Celmembraan en Lipiden: Biochemie

Celmembraan en Lipiden

• Celmembranen en lipiden zijn belangrijke onderdelen van biochemie.
• De celmembraan beschermt celcomponenten en houdt ze bij elkaar.
• Lipiden vormen een groot deel van de membraan. Verschillende vormen van lipiden, zoals verzadigd, onverzadigd, cis en trans, hebben verschillende eigenschappen.

Celmembraan: Kenmerken en Functies

• De celmembraan houdt verschillende componenten van een cel of organel bij elkaar en beschermt deze tegen externe factoren.
• Het is een selectieve barrière die nutriënten en andere stoffen reguleert.
• De celmembraan is dubbellaags en is opgebouwd uit lipiden (vetten) en proteïnen (eiwitten).
• Specifieke proteïnen, zoals pompen, kanalen en receptoren, spelen een rol.
• De membraan heeft een fluid mosaic structuur die bij elkaar wordt gehouden door niet-covalente (elektromagnetische) bindingen, zoals waterstofbruggen.

Membranen: Locaties

• Membranen bevinden zich in verschillende organellen en structuren in de cel.
• Deze locaties omvatten mitochondriën, peroxisomen, het endoplasmatisch reticulum, de kernmembraan, vesikels, en lysosomen.
• Een massa celmembraan bestaat voor 50% uit lipiden.

Lipiden: Classificatie

• Fosfolipiden, glycolipiden en cholesterol zijn de belangrijkste klassen van lipiden in de celmembraan.

Fosfolipiden: Structuur

• De synthese van fosfolipiden vindt plaats in het endoplasmatisch reticulum.
• Twee vetzuurmoleculen, gekoppeld aan coenzym A (CoA), binden aan glycerol-3-fosfaat.
• Hierdoor ontstaat fosfatidinezuur, dat door een fosfatase wordt omgezet in diacylglycerol.
• Vervolgens bindt een alcohol zoals serine, ethanolamine of choline.
• Phosphatidylethanolamine zit dichter op elkaar in de membraan in vergelijking met andere fosfolipiden.
• De kop van een fosfolipide is hydrofiel (wateraantrekkend); de staart is hydrofoob (waterafstotend).
• De hydrofobe eigenschappen van vetzuurstaarten zijn de reden voor de dubbele fosfolipiden laag in de membraan.

Vetzuren in Fosfolipiden

• Vetzuren zijn ketens van koolstofatomen met bindingen van waterstof en een carbonzuur.
• Er zijn verzadigde en onverzadigde vetzuren.
• Verzadigde vetzuren hebben enkele bindingen, terwijl onverzadigde vetzuren dubbele bindingen hebben.
• Dubbele bindingen in onverzadigde vetzuren kunnen cis- of trans-bindingen zijn.
• Onverzadigde cis-vetzuren zijn vaak van natuurlijke oorsprong.
• Onverzadigde trans-vetzuren zijn vaak minder gezond.
• Onverzadigde en meervoudig onverzadigde vetzuren zijn essentieel voor het menselijk lichaam.
• Ze kunnen vaak niet zelf worden aangemaakt en moeten via de voeding worden verkregen.
• Omega-3 en omega-6 vetzuren zijn voorbeelden, en de benaming is afgeleid van de positie van de eerste dubbele binding (geteld vanaf de staart).
• Het dieet beïnvloedt de samenstelling van de membraan.

Smelttemperatuur van Vetzuren

• De ketenlengte en het aantal bindingen beïnvloeden de smelttemperatuur van vetzuren.
• Langere ketenlengtes (meer C-atomen) leiden tot een hogere smelttemperatuur.
• Minder dubbele bindingen zorgen ook voor een hogere smelttemperatuur.

Glycolipiden

• Glycolipiden functioneren als markers voor cel-contact en immuunrespons.
• Het ABO-bloedgroepen systeem is een oligosacharide gebonden aan een glycolipide.
• De binding van witte bloedcellen aan weefsels wordt ook gemedieerd door glycolipiden.

Cholesterol

• Cholesterol is een belangrijk onderdeel van de celmembraan en draagt bij aan de stevigheid en permeabiliteit.
• Cholesterol kan "vet-vlotten" vormen en eiwitten clusteren.
• Het voorkomt membraanrigiditeit bij relatief lage temperaturen.
• Het voorkomt membraanfluïditeit bij relatief hoge temperaturen.

Membraan Proteïnen

• Membraanproteïnen dienen als receptoren (voor transport van informatie).
• α-helix en β-sheet zijn structurele motieven die in membraanproteïnen voorkomen.
• Membraanproteïnen kunnen ook kanalen vormen (voor transport van moleculen).

Beweging van Lipiden

• Lipiden kunnen lateraal bewegen, een proces dat niet actief is.
• Thermische agitatie, ook wel Brownse beweging, beïnvloedt de beweging van lipiden.
• Lipiden kunnen transversaal bewegen (flip-flop: van buiten naar binnen of van binnen naar buiten).
• Transversale beweging is incidenteel en wordt gemedieerd door enzymen: flippase en floppase.

Transport over membranen

• Moleculen kunnen actief of passief over de membraan worden getransporteerd.
• Passief transport vereist geen energie, actief transport wel.
• Diffusie is de eenvoudigste vorm van transport.
• Transport kan kanaal-gemedieerd (passief) of eiwit-gemedieerd zijn (passief of actief).
• Uniporters, symporters, en antiporters zijn verschillende soorten transport-eiwitten.

Kanalen: Structuur en Functie

• Kanalen zijn open, maar hun activiteit wordt gereguleerd.
• Selectiviteit van een kanaal wordt bepaald door vorm, grootte of lading.
• Ionen in oplossing vormen waterstof bindingen met watermoleculen.
• De binnenkant van een natriumkanaal is negatief geladen, waardoor positieve natriumionen worden aangetrokken.
• Kalium ionen zijn te groot, en negatieve (chloride) ionen worden afgestoten, kalium ionen passen wel door het kaliumkanaal, maar natrium kan dit niet.
• De afstand tussen natrium ion en de negatieve elektronenen van het kanaal is groter dan de afstand tussen natrium ion en waterstofbruggen.

Actiepotentialen

• Actiepotentialen zijn essentieel voor communicatie tussen cellen: een ultrakorte golf van elektrische ontlading die over het membraan gaat.
• Een stimulus van een andere cel of neuron veroorzaakt depolarisatie, waardoor sommige Na+ kanalen openen. Na+ ionen stromen de cel in.
• Na het overschrijden van de excitatie drempel openen alle Na+ kanalen.
• Na het bereiken van de maximale actie potentiaal sluiten de Na+ kanalen en openen de K+ kanalen, waardoor K+ ionen de cel uitstromen en de balans herstelt.

Signaaloverdracht

• Het is belangrijk dat een signaal snel en intact aankomt.
• Kanalen zelf zijn niet erg "snel".
• Myeline rond het axon zorgt voor isolatie, waardoor het potentiaal van knoop naar knoop springt.
• Verlies van myeline leidt tot zwakkere signalen, zoals bij multiple sclerose.

Gap Junctions

• Kanalen kunnen cellen met elkaar verbinden via gap junctions.
• Dit zorgt voor contact tussen cytoplasma's.
• Gap junctions zijn belangrijk voor intercellulaire communicatie en het synchroniseren van responsen.

Actief Transport

• De meest bekende vorm van actief transport omvat de Intermembrane space.
• P-type ATPases, die H+, Na+, Ca2+, Cu2+ en zware metalen transporteren, spelen een rol.
• Deze pompen maken gebruikt van de vrijkomende energie tijdens de hydrolyse van adenosinetrifosfaat (ATP), waarbij ATP wordt omgezet in ADP+P+E.
• De natrium-kalium pomp is een voorbeeld van dit principe.
• ATP binding cassette (ABC) transporters zijn belangrijk in transport van cholesterol, cortisol en andere stoffen, kunnen ook een belangrijke rol in resistentie tegen medicijnen spelen, daardoor is het blokkeren van de transporter dus belangrijk in behandeling van sommige aandoeningen .
• Secundair actief transport gebruikt het opgebouwde potentiaal van primair actief transport.
• Kanalen en pompen zijn belangrijk in het reguleren van moleculen, specifiek of aspecifiek, en via actieve of passieve mechanismen.