Moleculaire Biologie van de Cel – Deel 1 –
Biomedische Wetenschappen – UU Jaar 2
Inhoud
MBoC – HC 1: Membraanarchitectuur 1 ................................................................................................. 2
MBoC – H2: Membraanarchitectuur 2 .................................................................................................... 6
MBoC – HC 3: Membraanbiogenese 1 .................................................................................................. 11
MBoC – HC 4: Membraanbiogenese 2 .................................................................................................. 19
[1] Cardiolipide (CL) ........................................................................................................................... 19
[2] Fosfo-inositiden ........................................................................................................................... 20
MBoC – HC 5: Signaaltransductie 1 ....................................................................................................... 26
MBoC – HC6: Signaaltransductie 2 ........................................................................................................ 33
MBoC – HC 7: Signaaltransductie 3 ....................................................................................................... 39
MBoC – HC 8: Onderzoekstechnieken................................................................................................... 41
1
,MBoC – HC 1: Membraanarchitectuur 1
Membraan – essentiële kenmerken
• Moet niet lekken – permeabiliteitsbarrière
• Complexe samenstelling en fysische eigenschappen
• Stoffen selectief kunnen doorlaten
• Signalen door kunnen geven
• Zorgen voor energielevering en opslag
• Communicatie tussen binnen en buiten
• Dynamisch
• Kunnen afsplitsen en fuseren zonder lekken
• Het zijn van een barrière voor: medicijnen, toxische stoffen,
virussen
Membranen in evolutie en organisatie
o Oermembraan was een zwakke barrière waarbij alleen kleine
moleculen konden passeren. Ook was het erg dynamisch en was
fusie en splitsing mogelijk
o Een zeepbel is amfipatisch waarbij polaire gedeelte naar het water
wijzen en het apolaire gedeelte naar de lucht
o Bij veel water zullen apolaire staarten naar elkaar zitten en polaire groepen zullen in aanraking
met het water zitten. Er wordt een dubbellaag gevormd
o Zelf-assembleren = het vormen van een dubbellaag of micel
o De vorm van de moleculen bepaalt de organisatie
o Grote kopgroep en één staart → micel
o Kleine kopgroep en 2 staarten → dubbellaag
o Membranen kunnen gevormd worden van simpele vetzuren
o Het hydrofobe effect:
o Water moleculen hebben sterke interactie onderling
maar kunnen geen gunstige reactie aangaan met
hydrofobe moleculen
o Gevolg: hydrofobe moleculen trekken elkaar
aan
Verschillen van cellulaire membranen
1. Lipide samenstelling
o Glycolysering is verdeelt
o Lipiden zijn ook in het vlak van de membraan niet
altijd homogeen verdeelt
o Cholesterol ordent en strekt de ketens van lipiden
en kan cholesterol-rijke domeinen vormen (rafts)
o Rafts:
▪ Rijk aan cholesterol en shingolipiden
▪ Lipiden meer geordend
▪ Speciale eigenschappen en functies
2. Transbilaag verdeling
o Bepaalde lipiden zitten meer aan de binnenkant dan aan de buitenkant en vice versa
2
, o Phosphatidylserine zit alleen aan de binnenkant. Negatief
geladen lipide. Is het signaal voor apoptose als het aan de
buitenkant komt te zitten
Algemene structuur fosfolipide
• Hydrofiele kopgroep bestaande uit een fosfaat en een alcohol,
gebonden aan een glycerol molecuul met twee vetzuurstaarten
• Er zit vooral verschil in kopgroepen en vetzuurstaarten
o Kopgroep is altijd - geladen (of +/-)
o Phosphatidyl choline moet je kunnen tekenen
o Vetzuren bevatten een even aantal C-atomen varierend van
~14-24
o Bevat altijd cis-dubbele binding, waarbij geen vrije rotatie is rond de
dubbele bindingen → vorming plat vlak
o Een cis-dubbele binding in een vetzuurketen veroorzaakt een kink.
Gevolg is de vloeibaarheid van het membraan
o Er is vrije rotatie rond enkele bindingen
Bepalende eigenschappen voor een membraan
1. Vetzuurstaarten → vloeibaarheid
2. Kopgroepen → kromming van lipiden
Vetzuurstaarten
Lipiden zijn vetten en bepalen het smeltgedrag van het membraan
Verzadigd → hoog smeltpunt. vast (boter)
Onverzadigd → laag smeltpunt. vloeibaar (olie)
Smelten van lipiden: verzadigde ketens (zonder dubbele bindingen) gaan meer
bewegen en worden heel ongeordend
o Bij lage temperatuur zijn de vetzuurstaarten in een all-trans conformatie
wat een gunstige pakking van de ketens naasr elkaar geeft. Bij smelten is er
vrije draaibaarheid rond de ketens, waarbij het molecuul vaak de anti/trans
of gauche conformatie aannemen
Vloeibaar kristallijne fase = term waarbij het membraan ‘gesmolten’ is
Bij verhoging van T gaan de moleculen meer bewegen en worden trans-gauche
isomerisaties energetisch gunstiger. Isomerisatie in de keten verstoort
dan de pakking. Dan ontstaat er smelting, dit is een coöperatief proces.
Als er één begint, gaan ze allemaal
Elk lipide heeft een karakteriserende smelttemperatuur
Verschillende eigenschappen - bilagen
Vast Vloeibaar
Efficiënte barrière onder en boven Tm Efficiënte barrière onder en boven Tm Lengte en
Bilagen dikker Bilagen dunner verzadigdheid van de
Oppervlak molecuul klein Oppervlak molecuul groot vetzuurketens zijn
Consequentie: Pakkingsdefecten bij T = Tm – moleculen kunnen er makkelijker bepalend voor de
doorheen smelttemperatuur van
lipiden
o Hoe meer = → hoe lager Tsmelt
3
, o Hoe meer C-atomen → hoe hoger Tsmelt
Biologische membranen hebben een smelttraject (vloeibare fase bij groeitemperatuur)
Membraanvloeibaarheid is belangrijk voor:
o Flexibiliteit en dynamiek van membraaneiwitten
o Laterale bewegingen van lipiden en eiwitten (diffusie) – belangrijk voor associatie en
disassociatie van membraaneiwitten, vorming van domeinen, etc.
o Dynamische eigenschappen van membranen (afsnoeren blaasjes, fusie, flip-flop van
lipiden)
De vetzuursamenstelling verandert bij een verschillende temperatuur – hoe hoger T, hoe meer
verzadigde lipiden (hogere overgangstemperatuur). Zo blijft de vloeibaarheid van het membraan
gelijk
Kopgroepen
Kopgroepen spelen geen rol in de vloeibaarheid
Type 0 → PC (normaal)
Type I → LPC (micel)
Type II → PE (hexagonaal)
De grootte kan verschillen:
o Membranen bevatten ook lipiden met omgekeerde kegelvorm:
niet-bilaag lipiden (type II lipiden)
o PE vormen een hexagonale fase in water waarbij in het midden
van deze buizen water zit. De vetzuurstaarten steken uit en
hebben interactie met elkaar. Elke buis is omringd door 6
andere buizen (in vitro)
Niet-bilaag lipiden – functie:
o Passen goed in sterk gekromde membranen
o Makkelijker induceren van fusie en afsnoering
o Het vormen van een vlakke bilaag (mengsel van bilaag en
niet-bilaag lipiden). Deze heeft andere eigenschappen
Vlakke bilaag – eigenschappen:
o Meer ruimte bij de kopgroepen – makkelijker voor hydrofobe moleculen
om aan de membraan te binden en te inserteren
o Dichtere pakking in het midden van de membraan door de staarten –
lastiger voor moleculen om de membraan te passeren
o Kan invloed hebben op structuur en dynamiek van membraaneiwitten
Liposomen als drug-carriers (toepassing) - redenen
• Drug wordt minder snel geinactiveerd in het bloed
• Niet toxisch want liposomen zijn lichaamseigen
4
Biomedische Wetenschappen – UU Jaar 2
Inhoud
MBoC – HC 1: Membraanarchitectuur 1 ................................................................................................. 2
MBoC – H2: Membraanarchitectuur 2 .................................................................................................... 6
MBoC – HC 3: Membraanbiogenese 1 .................................................................................................. 11
MBoC – HC 4: Membraanbiogenese 2 .................................................................................................. 19
[1] Cardiolipide (CL) ........................................................................................................................... 19
[2] Fosfo-inositiden ........................................................................................................................... 20
MBoC – HC 5: Signaaltransductie 1 ....................................................................................................... 26
MBoC – HC6: Signaaltransductie 2 ........................................................................................................ 33
MBoC – HC 7: Signaaltransductie 3 ....................................................................................................... 39
MBoC – HC 8: Onderzoekstechnieken................................................................................................... 41
1
,MBoC – HC 1: Membraanarchitectuur 1
Membraan – essentiële kenmerken
• Moet niet lekken – permeabiliteitsbarrière
• Complexe samenstelling en fysische eigenschappen
• Stoffen selectief kunnen doorlaten
• Signalen door kunnen geven
• Zorgen voor energielevering en opslag
• Communicatie tussen binnen en buiten
• Dynamisch
• Kunnen afsplitsen en fuseren zonder lekken
• Het zijn van een barrière voor: medicijnen, toxische stoffen,
virussen
Membranen in evolutie en organisatie
o Oermembraan was een zwakke barrière waarbij alleen kleine
moleculen konden passeren. Ook was het erg dynamisch en was
fusie en splitsing mogelijk
o Een zeepbel is amfipatisch waarbij polaire gedeelte naar het water
wijzen en het apolaire gedeelte naar de lucht
o Bij veel water zullen apolaire staarten naar elkaar zitten en polaire groepen zullen in aanraking
met het water zitten. Er wordt een dubbellaag gevormd
o Zelf-assembleren = het vormen van een dubbellaag of micel
o De vorm van de moleculen bepaalt de organisatie
o Grote kopgroep en één staart → micel
o Kleine kopgroep en 2 staarten → dubbellaag
o Membranen kunnen gevormd worden van simpele vetzuren
o Het hydrofobe effect:
o Water moleculen hebben sterke interactie onderling
maar kunnen geen gunstige reactie aangaan met
hydrofobe moleculen
o Gevolg: hydrofobe moleculen trekken elkaar
aan
Verschillen van cellulaire membranen
1. Lipide samenstelling
o Glycolysering is verdeelt
o Lipiden zijn ook in het vlak van de membraan niet
altijd homogeen verdeelt
o Cholesterol ordent en strekt de ketens van lipiden
en kan cholesterol-rijke domeinen vormen (rafts)
o Rafts:
▪ Rijk aan cholesterol en shingolipiden
▪ Lipiden meer geordend
▪ Speciale eigenschappen en functies
2. Transbilaag verdeling
o Bepaalde lipiden zitten meer aan de binnenkant dan aan de buitenkant en vice versa
2
, o Phosphatidylserine zit alleen aan de binnenkant. Negatief
geladen lipide. Is het signaal voor apoptose als het aan de
buitenkant komt te zitten
Algemene structuur fosfolipide
• Hydrofiele kopgroep bestaande uit een fosfaat en een alcohol,
gebonden aan een glycerol molecuul met twee vetzuurstaarten
• Er zit vooral verschil in kopgroepen en vetzuurstaarten
o Kopgroep is altijd - geladen (of +/-)
o Phosphatidyl choline moet je kunnen tekenen
o Vetzuren bevatten een even aantal C-atomen varierend van
~14-24
o Bevat altijd cis-dubbele binding, waarbij geen vrije rotatie is rond de
dubbele bindingen → vorming plat vlak
o Een cis-dubbele binding in een vetzuurketen veroorzaakt een kink.
Gevolg is de vloeibaarheid van het membraan
o Er is vrije rotatie rond enkele bindingen
Bepalende eigenschappen voor een membraan
1. Vetzuurstaarten → vloeibaarheid
2. Kopgroepen → kromming van lipiden
Vetzuurstaarten
Lipiden zijn vetten en bepalen het smeltgedrag van het membraan
Verzadigd → hoog smeltpunt. vast (boter)
Onverzadigd → laag smeltpunt. vloeibaar (olie)
Smelten van lipiden: verzadigde ketens (zonder dubbele bindingen) gaan meer
bewegen en worden heel ongeordend
o Bij lage temperatuur zijn de vetzuurstaarten in een all-trans conformatie
wat een gunstige pakking van de ketens naasr elkaar geeft. Bij smelten is er
vrije draaibaarheid rond de ketens, waarbij het molecuul vaak de anti/trans
of gauche conformatie aannemen
Vloeibaar kristallijne fase = term waarbij het membraan ‘gesmolten’ is
Bij verhoging van T gaan de moleculen meer bewegen en worden trans-gauche
isomerisaties energetisch gunstiger. Isomerisatie in de keten verstoort
dan de pakking. Dan ontstaat er smelting, dit is een coöperatief proces.
Als er één begint, gaan ze allemaal
Elk lipide heeft een karakteriserende smelttemperatuur
Verschillende eigenschappen - bilagen
Vast Vloeibaar
Efficiënte barrière onder en boven Tm Efficiënte barrière onder en boven Tm Lengte en
Bilagen dikker Bilagen dunner verzadigdheid van de
Oppervlak molecuul klein Oppervlak molecuul groot vetzuurketens zijn
Consequentie: Pakkingsdefecten bij T = Tm – moleculen kunnen er makkelijker bepalend voor de
doorheen smelttemperatuur van
lipiden
o Hoe meer = → hoe lager Tsmelt
3
, o Hoe meer C-atomen → hoe hoger Tsmelt
Biologische membranen hebben een smelttraject (vloeibare fase bij groeitemperatuur)
Membraanvloeibaarheid is belangrijk voor:
o Flexibiliteit en dynamiek van membraaneiwitten
o Laterale bewegingen van lipiden en eiwitten (diffusie) – belangrijk voor associatie en
disassociatie van membraaneiwitten, vorming van domeinen, etc.
o Dynamische eigenschappen van membranen (afsnoeren blaasjes, fusie, flip-flop van
lipiden)
De vetzuursamenstelling verandert bij een verschillende temperatuur – hoe hoger T, hoe meer
verzadigde lipiden (hogere overgangstemperatuur). Zo blijft de vloeibaarheid van het membraan
gelijk
Kopgroepen
Kopgroepen spelen geen rol in de vloeibaarheid
Type 0 → PC (normaal)
Type I → LPC (micel)
Type II → PE (hexagonaal)
De grootte kan verschillen:
o Membranen bevatten ook lipiden met omgekeerde kegelvorm:
niet-bilaag lipiden (type II lipiden)
o PE vormen een hexagonale fase in water waarbij in het midden
van deze buizen water zit. De vetzuurstaarten steken uit en
hebben interactie met elkaar. Elke buis is omringd door 6
andere buizen (in vitro)
Niet-bilaag lipiden – functie:
o Passen goed in sterk gekromde membranen
o Makkelijker induceren van fusie en afsnoering
o Het vormen van een vlakke bilaag (mengsel van bilaag en
niet-bilaag lipiden). Deze heeft andere eigenschappen
Vlakke bilaag – eigenschappen:
o Meer ruimte bij de kopgroepen – makkelijker voor hydrofobe moleculen
om aan de membraan te binden en te inserteren
o Dichtere pakking in het midden van de membraan door de staarten –
lastiger voor moleculen om de membraan te passeren
o Kan invloed hebben op structuur en dynamiek van membraaneiwitten
Liposomen als drug-carriers (toepassing) - redenen
• Drug wordt minder snel geinactiveerd in het bloed
• Niet toxisch want liposomen zijn lichaamseigen
4
