Pandit H5: Transport across
biological barriers
Voor de meeste geneesmiddelen bevinden de doelwitten zich op enige afstand van de plaats
van toediening.
Cellen
Tussen de celmembraan en de nucleus bevindt zich cytoplasma. In het cytoplasma kunnen
zich de volgende celorganellen bevinden: ribosomen, ER, Golgi-apparaat. Daarnaast bestaat
het cytoplasma uit: cytosol (water met opgeloste zouten, voedingsstoffen, enzymen,
eiwitten en gassen). Cytosol is ook wel de intracellulaire vloeistof. De celmembraan scheidt
de intracellulaire vloeistof met de extracellulaire vloeistof.
Het doelwit van een geneesmiddel kan zowel in de cel, op het celmembraan of in het
extracellulaire vloeistof zijn.
Weefsels
Groepen cellen met dezelfde structuur en functie vormen weefsels. Er zijn 4 hoofdgroepen
weefsels namelijk; spierweefsel, bindweefsel, zenuwweefsel en epitheelweefsel.
Epitheelweefsel zorgt voor het transport van een medicijn in en uit het lichaam. Een
geneesmiddel moet soms door meerdere weefsels om bij zijn target te komen of in ieder
geval de plaats van werking.
Bij orale toediening
Via maagdarmkanaal door maagslijmvlies naar de bloedbaan. Door middel van haarvaten
verlaat het medicijn de bloedbaan en gaat in de verschillende organen en weefsels met
target. Afhankelijk van de grootte, structuur en fysisch-chemische eigenschappen kan een
molecuul wel of niet een weefsel kan passeren.
De celmembraan
De celmembraan functies;
- Houd de waterige celinhoud bij elkaar
- Scheid intracellulaire vloeistof met de extracellulaire vloeistof
- Reageert op de omgeving
- Reguleert transport van celstoffen in en uit de cel
De celmembraan structuur;
De hoofdbestanddelen van de celmembraan zijn lipiden en eiwitten met daaraan
koolhydraten.
Lipiden; apolair/hydrofoob. De hydrofobiciteit in water drijft de lipiden-moleculen uit,
daardoor wormen structuren zoals bilagen van de celmembraan. Lipiden kunnen covalente
bindingen aangaan met koolhydraten en eiwitten. Dit vormen glycolipiden en lipoproteïnen.
,Eiwitten; lange ketens opgebouwd uit aminozuren, opgerold (alfa helix) of gevouwen
(beta sheet). De tertiare en quartenaire structuur van een eiwit zijn afhankelijk van de
omgeving. Een eiwit zal zich spontaan opvouwen om een conformatie aan te
nemen/behouden op basis van de omgeving.
Koolhydraten; koolstof, zuurstof en waterstof (CHO).
Belangrijke voedingsstoffen en energieopslag en opbouw en DNA. 3 tot 7 koolstofketen zijn
monosacharide, dit zijn de de bouwblokken van koolhydraten. Monosachariden in een
ringvorm kunnen aan elkaar binden om oligosachariden te vormen of nog grotere
polysachariden. Glycanen of (glycoconjugaten) bestaan uit een koolhydraat en een niet-
koolhydraat zoals op het celmembraan; glycoproteïnen en glycolipiden. De koolhydraten
verlenen specifieke functies aan de lipiden en koolhydraten aan hen.
De lipidenbilaag met daarin verschillende eiwitten. Celmembraan is vloeibare structuur
waarin moleculen kunnen diffunderen door de celmembraan.
Fosfolipiden
Fosfatiyclcholine is de meest voorkomende in de celmembraan
Vetzuurketens kunnen owel verzadigd als onverzadigd zijn
De fosfaatgroep is negatief geladen en de alcohol kan positief geladen zijn. Een fosfolipiden
kan dus neutraal of negatief geladen zijn. Fosfolipiden zijn amfifiel, dus hydrofiel en
hydrofoob gedeelte. Hierdoor kunnen ze zich spontaan structuren tot micellen en bilagen.
De bilaag is een betasheet structuur. De bilaag sluit de intracellulaire van het extracellulaire
vloeistof. Het wordt gevormd door waterstof bruggen en elektrostatische interacties (polaire
kop) en door Van der Waalsbindingen en hydrofobe interacties (vetzuur).
In de celmembraan zitten ook andere lipofiele of amfifiele moleculen. De hoeveelheid en de
plek is overal anders. De unieke indeling van elk membraan heeft invloed op
vloeibaarheid/stijfheid van elk membraan. Het smelttemperatuur van de celmembraan is
onder het lichaamstemperatuur zodat de celmembraan is het lichaamstemperatuur zodat de
celmembraan vloeibaar blijft ofwel beweegbaar.
Thermische energie laat fosfolipiden en andere moleculen in de bilaag om hun lange as
draaien en zo in de membraan te diffunderen. Ionen en andere polaire bindingen
diffunderen vrijwel niet door het celmembraan. Kleine lipofiele verbinding passeren
makkelijke de door de bilaag.
Cellulaire eiwitten
Opgeloste eiwitten, zoals plasmaeiwitten en enzymen in zowel intracellulaire als
extracellulaire vloeistoffen. Deze nemen specifieke conformaties aan op basis van water. Ze
bevatten aan de binnenkant hoog percentage hydrofobe aminozuren. Die water willen
buiten sluiten. Aan de buitenkant bevinden zich hydrofiele aminozuren (geladen of
waterstofbruggen) dat het eiwit oplosbaar maakt. Meestal bolvormig.
, M
embraan eiwitten, gelokaliseerd in of dichtbij de hydrofobe staarten. Eiwitten die aan de
binnen/buitenkant van de celmembraan zitten, zijn zo gevouwen dat de hydrofobe
aminozuren in de lipidenlaag is verankerd. De hydrofiele aminozuren komen in aanraking
met intracellulaire en extracellulaire vloeistof.
Eiwitten ingebed in de bilaag zijn intergrale eiwiten met 1 of 2 delen in het intra of
extracellulaire milieu. Binnenkant hydrofobe aminozuren en aan de buitenkant hydrofiele
aminozuren. Functies van membraaneiwitten;
- Marker proteins zoals HLA eiwitten, herkenning van lichaamsvreemde stoffen en
wekken immuunsysteem op.
- Receptor eiwitten. Informatie doorgifte tussen intracellulaire en extracellulaire
gedeeltes van de cel
- Transport eiwitten, reguleert transport van materialen in en uit de cel, geclassificeerd
in 2 typen namelijk, kanaaleiwitten en carriereiwitten.
Kanaaleiwitten > een met water gevulde porie of kanaal waar ionen en kleine
hydrofiele moleculen door heen bewegen, De kanalen zijn erg specifiek voor de stof
die zij doorlaten en ‘gated’ naar behoefte van de cel.
Carrier eiwitten > 1 of 2 kanten waar een substraat aan kan binden transporteert het
substraat in en uit de cel.
Celmembranen zijn selectief permeabel, ene wel over de membraan en de andere niet. 3
transportmanieren over de cel zijn 1) passieve diffusie 2) carrier gemedieerd transport 3)
endocytose en exocytose.
De snelheid van het transport is afhankelijk van de samenstelling van elk specifiek
membraan en van de eigenschappen van de stof (grootte, lading, lipofiliteit).
Passieve diffusie; kleine moleculen in en uit de cel
Carrier gemedieerd transport; grote en kleine moleculen in en uit de cel
Endocytose en exocytose; macromoleculen zoals eiwitten en virussen in en uit de cel
Passieve diffusie
Diffusie = de natuurlijke beweging van moleculen van een lage concentratie naar een hoge
concentratie. Hierbij wordt altijd verlangt naar een evenwicht. Hiervoor is geen energie
nodig. Diffusiecoefficient D is de maat voor hoe snel een molecuul over een medium
diffundeert. Afhankelijk van de grootte of gewicht van een molecuul en afhankelijk van de
viscociteit en de temperatuur van het medium. Hoe lager de grootte/gewicht/viscociteit of
hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de diffusiesnelheid Ds in cm2/s
A = oppervlakte medium in cm2
biological barriers
Voor de meeste geneesmiddelen bevinden de doelwitten zich op enige afstand van de plaats
van toediening.
Cellen
Tussen de celmembraan en de nucleus bevindt zich cytoplasma. In het cytoplasma kunnen
zich de volgende celorganellen bevinden: ribosomen, ER, Golgi-apparaat. Daarnaast bestaat
het cytoplasma uit: cytosol (water met opgeloste zouten, voedingsstoffen, enzymen,
eiwitten en gassen). Cytosol is ook wel de intracellulaire vloeistof. De celmembraan scheidt
de intracellulaire vloeistof met de extracellulaire vloeistof.
Het doelwit van een geneesmiddel kan zowel in de cel, op het celmembraan of in het
extracellulaire vloeistof zijn.
Weefsels
Groepen cellen met dezelfde structuur en functie vormen weefsels. Er zijn 4 hoofdgroepen
weefsels namelijk; spierweefsel, bindweefsel, zenuwweefsel en epitheelweefsel.
Epitheelweefsel zorgt voor het transport van een medicijn in en uit het lichaam. Een
geneesmiddel moet soms door meerdere weefsels om bij zijn target te komen of in ieder
geval de plaats van werking.
Bij orale toediening
Via maagdarmkanaal door maagslijmvlies naar de bloedbaan. Door middel van haarvaten
verlaat het medicijn de bloedbaan en gaat in de verschillende organen en weefsels met
target. Afhankelijk van de grootte, structuur en fysisch-chemische eigenschappen kan een
molecuul wel of niet een weefsel kan passeren.
De celmembraan
De celmembraan functies;
- Houd de waterige celinhoud bij elkaar
- Scheid intracellulaire vloeistof met de extracellulaire vloeistof
- Reageert op de omgeving
- Reguleert transport van celstoffen in en uit de cel
De celmembraan structuur;
De hoofdbestanddelen van de celmembraan zijn lipiden en eiwitten met daaraan
koolhydraten.
Lipiden; apolair/hydrofoob. De hydrofobiciteit in water drijft de lipiden-moleculen uit,
daardoor wormen structuren zoals bilagen van de celmembraan. Lipiden kunnen covalente
bindingen aangaan met koolhydraten en eiwitten. Dit vormen glycolipiden en lipoproteïnen.
,Eiwitten; lange ketens opgebouwd uit aminozuren, opgerold (alfa helix) of gevouwen
(beta sheet). De tertiare en quartenaire structuur van een eiwit zijn afhankelijk van de
omgeving. Een eiwit zal zich spontaan opvouwen om een conformatie aan te
nemen/behouden op basis van de omgeving.
Koolhydraten; koolstof, zuurstof en waterstof (CHO).
Belangrijke voedingsstoffen en energieopslag en opbouw en DNA. 3 tot 7 koolstofketen zijn
monosacharide, dit zijn de de bouwblokken van koolhydraten. Monosachariden in een
ringvorm kunnen aan elkaar binden om oligosachariden te vormen of nog grotere
polysachariden. Glycanen of (glycoconjugaten) bestaan uit een koolhydraat en een niet-
koolhydraat zoals op het celmembraan; glycoproteïnen en glycolipiden. De koolhydraten
verlenen specifieke functies aan de lipiden en koolhydraten aan hen.
De lipidenbilaag met daarin verschillende eiwitten. Celmembraan is vloeibare structuur
waarin moleculen kunnen diffunderen door de celmembraan.
Fosfolipiden
Fosfatiyclcholine is de meest voorkomende in de celmembraan
Vetzuurketens kunnen owel verzadigd als onverzadigd zijn
De fosfaatgroep is negatief geladen en de alcohol kan positief geladen zijn. Een fosfolipiden
kan dus neutraal of negatief geladen zijn. Fosfolipiden zijn amfifiel, dus hydrofiel en
hydrofoob gedeelte. Hierdoor kunnen ze zich spontaan structuren tot micellen en bilagen.
De bilaag is een betasheet structuur. De bilaag sluit de intracellulaire van het extracellulaire
vloeistof. Het wordt gevormd door waterstof bruggen en elektrostatische interacties (polaire
kop) en door Van der Waalsbindingen en hydrofobe interacties (vetzuur).
In de celmembraan zitten ook andere lipofiele of amfifiele moleculen. De hoeveelheid en de
plek is overal anders. De unieke indeling van elk membraan heeft invloed op
vloeibaarheid/stijfheid van elk membraan. Het smelttemperatuur van de celmembraan is
onder het lichaamstemperatuur zodat de celmembraan is het lichaamstemperatuur zodat de
celmembraan vloeibaar blijft ofwel beweegbaar.
Thermische energie laat fosfolipiden en andere moleculen in de bilaag om hun lange as
draaien en zo in de membraan te diffunderen. Ionen en andere polaire bindingen
diffunderen vrijwel niet door het celmembraan. Kleine lipofiele verbinding passeren
makkelijke de door de bilaag.
Cellulaire eiwitten
Opgeloste eiwitten, zoals plasmaeiwitten en enzymen in zowel intracellulaire als
extracellulaire vloeistoffen. Deze nemen specifieke conformaties aan op basis van water. Ze
bevatten aan de binnenkant hoog percentage hydrofobe aminozuren. Die water willen
buiten sluiten. Aan de buitenkant bevinden zich hydrofiele aminozuren (geladen of
waterstofbruggen) dat het eiwit oplosbaar maakt. Meestal bolvormig.
, M
embraan eiwitten, gelokaliseerd in of dichtbij de hydrofobe staarten. Eiwitten die aan de
binnen/buitenkant van de celmembraan zitten, zijn zo gevouwen dat de hydrofobe
aminozuren in de lipidenlaag is verankerd. De hydrofiele aminozuren komen in aanraking
met intracellulaire en extracellulaire vloeistof.
Eiwitten ingebed in de bilaag zijn intergrale eiwiten met 1 of 2 delen in het intra of
extracellulaire milieu. Binnenkant hydrofobe aminozuren en aan de buitenkant hydrofiele
aminozuren. Functies van membraaneiwitten;
- Marker proteins zoals HLA eiwitten, herkenning van lichaamsvreemde stoffen en
wekken immuunsysteem op.
- Receptor eiwitten. Informatie doorgifte tussen intracellulaire en extracellulaire
gedeeltes van de cel
- Transport eiwitten, reguleert transport van materialen in en uit de cel, geclassificeerd
in 2 typen namelijk, kanaaleiwitten en carriereiwitten.
Kanaaleiwitten > een met water gevulde porie of kanaal waar ionen en kleine
hydrofiele moleculen door heen bewegen, De kanalen zijn erg specifiek voor de stof
die zij doorlaten en ‘gated’ naar behoefte van de cel.
Carrier eiwitten > 1 of 2 kanten waar een substraat aan kan binden transporteert het
substraat in en uit de cel.
Celmembranen zijn selectief permeabel, ene wel over de membraan en de andere niet. 3
transportmanieren over de cel zijn 1) passieve diffusie 2) carrier gemedieerd transport 3)
endocytose en exocytose.
De snelheid van het transport is afhankelijk van de samenstelling van elk specifiek
membraan en van de eigenschappen van de stof (grootte, lading, lipofiliteit).
Passieve diffusie; kleine moleculen in en uit de cel
Carrier gemedieerd transport; grote en kleine moleculen in en uit de cel
Endocytose en exocytose; macromoleculen zoals eiwitten en virussen in en uit de cel
Passieve diffusie
Diffusie = de natuurlijke beweging van moleculen van een lage concentratie naar een hoge
concentratie. Hierbij wordt altijd verlangt naar een evenwicht. Hiervoor is geen energie
nodig. Diffusiecoefficient D is de maat voor hoe snel een molecuul over een medium
diffundeert. Afhankelijk van de grootte of gewicht van een molecuul en afhankelijk van de
viscociteit en de temperatuur van het medium. Hoe lager de grootte/gewicht/viscociteit of
hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de diffusiesnelheid Ds in cm2/s
A = oppervlakte medium in cm2
