Kap. 11 - Membran struktur

Cellemembran funktioner

Cellemembranen afgrænser cellen og regulerer transport af molekyler, næringsstoffer og affaldsstoffer ind og ud af cellen. Den modtager desuden information fra signalmolekyler som hormoner og vækstfaktorer gennem receptorer. Membranens fleksibilitet gør også, at cellen kan ændre form.

Cellemembranens grundstruktur

Cellemembranen består af et dobbeltlag af fosfolipider med indlejrede proteiner. Hvert fosfolipid har et hydrofilt hoved og to hydrofobe fedtsyrehaler. De hydrofile hoveder vender mod de vandige omgivelser på hver side af membranen, mens de hydrofobe haler vender ind mod hinanden i membranens indre. De hydrofile hoveder kan interagere med vandet på begge sider af membranen, mens de hydrofobe haler samles væk fra vandet. Det danner et stabilt lipid-dobbeltlag, hvor det hydrofobe indre samtidig fungerer som en barriere for mange polære og ladede stoffer.

Funktion af flydende membran

Lipiderne kan bevæge sig sidelæns i deres eget lag, hvilket gør membranen fleksibel og i stand til at ændre form.

Indlejrede proteiner i membranen har forskellige funktioner.

Transport gennem kanaler og transportører, signalering gennem receptorer, forankring af membranen til fx cytoskelettet samt enzymer, der katalyserer reaktioner ved membranen.

Membranen beskrives som mosaik-agtig, hvorfor?

Har områder hvor der er en høj koncentration af proteiner, lipider og kulhydrater

Hydrogenbindinger

svag binding, hvor et hydrogenatom, som i forvejen er kovalent bundet til et elektronnegativt atom bindes til et andet elektronnegativt atom. 

Beskriv hydrofobe, hydrofile og amfipatiske molekyler

Hydrofobe: er overvejende upolære, har ingen ladning og interagerer dårligt med vand. Få polære grupper i forhold til den hydrofobe del. Hydrofile: er polære eller ladede og interagerer godt med vand. Amfipatiske: har både hydrofile og hydrofobe dele.

Er fedtsyrer hydrofile, hydrofobe og amfipatiske molekyler?

Amfipatiske, lang kulstofkæde er hydrofob og carboxylgruppen (COOH) er hydrofil.

Triglycerider (fedtstoffer) struktur

Består af glycerol (C3O3H8) og 3 fedtsyrer, som er kulstof kæder i forskellig længde ud fra hvilket fedtsyrer det er

tegn et triglycerid - Korrekt

Korrekt

Hvad er forskellen på mættet og umættet fedtsyrer?

Mættet fedtsyrer har en dobbeltbindinger som skaber et knæk på kulstofkæden og gør det mindre stabilt, dårligere tæt pakning. Umættet fedtsyrer har ingen dobbeltbinding er dermed mere stabilt. 

Tommelfingerregel for at finde ud af om et molekyle er hydrofilt eller hydrofobt

Hvis et molekyler har fem eller mere C pr hydrofilt atom, er det hydrofobt.

Hvad er en esterbinding?

Esterbindinger dannes mellem carboxylgrupper (COOH) og hydroxylgrupper som er alkohol (OH-) og kaldes en kondensationsreaktion, da der fraspaltes vand.  

Opskriv reaktionen for en esterbinding

R-COOH + HO-R = R-COO-R+ H2O

Hvad er glycerofosfolipider:

Glycerol med 2 fedtsyrer kæder og en fosfatgruppe. En type af fosfolipid i cellemembranen

Hvorfor er glycerofosfolipider vigtige?

Giver plasmamembranen en hydrofil side, fosfatgruppen, og en hydrofob midt, fedtsyrerne. Findes mange forskellige glycerofosfolipider i forskellige størrelse, ladning og form, hvilket giver membranen funktionelle diversitet. 

Tegn et glycerofosfolipid - skriv korrekt

Korrekt

Andre amfipatiske lipider i membranen.

fosfatidylserin, kolesterol og galactocerebroside 

Beskriv kolesterol struktur og placering i plasmamembranen

Kolesterol består af en lille hydrofil OH-gruppe, en stiv steroid-ringstruktur og en kort hydrofob hale. I plasmamembranen placerer kolesterol sig mellem fosfolipidernes fedtsyrekæder, med OH-gruppen tæt ved de hydrofile hoveder og resten af molekylet nede i det hydrofobe indre.

Tegn kolestrol - skriv korrekt

Korrekt

Kolesterol funktion?

Udfylder hulrum og dermed mindre permeabel, gør membranen mindre flydende under varme eller forhindrer krystalisering under kulde. Stabilisere membranen strukturelt

Dannelse af vesikler

Et lipid-dobbeltlag vil spontant lukke sig til et lukket rum, fordi de hydrofile hoveder vender mod vandet på begge sider af membranen, mens de hydrofobe haler vender mod hinanden inde i membranen.

Detergenter (sæbestoffer), beskriv grupper og form (miceller)

Har en hydrofil og hydrofob ende og er kegle formet. De pakker sig sammen en miceller, som er en rund kugle, hvor de hydrofile peger ud af og hydrofobe indad.

Hvordan opløser detergenter cellemembraner?

Detergenter trænger ind i lipid-dobbeltlaget og bryder det op ved at omgive membranens lipider og membranproteinernes hydrofobe områder. Derved opløses membranen, og membranproteinerne kan opløses i vand.

Beskriv de forskellige fosfolipid bevægelser

Fosfolipider kan bevæge sig ved lateral diffusion, hvor de bevæger sig sidelæns i samme lag, rotation, hvor de drejer om deres egen akse, og flexion, hvor fedtsyrehalerne bøjer og bevæger sig. De kan også lave flip-flop, hvor de bevæger sig fra det ene lag til det andet, men dette sker meget sjældent.

Hvordan justeres fluiditeten?

Mere fluid, kortere hydrocarbonkæde længde, flere dobbeltbindinger og dermed mindre tæt pakning. Kolesterol afhænger af temperatur - varmt forhindrer fluiditet, kulde forhindrer for tæt pakning.

Nævn de forskellige Membran-translokase-enzymer

Flippaser, Floppaser og Scramblaser

Beskriv funktioner af flippaser

Flytter specifikke fosfolipider fra det ydre lag til det indre lag i golgi-membranen og plasmamembranen og skaber asymmetri og kræver ATP

Beskriv funktioner af floppaser

Floppaser bruger ATP til at flytte bestemte fosfolipider fra det indre til det ydre lag af cellemembranen og bidrager dermed til at opretholde membranens asymmetri.

Beskriv funktioner af scramblaser

Flytter fosfolipider i begge retninger (ikke specifikt) i ER membranen for at gøre det symmetrisk. Bruge ikke ATP, men udnytter koncentrationsgradienten.

Hvorfor er cellemembranen assymetrisk

fordi specifikke enzymer flippaser og floppaser aktivt fordeler fosfolipider mellem de to lag, så hver side får sin egen sammensætning.

Beskriv fosfolipidsyntese i ER til asymmetrisk fordeling i plasmamembranen.

I smooth ER syntetiseres fosfolipider i det indre lag af ER-membranen. Scramblaser fordeler derefter fosfolipiderne tilfældigt mellem membranens to lag, så begge lag vokser, og ER-membranen bliver relativt symmetrisk. Membranen transporteres videre til Golgi via vesikler. I Golgi skaber flippaser asymmetri ved selektivt at flytte bestemte fosfolipider fra det ydre lag til det indre lag ved brug af ATP. Denne asymmetri bevares under vesikeltransport til plasmamembranen. I plasmamembranen bidrager både flippaser og floppaser til at opretholde den asymmetriske lipidfordeling: flippaser flytter bestemte lipider fra det ydre til det indre lag, mens floppaser flytter bestemte lipider den modsatte vej, fra det indre til det ydre lag.

Beskriv de funktionelle klasser af membranproteiner

Transportører, kanaler, receptorer, ankre og enzymer

Beskriv Transportører

Transportører er membranproteiner, der flytter specifikke molekyler eller ioner over membranen ved at gennemgå konformationsændringer, når deres substrat binder.. Et eksempel er Na⁺/K⁺-pumpen: Na⁺ binder på den cytosoliske side, hvorefter ATP fosforylerer pumpen og får den til at skifte konformation, så Na⁺ frigives udenfor cellen. Den nye konformation gør, at K⁺ kan binde udefra. Pumpen defosforyleres, skifter tilbage til sin oprindelige konformation, og K⁺ frigives inde i cellen.

Beskriv receptorer

Receptorer er proteiner, der registrerer og binder specifikke ekstracellulære signalmolekyler (ligander), fx hormoner eller vækstfaktorer. Når en ligand binder, ændrer receptoren struktur og aktiverer intracellulære signalveje, som kan regulere cellens funktion, herunder vækst, deling og differentiering.

beskriv ankrer

Ankerproteiner forbinder cellens cytoskelet med den ekstracellulære matrix gennem plasmamembranen og bidrager dermed til cellens mekaniske stabilitet og form

Beskriv ion kanaler

Alpha-helixer danner en hydrofil pore tværs gennem membranen. Når helixerne ændrer position som respons på et signal, åbnes eller lukkes poren. Når kanalen er åben, kan bestemte ioner passere gennem den via diffusion. Transport gennem ionkanaler er hurtigere end transport gennem transportører.

Beskriv enzymer

Membranbundne enzymer sidder i eller på membranen og katalyserer bestemte kemiske reaktioner ved membranen.

Hvilket problem møder membranproteiner, når de skal gennemtrænge membranen, og hvordan løses det?

Membranens indre er hydrofobt, mens proteinets peptidrygrad er hydrofil. Problemet løses ved, at proteinet danner sekundærstrukturer som α-helixer eller β-tønder. Her danner de polære grupper i peptidrygraden hydrogenbindinger med hinanden, mens hydrofobe sidekæder vender ud mod membranens hydrofobe indre.

Hvordan kan man ud fra aminosyresekvensen forudsige, om et protein indeholder en transmembran α-helix?

Et sammenhængende hydrofobt stræk på ca. 20 aminosyrer tyder på, at området danner en transmembran α-helix.

Hvordan kan α-helixer danne en hydrofil pore i cellemembranen?

Flere amfipatiske α-helixer samles, så de hydrofobe sidekæder vender ud mod membranens lipider, mens de hydrofile sidekæder vender ind mod hinanden og danner en hydrofil pore.

Hvad måler FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) og hvordan?

FRAP måler den laterale mobilitet af membranproteiner. Et område af membranen afbleges med en laser, hvorefter ikke-afblegede fluorescerende proteiner diffunderer ind i området. Hastigheden, hvormed fluorescensen vender tilbage, viser, hvor hurtigt proteinerne bevæger sig lateralt i membranen.

Hvad er eukaryote celler dækket af, og hvad er funktionen?

Eukaryote celler er dækket af et sukkerlag, som består af kulhydrater bundet til proteiner og lipider på cellens yderside. Sukkeret giver mekanisk beskyttelse og smøring og er vigtig for celle-celle-genkendelse og adhæsion.

Hvad betyder budding og fusion ved vesikeltransport?

Budding er, når en del af en membran buler ud og afsnøres, så der dannes en vesikel. Fusion er, når vesiklens membran smelter sammen med en anden membran, fx plasmamembranen. Under budding og fusion bevares membranens orientering, så den cytosoliske side altid vender mod cytosolen, mens vesiklens luminale side bliver ekstracellulær ved fusion med plasmamembranen.

Hvad er et β-barrel-membranprotein, og hvordan danner det en kanal?

Et β-barrel er et integralt transmembranprotein, hvor β-strenge danner et β-sheet, der rulles sammen til en cylinder gennem membranen. De hydrofobe sidekæder vender ud mod membranens hydrofobe fedtsyrekæder, mens de hydrofile sidekæder vender ind mod kanalens vandfyldte pore. β-barrels kan derfor fungere som kanaler for små hydrofile molekyler og ioner.

Hvad er cell cortex, og hvad er dets funktion?

Cell cortex er et netværk af proteiner på den cytosoliske side af plasmamembranen. Det er forbundet til membranen via membranproteiner og giver plasmamembranen mekanisk styrke og støtte samt begrænser bevægelsen af nogle membranproteiner.

Hvordan kan membranproteiners laterale bevægelse begrænses?

Membranproteiners laterale bevægelse kan begrænses ved binding til cell cortex, binding til extracellular matrix, binding til proteiner på naboceller eller af diffusionsbarrierer som tight junctions. Dette kan skabe forskellige membrandomæner med forskellig proteinsammensætning.