Thema 1 Biomembranen en elektrische
signalen
Biomembranen
De celmembraan is een osmotische barrière. Een
celmembraan bestaat uit een dubbele laag lipiden, voornamelijk fosfolipiden.
Andere lipiden zijn cholesterol en glycolipiden (cholesterol lijkt op
een fosfolipide, zie afb.). Fosfolipiden hebben een hydrofiele kop
(geladen) en een hydrofobe staart (apolaire C-staart) en zijn dus
amfoliet. Ze hebben hierdoor een minimale interactie met water,
en vormen een aaneengesloten parallelle dubbellaag.
Biomembranen vormen een twee dimensionale vloeistof
(vloeibaar-mozaïek model). De vloeibaarheid van een membraan
wordt bepaald door de temperatuur, de (on)verzadiging en lengte
van de vetzuren en de concentratie van cholesterol. Cholesterol
zorgt er bij hoge temperaturen voor dat het membraan
gestabiliseerd wordt en dat het smeltpunt verhoogd wordt, bij lage
temperaturen gaat het tussen de fosfolipiden zitten waardoor deze
niet samenklonteren. De meeste fosfolipiden
zijn fosfoglyceriden (glycerol ruggengraat
met twee vetzuren en een fosfaatgroep
waaraan een amine, choline of suiker
gebonden is). Een andere fosfolipide is een
sphingolipide (sphingosine ruggengraat met
een vetzuur, een fosfocholine en een vrije OH
groep). De dubbellaag is slecht doorlaatbaar
voor water en polaire verbindingen (ionen), er
vindt dus scheiding van stoffen plaats (zie
afb.). De vorming van een membraan is een
spontaan proces en vindt plaats door
vanderwaalsbindingen. De vetten kunnen op verschillende manieren
gerangschikt zijn (zie afb.). Horizontaal vindt er veel uitwisseling van vetzuren
plaats (107 keer/sec), verticaal nauwelijks (1 keer/maand).
De samenstelling van de twee zijden van het plasmamembraan zijn niet gelijk
(zie afb.). Aan de buitenzijde komen neutrale fosfolipiden voor, aan de
binnenzijde ook negatief geladen fosfolipiden (fosfatidylserine). FS is een
signaleringslipide en speelt een rol bij de bloedstolling. Bij apoptose komt Buitenzij
FS terecht aan de extracellulaire zijde van het membraan en geeft zo een de
signaal voor fagocytose. Fosfatidylcholine speelt een rol bij de signalering.
Fosfatidylethanolamine speelt een rol bij de membraan fusie en het demonteren
van de contractiele ring bij de celdeling. Sfingomyeline isoleert zenuwvezels,
speelt een rol bij de signaaltransductie en bij apoptose (door te hydrolyseren tot
ceramide). Cholesterol vormt samen met sfingomyeline een raft. Een raft is een
verzameling van vetten. Rafts kunnen alleen horizontaal bewegen.
, Vera vm
20% van het plasmamembraan en 5% van de intracellulaire
membranen bestaan uit cholesterol. Alle organellen zijn omsloten
door een dubbelmembraan.
Binnenzij
Triglyceriden (vetten en oliën) zijn niet-membraanvormende de
hydrofobe lipiden (hebben geen hydrofiel deel). Deze worden
opgeslagen in vetcellen en vervoerd als lipoproteïnen.
30% van het DNA codeert voor membraaneiwitten. Deze nemen
25%-75% van het gewicht van het plasmamembraan in beslag.
Perifere membraaneiwitten bevinden zich niet in het membraan,
maar zijn eraan gekoppeld. Koolhydraten reageren bijvoorbeeld aan
de extracellulaire zijde met glycolipiden of glycoproteïnen. Hierdoor
hebben receptoreiwitten een hogere glycosyleringsgraad dan
ionkanalen. Integrale membraaneiwitten bevinden zich wel in het
membraan. Als een eiwit door beide membraanlagen heen gaat heet
het een transmembraaneiwit. Transmembraaneiwitten hebben
hydrofobe delen die zijn opgevouwen volgens een α-helix of een β-sheet. De
meesten zijn carriers of ionkanalen, sommigen dienen voor het doorgeven van
signalen:
- Ionkanalen: passief transport, snel, selectiefilter, poort.
- Carriers: passief of actief transport, langzaam (Vmax), eiwit-ligand interactie,
klikklak mechanisme.
65% van de energie van een cel wordt gebruikt om de ionverschillen aan
weerszijden van het membraan te handhaven (zie afb.). Deze ionverschillen
kunnen ook gebruikt worden om ATP te genereren en actief transport te laten
plaatsvinden.
, Vera vm
Elektrische Signalen
Axonen variëren in lengte en zijn omgeven door een
myelineschede (bestaande uit vetlagen en eiwitten), die
geproduceerd wordt door de cellen van Schwann (in het
PZS, in het CZS worden ze geproduceerd door
oligodendrocyten). De myelineschede isoleert het axon
en biedt zo weerstand tegen het actiepotentiaal,
waardoor dit van de ene knoop van Ranvier (1 mm) naar
de andere ‘springt’. De snelheid neemt tot 15x toe.
Er zijn drie typen neuronen: sensorisch (afferent),
interneuronen (schakelneuronen) en motorisch
(efferent).
Io Intracell Extracell In rust heeft het
n ulair ulair membraan een potentiaal
K+ 150 mM 5 mM van -70mV door de
Na 15 mM 145 mM verdeling van de ionen
+
(zie tabel) en door de
Cl- 10 mM 108 mM impermeabele negatief geladen eiwitten in de cel
Ca 0,0001 1 mM (donnan effect wil water de cel in). Het
2+
mM actiepotentiaal wordt bepaald door de beweging
van ionen. Een biomembraan is een goede isolator en fungeert dus als een
barrière voor de diffusie van ionen, maar de transmembrane eiwitten zijn wel
elektrisch actief. Neuronen hebben (voltage) gated en non gated ionkanalen.
Er zijn verschillende krachten die hiervoor zorgen: elektrostatische krachten:
tegengestelde lading trekt elkaar aan, chemische krachten: diffusie (beweging
van een stof van een plaats met een hoge concentratie van die stof naar een
plaats met een lage concentratie van die stof, bijvoorbeeld osmose),
hydrostatische krachten: zwaartekracht.
Bij bijvoorbeeld Cl- ionen ‘duwen’ de chemische krachten Cl - de cel in door non
gated Cl- kanalen, maar door de elektrostatische krachten blijft Cl - (in rust) toch
buiten de cel. Het tegenovergestelde is het geval bij K +. Bij Na+ werkt het
elektrochemisch gradiënt echter dezelfde kant op. De Na +/K+ pomp werkt
daarom continu om het rustpotentiaal stabiel te houden. Er zijn ook pompen die
Cl- actief de cel uit pompen. De pompen zorgen ervoor dat het cytoplasma een
lagere concentratie aan anorganische ionen bevat dan de extracellulaire
vloeistof. De hoge concentratie aan organische stoffen wordt hiermee
gecompenseerd.
Gekoppelde transporteiwitten transporteren een stof met zijn
concentratiegradiënt mee om een andere stof tegen zijn concentratiegradiënt in
te pompen (cotransport). Er zijn twee soorten cotransport: symport (transport
van twee stoffen in dezelfde richting, glucose carrier) en antiport (transport van
twee stoffen in tegengestelde richting, Na +-H+ exchanger). De energie die zich
bevindt in het elektrochemisch gradiënt van de ene stof wordt gebruikt om de
andere stof te verplaatsen tegen zijn elektrochemische gradiënt in (secundair
actief transport).
Door middel van de Nernst vergelijking is te berekenen bij welk
membraanpotentiaal een evenwichtspotentiaal wordt bereikt voor een ion. Een
evenwichtspotentiaal is een potentiaal waarop de concentratiegradiënt precies
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller Veravm. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $5.88. You're not tied to anything after your purchase.
