HC06 - Membranen: structuur en dynamiek

Question 1

Waaruit bestaat een dubbellaags membraan?

Answer 1

Een dubbellaags membraan, ook wel een lipide bilaag genoemd, bestaat uit fosfolipiden, waarvan de polaire hoofd groepen naar buiten steken en de hydrofobe staarten naar binnen (naar elkaar) wijzen.

Question 2

Waaruit bestaan membranen?

Answer 2

• Lipiden (ongeveer 50% van massa)
  
  • Barrière-functie
  • Flexibiliteit - “vloeibaarheid”
  • Selectief doorlaten kleine apolaire en polaire (ongeladen) moleculen
• Membraan-eiwitten (ongeveer 50% van massa)
  
  • Selectief doorlaten van kleine geladen en grote polaire moleculen: transport eiwitten
  • Overbrengen informatie: receptoren

Question 3

Hoe worden lipiden gedefinieerd?

Answer 3

Moleculen die niet oplosbaar zijn in water, maar die wel oplossen in organische oplosmiddelen

Question 4

Wat zijn de 5 lipid-klassen?

Answer 4

• Vrije vetzuren: veel gebruikte brandstof
• Triacylglycerolen: opslagvorm van vetzuren
• Fosfolipiden: membraan lipiden
• Glycolipiden: membraan lipiden die deels uit koolhydraten bestaan
• Steroïden: polycyclische koolwaterstoffen met een aantal functies

Question 5

Wat zijn de drie kwantitatief belangrijkste lipiden in membranen?

Answer 5

• Fosfolipiden
• Glycolipiden
• Cholesterol

Question 6

Waarom zit er een knik in de staarten van een lipide?

Answer 6

Dat komt door een dubbele binding

Question 7

Waaruit bestaan de twee staarten van een lipide?

Answer 7

Het zijn hydrofobe staarten van koolwaterstoffen

-(CH₂)_n-CH₃

(n is rond 14-18)

Question 8

Waarom zijn fosfolipiden zo geschikt als componenten van een membraan?

Answer 8

Ze zijn amfipatisch (ze hebben een polair en een apolair deel), en de kop is ongeveer even breed als de twee staarten waardoor ze een goede muur kunnen vormen.

Question 9

Waarom kunnen amfipatische moleculen met 1 hydrofobe keten (monoacylen) of 3 hydrofobe ketens (triacyl-glyceron bijv, een vet) geen membranen vormen?

Answer 9

Vetten zijn onoplosbaar in water omdat ze bubbel vormen die niet mengt met water, en dus geen bilaag. Als je zeep (monoacyl) mengt met water krijg je een micel, die in water oplosbaar is, waardoor je geen bilaag kunt vormen.

Question 10

Wat gebeurt er met een lipide-bilaag als je dat in water doet?

Answer 10

De hydrofobe staarten die aan de buitenwereld worden blootgesteld trekken dan naar binnen en vormen een blaasje (vesicle)

Question 11

Wat vormen fosfolipiden gemengd met water?

Answer 11

Liposomen (kleine blaasjes). Liposomen worden gebruikt om DNA of geneesmiddelen een cel in te smokkelen.

Question 12

Wat kunnen de fosfolipiden in het membraan doen?

Answer 12

Ze kunnen vrij bewegen in het vlak van hun eigen monolaag, maar springen nauwelijks over tussen de ene en de andere laag.

Question 13

Wat bepaalt de vloeibaarheid van een membraan?

Answer 13

Hoe meer dubbele bindingen, hoe meer knikken in de vetzuur-staart, hoe vloeibaarder

Question 14

Wat is het verschil tussen verzadigd en onverzadigd vet?

Answer 14

Bij onverzadigd vet zijn er dubbele bindingen aanwezig en bij verzadigd vet zijn die er niet.

Question 15

Wat kan cholesterol doen met een membraan?

Answer 15

Cholesterol kan zich met zijn kleine polaire hoofd groep bij een hoofd groep van een lipide plaatsen, waardoor de nonpolaire staart tussen de nonpolaire staarten van de lipiden ligt. Cholesterol kan de vloeibaarheid van membranen regelen en stabiliseert de plasmamembraan die minder vloeibaar moet zijn dan de interne membranen.

Question 16

Wat zijn vetzuren?

Answer 16

Een carboxylzuur met een lange koolwaterstofketen. Vetzuren zijn een belangrijke brandstofbron en een belangrijk bestanddeel van membraanlipiden.

Question 17

Wat is een triacylglycerol?

Answer 17

Een glycerol die vetzuurketens aan elk van zijn hydroxylgroepen heeft; oftewel de opslagvorm van vetten. Ze worden ook wel triglyceriden genoemd.

Question 18

Hoe heten fosfolipiden die als backbone een glycerol molecuul hebben?

Answer 18

Fosfoglyceriden

Question 19

Wat is sfingosine, en hoe heten fosfolipiden met een sfingosine backbone?

Answer 19

Sfingosine is een amino alcohol die een lange onverzadigde koolwaterstofketen bevat. Fosfolipiden met een backbone van sfingosine worden sfingolipiden genoemd.

Question 20

Wat is sfingomyeline?

Answer 20

Een sfingolipide die vaak in het plasmamembraan van een cel wordt gevonden, maar die vooral ook veel voorkomt in de myeline schede van zenuwcellen.

Question 21

Wat is een cerebroside?

Answer 21

De simpelste glycolipide, die een enkele suiker eenheid heeft

Question 22

Wat doet cholesterol?

Answer 22

Het beïnvloedt de vloeibaarheid van een membraan, en het bestaat uit een steroïde nucleus.

Question 23

Welke factoren bepalen het smeltpunt van vetzuren?

Answer 23

Lengte van de keten en de dubbele bindingen. Hoe meer dubbele bindingen, hoe lager het smeltpunt ligt. Hoe langer de keten is, hoe hoger het smeltpunt.

Question 24

Wat is de functie van membraan proteïnen?

Answer 24

Specifieke proteïnen voeren specifieke functies uit in een membraan. Proteïnen zijn pompen, kanalen, receptoren, energie omzetters, en enzymen.

Question 25

Met wat voor bindingen zitten membranen in elkaar?

Answer 25

Ze worden bij elkaar gehouden door vele niet covalente interacties. De van der Waals aantrekkingskrachten tussen de koolwaterstofstaarten bevorderen een nauwe opeenhoping van de staarten. Ook zijn er elektrostatische en waterstofbruggen tussen de polaire kopgroepen en watermoleculen.

Question 26

Zijn membranen symmetrisch of asymmetrisch?

Answer 26

Asymmetrisch, de twee lagen van het membraan zijn altijd verschillend

Question 27

Hebben membranen ladingen?

Answer 27

De meeste celmembranen zijn elektrisch gepolariseerd, zodat de binnenkant negatief is. Membraanpotentiaal speelt een sleutelrol in transport, energieomzetting en prikkelbaarheid.

Question 28

Hoe worden lipide bilagen gevormd?

Answer 28

Ze vormen spontaan door een self-assembly proces. Het hydrofobische effect is de drijvende kracht hierachter, aangezien die ervoor zorgt dat de hydrofobe staarten van de fosfolipiden naar elkaar zullen trekken waardoor de hydrofiele koppen naar buiten zullen wijzen.

Question 29

De permeabiliteit van kleine moleculen hangt samen met hun relatieve oplosbaarheid in water en nonpolaire oplossers.

Answer 29

Question 30

Hoe kunnen bepaalde kleine moleculen door een membraan heen gaan, en bijvoorbeeld Na⁺ niet?

Answer 30

Question 31

Wat houdt de smelt temperatuur in membranen in?

Answer 31

Als de temperatuur boven de bepaalde T_m komt, is er een overgang van de starre naar de vloeibare staat van een membraan. Deze temperatuur hangt af van de lengte van de vetzuren en of het verzadigd/onverzadigd is. Een dubbele binding zorgt voor een vermindering van T_m

Question 32

Voorspel het effect op de lipide membraan compositie als de temperatuur van een bacterie van 37^o wordt verhoogd naar 42^o

Question 33

Waarom zijn membranen die bijna volledig uit lipiden bestaan (en dus weinig proteïnen in hun membraan hebben zitten) goed voor isolatie?

Answer 33

Omdat de hydrofobische delen van de lipiden niet goed geleiden.

Question 34

Waarom verschilt het proteïnengehalte in membranen?

Answer 34

Omdat membranen met verschillende functies verschillende soorten en hoeveelheden eiwitten bevatten. Membranen die fungeren als isolatoren bevatten heel weinig proteïnen (18%), terwijl energie overdracht membranen juist de meeste proteïnen bevatten (75%).

Question 35

Noem de 2 soorten membraan proteïnen

Answer 35

Je hebt integrale en perifere membraan proteïnen.

Question 36

Waar zitten integrale membraan proteïnen?

Answer 36

Integrale membraaneiwitten zijn ingebed in de koolwaterstofketens van membraanlipiden, en zij kunnen alleen vrijkomen wanneer het membraan fysiek wordt verstoord. In feite overspannen de meeste integrale membraaneiwitten de lipidenbilaag.

Question 37

Waar zitten perifere membraan proteïnen?

Answer 37

Perifere membraaneiwitten worden door elektrostatische en waterstofbruginteracties gebonden aan de kopgroepen van lipiden of de blootgestelde delen van integrale membraaneiwitten. Deze interacties kunnen zowel aan de cytoplasmatische als aan de extracellulaire zijde van het membraan plaatsvinden. Andere eiwitten zijn aan de lipidenbilaag verankerd door een covalent bevestigde hydrofobe keten, zoals een vetzuur.

Question 38

Waaruit kan het membraan-spannende gedeelte van proteïnen uit bestaan?

Answer 38

Uit α-helixen en β strengen

Question 39

Hoe zit prostaglandine-H₂-syntase aan het membraan vast?

Answer 39

Het zit slechts met een gedeelte ingesloten in het membraan. Het ligt langs het buitenoppervlak van het membraan, maar is stevig gebonden door een reeks helixen met hydrofobe oppervlakken die zich vanaf de onderkant van het eiwit tot in het membraan uitstrekken.

Question 40

Wat doet het enzym prostaglandine-H₂-syntase?

Answer 40

Het zet arachidonzuur om in prostaglandine-H2, een signaal-molecuul, lokaal lipid-hormoon. Dat tweede stimuleert ontstekingen en reguleert de maagzuursecretie.

Question 41

Hoe komt arachidonzuur van de niet-polaire kern van de lipide bilaag, waar het ontstaat, naar de actieve plaats van het enzym?

Answer 41

Het verplaatst zich zonder een waterachtige omgeving tegen te komen, doordat het door een hydrofobisch kanaal in de proteïne verplaatst.

Question 42

Wat doet aspirine met de hydrofobe kanalen van prostaglandine-H₂-syntase?

Answer 42

Het blokkeert die kanalen waardoor er geen prostaglandine wordt gesynthetiseerd, waardoor de ontstekingsreactie wordt verminderd.

Question 43

Wat is FRAP?

Answer 43

Fluorescence recovery after photobleaching

Question 44

Wat is diffusie in een membraan (van fosfolipiden) en welke twee soorten zijn er daarvaan?

Answer 44

Laterale diffusie (in dezelfde laag, snel)

Transversale diffusie (flip-flopping, overspringen tussen de twee lagen, langzaam)

Question 45

Wat gebeurt er met vetzuren in koude temperaturen?

Answer 45

In koude temperaturen zal de proportie van onverzadigde vetzuren toenemen

Question 46

Wat is het verschil tussen de laag lipiden van zeepbellen en van membranen?

Answer 46

Ze zijn beide een bilaag, maar bij zeepbellen wijzen de lipiden de andere kant op. Zo wijzen de polaire hoofd groepen naar binnen en zit daartussen een laagje water (dit creëert het regenboogje op een zeepbel)