Membranen. Het intracellulaire en het extracellulaire definiëren. Het definiëren van celorganellen (interne membranen).

Transcriptie

1 Membranen Functie van membranen Het intracellulaire en het extracellulaire definiëren. Het definiëren van celorganellen (interne membranen). Permeabiliteit barriere voor: Geladen moleculen Polaire, hydrofiele moleculen Grote moleculen Wel doorlaatbaar voor hydrofobe mole Membranen zorgen voor specificiteit van een regio Membranen zijn vaak specifieke sites voor specifieke enzymen, Eiwitten zijn vaak geïmplementeerd in een membraan (membraanspecifiek) transporters, receptoren, markers, enzymen, membraan bepaald functie van de cel via Transporters: specifieke interne samenstelling en concentratie door specifieke transporters in het membraan (Na +, K +,Cl - pomp. Glucosepomp, ) Receptoren: reactie op bepaalde prikkels. Chemische singaalmoleculen met receptor op het membraan. Omzetten van een extracellulair signaal in een intracellulair respons. Enzymen: voeren specifieke reacties uit. Bijvoorbeeld de ingebedde proteïnen in het binnenste membraan van de mitochondria. Cel adhesie Hechting tussen cel en extracellulaire matrix. (hechting op omliggend collageen, aanhechting op cadherinen op celmembraan) Soorten hechting Adhesive junctions: binding tussen 2 naast elkaar liggende cellen Tight junctions: in epitheel, impermeabel voor vloeistoffen Gap junctions: openingen in het plasmamembraan cytoplasma uitwisseling.

2 Het Fluïd mosaic model Structuur Opgebouwd uit lipiden en eiwitten (in verschillende verhoudingen) 2 bladen van amifatische moleculen. Cytosolisch (binnen) Exoplasmatisch (buiten) Hydrofiele buitenkant, hydrofobe kern Dikte 6-8 nm (hoe meer verder naar het etracellulaire hoe dikker) Membraan lipiden en eiwitten met grote diversiteit. Eigenschappen Hydrofobe barrière Selectieve permeabiliteit Wisselende in samenstelling van eiwitten en lipiden, en verhouding tussen de twee. Het membraan is fluïde = laterale bewegingen. De lipiden meer dan de eiwitten (omwille van de moleculaire massa en restrictie door binding cytoskelet) Zelfassemblage! Drijvende kracht = hydrofobe interacties. Microdomeinen: andere samenstelling dan de rest van het membraan bv lipidrafts (groepering van vele membraanlipiden dicht bij elkaar). Hydrofiele hoofdjes interreageren met elkaar (H-bruggen, elektrostatische interacties) en de waterige omgeving. Hydrofobe staartjes: geassocieerd aan elkaar door hydrofobe interacties. Membraanlipiden Voor de specifieke eigenschappen van membraanlipiden zie MacroMoleculen Samenvatting. Fosfolipiden fosfoglyceriden Sfingolipiden Glycolipiden glycosfingosine Op basis van glycerol. Ivm suikerhoofdje: cerebrosiden of gangliosiden Sterolen

3 Cholesterol Rol van het Vetzuur Verzadegingsgraad bepaald mee aan fluïditeit van het membraan Meer onverzadigde bindingen = slechtere laterale stapeling fluïder Meer verzadigde bindingen = betere laterale stapeling minder fluïd veel verzadigde VZ bij elkaar bevorderen het ontstaan van lipid rafts. Lengte varieërt tussen 12C-20C. Met 16C-18C meest voorkomend. Membraanlipiden in het membraan Ongelijke verdeling tussen beide bladen en tussen verschillende interne membranen. Glycolipiden komen bijvoorbeeld bijna uitsluitend voor in het extracellulaire blad. = vormen glycocalix. Nodig voor Celadhesie en Celherkenning. sfingolipiden komen bijna enkel in het plasmamembraan voor aan extracellulaire zijde. Geen volkomen negatief geladen kopjes aan de buitenkant van het membraan! Membraan is neutraal! Ongelijkheid = ingebouwd en word in stand gehouden. Flip-flop wordt door flipase (ATP afhankelijk) geregeld (lipide van blad verwisselen) Instandhouding van verdeling Kunnen Uni- of Bi-directioneel zijn. Is subtstraat selectief. Bij Apoptose activeert scramblase zich flip-flopt fosfatidylserine naar exoplasmatisch blad Plasmamembraan Asymetriche verdeling cytosolisch extracellulair Fosfotidylethanolamine,- serine,- inositol Fosfatidylcholine, sfingomyeline, glycolipiden Rijk aan cholesterol Endoplasmatisch reticulum Symetrische verdeling lumen en exoplasmatisch bevat vooral fosfoglyceriden, behalve fosfatidylinositol. Weinig tot geen sfingolipiden of glycolipiden Arm aan cholesterol Synthese Fosfolipiden: cytosolisch blad van het ER. Transport naar Golgi en PM via secretorische route

4 Sfingolipiden, glycolipiden: synthese in exoplasmatisch blad Golgi. Transport via Secretorische route.

5 Fluïditeit van het membraan Dubbel membraan kan zich Gel of fluïd- like gedragen overgang =transitie temperatuur (Tm). 37 C > Tm. Fluïditeit = grote laterale bewegelijkheid. VZ op membraanlipiden beinvoeden sterk de fluïditeit. Hoe langer, hoe hoger Tm Hoe meer dubbele binding, hoe slechtere stappeling meer fluïditeit. Cholesterol = fluïditeitsbuffer Hoe hoge T vormt H-bruggen met omliggende membraanlipiden. Stabiliseerd zodat het niet te vloeibaar wordt. Bij lage T verstoort stappeling en verhoogt fluïditeit omdat het ingenesteld zit tussen de membraanlipiden: beperkt gelvorming. Lipid rafts Microdomeinen met een lagere en minder fluïde structuur dan de rest van het membraan. Vormen drijvende eilandjes in membraan. Bestaat uit Sfingolipiden, sfingoglyceriden, glycolipiden en sommige fosfolipiden. Allemaal met lange onverzadigde VZ. Cholesterol associeert ook met lipid rafts (vanwege zwaar hydrofoob). Lipoproteïnen(proteïnen met lipide onderdeel) associëren vaak met lipid rafts. bv: receptoren, kinasen, transporteiwitten.

6 Membraan proteïnen Brengen het membraan tot leven Bepalen identiteit van het membraan ingebed of geassocieerd met het membraan 3 types Intergale membraaneiwitten o o o Intergaal monotopisch: deel van eiwitketen=hydrofoob ingebed in membraan. Single Pass: gaat 1 keer volledig door het membraan. Multi-pass: gaat verschillende keren doorheen het membraan o Multi-subunit: verschillende multi of single pass eiwitten samen in 1 functioneel protein. Perifeer membraaneiwit: niet covalent gebonden aan hoofdje of ander eiwit Vetanker eiwitten: eiwitten met een isoprenyl of vetzuur anker Intergrale membraaneiwitten Amfipatisch: hydrofobegedeelte wordt geimplementeerd, hydrofiel gedeelte steekt uit, bevat eventueel suikergroepjes. α-helixen vaakst gebruikt AZ. Soms vorming van een β-barrel voor bv: porines Perifere membraaneiwitten Missen hydrofobe AZ Zijn gebonden via H-bruggen of Ionische/elektrostatische interacties aan andere membraaneiwitten of lipidekopjes.

7 Kunnen gemakkelijk verwijderd worden door het veranderen van membraanpotentialen of ph. Spelen vaak een rol in het hechten van het cytoskelet aan het membraan.

8 Vet verankerde membraaneiwitten Covalent gebonden met VZ of Isoprenyl keten (beide hydrofoob) waarmee ze zich met het PM associeren. Synthese van VZ verankerd eiwit: eiwit wordt in het cytosol aangemaakt en covalent gebonden met een al in het PM membraan ingebed VZ (16C:0 of 14C:0) Synthese van isoprenyl verankerd eiwit: eiwitten worden als oplosbaar gesynthetiseerd en de farnesyl (15C)of geranylgeranyl(20c). GPI-verankerde membraan eiwitten. glycosylfosfatidylinositol zit in het extracellulair membraan. Proteinen die hiermee associeren zijn single-pass proteïnen wiens pass wordt afgesneden en vervangen door GPI ankers. associeerd vaak met lipid rafts Topologie van een membraaneiwit Bepalen de aard van eiwit: Aantal transmembranaire segmenten C en N terminus aan zelfde of tegengestelde kant (zelfde = even aantal TMS, tegengesteld= oneven aantal TMS) Wordt bepaald door AZ sequentie = permanent Het aantal TMS kan aan de hand van een hydropathie plot berekend worden (geeft hydrofobiteit van een AZ weer) AZ>0 hydrofiel; AZ<0 hydrofoob Functies van een membraaneiwit. Enzymatisch Electronen transporters Transporters : carrier of transport ATPasen, Ionenkanaal, Receptors, signaaltransductie Celadhesie (vormt de plasmodesmata) Rol in endo- en endocytose Sortering en modificatie van eiwitten in ER en Golgi Structuur aanhechting cytoskelet op membraan

9 Associatie met membraan heeft weerslag op functie Enzymen en eiwitten die enkel aan 1 kant actief zijn: meestal perifeer of vetanker. transporters: transmembranair (Duh) Membraaneiwitten zijn ongelijk verdeeld/georiënteerd over de dubbellaag naargelang functie Perifere/vetanker per definitie maar aan 1 specifieke kant waar functie nodig is Transmembraan chemische en fysische samenstelling van het eiwit is niet gelijk aan beide kanten: oriëntatie is anders (alle eiwitten wijzen naar dezelfde kant) Glycosilering van membraaneiwitten Aanhechting van een of meerdere suikergroepjes op AZ-keten. Hechting gebeurd N-linked op Asparagine, of O-linked op serine, theorine, hydroxylisine of hydroxyproline. Meest aangehechte suikers zijn : De eiwit gebonden carbohydraten maken het grootste deel van de membranaire carbohydraten massa uit. Altijd extracellulair gericht cel recognitie, celadhesie, signaaltransductie. Vormen allemaal samen de glycocalix. Voorbeeld: Glycophorine: suiker-vertakking op het membraan van Rode Bloed Celllen. 9 eenheden, 1vertakking. Eindigt op SiA. SiA s negatieve lading zorgt voor onderlinge afstoting tussen RBC bloed minder visceus. Membraaneiwit mobiliteit Eiwitten zijn minder mobiel dan lipiden om verschillende redenen Grotere massa Klonteren samen tot grote complexen weinig tot niet mobiel Aanhechtingsplaatsen voor het cytoskelet Membraan wordt in domeinen verdeelt door bv tight junctions eiwit kan niet passeren. Eiwit mobiliteit is sterk beperkt.