Cellen en celbiologie; celmembraan, plasmamembraan

De celmembraan is ongeveer 5nm (nanometer) dik. De celmembraan bestaat onder andere uit een dubbele fosfolipidenlaag. In de dubbele fosfolipidenlaag liggen glycoproteïnen en glycolipiden, actine en spectrine en transmembraaneiwitten. De transmembraaneiwitten die in de celmembraan zitten zijn ionkanalen en carriergemedieerde eiwitten. De belangrijkste functie van de celmembraan is het intracellulaire milieu constant te houden en af te schermen van het extracellulaire milieu. Verder transporteert de celmembraan middels passief en actief transport bepaalde stoffen in en uit de cel die nodig zijn voor het functioneren van de cel.

Bouw en functie fosfolipidenlaag van de celmembraan
De celmembraan is ongeveer 5nm dik. Ongeveer 50% van het gewicht van de celmembraan bestaat uit de dubbele fosfolipidenlaag. De andere 50% van het gewicht van de celmembraan wordt bepaald door de membraaneiwitten. De dubbele fosfolipidenlaag is opgebouwd uit amfifatische moleculen. Amfifatische moleculen zijn moleculen die zowel hydrofiele (waterminnend, wateroplosbaar) als hydrofobe (waterafstotend, niet in wateroplosbaar) eigenschappen hebben.
De hydrofiele delen van de fosfolipidenlaag wijzen richting het extracellulair en intracellulair milieu. De hydrofobe delen van de fosfolipidenlaag wijzen naar elkaar toe.
De fosfolipiden bestaan uit een hydrofiel en hydrofoob deel. De hyfdrofiele kop bestaat fosfatidylcholine. Het fosfatidylcholine is vervolgens gehecht aan glycerol. Naast fosfatidylcholine zitten aan het glycerol ook twee vetzuren gehecht.
De fosfolipiden zijn zo gerangschikt dat het kan worden beschouwd als een fluid mosaic model. Door en in de dubbele laag fosfolipiden drijven de verschillende eiwitten. Tussen de naar elkaar toe gerichte vetzuurstaarten liggen cholesterolmoleculen. Deze cholesterolmoleculen versterken de fosfolipidenlaag.
Het endoplasmatisch reticulum (een ander celorganel) maakt de bestanddelen van de celmembraan. Via vesikels worden delen van de celmembraan getransporteerd naar het celmembraan.
De functie van de dubbele fosfolipidenlaag is het afschermen van de cel van het waterige extracellulaire milieu. Zowel het intracellulaire als het extracellulaire milieu zijn waterig. Zonder adequate afscherming zouden beide milieus makkelijk mengen wat zeer ongunstig is voor de cel. De dubbele fosfolipidenlaag is bijzonder goed in staat om de cel af te schermen van het extracellulaire milieu.

Bouw en functie van de glycoproteïnen en glycolipiden van de celmembraan
Aan de buitenzijde van de celmembraan zitten soms glycolipiden en glycoproteïnen vastgehecht. Glycolipiden zijn moleculen die uit een vet- en koolhydraatmolecuul bestaan. Glycoproteïnen zijn moleculen die uit een koolhydraat- en een eiwitmolecuul bestaan. Glycolipiden en glycoproteïnen vervullen een belangrijke rol in de beweging van cellen en vervullen een receptor-, of immuunfunctie.

Bouw en functie van actine en spectrine in de celmembraan
Naast glycoproteïnen en glycolipiden bevat de celmembraan ook actine en spectrine. Actine en spectrine zijn eiwitten die de gehele celmembraan overspannen en vasthechten aan elkaar, andere eiwitten, of aan het cytoskelet van de cel. Actine en spectrine geven vorm en structuur aan de celmembraan en beschermen de cel tegen ongewenste vervorming.

De celmembraan is semipermeabel en handhaaft selectief transport
De celmembraan gedraagt zich als semipermeabel membraan. Dit betekent dat de celmembraan sommige stoffen wel doorlaat en andere niet. Kleine hydrofobe moleculen laat de celmembraan makkelijk door. Kleine ongeladen polaire moleculen laat de dubbele fosfolipidenlaag een stuk moeilijker door. Grotere ongeladen polaire moleculen laat de dubbele fosfolipidenlaag nog moelijker door en ionen laat de dubbele fosfolipidenlaag het moeilijkst door. Toch zijn stoffen die moeilijk de dubbele fosfolipidenlaag kunnen passeren soms noodzakelijk voor de cel. De cel heeft voor deze stoffen specifieke transportmogelijkheden.

Transportmogelijkheden over de celmembraan en de electrochemische gradiënt
Voordat de transportmogelijkheden beschreven worden, is het noodzakelijk om meer te weten over de electrochemische gradiënt. De electrochemische gradiënt bestaat uit twee componenten, enerzijds de electrische lading binnen en buiten de cel en anderzijds de concentratie van stoffen binnen en buiten de cel. De electrische lading binnen de cel is vergeleken met de electrische lading buiten de cel negatief.
De concentratie van stoffen binnen en buiten de cel bepaalt de diffusiegradiënt. Wanneer de concentratie van stoffen buiten de cel hoger is, dan de concentratie binnen de cel, dan zal door simpele diffusie deze stof naar het binnenste van de cel willen stromen.
De electrochemische gradiënt beïnvloedt de stroomrichting van stoffen dus zowel electrisch als via diffusie. Met behulp van het ion kalium wordt de electrochemische gradiënt toegelicht. De concentratie van kalium in de cel is 28 keer hoger, dan buiten de cel. Door diffusie zou kalium uit de cel stromen. Kalium is echter een postief geladen ion. Doordat het extracellulaire milieu positief is wordt diffusie van kalium uit de cel tegengehouden.
De cel heeft verschillende transportmogelijkheden. Grofweg kan een onderverdeling gemaakt worden in passief en actief transport. Passief transport kan vervolgens onderverdeeld worden in simpele diffusie en gefaciliteerde diffusie. Voor simpele diffusie zijn geen transporteiwitten nodig en verloopt over en door de dubbele fosfolipidenlaag. Voor gefaciliteerde diffusie zijn wel transporteiwitten nodig. Andere transporteiwitten transporteren stoffen tegen de electrochemische gradiënt in en hebben hiervoor energie (in de vorm van ATP) nodig. Wanneer voor het transport van stoffen ATP nodig is, noemen we dat actief transport.
Hieronder worden de bouw en functies van transmembraaneiwitten beschreven. Deze transmembraaneiwitten kunnen zowel actief als passief stoffen transporteren. De transmembraaneiwitten zijn carriergemedieerde transmembraaneiwitten en ionkanalen. Beide transmembraaneiwitten kunnen zowel actief als passief stoffen in en uit de cel transporteren.

Bouw en functie carriergemedieerde transmembraaneiwitten
Alle transmembraaneiwitten lopen geheel door de celmembraan heen. Het ene uiteinde van het transmembraaneiwite heeft dus een uitgang in het cytoplasma, het andere uiteinde in het extracellulair milieu. Alle transmembraaneiwitten zijn goed in staat om hydrofiele stoffen te transporteren.
Carriergemedieerde transmembraaneiwitten zijn er voor verschillende stoffen die zij transporteren. Zo ziet het transmembraaneiwit wat glucose transporteert er anders uit, dan het transmembraaneiwit wat fructose transporteert. Sommige carriergemedieerde transmembraaneiwitten transporteren stoffen tegen de electrochemische gradiënt in. Transport van stoffen tegen de electrochemische gradiënt kost energie (ATP) en wordt actief transport genoemd. Transport met de electrochemische gradiënt mee, kost geen energie en wordt tot stand gebracht door de simpele wet van diffusie; stoffen stromen van een plaats met een hoge concentratie naar een plaats met een lage concentratie van diezelfde stof.

Bouw en functie  van ionkanalen
Er bestaan grofweg twee soorten ionkanalen:

  • Ionkanalen die actief ionen in en uit de cel transporteren
  • Ionkanalen die passief ionen in en uit de cel transporteren

Het actieve transport van ionen verloopt tegen de electrochemische gradiënt in. Het passieve transport van ionen verloopt onder invloed van diffusie.
Ionkanalen zijn niet altijd actief. Ionkanalen gaan pas werken als zij een prikkel van buitenaf krijgen. Er bestaan drie soorten ionkanalen die gevoelig zijn voor een ander soort prikkel.

  1. De voltage-afhankelijke ionkanalen zijn gevoelig voor electrische prikkels. Deze ionkanalen gaan pas werken als zij door een electrisch signaal geprikkeld worden. Op zenuwcellen komen veel deze ionkanalen voor.
  2. De ligandafhankelijke ionkanalen. Een neurotransmitter, of hormoon is een ligand. Zodra een ligand bindt aan het ionkanaal, of receptor gaat het ionkanaal werken.
  3. Stress-geactiveerde ionkanalen. Met stress wordt hier mechanische prikkeling bedoeld. Tastreceptoren bevatten bijvoorbeeld veel stress-geactiveerde ionkanalen. Zij gaan pas werken, als zij geprikkeld worden door mechanische prikkeling.

Een speciaal soort actief ionkanaal is de Na-K-ATPase-pomp. Dit ionkanaal is een cotransporter. Dit ionkanaal gebruikt ATP (energie) en met deze energie pompt het ionkanaal 3 natriumionen uit de cel en 2 kaliumionen in de cel.

Lees ook:

Loop geen inkomsten mis, schrijf over hobby, werk of studie en verdien extra inkomsten!

Maak je eigen geldmachine in 8 stappen en wordt financieel onafhankelijk

Cellen en celbiologie; opbouw van een cel

De dierlijke cel

Celdeling: meiose (meiose I en meiose II), de vorming van geslachtscellen

Celdeling, mitose van cellen

Bouw, onderdelen (organellen) en functie van de cel

Bouw en functie van het centrosoom (centriolen)

Bouw en functie van ribosomen

Celkern: celdeling (mitose en meiose) en eiwitsynthese

Bronnen:

JE. Hall, 2013, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2012, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2012, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings