1/22
H2: Plasmamembraan
1. Geef de algemene structuur van fosfolipiden en de opbouw van het plasmamembraan, inclusief de
regulatie van de vloeibaarheid en de rol van cholesterol.
Plasmamembraan: bestaat uit lipiden dubbellaag → hydrofobe staarten van fosfolipiden
naar elkaar toe gericht, heeft vloeibare samenstelling
(Fosfo)lipiden:
- Amfipatische moleculen
- Hydrofiele kop en hydrofobe staart van vetzuren, vetzuren kunnen verzadigd en onverzadigd zijn
- Verzadigde vetzuurketens: beschikken niet over dubbele bindingen
- Onverzadigde vetzuurketens: met dubbele bindingen (→ enkelvoudig en meervoudig
onverzadigd)
- Vormen bij kleine hoeveelheden in water micellen en bij grote hoeveelheden in water een lipiden
dubbellaag → vouwt op tot bolvormig membraan
- Bewegingen fosfolipiden: laterale diffusie, flexie, rotatie en (niet spontaan) flip-flop, kan wel m.b.v.
flippases/floppases: brengen fosfolipide van de ene zijde naar de andere zijde o.i.v. ATP
Invloed vorm staart op vloeibaarheid membraan: hoe gemakkelijker de fosfolipiden tegen elkaar kunnen
worden gedrukt, hoe hoger de transitietemperatuur
- Lengte van de vetzuurketens: langere vetzuurketens liggen vaak langgerekt parallel (hoe langer de
ketens hoe minder vloeibaar)
- Verzadiging van de vetzuurketens: dubbele binding dubbele binding geeft een knik → vetzuurketen
neemt meer plaats in, ketens kunnen minder dicht op elkaar liggen (hoe meer onverzadigd, hoe
vloeibaarder)
- Cholesterol heeft ook een invloed: kan tot 1 : 1 concentraties met andere fosfolipiden
Cholesterol:
- Beïnvloeden vloeibaarheid en geeft steun aan het plasmamembraan,
- Vrij hydrofoob,
- Maakt de buitenste zijde stijver (door ringstructuur)
- Maakt de binnenzijde vloeibaarder (onderbreekt door korte staat de interacties tussen naburige
fosfolipiden)
→ Bij lage temperatuur voorkomt dit dat fosfolipiden recht tegen elkaar aanliggen (bij hoge temperatuur
echter voor een meer rigide membraan)
2. Bespreek de asymmetrie in lipidecompositie van het celmembraan: hoe wordt dit gegenereerd en wat
zijn de implicaties.
Oorzaken asymmetrie in lipidencompositie:
- Verschillende lipiden elk aan eigen zijde van membraan gemaakt:
- Sfingomyeline aan buitenzijde (EC zijde) van plasmamembraan gemaakt
- Fosfatidylethanolamine en fosfatidylserine aan cytoplasmatische/binnen zijde ER gemaakt
- Fosfatidylcholine aan binnenzijde ER gemaakt, vervolgens naar buitenzijde verplaatst
- Beweging van fosfolipiden (o.i.v. ATP):
- Flippases: brengen fosfolipide van extracellulaire zijde naar intracellulaire zijde
- Floppases: brengen fosfolipide van intracellulaire zijde naar extracellulaire zijde
- Scramblases: brengen zowel fosfolipiden van intracellulaire matrix naar extracellulaire matrix
als andersom
Gevolgen asymmetrische verdeling:
- Beïnvloeding buigzaamheid en vloeibaarheid van membraan: fosfatidylserine heeft netto negatieve
lading, bevindt zich aan de binnenzijde van het membraan, geeft binnenzijde membraan een
kleine negatieve lading t.o.v. buitenkant
- Lipid rafts: concentratie aan cholesterol beïnvloedt de werking van proteïnen (sommige juist actief
hierbinnen, anderen hierbuiten) → geen stabiele structuur, maar eilandjes die tijdelijk gevormd
worden (door lokale concentraties van specifieke lipiden), spelen rol in signaaltransductie en
beïnvloeden o.a. lokale vloeibaarheid en second-messenger concentratie
- Apoptose: cel heeft te weinig ATP, verlies van asymmetrie (flippases en floppases kunnen taak niet meer
vervullen), fosfatidylserine aan buitenste zijde werkt als receptor voor fagocytose
, 2/22
H3: Signaaltransductie
3. Bespreek de bimoleculaire reactie van ligand-receptor interactie, inclusief de concentratie-effect curve
en de betekenis/impact van de KD waarde en het Hill nummer.
Soorten niet-covalente interacties: ionische interacties, waterstofbruggen, Vanderwaalsinteracties
Biomoleculaire reactie van ligand-receptorinteractie:
X = ligand
𝑘 1.0 1.0
R + X ⇄ RX R = receptor
normalized effect
normalized effect
𝑙 RX = ligand-receptorcomplex 0.8 0.8
k = voorwaartse snelheid in s-1M0.6-1 0.6
[𝑅]∗[𝑋]
KD = l = terugwaartse snelheid in s-1 0.4 0.4
[𝑅𝑋]
KD = dissociatieconstante (= l / 0.2
k) in M (= molair) 0.2
[𝑋]
Effect ∼ Concentratie boven KD-waarde → 0.0
geen effect 0.0
[𝑋] + 𝐾𝐷 0 20 40 60 80 100 1 10 100
Effect 50% → concentratie ligand hetzelfde [X] als
(mM)KD-waarde [X] (mM)
Grafiek: concentratie ligand gegeven op logaritmische schaal
- Lage concentratie (1 op x-as) geeft weinig tot geen effect (0,1 op y-as = 10%)
- Hoge concentratie (100 op x-as) geeft groot effect (1,0 op y-as = 100%)
→ Hoe lager KD, hoe hoger de affiniteit
Hill functie: gebruikt om dosis-effect curves te fitten
E = effect
Emax Emax = maximaal effect
E= EC50 n EC50 = concentratie met 50% effect
1+( )
[L] L = ligand (= X)
n = Hill nummer*
Hill nummer: coöperativiteit tussen bindingsplaatsen → maat voor het aantal bindingsplaatsen dat
aanwezig is op een receptor (1 bindingsplaats geeft n = 1, als de receptor 3 bindingsplaatsen heeft en alle
3 bezet moeten zijn voor het effect dan n = 3), als er een ligand op de 1e bindingsplaats gebonden is
neemt de affiniteit op de 2e bindingsplaats toe
→ Hoe groter n, hoe steiler de grafiek
Concentratie-effect curve: sigmoidale vorm wanneer X (ligand) op logaritmische schaal wordt gegeven
(op lineaire schaal een hyperbool) → weergeeft het effect van de concentratie van het ligand (lage
concentratie geeft weinig effect, hoge concentratie geeft veel effect)
- Lijn n = 1: lijn gaat 6 logwaarden af om het maximale effect te bereiken
- Lijn n = 3: lijn gaat 4 logwaarden af om het maximale effect te bereiken
- Kruispunt van de lijnen: alle lijnen hebben hetzelfde EC 50 (maar een ander Hill nummer)
→ Hoe groter n is, hoe meer coöperativiteit, hoe meer bindingsplaatsen dat er zijn, hoe steiler de grafiek
, 3/22
4. Geef de algemene structuur van een G-proteïne gekoppelde receptor en bespreek de 3 belangrijkste
Gα-proteïne effector modulatiemechanismen van G-proteïne gekoppelde receptoren. Geef eveneens 1
voorbeeld waarbij het Gβγ-proteïne betrokken is (dit is dus Gα-proteïne onafhankelijke signaling).
G-proteïne gekoppelde receptoren: (= GPCR, G-protein coupled receptors) activiteit van
ionenkanalen/enzymen/transcriptiefactoren/etc. via second messengers gewijzigd,
grootste groep receptoren
- Opbouw: 7 membraansegmenten (α-helices, gaan door membraan heen) → C-terminus
is intracellulair, N-terminus is extracellulair
- 5,6-Cytoplasmatische loop: speelt belangrijke rol bij interacties met intercellulaire
G-proteïnes (transmissie membraanproteïne dat koppelt met een G-proteïne
→ G-proteïne zorgt voor transmissie (activering van effectorproteïnen))
- Bindingsplaats liganden: intracellulair
- Kleine liganden: (moleculen) binden aan regio’s dicht bij het membraan
- Grote liganden: delen van N-terminus kunnen betrokken zijn
G-proteïne: bestaat uit 3 subeenheden (α, β en γ), G staat voor GTPase activiteit, blijft actief zolang de alfa-
subeenheid GTP hydrolyseert naar GDP, α en γ verbonden met plasmamembraan d.m.v. lipidenankers
l
1. Herkenning
2. Transductie
3. Transmissie
4. Modulatie effector
5. Respons
6. Stoppen signaal
- Gt reguleert fosfodiesterase: (afbraak van cGMP), moduleert kanaal/receptoractiviteit,
- Gq reguleert fosfolipase: (afbraak van fosfolipiden), afbraakproducten zijn effectors (IP 3 (= inositol
trifosfaat) / DAG (diaglycerol)), modulatie van kanaal/receptoractiviteit, Ca 2+ concentratie speelt
een rol, activatie van proteïne kinases
3 Belangrijkste effector modulatiemechanismen van G α-proteïnen: zijn second messengers (versterken en
integreren het signaal)
1. Moduleren van adenylcyclase activiteit (cAMP concentratie): door Gs, Golf, Gi, cAMP beïnvloedt direct de
werking van enzymen en kanalen, door activering van enzymen (bijv. proteïne-kinase A (PKA))
wordt activiteit van receptoren/kanalen/enzymen beïnvloedt
2. Activatie fosfodiesterase: impact van effector = cGMP level neemt af (afbraak van cGMP)
- Gt: transducine, belangrijk in de staafjes/kegeltjes van ogen (fototransductie), receptor =
rhodopsine → geeft Gαt → geeft PDE (transducine), GMP → verlaagt
-cGMP: opent CNG-kanalen (Cyclc-nucleotide gated channels) → kanalen hebben intracellulaire
cGMP bindingsplaats, verlagen van cGMP concentratie sluit CNG kanalen
3. Fosfolipase: afbraak van fosfolipiden, afbraakproducten zijn effectors fosfolipase 2 gaat PiP2 afbreken,
geeft IP3/DAG (diaglycerol)), geeft modulatie van kanaal/receptoractiviteit, beïnvloeding
Ca2+-concentratie, geeft activatie van proteïne kinases → afbraakproducten zijn “effectors”
Gβγ-complex: werkt als negatieve feedbackloop
- Epinefrine bindt aan β-adrenerge receptor
- Gα zal AC stimuleren tot toename van hartslag
- Gg-complex zal samen binden met βAPK → binden aan intracellulaire zijde van β-adrenerge receptor
- Geeft reformatie van receptor waardoor alles loskoppelt
- Hartslag neemt niet meer toe (kaliumkanaal werkt als rem op het opwekken van actiepotentiaal →
negatieve feedbackloop)
