5. LIPIDEN

INLEIDING

Lipiden hebben een grotendeels hydrofoob karakter, maar ook gedeeltelijk hydrofiel. We noemen ze ook wel amfifiel = amfipatisch vanwege de asymmetrische verdeling van polaire en apolaire groepen;

• kleine polaire kop = hydrofiel deel

• lange apolaire staart = hydrofoob deel

Belangrijkste functies van lipiden zijn;

• energiebron + energieopslag

• bescherming + isolatie

• signaalmoleculen

• structurele rol; membranen

Onder membranen vallen zowel plasmamembraan, die de volledige cel omgeeft, als membranen rond organellen; zoals nucleus, mitochondriën, ER, lysosomen, peroxisomen …

3 voornaamste membraanlipiden zijn;

• fosfolipiden

• glycolipiden

• cholesterol

FOSFOLIPIDEN

= “bouwstenen” van het membraan

De naamgeving (fosfo-) verwijst naar de polaire kop die fosfaatgroep bevat. We onderscheiden twee types;

• glycerofosfolipiden; glycerol = backbone

  • meest belangrijke fosfolipide

• sfingomyeline

  • structureel een sfingolipide; sfingosine = backbone

  • functioneel een fosfolipide; bevat fosfaat

(GLYCERO)FOSFOLIPIDEN

opm; glycerofosfolipiden = fosfoglyceriden = fosfoglycerolipiden

STRUCTUUR

• glycerol + 2 vetzuren + fosfaatgroep + kopgroep

FUNCTIES

• vorming van lipidelaag, zeer talrijk aanwezig in biologische membranen

• structuur en flexibiliteit van membranen

VOORBEELDEN

BASISSTRUCTUREN — DIA26, p.131

opm; andere kopgroepen kunnen ook, maar deze is meest voorkomend

• PC & PE; neutraal = zwitterionen

  • PC zit buiten (groot hoofd)

  • PE zit binnen (klein hoofd, zorgt voor buiging)

• Inositol-ladder

  • PI (-1) → basis

  • PIP2 (-5) → heel negatief (signaal klaar om te vuren)

  • PIP3 (-7) → extreem negatief (krachtig signaalanker)

• Lading; alles wat negatief is (PS, PI, PIPs), zit meestal aan de binnenkant (cytosol-zijde) van het membraan

• PIP2; fosfaat aan 4, 5

• PIP3; fosfaat aan 3, 4 én 5

SPECIALE STRUCTUREN

• difosfatidylglycerol = cardiolipine

  • 4 vetzuren

  • netto-lading = -2

  • voornamelijk in binnenste membraan mitochondriën; helpt bij de sterke kromming van de cristae (de plooien in de binnenmembraan) → fungeert als een soort "isolatielaag" die de membraan extreem ondoordringbaar maakt voor protonen (belang protonengradiënt ATP-productie)

• plasmalogen = fosfolipide-ether (C₁ → vinyl-etherbinding, C₂ → esterbinding vetzuur)

  • ethanolamineplasmalogen

  • cholineplasmalogen

• lysofosfolipide (C₂ → OH, geen esterbinding met vetzuur)

  • lysofosfatidinezuur (LPA)

  • lysofosfatidethanolamine (LPE)

  • lysofosfatidylcholine (LPC)

  • lysofosfatidylinositol (LPI)

GLYCOLIPIDEN

= “ID-badge”

opm; glycolipiden zijn een type sfingolipide (zie verder)

STRUCTUUR

• ceramide + suiker

  • met ceramide = sfingosine + vetzuur

FUNCTIES

• celherkenning

• signaaloverdracht

• opm; komt uitsluitend voor op buitenste membraanlaag

VOORBEELDEN

• cerebroside

  • simpele structuur; ceramide + monosacharide in β-vorm aan 1’ (glc of gal)

  • neutraal

• ganglioside

  • complexe structuur; ceramide + oligosacharideketen

  • bevat minstens één NANA → negatieve lading → celherkenning en signaaltransductie

CHOLESTEROL

= “buffer” membraanfluïditeit

opm; valt onder de categorie sterolen, is geen categorie an sich

opm; structuur NK

STRUCTUUR

• lange, vlakke lipide

• steroïde-ringstructuur + klein polair kopje (OH) + kleine apolaire staart

• neutraal

FUNCTIES

• “bufferend effect” afhankelijk van temperatuur;

  • T < Tm; beperkt strakke “packing” vetzuurstaarten → meer fluïditeit

  • T > Tm; beperkt beweging vetzuurstaarten → minder fluïditeit

• effect op (on)verzadigdheid;

  • verzadigde vetzuren; vermindert interactie → meer fluïditeit

  • onverzadigde vetzuren; houdt staarten samen → minder fluïditeit

• effect op transitiefase (gel ←→ vloeibaar);

  • verbreedt de overgangsrange

  • scherpe overgang bij Tm → geleidelijke overgang

  • resultaat; membraan is minder gevoelig voor kleine temperatuurschommelingen

EXTRA — SFINGOLIPIDEN

STRUCTUUR

• ceramide + kopgroep

  • met ceramide = sfingosine + vetzuur

FUNCTIES

• signaaltransductie

• barrièrefunctie

• stabilisatie van het membraan

VOORBEELDEN

• kopgroep = fosfaat → behoren tot fosfolipiden

  • sfingomyeline (SM)

    • buitenste laag membraan

    • stabiliseert membraan, aanwezig in myeline

    • sfingolipiden, zoals SM, stapelen veel compacter dan de "lossere" fosfoglyceriden (zoals PC); samen met cholesterol vormen ze lipid rafts → plasmamembraan wordt dikker en stugger

• kopgroep = suiker(s) → behoren tot glycolipiden

  • glycosfingolipiden

    • vb. cerebroside

    • vb. ganglioside

TOEPASSING — NAAMGEVING

Dit geldt voor de staarten van de fosfo- en glycolipiden.

• C “#koolstoffen” : “#dubbelebindingen” (positie(s))

  • vb. C18:1 (9)

Er is steeds aan volgende voorwaarden voldaan;

• lengte = even #koolstoffen

• configuratie = cis rond dubbele binding

• telling C’en start bij carboxyl; C₁ = O

Naamgeving met ω;

• ω = plaats van dubbele binding, geteld vanaf uiteinde staart

  • vb. omega- of ω-3 vetzuren

TOEPASSING — BIOMEMBRANEN

FOSFOLIPIDEDUBBELLAAG

• fosfolipiden = glycerofosfolipiden + sfingomyeline

• vormen structurele basis van biologische membranen

• in polair milieu (water) hebben lipiden neiging om polaire koppen naar buiten te richten en apolaire staarten naar elkaar = hydrofoob effect

• gebeurt spontaan

• coöperatie tussen; hydrofobe interacties, vanderwaalsbindingen, H-bruggen en elektrostatische interacties

• polaire kant — hydrofoob gedeelte — polaire kant

  • met hydrofoob deel = 30 à 35 Å

  • transmembranaire α-helix bestaat uit  20 à 23 hydrofobe AZ (p.181 cursus)

  • gevolgen;

    • compartimentalisatie

    • gericht transport; pompen + kanalen + transporters

    • mogelijkheid tot diffusie

      
      

• permeabiliteitscoëfficiënt [cm/s of nm/s]

  kleine apolaire (O₂, CO₂)	snel
  kleine ongeladen polaire (H₂O, glycerol)	beperkt
  grote polaire moleculen	zeer traag
  ionen	vrijwel onmogelijk zonder kanaal

EIWITTEN + SUIKERS — DIA61, p.139

types membraaneiwitten;

• integraal;

  • ingebed in membraan

  • vastgehouden door hydrofobe + vanderwaalsinteracties

  • extracellulair vaak geglycosyleerd → glycocalyx

• perifeer;

  • los geassocieerd met membraanoppervlak

  • via elektrostatische interacties en/of H-bruggen

• lipideverankerd;

  • covalent gebonden aan lipide (bv. GPI-anker)

functies eiwitten

• transport

• signaaltransductie

• vormen signalen (chemisch/elektrisch)

• vasthechting

• …

VLOEIBAAR SYSTEEM

• membraan zijn dynamisch (binnen bepaalde restricties);

  Beweging	Tijdsschaal
  buiging	~10⁻⁷ s
  rotatie	~10⁻⁹ s
  laterale verschuiving	~10⁻⁹ s
  flip-flop (spontaan)	~10⁵ s

  • probleem; flip-flop kost enorm veel E om spontaan uit te voeren, want hydrofiele kop moet daarvoor door hydrofobe staarten

  • opl; cellen hebben enzymen: flippasen, floppasen en scramblasen

• vloeibaar mozaïek model

  • bepaalde gebieden i/e membraan functioneren als één geheel

  • lipid rafts = lipid microdomains;

    • rijk aan cholesterol + sfingolipiden

    • bewegen samen (niet-random)

    • voeren samen functie uit (signaalhulp)

  • asymmetrie binnen- en buitenzijde

    • actief in stand gehouden

    • positie lipide, binnen- of buitenkant, afhankelijk van fysicochemische eigenschappen

      • binnenkant; neg geladen

      • buitenkant; neutraal

    • bepaalt functie

• temperatuursverandering

  • lipiden worden door niet-covalente krachten, meer bepaald Londonkrachten = dispersiekrachten en hydrofobe interacties, samengehouden

  • enkel werkzaam indien moleculen dicht bij elkaar

    • verhogen temp → meer bewegen → zwakkere krachten

  
  

  • Tm = smelttemperatuur

    • afhankelijk van lipidensamenstelling;

      • lange staarten → meer interactie

      • geen knik/onverzadigdheden → meer interactie

    • hoe meer interactie, hoe hoger Tm

• membraanintrinsieke factoren

  • lengte van vetzuurstaarten

  • mate van onverzadiging

  • cholesterolgehalte

  • type lipiden (sfingolipiden vs glycerofosfolipiden)

• membraanextrinsieke factoren

  • temperatuur

  • ionsterkte

  • pH

  • interactie met cytoskelet of extracellulaire matrix