LFL242 Biochemistry Lipids and Membranes + Channels and Pumps 2024-2025 PDF

LFL242 – BIOCHEMISTRY A) Biologische membranen en lipiden B) Kanalen en pompen 2024-2025 Drs. Ing. Mark Siderius 1 Inhoud Celmembraan (kenmerken, functie) Lipiden - Fosfolipiden - Glycolipiden - Cholestero...

LFL242 – BIOCHEMISTRY A) Biologische membranen en lipiden B) Kanalen en pompen 2024-2025 Drs. Ing. Mark Siderius 1 Inhoud Celmembraan (kenmerken, functie) Lipiden - Fosfolipiden - Glycolipiden - Cholesterol Proteïnen 2 Leerdoelen Rol en opbouw van de celmembraan Begrijpen van synthese en rol lipiden in de membraan 3 De cel …..de membraan Bronnen en afbeeldingen: I, II 4 Membraan: waar zitten ze allemaal Mitochondriën Peroxisoom Endoplasmatisch reticulum Kernmembraan Vesikel Lysosoom Bronnen en 5 Membraan: functie en opbouw Celmembraan houdt verschillende componenten van een cel/organel bij elkaar en beschermt deze tegen “externe” factoren Selectieve barrière waardoor nutriënten en andere stoffen kunnen worden gereguleerd Dubbellaags, opgebouwd uit lipiden (vetten) en proteïnen (eiwitten) Specifieke proteïnen: pompen, kanalen en receptoren (HC B) Fluid mosaic structuur die bij elkaar wordt gehouden door niet covalente (elektromagnetische) bindingen (waterstofbruggen) Bronnen en afbeeldingen: 1, 2, II 6 Membraan: lipiden Massa celmembraan bestaat voor 50% uit lipiden Fosfolipiden Glycolipiden Cholesterol Bronnen en afbeeldingen: 3 7 Fosfolipiden: opbouw Fosfolipiden synthese vindt plaats in endoplasmatisch reticulum 2 vetzuur moleculen gekoppeld aan coenzym A (CoA) binden aan glycerol-3-fosfaat Hierdoor ontstaat fosfatidinezuur, een fosfotase zet dit om in diacylglycerol Hierna volgt binding met een alcohol zoals serine, ethanolamine of choline Phosphatidylethanolamine zitten dichter op elkaar in membraan dan andere Kop is hydrofiel en staart is hydrofoob Vetzuur staart is slecht oplosbaar in waterige oplossingen Hydrofobe eigenschappen ook reden van dubbele fosfolipiden laag in het membraan Bronnen en afbeeldingen: 4, III, IV 8 Fosfolipiden: opbouw van de vetzuur staart Vetzuren zijn ketens van koolstofatomen met binding van waterstof en een carbonzuur Verzadigde en overzadigde vetzuren Verzadigde vetzuren hebben enkele bindingen, onverzadigde ook dubbele bindingen Dubbele binding in onverzadigde vetzuren kunnen cis- of trans-bindingen zijn Onverzadigde cis-vetzuren vaak natuurlijke oorsprong Onverzadigde trans-vetzuren vaak ongezonder Bronnen en afbeeldingen: 5, V 9 Fosfolipiden: opbouw van de vetzuur staart Onverzadigde, en meervoudig onverzadigde vetzuren zijn essentieel voor een mens. We kunnen ze vaak niet zelf maken, maar moeten ze via het voedsel binnenkrijgen Omega-3 en omega-6 vetzuren Benaming afgeleid van plek waar eerste dubbele binding zit (je telt vanaf de staart!) Dieet heeft dus op deze manier effect op membraan samenstelling! Bronnen en afbeeldingen: 6 10 Fosfolipiden: vetzuur en smelt temperatuur Ketenlengte en bindingen beïnvloeden smelt temperatuur Langere ketenlengte (meer C atomen) zorgen voor een hogere smelt temperatuur Minder dubbele bindingen zorgen ook voor een hogere smelt temperatuur Vetzuur Configuratie Smelt punt ( ͦC ) Octaanzuur 8:0 16,5 Decaanzuur 10:0 31,5 Laurinezuur 12:0 44,0 Myristinezuur 14:0 58,0 Oliezuur 18:1 16,0 Linolzuur 18:2 -5,0 Alfalinoleenzuur 18:3 -11,0 Bronnen en afbeeldingen: 7 11 Fosfolipiden: smelt temperatuur Welke van de onderstaande moleculen heeft het laagste smeltpunt A) met vetzuurstaarten van 18 C-atomen, volledig verzadigd B) met vetzuurstaarten van 18 C-atomen en 2 dubbele bindingen bindingen C) Met vetzuurstaarten van 20 C-atomen, volledig verzadigd. D) Met vetzuurstaarten van 20 C-atomen en 2 dubbele bindingen C18:3n-3, omega-3 vetzuur Bronnen en afbeeldingen: VI 12 Glycolipiden Markers van cel-contact en imuunrespons AB0 bloedgroepen systeem is een oligosacharide gebonden aan een glycolipide Binding van witte bloedcel aan weefsel ook gemedieerd door glycolipiden Bronnen en afbeeldingen: 8 13 Cholesterol Belangrijk onderdeel van de celmembraan, draagt bij aan stevigheid en permeabiliteit Cholesterol kan “vet-vlotten” vormen, clustert eiwitten welke handig zijn om bij elkaar te houden Bij relatief lage temperaturen voorkomt cholesterol membraan rigiditeit Bij relatief hoge temperaturen voorkomt cholesterol fluïditeit Verzadigde Onverzadigde vetzuren vetzuren 14 Bronnen en afbeeldingen: 9, 10 Even toetsen Wat is het verschil in de celmembraan tussen een arctische en tropische vis? Bronnen en afbeeldingen: VII 15 Membraan: proteïnen Receptoren (transport van informatie) α-helix Kanalen (transport van moleculen) β-sheet Bronnen en afbeeldingen: 11, II, VIII, IX 16 Membraan: beweging van lipiden Laterale beweging, niet actief Thermische agitatie en Brownse beweging Transversaal Flip-flop (flip: buiten naar binnen, flop: binnen naar buiten) Incidenteel en wordt gemedieerd door eenflippase enzym:en floppase Bronnen en afbeeldingen: 12 17 Take home message: 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 Bronnen en afbeeldingen: 18 Questions? 19  LFL242 – BIOCHEMISTRY A) Biologische membranen en lipiden B) Kanalen en pompen 2024-2025 Drs. Ing. Mark Siderius 20 Inhoud Soorten transport Kanalen - Selectiviteit - Actie potentiaal Pompen - Primair - Secundair 21 Waarom is transport van moleculen belangrijk? Transport van moleculen belangrijk in behouden van de homeostase Natrium ionen concentratie buiten de cel hoger dan in de cel, voor kalium geldt het omgekeerde Disbalans zorgt niet alleen voor lysis van de cel Bronnen en afbeeldingen: I 22 Waarom is transport van moleculen belangrijk? Soms zijn er meerdere transporters voor hetzelfde molecuul maar met andere affiniteit Glucose transporters (GLUTs) 1-14 Verschillende weefsels brengen verschillende GLUTs tot expressie Hersenen slechts ≈2% van het lichaamsgewicht maar gebruiken ≈20-25% van de beschikbare energie Hersenweefsel brengt GLUT 1 en 3 tot expressie, deze hebben de hoogste affiniteit! Bronnen en afbeeldingen: 1, 2 23  Welke soorten transport zijn er? Moleculen kunnen actief en passief over de membraan worden getransporteerd Passief kost geen energie, actief transport wel! Diffusie is meest eenvoudige vorm van transport Kanaal gemedieerd (passief) Transport eiwit gemedieerd (passief of actief) Bronnen en afbeeldingen: 3, 4, adapted from Alberts Mol. Bio. Of the cell edited by SMART 24 Welke soorten transport zijn er? Uniporter Symporter Antiporter Bronnen en afbeeldingen: 5 25 25  + + Kanalen en selectiviteit - + + Na - Kanalen zijn open maar worden wel gereguleerd - + + + Selectiviteit door vorm, grootte of lading van een kanaal - Ionen in oplossing vormen waterstof bindingen met water moleculen Na K+ Cl- + K+ + + Cl- Na Binnenzijde natriumkanaal is negatief geladen waardoor + Na positieve K+ Cl- + + natriumionen er doorheen worden getrokken Kalium ionen zijn te groot en negatieve (chloride) ionen worden - - - - - - - - afgestoten - - - - - - - - Kalium ionen passen wel door het kaliumkanaal maar natrium - - - - kan dat niet Afstand tussen natrium ion enBronnen en afbeeldingen: de negatieve elektronen van 6, het7 26 Van kanaal naar actiepotentiaal Actiepotentiaal is essentieel voor communicatie tussen cellen “Een ultrakorte golf van elektrische ontlading die over het membraan (de biologische celwand die de binnen- en buitenkant van een cel scheidt) van een neuron of een spiercel gaat” Bronnen en afbeeldingen: 8, 9, II, III 27  Een stimulus van een andere cel of een neuron zorgt voor depolarisatie, waardoor sommige Na+ kanalen openen, en Na+ ionen de cel binnen komen. Na het overschrijden van de excitatie treshold openen alle Na+ kanalen Na het bereiken van de maximale actie potentiaal sluiten de Na+ kanalen en openen de K+ kanalen zodat deze uit de cel kan stromen en de balans weer hersteld Bronnen en afbeeldingen: 9, III 28 Van kanaal naar actiepotentiaal Belangrijk dat signaal snel en intact aankomt Kanalen zijn niet erg “snel” Myeline om de axon zorgt voor isolatie, potentiaal springt van knoop naar knoop Verlies van myeline leidt tot zwakkere signalen: multiple sclerose Bronnen en afbeeldingen: 10, IV 29 Van kanaal naar gap junction Kanalen die cellen met elkaar verbinden Cytoplasma-cytoplasma contact Belangrijk in intercellulaire communicatie en synchroniseren van respons Bronnen en afbeeldingen: 11, V 30 Meest bekende vorm van actief transport Bronnen en afbeeldingen: VI 31 Hoe werkt primair actief transport P-type ATPase Betrokken bij transport van H+, Na+, Ca2+, Cu2+ en zware metalen Maakt gebruikt van vrijkomende energie tijdens hydrolyse van adenostinetrifosfaat (ATP) (ATP ADP+P+E) Natrium-kalium pomp maakt gebruik van dit principe Bronnen en afbeeldingen: 12, VII 32 Hoe werkt primair actief transport Transport kan ook ongunstig zijn! ATP binding cassette (ABC) transporters zijn belangrijk in transport van cholesterol, cortisol en andere stoffen Maar kunnen ook een belangrijke rol spelen in resistentie tegen medicijnen Blokkeren van de transporter dus belangrijk in behandeling van sommige aandoeningen ABC Bronnen en afbeeldingen: 13 33 Hoe werkt secundair actief transport Secundair actief transport Gebruikt opgebouwd potentiaal van primair actief transport Bronnen en afbeeldingen: 14, VIII 34 Samenvattend Kanalen en pompen zijn belangrijk in het reguleren van moleculen Specifiek, aspecifiek Actief, passief Bronnen en afbeeldingen: 35