Celmembraan: Functie en Opbouw

Celmembraan

• De celmembraan heeft bepaalde kenmerken en functies.
• Lipiden, fosfolipiden, glycolipiden en cholesterol zijn onderdeel van de celmembraan.
• Proteïnen zijn ook onderdeel van de celmembraan.
• De rol en opbouw van de celmembraan en het begrijpen van de synthese en rol van lipiden in de membraan zijn belangrijk.
• Celmembranen bevinden zich in mitochondriën, peroxisomen, het endoplasmatisch reticulum, de kernmembraan, vesikels en lysosomen.

Membraan Functie en Opbouw

• Het houdt verschillende componenten van een cel/organel bij elkaar.
• Het beschermt cellen tegen externe factoren.
• De membraan is een selectieve barrière voor nutriënten en andere stoffen.
• De membraan bestaat uit een dubbellaag van lipiden (vetten) en proteïnen (eiwitten).
• Het bevat specifieke proteïnen zoals pompen, kanalen en receptoren.
• De membraan heeft een fluid mosaic structuur, bijeengehouden door niet-covalente (elektromagnetische) bindingen, zoals waterstofbruggen.

Lipiden in de Membraan

• De massa van de celmembraan bestaat voor 50% uit lipiden.
• De membraan bevat fosfolipiden, glycolipiden en cholesterol.

Fosfolipiden Opbouw

• Fosfolipidesynthese vindt plaats in het endoplasmatisch reticulum.
• Twee vetzuurmoleculen gekoppeld aan co-enzym A (CoA) binden aan glycerol-3-fosfaat.
• Hierdoor wordt fosfatidinezuur gevormd, dat door een fosfatase wordt omgezet in diacylglycerol.
• Binding met een alcohol zoals serine, ethanolamine of choline volgt.
• Phosphatidylethanolamine zit dichter op elkaar in de membraan dan andere.
• De kop van een fosfolipide is hydrofiel, de staart is hydrofoob.
• Vetzuren zijn slecht oplosbaar in waterige oplossingen.
• Hydrofobe eigenschappen zijn een reden voor de dubbele fosfolipidenlaag in de membraan.

Vetzuren

• Vetzuren zijn ketens van koolstofatomen met bindingen van waterstof en een carbonzuur.
• Er zijn verzadigde en onverzadigde vetzuren.
• Verzadigde vetzuren hebben enkele bindingen, onverzadigde vetzuren hebben dubbele bindingen.
• Dubbele bindingen in onverzadigde vetzuren kunnen cis- of trans-bindingen zijn.
• Onverzadigde cis-vetzuren hebben vaak een natuurlijke oorsprong.
• Onverzadigde trans-vetzuren zijn vaak ongezonder.
• Onverzadigde en meervoudig onverzadigde vetzuren zijn essentieel voor de mens.
• Het lichaam kan ze vaak niet zelf maken en moet ze via voeding binnenkrijgen.
• Omega-3 en omega-6 vetzuren zijn belangrijke voorbeelden.
• De benaming is afgeleid van de positie van de eerste dubbele binding, geteld vanaf de staart.
• Het dieet heeft invloed op de membraansamenstelling.

Smelttemperatuur van Vetzuren

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

Glycolipiden

• Glycolipiden zijn markers voor cel-contact en immuunrespons.
• Het ABO-bloedgroepensysteem bestaat uit een oligosacharide gebonden aan een glycolipide.
• De binding van witte bloedcellen aan weefsel wordt ook gemedieerd door glycolipiden.

Cholesterol

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

Celmembraan en vissen

• Er is een verschil in de celmembraan tussen een arctische en een tropische vis.

Membraan Proteïnen

• De membraan bevat receptoren voor transport van informatie, α-helix proteïnen, kanalen voor transport van moleculen en β-sheet proteïnen.

Beweging van Lipiden

• Laterale beweging is niet actief.
• Thermische agitatie en Brownse beweging zijn aanwezig.
• Er is transversale beweging.
• Flip-flop (flip: van buiten naar binnen, flop: van binnen naar buiten) komt voor.
• Deze beweging is incidenteel en wordt gemedieerd door een enzym: flippase en floppase.
• De celmembraan beschermt cel componenten en houdt deze bij elkaar.
• Lipiden vormen een groot deel van de membraan en verschillende vormen ((on-)verzadigd, cis en trans) hebben verschillende eigenschappen.

Transport

• Er zijn verschillende soorten transport.
• Kanalen hebben selectiviteit en actiepotentialen.
• Pompen zijn primair of secundair.
• Transport van moleculen is belangrijk voor het behouden van de homeostase.
• De natriumionenconcentratie is buiten de cel hoger dan in de cel, voor kalium is dit omgekeerd.
• Disbalans kan leiden tot lysis van de cel.

Glucose Transporters (GLUT’s)

• Er zijn verschillende glucose transporters (GLUTs 1-14) met verschillende affiniteiten.
• Verschillende weefsels brengen verschillende GLUTs tot expressie.
• De hersenen gebruiken ongeveer 20-25% van de beschikbare energie, terwijl ze slechts ≈2% van het lichaamsgewicht uitmaken.
• Hersenweefsel brengt GLUT 1 en 3 tot expressie, die een hoge affiniteit hebben.

Soorten Transport

• Moleculen kunnen actief en passief over het membraan worden getransporteerd.
• Passief transport kost geen energie, actief transport wel.
• Diffusie is de meest eenvoudige vorm van transport.
• Kanaal gemedieerd transport is passief.
• Transport door eiwitten kan passief of actief zijn.
• Uniporter, symporter en antiporter zijn typen transport.

Kanalen en Selectiviteit

• Kanalen zijn open, maar worden wel gereguleerd.
• Selectiviteit komt door vorm, grootte of lading van een kanaal.
• Ionen in oplossing vormen waterstofbindingen met watermoleculen.
• De binnenzijde van het natriumkanaal is negatief geladen, waardoor positieve natriumionen worden aangetrokken.
• Kaliumionen zijn te groot, en negatieve (chloride) ionen worden afgestoten in het natriumkanaal.
• Kaliumionen passen wel door het kaliumkanaal, maar natrium niet.
• De afstand tussen een natriumion en de negatieve elektronen van het kanaal is groter dan de afstand tussen een natriumion en waterstofbruggen.

Van Kanaal naar Actiepotentiaal

• Een actiepotentiaal is essentieel voor communicatie tussen cellen.
• Het is een ultrakorte golf van elektrische ontlading over het membraan van een neuron of spiercel.
• Een stimulus van een andere cel of een neuron zorgt voor depolarisatie.
• Sommige Na+ kanalen openen, en Na+ ionen komen de cel binnen.
• Na het overschrijden van de excitatie treshold openen alle Na+ kanalen.
• Na het bereiken van de maximale actiepotentiaal, sluiten de Na+ kanalen.
• De K+ kanalen gaan open zodat deze uit de cel kunnen stromen en de balans wordt hersteld.
• Het is belangrijk dat een signaal snel en intact aankomt.
• Kanalen zijn op zichzelf niet erg snel.
• Myeline om de axon zorgt voor isolatie, en het potentiaal springt van knoop naar knoop (Nodes of Ranvier).
• Verlies van myeline leidt tot zwakkere signalen, zoals bij multiple sclerose.
• Kanalen verbinden cellen in gap junctions.
• Er is een cytoplasma-cytoplasma contact.
• Dit is belangrijk voor intercellulaire communicatie en synchronisatie van respons.

Actief transport

• Deze actieve vorm werkt via de intermembrane space.
• De bekendste vorm van actief transport vindt plaats in de mitochondriën.
• P-type ATPasen zijn betrokken bij het transport van H+, Na+, Ca2+, Cu2+ en zware metalen.
• Ze maken gebruik van vrijkomende energie tijdens de hydrolyse van adenosinetrifosfaat (ATP), waarbij ATP wordt omgezet in ADP+P+E.
• De natrium-kaliumpomp maakt gebruik van dit principe.
• Transport kan ook ongunstig zijn.
• ATP binding cassette (ABC) transporters zijn belangrijk bij transport van cholesterol, cortisol en andere stoffen.
• Ze kunnen een rol spelen in resistentie tegen medicijnen.
• Het blokkeren van de transporter kan belangrijk zijn in de behandeling van sommige aandoeningen.
• Secondair actief transport gebruikt het opgebouwde potentiaal van primair actief transport.
• Kanalen en pompen zijn belangrijk in het reguleren van moleculen.
• Dit kan specifiek of aspecifiek zijn, en actief of passief.