Fysiopathologie
Celstructuur
Plasmamembraan
Membranen = creëren afgesloten compartimenten
Cytosol met celorganellen
▪ Mitochondria = energiefabrieken (ATP)
▪ ER = Ca2+ opslagplaats
• RER met ribosomen = synthese proteïnen
• SER zonder ribosomen = synthese lipiden
▪ Golgi-apparaat = posttranslationele modificaties
& inter-organeltransport
▪ Secretoire vesikels
▪ Endosomen, lysosomen & peroxisomen
Nucleus met DNA/RNA/nucleolus
Intracellulair extracellulair compartiment
Cytoskelet geeft structuur aan cel (actine, microtubuli
& intermediare filamenten)
DNA → RNA in nucleus (transcriptie) → mRNA → proteïne in cytoplasma (translatie)
Eiwit = keten van AZ:
- Wateroplosbaar (polair) niet-wateroplosbaar (apolair)
▪ Bepaalt hoe eiwit zich opvouwt (gelijke polen stoten af, tegengestelde trekken aan)
- Essentieel (niet in lichaam aangemaakt) niet essentieel (in lichaam aangemaakt)
Translatie mRNA transcript naar eiwitten op ribosomen:
Eiwitten getransporteerd nr bepaalde locatie adhv “sorting signals” = AZ sequenties
▪ Beginnende eiwitten MET sorting signal → nr ribosomen op RER
• Verder nr Golgi-apparaat dmv vesikels & dan getransporteerd nr locatie functie
▪ Beginnende eiwitten ZONDER sorting signal → nr vrije ribosomen & vrijgelaten in cytosol
Fosfolipide = glycerol-backbone (3C) + 2 vetzuurstaarten
Plasmamembraan = fosfolipide dubbellaag in waterig milieu = amfipathisch karakter:
Hydrofiele hoofdjes (glycerol) naar buiten
Hydrofobe kern (vetzuurstaarten) naar binnen
Membraanproteïnen → celsignalisatie
Cholesterol → vloeibaarheid
Spontane opvouwing/regeneratie (bij beschadiging):
PL vormen in waterig milieu micellen of dubbellaag
▪ Scheiden compartimenten = apolaire staarten afschermen
Van energetisch ongunstig = randen blootgesteld aan water
Naar energetisch gunstig = gesloten compartiment → micellen of dubbellaag
Hydrofiel hoofd & hydrofobe staarten verschillen per fosfolipide:
- Hoofd: gebonden aan serine, choline, ethanolamine, sfingomyeline, …
▪ Ethanolamine, choline & sfingomyeline = neutraal geladen serine = negatief geladen
- Staart: beïnvloedt vloeibaarheid, structuur & dikte v membraan
1
, ▪ Verzadigd = geen dubbele bindingen = geen breuk
▪ Onverzadigd = wel dubbele bindingen = wel breuk
▪ Fosfolipiden v dierlijke cellen: 1 verzadigde & 1 onverzadigde vetzuurstaart
Plasmamembraan steeds vloeibaar (beweging VZ):
Laterale diffusie = verplaatsing VZ aan zelfde kant
Flexie = vetzuurstaarten bewegen uit elkaar
Rotatie = vetzuurstaarten draaien rond elkaar
Flip-flop (zeldzaam) = fosfolipiden verplaatst door enzym (katalysatie) mbv ATP (translocatie)
▪ Flippase = verplaatst fosfatidylserine/-ethanolamine v buiten naar binnen
▪ Floppase = verplaatst fosfatidylcholine/sfingomyeline v binnen naar buiten
Apoptose = celdood = agv te weinig ATP → functie flip- & floppase (asymmetrie) verloren
▪ Fosfatidylserine kan niet meer nr binnen worden gebracht
▪ Signaal nr macrofagen dat cel mag worden opgegeten = signaal celdood
Vloeibaarheid van membraan w bepaald door:
1) Fosfolipidencompositie: bepaalt transitietemperatuur (vast/gel nr vloeibaar/sol):
▪ Kort & onverzadigd → zwakke interactie → zwakke packing → lage Tm → meer vloeibaar
▪ Lang & verzadigd → sterke interactie → dichte packing → hoge Tm → meer vast
▪ Te zwakke packing → scheuren/gaten → permeabiliteit
2) Cholesterol: bepaalt permeabiliteit:
▪ Buitenzijde: minimaliseert beweeglijkheid hoofdjes → stijver → minder permeabel
▪ Binnenzijde: verbreekt interactie VZ-staarten → ↑ vloeibaar → invloed werking membr-E
▪ Te hoge hoeveelheid → te grote vloeibaarheid → scheuren in membraan
▪ Cholesterol flip-flops = makkelijk → zelfde concentratie buitenste & binnenste laag
Cholesterol = lipofiel → chylomicronen → opname in lever → in bloed complex met lipoproteïnen:
Van lever naar cellen Van cellen naar lever
VLDL → IDL → LDL = aanbrengen plaques HDL = recyclage teveel cholesterol in cellen
Opname via LDL-receptoren - Aangemaakt door lever & trg nr lever
Endocytose (internalisatie) met vesikels
Cholesterol vrij uit LDL en receptoren
terug nr oppervlakte
Membraan compartimenten in cel:
- Opname lipiden: bv. cholesterol mbv endocytose, …
- De novo fosfolipide synthese in SER & Golgi-apparaat
Lipiden nr verschillende compartimenten mbv transvesikels
2
,Asymmetrie extra- & intracellulaire zijde (leaflet) van membraan door:
- Plaats van aanmaak fosfolipide
▪ F-ethanolamine & -serine: cytosolische zijde → aangemaakt aan cytosolische zijde ER
▪ F-choline & sfingomyeline: extracellulair zijde → sfingomyeline aangemaakt aan
exoplasmatische zijde Golgi-apparaat & choline aangemaakt aan cytosolische zijde ER &
via floppase nr extracellulaire zijde gebracht
- Flippase & floppase
Verlies asymmetrie door ATP-tekort = eerste kenmerk celdood
▪ Fosfatidylserine aan buitenzijde = receptor voor fagocytose (“opeten” van cel)
Asymmetrie beïnvloedt buiging & vloeibaarheid membraan
▪ Extracellulaire zijde stijver dan intracellulaire zijde (want grotere hoofdjes) → buiging
▪ Intracellulaire zijde negatief geladen (aanwezigheid serine) tov extracellulaire zijde:
belangrijk voor correcte oriëntatie proteïnen in membraan → trekt pos geladen AZ aan
▪ Cel weet wat binnen- en buitenzijde is → E juist ingebouwd en gesynthetiseerd
▪ Ook belangrijk voor translated-translocatie = translocatie gedurende translatie
DUS: functies asymmetrie plasmamembraan:
1) PL (lipid rafts) aan binnenzijde betrokken bij 2nd messenger signaal cascades (celsignalisatie)
2) Correct incorporeren/synthetiseren van membraanproteïnes wnr ze worden aangemaakt
3) Beïnvloedt de buiging & vloeibaarheid van het membraan
Membraanproteïnen:
Glycoproteïne verankering (v glucose) → enkel aan buitenste zijde membraan
Membraanproteïnen: diverse functies → transport, signalisatie, cytoskelet koppeling, …
Integrale proteïnen bevatten transmembraan peptide segment
Lipide anker: bv. glycolipiden aan extracellulaire zijde
Perifere membraan proteïnen gebonden aan integrale membraanproteïnen
Samenstelling type proteïne verschilt per zijde → polarisatie → apicale & basolaterale zijde
Transport in bep richting mogelijk met spec proteïnen ene zijde & andere aan andere zijde
Versterking door interactie met cytoskelet
Restrictie laterale mobiliteit membraanproteïnen: intramembraan associaties, extra- of
intracellulaire crosslinking, cel-cel interacties, tight junctions
Celsignalisatie:
Directe cel-cel communicatie:
1) Gap junctions = poriën (buizen) tussen 2 cellen waar chemisch/elektrisch contact plaatsvindt
▪ Hemiconnexons (6 connexines) v naburige cellen assembleren in connexon
▪ Vele connexons samen = gap junction
▪ Syncytium = geheel elektrisch gekoppelde cellen = regio met lage weerstand
▪ Openen/sluiten gereguleerd door pH, Ca²+, cAMP-
2) Tight junctions & adhering junctions (cadherins) = mechanisch contact
▪ Signaalmolecule op membraan ene cel bindt aan receptor op membraan andere cel
3) Extracellulaire matrix bindt op receptor op plasmamembraan
3
, Cel-cel communicatie via chemische signalen = « remote signaling »
- Endocrien = hormonaal = via bloedbaan van cel nr cel (bv. insuline)
▪ Mediator = hormoon
▪ Traag, specifieke receptor voor specifiek hormoon
- Autocrien = cel activeert zichzelf
- Paracrien = via interstitium (= extracellulaire ruimte)
▪ Synaptisch = NT of transmissie AP via axon (snel) nr synaps
Types chemische signalen: amines, peptiden/proteïnen, steroïde hormonen, eicosanoïden, kleine mol
Zelfde signaal kan cel-spec effecten hebben afhankelijk van aanwezige receptor (membraanproteïne)
4 types receptoren: 2 klassen = ionotroop metabotroop:
Ionotrope receptoren = controle ionenflux (vloeien van ionen)
Ligand geactiveerde kanalen = ionkanalen
Conductieve toestand = open
Niet-conductieve toestand = gesloten
Verandering flux ionen, Vm of [Ca²+]
Versch soorten liganden (activators):
- Verandering membraanpotentiaal
- Binding moleculen/liganden (bv. NT)
- Mechanische stimulatie of membraan
stijfheid (stretch)
Metabotrope receptoren = metabolische (enzymatische) cascade (opbouw/afbraak)
G-proteïne gekoppelde receptoren = GPCR Gα-proteïnen: 3 belangrijkste effector
- Grootste groep, meestal monomeer modulatie mechanismen:
- 7 transmembraan helices 1. Activatie/inhibitie adenylyl cyclase
- N-terminus aan extracellulaire zijde activiteit → concentratie cAMP
- C-terminus aan intracellulaire zijde ▪ Modulatie kanaal/receptor
Bindingsplaatsen liganden = extracellulair: ▪ Activatie proteïnekinase (A)
- Klein ligand: regio dicht bij membraan 2. Activatie phospholipase →
- Groot ligand: delen N-terminus afbraak PL → afbraakproducten
Bindingsplaats G-proteïne = intracellulair: = effectors bv. IP3 & DAG
- Aan C-terminus (3e intracell loop) ▪ Modulatie kanaal/receptor
- Verplaatst langs membr mbv lipide-ankers ▪ Ca²+ concentratie
G-proteïne bindt GTP & hydrolyseert nr GDP met tijd ▪ Activatie proteïnekinase (C)
Via 2nd mess w activiteit ionenkanalen, 3. Activatie fosfodiësterase →
enzymes, transcriptiefactoren, … gewijzigd afbraak cGMP
Levensduur signaal ~ snelheid GTP hydrolyse ▪ Modulatie kanaal/receptor
▪ Activatie proteïnekinase
4
Celstructuur
Plasmamembraan
Membranen = creëren afgesloten compartimenten
Cytosol met celorganellen
▪ Mitochondria = energiefabrieken (ATP)
▪ ER = Ca2+ opslagplaats
• RER met ribosomen = synthese proteïnen
• SER zonder ribosomen = synthese lipiden
▪ Golgi-apparaat = posttranslationele modificaties
& inter-organeltransport
▪ Secretoire vesikels
▪ Endosomen, lysosomen & peroxisomen
Nucleus met DNA/RNA/nucleolus
Intracellulair extracellulair compartiment
Cytoskelet geeft structuur aan cel (actine, microtubuli
& intermediare filamenten)
DNA → RNA in nucleus (transcriptie) → mRNA → proteïne in cytoplasma (translatie)
Eiwit = keten van AZ:
- Wateroplosbaar (polair) niet-wateroplosbaar (apolair)
▪ Bepaalt hoe eiwit zich opvouwt (gelijke polen stoten af, tegengestelde trekken aan)
- Essentieel (niet in lichaam aangemaakt) niet essentieel (in lichaam aangemaakt)
Translatie mRNA transcript naar eiwitten op ribosomen:
Eiwitten getransporteerd nr bepaalde locatie adhv “sorting signals” = AZ sequenties
▪ Beginnende eiwitten MET sorting signal → nr ribosomen op RER
• Verder nr Golgi-apparaat dmv vesikels & dan getransporteerd nr locatie functie
▪ Beginnende eiwitten ZONDER sorting signal → nr vrije ribosomen & vrijgelaten in cytosol
Fosfolipide = glycerol-backbone (3C) + 2 vetzuurstaarten
Plasmamembraan = fosfolipide dubbellaag in waterig milieu = amfipathisch karakter:
Hydrofiele hoofdjes (glycerol) naar buiten
Hydrofobe kern (vetzuurstaarten) naar binnen
Membraanproteïnen → celsignalisatie
Cholesterol → vloeibaarheid
Spontane opvouwing/regeneratie (bij beschadiging):
PL vormen in waterig milieu micellen of dubbellaag
▪ Scheiden compartimenten = apolaire staarten afschermen
Van energetisch ongunstig = randen blootgesteld aan water
Naar energetisch gunstig = gesloten compartiment → micellen of dubbellaag
Hydrofiel hoofd & hydrofobe staarten verschillen per fosfolipide:
- Hoofd: gebonden aan serine, choline, ethanolamine, sfingomyeline, …
▪ Ethanolamine, choline & sfingomyeline = neutraal geladen serine = negatief geladen
- Staart: beïnvloedt vloeibaarheid, structuur & dikte v membraan
1
, ▪ Verzadigd = geen dubbele bindingen = geen breuk
▪ Onverzadigd = wel dubbele bindingen = wel breuk
▪ Fosfolipiden v dierlijke cellen: 1 verzadigde & 1 onverzadigde vetzuurstaart
Plasmamembraan steeds vloeibaar (beweging VZ):
Laterale diffusie = verplaatsing VZ aan zelfde kant
Flexie = vetzuurstaarten bewegen uit elkaar
Rotatie = vetzuurstaarten draaien rond elkaar
Flip-flop (zeldzaam) = fosfolipiden verplaatst door enzym (katalysatie) mbv ATP (translocatie)
▪ Flippase = verplaatst fosfatidylserine/-ethanolamine v buiten naar binnen
▪ Floppase = verplaatst fosfatidylcholine/sfingomyeline v binnen naar buiten
Apoptose = celdood = agv te weinig ATP → functie flip- & floppase (asymmetrie) verloren
▪ Fosfatidylserine kan niet meer nr binnen worden gebracht
▪ Signaal nr macrofagen dat cel mag worden opgegeten = signaal celdood
Vloeibaarheid van membraan w bepaald door:
1) Fosfolipidencompositie: bepaalt transitietemperatuur (vast/gel nr vloeibaar/sol):
▪ Kort & onverzadigd → zwakke interactie → zwakke packing → lage Tm → meer vloeibaar
▪ Lang & verzadigd → sterke interactie → dichte packing → hoge Tm → meer vast
▪ Te zwakke packing → scheuren/gaten → permeabiliteit
2) Cholesterol: bepaalt permeabiliteit:
▪ Buitenzijde: minimaliseert beweeglijkheid hoofdjes → stijver → minder permeabel
▪ Binnenzijde: verbreekt interactie VZ-staarten → ↑ vloeibaar → invloed werking membr-E
▪ Te hoge hoeveelheid → te grote vloeibaarheid → scheuren in membraan
▪ Cholesterol flip-flops = makkelijk → zelfde concentratie buitenste & binnenste laag
Cholesterol = lipofiel → chylomicronen → opname in lever → in bloed complex met lipoproteïnen:
Van lever naar cellen Van cellen naar lever
VLDL → IDL → LDL = aanbrengen plaques HDL = recyclage teveel cholesterol in cellen
Opname via LDL-receptoren - Aangemaakt door lever & trg nr lever
Endocytose (internalisatie) met vesikels
Cholesterol vrij uit LDL en receptoren
terug nr oppervlakte
Membraan compartimenten in cel:
- Opname lipiden: bv. cholesterol mbv endocytose, …
- De novo fosfolipide synthese in SER & Golgi-apparaat
Lipiden nr verschillende compartimenten mbv transvesikels
2
,Asymmetrie extra- & intracellulaire zijde (leaflet) van membraan door:
- Plaats van aanmaak fosfolipide
▪ F-ethanolamine & -serine: cytosolische zijde → aangemaakt aan cytosolische zijde ER
▪ F-choline & sfingomyeline: extracellulair zijde → sfingomyeline aangemaakt aan
exoplasmatische zijde Golgi-apparaat & choline aangemaakt aan cytosolische zijde ER &
via floppase nr extracellulaire zijde gebracht
- Flippase & floppase
Verlies asymmetrie door ATP-tekort = eerste kenmerk celdood
▪ Fosfatidylserine aan buitenzijde = receptor voor fagocytose (“opeten” van cel)
Asymmetrie beïnvloedt buiging & vloeibaarheid membraan
▪ Extracellulaire zijde stijver dan intracellulaire zijde (want grotere hoofdjes) → buiging
▪ Intracellulaire zijde negatief geladen (aanwezigheid serine) tov extracellulaire zijde:
belangrijk voor correcte oriëntatie proteïnen in membraan → trekt pos geladen AZ aan
▪ Cel weet wat binnen- en buitenzijde is → E juist ingebouwd en gesynthetiseerd
▪ Ook belangrijk voor translated-translocatie = translocatie gedurende translatie
DUS: functies asymmetrie plasmamembraan:
1) PL (lipid rafts) aan binnenzijde betrokken bij 2nd messenger signaal cascades (celsignalisatie)
2) Correct incorporeren/synthetiseren van membraanproteïnes wnr ze worden aangemaakt
3) Beïnvloedt de buiging & vloeibaarheid van het membraan
Membraanproteïnen:
Glycoproteïne verankering (v glucose) → enkel aan buitenste zijde membraan
Membraanproteïnen: diverse functies → transport, signalisatie, cytoskelet koppeling, …
Integrale proteïnen bevatten transmembraan peptide segment
Lipide anker: bv. glycolipiden aan extracellulaire zijde
Perifere membraan proteïnen gebonden aan integrale membraanproteïnen
Samenstelling type proteïne verschilt per zijde → polarisatie → apicale & basolaterale zijde
Transport in bep richting mogelijk met spec proteïnen ene zijde & andere aan andere zijde
Versterking door interactie met cytoskelet
Restrictie laterale mobiliteit membraanproteïnen: intramembraan associaties, extra- of
intracellulaire crosslinking, cel-cel interacties, tight junctions
Celsignalisatie:
Directe cel-cel communicatie:
1) Gap junctions = poriën (buizen) tussen 2 cellen waar chemisch/elektrisch contact plaatsvindt
▪ Hemiconnexons (6 connexines) v naburige cellen assembleren in connexon
▪ Vele connexons samen = gap junction
▪ Syncytium = geheel elektrisch gekoppelde cellen = regio met lage weerstand
▪ Openen/sluiten gereguleerd door pH, Ca²+, cAMP-
2) Tight junctions & adhering junctions (cadherins) = mechanisch contact
▪ Signaalmolecule op membraan ene cel bindt aan receptor op membraan andere cel
3) Extracellulaire matrix bindt op receptor op plasmamembraan
3
, Cel-cel communicatie via chemische signalen = « remote signaling »
- Endocrien = hormonaal = via bloedbaan van cel nr cel (bv. insuline)
▪ Mediator = hormoon
▪ Traag, specifieke receptor voor specifiek hormoon
- Autocrien = cel activeert zichzelf
- Paracrien = via interstitium (= extracellulaire ruimte)
▪ Synaptisch = NT of transmissie AP via axon (snel) nr synaps
Types chemische signalen: amines, peptiden/proteïnen, steroïde hormonen, eicosanoïden, kleine mol
Zelfde signaal kan cel-spec effecten hebben afhankelijk van aanwezige receptor (membraanproteïne)
4 types receptoren: 2 klassen = ionotroop metabotroop:
Ionotrope receptoren = controle ionenflux (vloeien van ionen)
Ligand geactiveerde kanalen = ionkanalen
Conductieve toestand = open
Niet-conductieve toestand = gesloten
Verandering flux ionen, Vm of [Ca²+]
Versch soorten liganden (activators):
- Verandering membraanpotentiaal
- Binding moleculen/liganden (bv. NT)
- Mechanische stimulatie of membraan
stijfheid (stretch)
Metabotrope receptoren = metabolische (enzymatische) cascade (opbouw/afbraak)
G-proteïne gekoppelde receptoren = GPCR Gα-proteïnen: 3 belangrijkste effector
- Grootste groep, meestal monomeer modulatie mechanismen:
- 7 transmembraan helices 1. Activatie/inhibitie adenylyl cyclase
- N-terminus aan extracellulaire zijde activiteit → concentratie cAMP
- C-terminus aan intracellulaire zijde ▪ Modulatie kanaal/receptor
Bindingsplaatsen liganden = extracellulair: ▪ Activatie proteïnekinase (A)
- Klein ligand: regio dicht bij membraan 2. Activatie phospholipase →
- Groot ligand: delen N-terminus afbraak PL → afbraakproducten
Bindingsplaats G-proteïne = intracellulair: = effectors bv. IP3 & DAG
- Aan C-terminus (3e intracell loop) ▪ Modulatie kanaal/receptor
- Verplaatst langs membr mbv lipide-ankers ▪ Ca²+ concentratie
G-proteïne bindt GTP & hydrolyseert nr GDP met tijd ▪ Activatie proteïnekinase (C)
Via 2nd mess w activiteit ionenkanalen, 3. Activatie fosfodiësterase →
enzymes, transcriptiefactoren, … gewijzigd afbraak cGMP
Levensduur signaal ~ snelheid GTP hydrolyse ▪ Modulatie kanaal/receptor
▪ Activatie proteïnekinase
4
