H11 – CELMEMBRAAN STRUCTUUR [381-404p.]
> membranen voor structuur, transport en compartimentalisatie = beschermen van chemische componenten tegen externe omgeving
> plasmamembraan met eiwitten voor (1) import/export, (2) celgroei/mobiliteit, (3) cel communicatie
• Plasmamembraan: fosfolipiden, membraan eiwitten en cholesterol in dierlijke cellen
• Liposoom: ronde vesicles door spontane aggregatie van amfipatische fosfolipiden
• Verzadiging: onverzadigd (C=C) is vloeibaar bij kamertemperatuur, verzadigt (C-C) is solide bij kamertemperatuur
> hydrogenatie, additie van H2, om van onverzadigd naar verzadigt te gaan
LIPIDE BILAAG
I) FORMATIE
> Organisatie van H2O tot omringende structuur om compleet hydrofoob molecuul kost vrije-energie
> Aggregatie minimaliseert benodigde vrije-energie door hydrofobe contactoppervlakte te verkleinen
> Spontane herschikking bij schade want vrije randen energetisch ongunstig, bij grote scheur opdeling in aparte vesicles
▪ Fosfolipiden: glycerol met twee vetzuurstaarten (hydrofoob), fosfaat- en polaire groep (hydrofiel zoals choline)
1. Enzymen voor fosfolipide synthese aan cytosol oppervlakte van ER [vrije vetzuren als substraat vervoerd dmv. eiwitten]
2. Vetzuur gekoppeld aan CoA in ER membraan
3. acetyl transferase verwijderd CoA en verbindt glycerol aan 2 vetzuurketens
3. Additie van fosfolipiden tot ER monolaag aan cytosol zijde
4. Scramblase verplaatst willekeurige fosfolipiden naar andere monolaag [symmetrische groei]
5. Willekeurige fosfolipiden distributie vanaf ER
6. Golgi apparaat met Flippase verplaatst specifieke fosfolipiden naar andere monolaag [ATP hydrolyse, asymmetrisch groei]
7. Budding met te onderscheiden ‘interieur’ en ‘exterieur’ monolaag [conservatie van oriëntatie]
II) ONDERHOUD
▪ Vloeibaarheid en flexibiliteit: vrije beweging van fosfolipiden in monolaag [diameter >25nm]
(1) laterale diffusie over monolaag, (2) buiging, (3) rotatie op plaats, (4) flip-flop voor veranderen van monolaag
➢ Hoe dichter opeen en gestructureerde verpakt hoe minder vloeibaar
o Lengte en (on)verzadiging van koolstof staarten --> korter is minder interactie & dubbele binding is knik [koud]
o Cholesterol --> rigide steroïd ring vult ruimte tussen fosfolipiden voor extra stijfheid of vloeibaarheid
III) EIGENSCHAPPEN
▪ Conservatie van oriëntatie: vanaf golgi apparaat
→ Glycolipiden: alleen in niet-cytosol monolaag, suikergroep intern van transport vesicle waarna extracellulair
▪ Self-healing: energetisch voordelig door amfipatische aard
▪ Asymmetrische distributie: flippase
▪ Vloeibaarheid: mobiliteit vaststellen met ‘Fluorescence recovery after photobleaching’ (FRAP met GFP)
→ Dubbed single-particle tracking (SPT): eiwit getagd met antilichaam gecoat met goud nanodeeltje
→ Detergent micellen: voor extraheren van fosfolipiden voor synthetische bilaag en zuivering van eiwitten
MEMBRAAN EIWITTEN
Transport Na+ pomp Actief antiporter Na+ (uit) en K+ (in)
Ion-kanaal K+ lek kanaal K+ cel uit, veranderd exciteerbaarheid
Verankering Integrine Verbindt intracellulaire actine filamenten met extracellulaire matrix
Receptor Groeifactor (PDGF) Celgroei en deling cascade
Enzym Adenylyl cyclase Katalyseert productie cyclisch AMP
Glycoproteïnen: eiwit met covalent gebonden oligosaccharide (enorm vertakt)
Glycocalyx: coating door externe oriëntatie van koolhydraten in plasmamembraan
> oligo- en polysachariden trekken H2O aan waardoor slijmerige laag ter bescherming, voor motiliteit en tegen aggregatie
> cel-cel herkenning door lectines die specifieke oligosacharide zijketens bindt
, Membraan associatie
Integrale membraan eiwitten
= direct verbonden, detergents nodig voor verbreking
- transmembraan eiwitten [alfa-helix of bèta-barrel overspant lipide bilaag]
- monolaag-associatie [amfipatische α-helix in monolaag]
- lipide-linked [covalente interactie met fosfolipiden]
Perifere membraan eiwitten
- protein-linked [interactie met membraan gebonden eiwit]
α-helix: domein dat membraan overspant, hydrofobe zijketen extern en intern H-bruggen tussen backbone afgeschermd
> Single-pass vs. multipass transmembraan eiwit uit serie alfa helixen tot coiled-coil structuren voor kanaal
ß-barrel: meerdere bèta-sheets tot amfipatische structuur [porin eiwit]
detergents: membraan oplosbaar maken en integrale eiwitten los door hydrofobe associaties te verbreken
[fluorescentie of FRAP voor bepaling mobiliteit]
> kleine, amfipatische, lipide-achtige moleculen met enkele hydrofobe staart (zeep moleculen)
> kegel structuur leidt tot clustering tot micellen
> hydrofobe einde interacteert met membraan-overspannende hydrofobe regio van transmembraan eiwit en fosfolipide staart
> verstoord bilaag en scheidt eiwitten van fosfolipiden waarna hydrofiele einde de eiwitten naar waterige-oplossing trekt
Celmembraan bevestiging/versterking
Celwand: mechanische eigenschappen door vezelige laag van eiwitten, suikers en macromoleculen in plasmamembraan
Cel cortex: filamenteuze eiwitten bevestigd aan onderkant membraan voor immobilisatie en stevigheid
Membraan domeinen: functioneel gespecialiseerde regio’s door eiwit lokalisering in bilaag
> (1) verbonden aan cel cortex, extracellulaire matrix of oppervlakte eiwitten (2) diffusie barrière als tight-junction
> tight-junction beperken vrije beweging van membraaneiwitten voor apicaal en basaal lamina
Vb. Bacteriorhodopsin uit plasmamembraan archaea
> membraan transport eiwit die protonen (H+) cel uit pompt voor concentratie gradiënt voor ATP synthese
> molecuul bevat chromofoor, licht absorberend, niet-eiwit genaamd retinal
> Retinal is covalent gebonden aan transmembraan α-helix
> bij absorptie van foton zorgt conformatie verandering α-helix dat H+ van retinal wordt uitgescheiden
Vb. Rode bloedcel
> Dimeer eiwit spectrine in cel cortex
> Spectrine vormt rooster die vorm onderhoudt, verbonden aan transmembraan eiwitten dmv. intracellulaire eiwitten
Vb. modelmembranen vs. ‘echte’ membranen
> modelmembranen zijn liposomen met bilaag uit enkel fosfolipiden, geen membraan eiwitten
> missen complexe, asymmetrische, eiwitrijke en dynamische structuren die stabiliteit, vloeibaarheid en andere functies ondersteunen
--> asymmetrie belangrijk bij signaal-transductie
--> cytoskelet en extracellulaire matrix interactie voor vorm en mechanische sterkte
Vb. leukocyten
> Specifieke oligosachariden aan extracellulaire oppervlakte binden lectine receptoren in ader endotheel cellen met lage affiniteit
waardoor rollende voorbeweging
> membranen voor structuur, transport en compartimentalisatie = beschermen van chemische componenten tegen externe omgeving
> plasmamembraan met eiwitten voor (1) import/export, (2) celgroei/mobiliteit, (3) cel communicatie
• Plasmamembraan: fosfolipiden, membraan eiwitten en cholesterol in dierlijke cellen
• Liposoom: ronde vesicles door spontane aggregatie van amfipatische fosfolipiden
• Verzadiging: onverzadigd (C=C) is vloeibaar bij kamertemperatuur, verzadigt (C-C) is solide bij kamertemperatuur
> hydrogenatie, additie van H2, om van onverzadigd naar verzadigt te gaan
LIPIDE BILAAG
I) FORMATIE
> Organisatie van H2O tot omringende structuur om compleet hydrofoob molecuul kost vrije-energie
> Aggregatie minimaliseert benodigde vrije-energie door hydrofobe contactoppervlakte te verkleinen
> Spontane herschikking bij schade want vrije randen energetisch ongunstig, bij grote scheur opdeling in aparte vesicles
▪ Fosfolipiden: glycerol met twee vetzuurstaarten (hydrofoob), fosfaat- en polaire groep (hydrofiel zoals choline)
1. Enzymen voor fosfolipide synthese aan cytosol oppervlakte van ER [vrije vetzuren als substraat vervoerd dmv. eiwitten]
2. Vetzuur gekoppeld aan CoA in ER membraan
3. acetyl transferase verwijderd CoA en verbindt glycerol aan 2 vetzuurketens
3. Additie van fosfolipiden tot ER monolaag aan cytosol zijde
4. Scramblase verplaatst willekeurige fosfolipiden naar andere monolaag [symmetrische groei]
5. Willekeurige fosfolipiden distributie vanaf ER
6. Golgi apparaat met Flippase verplaatst specifieke fosfolipiden naar andere monolaag [ATP hydrolyse, asymmetrisch groei]
7. Budding met te onderscheiden ‘interieur’ en ‘exterieur’ monolaag [conservatie van oriëntatie]
II) ONDERHOUD
▪ Vloeibaarheid en flexibiliteit: vrije beweging van fosfolipiden in monolaag [diameter >25nm]
(1) laterale diffusie over monolaag, (2) buiging, (3) rotatie op plaats, (4) flip-flop voor veranderen van monolaag
➢ Hoe dichter opeen en gestructureerde verpakt hoe minder vloeibaar
o Lengte en (on)verzadiging van koolstof staarten --> korter is minder interactie & dubbele binding is knik [koud]
o Cholesterol --> rigide steroïd ring vult ruimte tussen fosfolipiden voor extra stijfheid of vloeibaarheid
III) EIGENSCHAPPEN
▪ Conservatie van oriëntatie: vanaf golgi apparaat
→ Glycolipiden: alleen in niet-cytosol monolaag, suikergroep intern van transport vesicle waarna extracellulair
▪ Self-healing: energetisch voordelig door amfipatische aard
▪ Asymmetrische distributie: flippase
▪ Vloeibaarheid: mobiliteit vaststellen met ‘Fluorescence recovery after photobleaching’ (FRAP met GFP)
→ Dubbed single-particle tracking (SPT): eiwit getagd met antilichaam gecoat met goud nanodeeltje
→ Detergent micellen: voor extraheren van fosfolipiden voor synthetische bilaag en zuivering van eiwitten
MEMBRAAN EIWITTEN
Transport Na+ pomp Actief antiporter Na+ (uit) en K+ (in)
Ion-kanaal K+ lek kanaal K+ cel uit, veranderd exciteerbaarheid
Verankering Integrine Verbindt intracellulaire actine filamenten met extracellulaire matrix
Receptor Groeifactor (PDGF) Celgroei en deling cascade
Enzym Adenylyl cyclase Katalyseert productie cyclisch AMP
Glycoproteïnen: eiwit met covalent gebonden oligosaccharide (enorm vertakt)
Glycocalyx: coating door externe oriëntatie van koolhydraten in plasmamembraan
> oligo- en polysachariden trekken H2O aan waardoor slijmerige laag ter bescherming, voor motiliteit en tegen aggregatie
> cel-cel herkenning door lectines die specifieke oligosacharide zijketens bindt
, Membraan associatie
Integrale membraan eiwitten
= direct verbonden, detergents nodig voor verbreking
- transmembraan eiwitten [alfa-helix of bèta-barrel overspant lipide bilaag]
- monolaag-associatie [amfipatische α-helix in monolaag]
- lipide-linked [covalente interactie met fosfolipiden]
Perifere membraan eiwitten
- protein-linked [interactie met membraan gebonden eiwit]
α-helix: domein dat membraan overspant, hydrofobe zijketen extern en intern H-bruggen tussen backbone afgeschermd
> Single-pass vs. multipass transmembraan eiwit uit serie alfa helixen tot coiled-coil structuren voor kanaal
ß-barrel: meerdere bèta-sheets tot amfipatische structuur [porin eiwit]
detergents: membraan oplosbaar maken en integrale eiwitten los door hydrofobe associaties te verbreken
[fluorescentie of FRAP voor bepaling mobiliteit]
> kleine, amfipatische, lipide-achtige moleculen met enkele hydrofobe staart (zeep moleculen)
> kegel structuur leidt tot clustering tot micellen
> hydrofobe einde interacteert met membraan-overspannende hydrofobe regio van transmembraan eiwit en fosfolipide staart
> verstoord bilaag en scheidt eiwitten van fosfolipiden waarna hydrofiele einde de eiwitten naar waterige-oplossing trekt
Celmembraan bevestiging/versterking
Celwand: mechanische eigenschappen door vezelige laag van eiwitten, suikers en macromoleculen in plasmamembraan
Cel cortex: filamenteuze eiwitten bevestigd aan onderkant membraan voor immobilisatie en stevigheid
Membraan domeinen: functioneel gespecialiseerde regio’s door eiwit lokalisering in bilaag
> (1) verbonden aan cel cortex, extracellulaire matrix of oppervlakte eiwitten (2) diffusie barrière als tight-junction
> tight-junction beperken vrije beweging van membraaneiwitten voor apicaal en basaal lamina
Vb. Bacteriorhodopsin uit plasmamembraan archaea
> membraan transport eiwit die protonen (H+) cel uit pompt voor concentratie gradiënt voor ATP synthese
> molecuul bevat chromofoor, licht absorberend, niet-eiwit genaamd retinal
> Retinal is covalent gebonden aan transmembraan α-helix
> bij absorptie van foton zorgt conformatie verandering α-helix dat H+ van retinal wordt uitgescheiden
Vb. Rode bloedcel
> Dimeer eiwit spectrine in cel cortex
> Spectrine vormt rooster die vorm onderhoudt, verbonden aan transmembraan eiwitten dmv. intracellulaire eiwitten
Vb. modelmembranen vs. ‘echte’ membranen
> modelmembranen zijn liposomen met bilaag uit enkel fosfolipiden, geen membraan eiwitten
> missen complexe, asymmetrische, eiwitrijke en dynamische structuren die stabiliteit, vloeibaarheid en andere functies ondersteunen
--> asymmetrie belangrijk bij signaal-transductie
--> cytoskelet en extracellulaire matrix interactie voor vorm en mechanische sterkte
Vb. leukocyten
> Specifieke oligosachariden aan extracellulaire oppervlakte binden lectine receptoren in ader endotheel cellen met lage affiniteit
waardoor rollende voorbeweging
