Hoofdstuk 1: Biomembranen
1. Membranen om en in de cel
Prokaryoot: enkel membraanachtige structuren rond de cel, niet in de cel
Eukaryoot: plasmamembraan aan buitenkant, en vanbinnen organellen, omgeven door een
het barrière/membraan
Bv. epitheelcel: grootte orde: tiental µm totale opp. +- 700 µm² plasmamembraan
Oppervlakte biomembraan in de cel is 10 keer groter 7000 µm² (cytoskelet is nog een
grootte orde groter)
Basisdefinities:
- Cytoplasma: alles binnen plasmamembraan, behalve nucleus
- Cytosol: waterige gedeelte van cytoplasma buiten de organellen
- Lumen: waterige gedeelte binnen organellen
2. Structuur van biomembranen
Analysetechniek biomembranen bestuderen:
1) Atomic Force Microscopy AFM
- Platendraaier met naald die gaat reageren op putjes, dalen en pieken
- Oppervlakte van samples scannen, met hoge resolutie dieptes en hoogtes registreren
- Beweging naald zal opgevangen worden door bv. weerkaatsing laserstraal
Plasmamembraan niet vlak, maar er steken dingen uit
2) Elektronenmicroscopie:
- Door specimen elektronen doorheen schieten, en komt op detector terecht
- Donker: gebieden die geen elektronen doorlaten, en dus niet op detector komen
- Licht: gebieden waar wel elektronen doorkomen
- Bv. Rode bloed met OsO4, zwaar metaal dat e- tegenhoudt daar donker, en
ertussen licht door schikking amfipatische moleculen dubbellaag
Biomembraan: dubbele fosfolipidenlaag
- Amfipatische moleculen: hydrofiel deel (lost goed op in water – hoofdje)
hydrofoob deel (eerder vetoplosbaar – staarten)
- Dubbellaag: staarten naar elkaar gericht en hoofdjes naar water gericht (+- 3 à 4 nm)
Vormen schikking:
- Micelle: enkellaag met alle staarten naar binnen gericht
- Liposoom: bolvormig met dubbellaag
- Fosfolipide dubbellaag: vormt buitenkant van cellen en organellen
1
,3. Variabiliteit van biomembranen
Fosfolipide dubbellaag: geeft soms glad opp. en soms geeft het uitsteeksels
Myelineschede rond zenuwcellen: heel veel verschillende fosfolipide dubbellagen na mekaar
Plasmamembraan: - exoplasmatische zijde: buitenkant
- cytosolische zijde: binnenkant, wijst naar cytosol
Intracellulair organel:
- Enkel membraan (bv. lysosoom) : - cytosolische zijde: buitenkant, wijst naar cytosol
- exoplasmatische zijde: binnenkant
- Dubbel membraan (bv. mitochondriën):
- cytosolische zijde: buitenste vlak van buitenste membraan
- exoplasmatische zijde: binnenste vlak van buitenste membraan
- exoplasmatische zijde: buitenste vlak van binnenste membraan
- cytosolische zijde: binnenste vlak van binnenste membraan
overgangen membranen: exoplasmatisch blijft exoplasmatisch, zelfde voor cytosolisch
4. Chemie van biomembranen: lipiden
1) Fosfoglyceriden en plasmalogenen:
- Fosfoglyceriden: meest voorkomende lipiden
- opgebouwd rond molecule glycerol (alcohol) OH groepen kunnen
veresterd worden bv. reageert met vetzuren triacylglycerol (apolair)
- diacylglycerol-3-fosfaat (vinden in biomembranen) 2 OH groepen vormen
esterbinding met vetzuur, aan 3e alcoholgroep hangt geen vetzuur, maar
fosfaat of ander polair molecule ‘fosfatidyl’
- fosfatidyl ethanolamine PE - fosfatidyl serine PS
- fosfatidyl choline PC - fosfatidyl inositol PI
- lange deel is hydrofoob en toegevoegde deel is hydrofiel
- Plasmalogenen: verwant aan fosfatidyl, maar 1 van de esterbindingen is
bij plasmalogeen een etherbinding
2) Sfingolipiden:
- Amfipatische moleculen opgebouwd rond sfingosine (hydrofiel en hydrofoob deel)
- Reactie aminegroep en vetzuur ceramide: 2 hydrofobe staarten en hydrofiel deel
- Hydrofiel deel: andere dingen aankoppelen
- choline sfingomyeline SM - glucose glucosyl cerebroside
= glycosphingolipide
- Gangliosiden: componenten van exo blad plasmamembraan, met specifieke suikers
(hangt samen met bloedgroep)
2
,3) Sterolen – Cholesterol:
- Hydrofoob deel: enkel H en C (naar binnen gericht)
- Hydrofiel deel: heeft alcoholgroep (naar buiten gericht)
- Vanuit cholesterol: cortisol, sekshormonen, galzuur (vet verteren)
- Functies: structureel onderdeel biomembraan + precursor (voorlopermolecule dat
kan omgezet worden naar ander molecule)
- Precursor van Vitamine D: 7-dehydrocholesterol door zonlicht steroïdering wordt
afgebroken Vitamine D3, essentieel voor opname
calcium en botopbouw
5. Beweeglijkheid van lipiden in een biomembraan
Axiale rotatie: beweging van fosfolipide rond lengteas
Laterale diffusie:
- Fosfolipide beweegt doorheen blad, lopen bv. door elkaar
- Meten door FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching)
- Fluorescentie: kleurstoffen die wanneer je er licht op instuurt, licht uitsturen
met langere golflengte (bv. groen licht insturen en blauw uit)
- Buitenste laag reageren met fluorescente stof (fluorescentiemicroscoop)
- Bleaching: te veel licht op kleurstof sturen, gaat kapot en fluoresceert niet
fluorescentiesignaal neemt af op dat stukje, maar neemt terug
toe als op dat stukje nieuwe fluorescente stoffen aankomen
- Hoofdjes kunnen lateraal bewegen en zo mengen waardoor je een
recovery kan meten van fluorescentie
- Snelheid waarmee dat gebeurt: hoe snel laterale diffusie, hoe snel nieuw
evenwicht instelt, hangt af van hoeveel
(i)mobiel is
Flip flop:
- Fosfolipide gaat van ene naar andere blad
- Energetisch zeer onwaarschijnlijk, maar komt wel voor in cellen door enzym flippase
- Enkel met inbreng van energie en bepaalde enzymen flippase
- Meting door fluorescentie:
- Fluorescent hoofdje en ATP toevoegen aan systeem, omdat flippase dan
actief wordt en fosfolipiden van ene naar andere blad transporteert
- Meten door quencher toevoegen om fluorescentie in buitenste blad te
onderdrukken (niet permeabel) bij conditie met ATP, met meer
fluorescentie binnenin, zal daling fluorescentie geringer zijn, want meeste zit
binnenin met ATP blijft dus meer over
- Einde: detergent toevoegen & membraan kapot te maken, fluorescentie weg
Binnenste en buitenste blad niet identiek en samenstelling kan verschillen
3
, Beweging van vetzuurstaarten: hangt af van …
- Aard en lengte
- Cholesterol: tussen vetzuurstaarten wurmen en gaten opvullen vetzuurstaarten
meer ordenen en dikker maken vloeibaarheid doen afnemen
(hoe hoger vloeibaarheid, hoe lager dikte) ‘lipid rafts’ in membraan
door aanwezigheid cholesterol
- Temperatuur: - Hoe hoger T, hoe beweeglijker: staarten worden wanordelijker en
vloeibaarder (i.p.v. gel achtig zonder hogere T)
- Hydrofoob effect: waterafstotende stoffen in waterige omgeving
zoeken elkaar op voor meer entropie (bv. bolletjes vet)
- Van der Waalskrachten: tussen 2 dichte atomen, aantrekkend
Kromming membraan: PC meer cilindervormig en dus meer aan buitenkant, PE meer konisch
en vaak aan binnenkant om voor kromming van membraan te zorgen
6. Verzadigde en onverzadigde vetzuren
Onverzadigde vetzuren: - 1 of meer dubbele bindingen in koolstofketen, vaak langer
- voeding met onverzadigde vetzuren zijn ‘gezonder’ (bv. olijfolie)
- door knik in staarten minder VdW-krachten, hogere vloeibaarheid
Verzadigd: - alleen enkelvoudige bindingen in koolstofketen, vaak korter
het - mooi naast elkaar geordend in dubbellaag dichte pakking, veel VdW-krachten
het en dus vast membraan (smeltpunt hoog)
(Hoe korter vetzuur, hoe vloeibaarder en hoe meer onverzadigingen, hoe vloeibaarder)
Natuur: enkel cis bindingen vinden (trans wordt gemaakt en onnatuurlijk, ev. ongezond)
Omega-vetzuren: ‘omega’ wijst op laatste C van vetzuurketen ω3-vetzuur heeft dus
tussen C 3 en C 4, vanaf laatste C, een dubbele binding
7. Functies plasmamembraan
Barrière:
- Bepaalde stoffen tegenhouden
- Permeabel: voor gassen en kleine ongeladen moleculen (bv. ethanol, ureum, H 2O)
- Impermeabel: voor polaire stoffen (glucose, fructose), ionen, of grotere polaire
moleculen (ATP, AZ)
- Proteïnen in biomembranen zorgen voor regelende permeatie
- Osmotische druk: π = R T (CA-CB) (bij bomen om water tot boven te krijgen)
- Hypotoon medium: cel water opnemen en zwellen door hogere c vanbinnen
- Hypertoon medium: water afgeven en krimpen door lagere c vanbinnen
4
