugs/opgelost in water in liposomen.
• De drug is beschermd -> minder snel afgebroken
• Als de drug toxisch is geeft het minder schade in de rest van het lichaam.
• Targeting doormiddel van modificatie van lipiden van het liposoom.
• Controlled release mogelijk door naar de eigenschappen van de lipiden te kijken
• Mechanisme van opname in de cel is anders dan voor vrije drug
Maken van lipide vesicles
1. Lipiden in droge vorm in buisje
2. Buffer toevoegen (hierin zit de drug)
3. Schudden: door het hydrofobe effect worden spontaan lipide bilagen gevormd in de vorm
van multi lamellaire vesiciles. Nu zit de drug in de vesicles en aan de buitenkant
Hoorcollege 1
Membranen
Architectuur van de membraan.
Evolutie van membranen
RNA was er als eerst en evolueerde in eiwitten en DNA.
Zelf-assemblage van amfipathische(hydrofiele en hydrofobe kant) moleculen. De assemblage is
afhankelijk van de hoeveelheid water die aanwezig is. Bij weinig water gaan de hydrofobe koppen bij
elkaar zitten met water daartussen. Bij veel water ontstaat er een dubbele laag. Dit is het hydrofobe
effect.
Watermoleculen hebben sterke interactie onderling maar kunnen geen gunstige interactie aangaan
met hydrofobe moleculen
Gevolg: de hydrofobe moleculen worden naar elkaar
toegedreven. -> netto oppervlakte met water is
kleiner dan dat ze los in de oplossing zouden zitten.
Membranen kunnen gevormd worden van simpele vetzuren bij een bepaalde pH. -> oer membraan
Vormen wel barrières maar niet heel sterk voor kleinere moleculen.
Zijn ook dynamisch dus instaat tot splitsing en fusie.
Membranen worden net zoals DNA gevormd uit voorgaande structuren. Nooit dat een membraan
nieuw uit niets gevormd wordt
Biologische membranen nu
Veel functies, complexe samenstelling, complexe fysische eigenschappen.
Kenmerken van membraan:
• Permeabiliteitbarrière
• Grote dynamiek
• Selectief transport
• Energielevering en opslag
• Communicatie tussen binnen en buiten
Cellulaire membranen verschillen in:
• Lipide samenstelling
• Transbilaag verdeling
Lipiden zijn ook in het vlak van het membraan niet altijd homogeen verdeeld. Voorbeeld: rafts
Cholesterol ordent en sterkt de ketens van lipiden en kan cholesterol-rijke domeinen vormen (rafts)
Rafts:
• Rijk aan cholesterol en sphingolipiden
• Lipiden meer geordend
, • Speciale eigenschappen en functies
Algemene structuur van fosfolipiden:
Grote variantie:
• Kopgroep
• Backbone
• vetzuurstaart
Een van de meest voorkomende lipiden in membranen van dierlijke cellen: Phosphatidyl choline
De kop van de fosfolipiden beïnvloed de lading van de lipiden.
Je hebt geen netto positief geladen fosfolipiden, wel neutraal of negatief.
Er zijn geen negatief geladen delen aan de buitenkant van de lipiden
De vetzuurstaarten bevatten altijd een even aantal koolstofatomen.
Cis dubbele binding in vetzuur geeft een knik. Een trans dubbele binding niet.
Hoe bepalend zijn de lipiden voor de eigenschappen van een membraan
• Kopgroepen hebben geen effect op de vloeibaarheid van de membraan.
o Wel belangrijk voor de lading van de lipiden en voor de dikte van de kop ->
niet bilaag lipide
• Vetzuurstaarten.
Vetzuurstaarten bepalen in grote mate het smeltgedrag van de lipiden
De staarten worden dan veel soepeler en diffunderen veel sneller. Het smelten is een coöperatief
proces Dus als er 1 smelt smelten ze allemaal tegelijk. Daarom hebben lipiden ook een
karakteristieke smelttemperatuur.
De smelttemperatuur is afhankelijk
van het aantal koolstof atomen en
verzadiging.
Hoe langer de vetzuurstaarten zijn
hoe moeilijker het is om te smelten.
Een onverzadigde binding verlaagd
het smeltpunt.
Hoe zit dit in biologische membranen?
Smelttraject, vloeibare fase bij groeitemperatuur
,Is vloeibaarheid belangrijk voor biologische membranen?
1. Flexibiliteit en dynamiek van membraaneiwitten:
2. Laterale bewegingen van lipiden en eiwitten
(diffusie):belangrijk voor associatie en dissociatie van
membraaneiwitten, vorming van domeinen etc.
3. Dynamishe eigenschappen van membranen:
• Afsnoeren van vesiciles
• Fusie
• Flip-flop van lipiden
Wordt vloeibaarheid gereguleerd?
Passen organismen hun lipidensamenstelling aan bij verandering van omgevingstemperatuur?
Hoe hoger de temperatuur is hoe minder lipiden met cis-bindingen er worden gebruikt in de
membraan om de vloeibaarheid te reguleren. Vetzuren met cis-bindingen verlagen de
smelttemperatuur van membranen dus door minder van deze vetzuren te gebruiken zorgt het
organisme ervoor dat zijn membraan minder snel vloeibaar wordt en compenseert het hiermee een
verhoogde omgevingstemperatuur.
De koppen van de lipiden worden nauwelijks aangepast door de temperatuur. En hebben dus
blijkbaar ook niet veel effect op de vloeibaarheid.
Lipiden met een kegel vorm (een vetzuurstaart) gaan een micel
vormen. LPCs
Lipiden met een cilindrische vorm( 2 vetzuurstaarten) gaan
eerder een bilaag vormen PCs
Membranen bevatten ook lipiden met een omgekeerde kegelvorm:
niet bilaag lipiden (type 2 lipiden)
Deze hebben een omgekeerde kegelvorm doordat ze een relatief
kleine kop hebben.
Een voorbeeld hiervan is PE (phosphatidyl ethanolamine)
, Kegelvormige lipiden zoals PE vormen bij voorkeur een hexagonale fase
Echter is dit in een waterige oplossing niet waarschijnlijk omdat alle
vetzuren dan naar buiten zijn gericht. In deze situatie wordt in
werkelijkheid een klont met een enkele laag vetzuren eromheen.
Hexagonale phase komen niet voor in het lichaam. We hebben geen
membranen met alleen deze lipiden. Altijd gemengd.
Hoorcollege 2-3
Structuur en eigenschappen van lipiden
Functies van niet-bilaag lipiden in een membraan:
1. Niet-bilaag lipiden passen goed in sterk gekromde membranen.
2. Tijdens fusie en afsnoering van vesicles komen intermediairen met zeer sterk gebogen
structuren voor. Hier spelen deze PE lipiden ook een grote rol.
3. Samen met bilaag-lipiden kunnen ze ook een vlakke bilaag vormen.
Dit membraan heeft andere eigenschappen dan een bilaag door gewone bilaag lipiden
gevormd. Bij een bilaag met niet-bilaag lipiden blijft er meer ruimte over tussen de
kopgroepen: makkelijker voor
hydrofobe moleculen om in het
membraan te inserteren, maar wel
dichtere pakking in het midden van
het membraan: lastiger voor
moleculen om de membraan te
passeren. Kan ook invloed hebben
op structuur en dynamiek van
membraan eiwitten.
Eigenschappen van membraan:
Vetzuurstaarten: in grote mate bepalend voor de vloeibaarheid.
Kopgroepen: in grote mate bepalend voor curvatuur en laterale drukprofielen.
(Laterale drukprofiel: de druk die over de membraan vervoerd wordt.)**
Liposomen
Hydrofiele drugs/opgelost in water in liposomen.
• De drug is beschermd -> minder snel afgebroken
• Als de drug toxisch is geeft het minder schade in de rest van het lichaam.
• Targeting doormiddel van modificatie van lipiden van het liposoom.
• Controlled release mogelijk door naar de eigenschappen van de lipiden te kijken
• Mechanisme van opname in de cel is anders dan voor vrije drug
Maken van lipide vesicles
1. Lipiden in droge vorm in buisje
2. Buffer toevoegen (hierin zit de drug)
3. Schudden: door het hydrofobe effect worden spontaan lipide bilagen gevormd in de vorm
van multi lamellaire vesiciles. Nu zit de drug in de vesicles en aan de buitenkant
