Forelesninger i BI 212 - Cellebiologi Biomembraner og subcellular organisering av eukaryote celler - Kap. 5 - vår 2002 Tor-Henning Iversen, Plantebiosenteret (PBS),Botanisk institutt,ntnu e-mail : Tor- Henning.Iversen@chembio.ntnu.no Tlf. 73 59 60 87 PBS`s hjemmeside (hvor forelesningene er samlet) ; www.plantebiosenteret.no
BI 212 - Cellebiologi Biomembraner og subcellular organisering av eukaryote celler - Kap. 5 - vår 2002 OVERSIKT OVER DELER SOM BLIR GJENNOMGÅTT Del 5.3 Biomembraner - struktur og funksjon : Membrankomponenter (fosfolipider, steroider, glykoproteiner, glykolipider) Membranens oppbygging Cellemembraners fellesegenskaper Del 5.4 Celleorganeller : Lysosomer Vakuoler i planter Peroxisomer Endoplasmatisk retikulum Golgi-apparatet Cellekjernen Cytosol
BI 212 - Cellebiologi Biomembraner og subcellular organisering av eukaryote celler - Kap. 5 - vår 2002 OVERSIKT OVER DELER SOM BLIR GJENNOMGÅTT (forts.) Demonstrasjonsdel : Del 5.1 Mikroskopiske teknikker : lysmikroskopet, preparering av materialet, fluorescens-mikroskopi 3-D rekonstruksjoner (konfokal scanning, deconvolution mikroskopi) Fasekontrast og interferens-mikroskopi TEM og SEM-teknikker (elektronmikroskopi) Del 5.2 Celle-rensing-teknikker : Flow-cytometri Celleknusing Sentrifugering Organell-spesifikke antistoffer Fremtidperspektiver (s. 176)
Biomembraner og subcellular organisering av eukaryote celler - Kap. 5 - vår 2002 Del 5.3 Biomembraner - struktur og funksjon Membrankomponenter : Membraner består av lipider og proteiner. Se Kap. 3 for detaljer Figure 3-32
Biomembraner og subcellular organisering av eukaryote celler - Kap. 5 - vår 2002 Del 5.3 Biomembraner - struktur og funksjon Membrankomponenter : Fosfolipider : er amifatiske (hydrofil og hydrofob del) og danner bilaget i membranen. Eksempler ; fosfoglycerider (fettacylsidekjeder + glycerol + fosfat + choline/alkoholer/inositol; Fig. 5-27a). Fosfolipidet sphingomyelin (mangler glycerol men har sphingosine ; Fig.5-27b) finnes i plasmamembranen. Glucosylcerebrosid (glycolipid) finnes i myelin-mebranen. Glykoproteiner og glykolipider : karbohydrater kovalent bundet til proteiner og lipider. Er med å stabilisere konformasjonen til membranproteiner og øker den hydrofile karakteren til lipidene
Del 5.3 Biomembraner - struktur og funksjon Eksempler på fosfolipider Figure 5-27 Strukturen av to fosfolipider ; Phosphatidylcholin(a) er et fosfoglycerid, Sphingomyelin (b) mangler glycerol-basis og kan ha andre fett-acyl-sidekjeder enn oleic-acid. Glucosylcerebroside (c) er et enkelt clycolipid. Hydrofob del =gul; hydrofil del = grønn
Cholesterol er en del av et lipoprotein Low-density lipoproteins (LDL ; dårlig/uønsket kolesterol ) består av 60% kolesterol som de transporterer til vev rundt i kroppen for biosyntese og lagring. High-density lipoproteins (HDL ; god/ønsket kolesterol ) virker som akseptor for kolesterol (25%) og fjerner kolesterol fra vevet og transporterer det til leveren hvor det brukes i produksjonen av galle. Jo mer LDL i blodet jo større sjanse for hjerte-kar-sykdommer (aterosklerose). Røyking nedsetter - mosjon øker HDL-nivået. Figure 5-29 Alle steroider (Fig. 5-29a) inneholder de samme 4 HC-ringene merket A, B, C og D. Kolesterol (Fig. 5-29b) er også et steroid og byggestein i eukaryote animalske celler. Den gule delen er hydrofob mens OH-gruppen er hydrofil.
Genetisk sykdom knyttet til kolesterol En av 500 mennesker er født med familiær hyperkolesterolemia (FH) hvor kolesterol-nivået i blodet er flere ganger høyere enn normalt. Overskuddet kan avleires i blodårene - med påfølgende blokkering og hjerne-slag eller hjerteattak. Mennesker med FH får ofte slike sykdommer før de er 45 år. Problemet med FH er at transporten av kolesterol inn i leveren ikke finner sted fordi LDL-reseptoren som normalt finnes i lever-cellemembranen mangler (Figure 18.3, Life - The Science of Biology). Kolesterol opphopes derfor i blodet.tilsvarende mekanismer er også årsak til cystisk fibrose. Figure 18.3 Genetiske sykdommer i membran-proteiner : familiær hyperkolesterolemia og cystisk fibrose
Del 5.3 Biomembraner - struktur og funksjon Membranens generelle oppbygging Sentrale elementer i membranen er en ; hydrofob kjerne av fosfolipder med protein-komponenter (Figure 5-30) Skille mellom en indre face og en ytre face eller oftest kalt cytosolisk og exoplasmatisk face (Fig. 5-31) Figuren viser forøvrig aktuelle membraner rundt ulike organeller Figure 5-31
Del 5.3 Biomembraner - struktur og funksjon Liposomer viser forekomst av fosfolipider Stor variasjon i prosentvis sammensetning mellom proteiner og lipider - men god eksperimentell støtte for fosfolipidlagets universialitet Dannelsen av liposomer (Fig. 5-32) etter behandling med organiske løsningsmidler, bekrefter tilstedeværelse av fosfolipider Figure 5.32
Del 5.3 Biomembraner - struktur og funksjon Integrale proteiner er mobile i membranen Alle integrale proteiner og glycolipider i membranen bindes asymmetrisk til fosfolipid-bilaget. De fleste integrale proteiner (30-90%) er også lateralt mobile i membranen - væske-mosaikk-modellen. Bevegelsen kan kvantifiseres (bevegelsesavstand 0.5 µm) ved fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)-teknikk (Fig.5-36). Integrale proteiner er ubevegelige pga bindingen til cytoskjelletet. Figure 5-36 Celler merkes med et fluorescerende stoff som bindes jevnt fordelt til overflateproteiner. En laser-stråle bleker deler av det fluorescerende stoffet. Over tid brer det blekede området seg og viser med dette bevegeligheten av overflateproteinene.
Del 5.3 Biomembraner - struktur og funksjon Membranens smelte-temperatur Membranens bilag har en smeltetemperatur - over et kort temperaturintervall endres de fysiske egenskaper til membranen. Hvis en suspensjon av liposomer eller et enhetlig fosfolipid-lag varmes opp noen få grader, endres formen fra en strukturert gel-lignende form til en mer mobil flytende tilstand (Figure 5-37). Dette kalles en faseovergang. Lipider med korte eller umettede fettsyrer gjennomgår faseovergangen ved lavere temperatur enn lipider med lange eller mettede fettsyrer. Kolesterol reduserer membranens fluiditet. Figure 5-37
Biomembraner - struktur og funksjon Fryseetsing og membrankunskap KunKunnskap Ved frysefrakturering (Fig. 5-38) fåes et fryse-etsingspreparat - et replika. Gir kunnskaper om membranens struktur. Figure 5-38 Cellen fyses til -196C (a), snittes med en diamantkniv mellom fosfolipidlagene (b), og et replika gir info om byggesteinene (c)
Celleveggen er typisk for plantecellen I planteceller erstatter celleveggen den extracellulære matrix (glykokalyx) som er utenfor plasmamebranen i animalske celler. I praktiske demonstrasjoner vil fjerning av celleveggen med dannelse av protoplaster (dvs. veggfrie planteceller) bli demonstrert. Endel av pensum er kunnskap om veggens oppbygging i primær og sekundær vegg - samt midtlamell (Figure 5-41). Viktig å kjenne til komponenter som cellulose,hemicelluloser,pektin, lignin og ulike vokstyper (kutin) Figure 5-41
Kap. 5 - vår 2002(forts.) Del 5.4 Celleorganeller En typisk dyrecelle En oversikt over dyre-cellen er vist i Fig. 5-42 Figure 5-42