Samenvatting BMW-Moleculaire biologie van de cel (MBoC) hoorcolleges deel 1

Moleculaire biologie van de cel – Hoorcolleges deel 1
Hoorcollege 1: membraan architectuur 11-11-2019

- Een membraan vormt een belangrijke barrière voor medicijnen, toxische stoffen, virussen
etc.
- Simpelste vorm membraan: voorstelling als zeepbel: zelf-assemblage van amfipathische
moleculen in lucht met een klein beetje water
o Amfipathisch: één kant die graag in een hydrofobe en één kant die graag in een
polaire/hydrofiele omgeving wil zitten.
o Afbeelding links: gunstige formatie voor vetzuren als er weinig water is.
o Als er veel water aanwezig is zijn er twee mogelijkheden: vorming bilaag of micel
 Micel vormen als de vetzuren meer kegelvormig zijn.
o Bilaag is een mogelijk oermembraan:
 Barrière, maar geen hele sterke (kleine moleculen kunnen erdoorheen)
 Dynamisch: fusie en splitsing is mogelijk




- Het hydrofobe effect: watermoleculen hebben een sterke interactie onderling maar kunnen
geen gunstige interactie aangaan met hydrofobe moleculen  de hydrofobe moleculen
worden naar elkaar toe gedreven.
o Minder oppervlak waarbij de hydrofobe moleculen interactie hebben met hydrofiele
moleculen.
- Huidige biologische membranen hebben veel functies, een complexe samenstelling en
complexe fysische eigenschappen.
- Kenmerken/eisen van membraan:
o Permeabiliteitsbarrière: selectief transport faciliteren. Barrière wordt gefaciliteerd
door de lipiden.
o Selectief transport: door eiwitten
o Communicatie tussen binnen en buiten: via eiwitten
o Energielevering/opslag: barrière maakt dat er gradiënten kunnen ontstaan. Eiwitten
in het membraan kunnen deze energie opslaan in de vorm van ATP.
o Grote dynamiek (fusie en splitsing etc.)
- Cellulaire membranen verschillen in:
o Lipide samenstelling
o Trans-bi-laag verdeling



~1~

,  Plasmamembraan heeft meer cholesterol en suikergroepen dan ER
membraan.
 Plasmamembraan is asymmetrisch, ER membraan is wel symmetrisch.
 Asymmetrie is belangrijk omdat als de cel in apoptose gaat, verschijnt PS aan
de buitenkant. Dat is een signaal dat er iets mis is met de cel. Macrofagen
kunnen PS detecteren.
o Laterale verdeling lipiden: dynamisch: lipiden zijn ook in het vlak (lateraal) niet altijd
homogeen verdeeld. Dit creëert domeinen met specifieke eigenschappen en
functies.
 Voorbeeld: rafts: cholesterol ordent en strekt de ketens van lipiden en kan
cholesterol-rijke domeinen vormen (rafts).
 Rijk aan cholesterol en sfingolipiden
 Lipiden meer geordend
 Speciale eigenschappen en functies




Onderwerpen komende hoorcolleges:

- Modelmembranen in onderzoek
o Structuur en eigenschappen van lipiden
 Liposomen als drug-carriers
o Membraaneiwitten
 Anesthetica
o Interacties van wateroplosbare eiwitten met membranen
 Antimicrobiële peptiden
 Amyloïden
Structuur en eigenschappen van lipiden en toepassingen

- Algemene structuur van fosfolipide
o Backbone met bepaalde kopgroep en vetzuurstaarten
 Bij lipiden bestaat de kopgroep uit een fosfaat met een alcohol
 Fosfaatidyl choline: meest voorkomende lipide in membranen van dierlijke
cellen
 Structuur kennen voor tentamen!
o Fosfolipiden variëren in: kopgroep, backbone en vetzuurstaarten.
o Kopgroepen zijn netto neutraal of netto negatief
o Vetzuurstaarten kunnen verschillende lengtes hebben: varieert van 14-24 C-atomen.

~2~

,  Dierlijke cellen bevatten altijd een even aantal C-atomen.
 Verschil in ladingen en verzadiging
 Dubbele bindingen zijn altijd cis

Verzadigde lipiden

- Lipiden zijn vetten en kunnen ‘smelten’: bij lage temperatuur in gel fase, daarna in vloeibaar
kristallijne fase.
o Laterale diffusie van lipiden in vloeibare fase is ongeveer 100x zo groot. De lipiden
blijven wel gewoon in de bilaag zitten.
- Vetzuurstaarten bepalen in grote mate het smeltgedrag.
- Bij lage temperatuur zijn de staarten heel geordend in een all-trans conformatie.
o Dit geeft een gunstige pakking van de ketens naast elkaar.
- Er is vrije draaibaarheid rond C-C bindingen: oriëntatie A in gel fase: energetisch meest
gunstig: 60 graden hoek maken (het verste uit elkaar).
o Trans is het meest gunstig (tegenover elkaar).
o Enkele binding kan geen cis-formatie hebben.




- Als je gaat verwarmen wordt de energiebarrière kleiner die nodig is voor het draaien naar
een andere conformatie.
o Als dit in het midden van een vetzuurketen gebeurt dan draait de hele keten: te veel
invloed. Met andere woorden: isomerisatie (van trans naar gauche) verstoort de
pakking.
- Smelten begint dus bij het uiteinde. Het smelten van één keten zorgt dat de pakking met de
naastliggende keten ook losser wordt alle ketens gaan tegelijk smelten (coöperatief
proces).
- Lipiden hebben een karakteristieke smelttemperatuur
- Membranen vormen zowel boven als onder de smelttemperatuur een efficiënte barrière.
o De dimensies zijn wel anders: in de gel fase zijn de bilagen dikker en is het oppervlak
per molecuul kleiner (dus lipiden dichter naast elkaar).
o Op de smelttemperatuur zelf heb je domeinen die wel gesmolten zijn en domeinen
die nog niet gesmolten zijn  ontstaan pakkingsdefecten bij T=Tm: kleine moleculen
kunnen er makkelijk doorheen.

Onverzadigde lipiden




~3~