Hoofdstuk 2: Membraantransport
Algemeen
Niet alle stoffen kunnen vrij door het membraan
Geladen en grote moleculen → kunnen niet passief passeren → Nood aan
transportproteïnen
Stoffen die wél passief kunnen diffunderen, kunnen ook via transporters gaan
1 Mogelijkheden van transport
Brownse beweging
= deeltjes gaan bewegen door botsingen i/e oplosmiddel
grote mol. bew. minder snel dan kleineren
hoe kleiner, hoe bewegelijker het deeltje, hoe
meer diffusie er zal zijn
Random beweging van 1 partikel in 1D
per tijdsdeel delta t legt het deeltje een afstand x af, naar links of naar rechts
-> will. bew. gaan we wiskundig beschrijven
*toepassingen goed kunnen!
Random diffusie van 2000 partikels in 1D
initieel zijn alle partikels op positie x = 0
per tijdsdeel delta t legt elk deeltje een afstand x af, naar links of naar rechts
-> distributie wordt steeds breder
-> deeltjes blijven gecentreerd rond x = 0
-> gemidd. verplaatsing = 0 (het zwaartepunt)
*simulatie: gemidd. verplaatsing: gemidd. bereken
*simulatie: kwadratische verplaatsing: abs. verplaatsing bepalen => alle verplaatsingen
zijn pos. door kwadrateren -> kwadr. gemidd. gaat geleid. aan weg
vh middelpunt, omdat dus ook de distributie breder wordt
*formules: d(1D) = wortel (2Dt) d(2D) = wortel (4Dt) d(3D) = wortel (8Dt)
diffusiecoëff. zijn temp. afh.: als T stijgt -> stijgt diffusiecoëff. en delta t
daalt door een hogere temp. => deeltjes gaan sneller/harder
bewegen => diffusie stijgt
ook coëff. stijgt delta gaat ook stijgen want groter effect
vd botsing delta t daalt want sneller homogeen
veld
Diffusie van gassen : O2 en CO2
, in haarvaten (capillairen) in weefsels:
O2 diffundeert van haarvat naar weefsel – CO2 diffundeert van
weefsel naar haarvat
in de longen:
O2 diffundeert van lucht naar haarvat – CO2 diffundeert van haarvat
naar lucht
uitgebreide netwerk van bloedvaten zorgt ervoor dat de uitwisseling van gassen overal
voldoende is, waardoor O2-opname en CO2-afgifte binnen fracties v/e sec. kunnen
plaatsvinden
Passieve diffusie
Verplaatsing van stoffen van hoge → lage concentratie
Beschreven door de 1e wet van Fick
• Formules: J = -D (ΔC/Δx) Voor membraan: J = -P (Cout – Cin)
Met: J = flux (mol/m²s) D = diffusiecoëfficiënt P = permeabiliteit = D × K / L
K = partitiecoëfficiënt = Colie / Cwater
L = membraandikte = hoe makk. een stof oplost i/h membr.
Diffusiecoëfficiënt (D) → viscositeit membraan Hydrofobiciteit (K)
Hoge K → hydrofoob → passeert
makkelijk
Lage K → hydrofiel
hoe hoger K, hoe beter oplosbaar i/d membr.
als een stof alleen oplosbaar is in water => K = 0
• We willen weten hvl stof er vd ene kant naar de andere kant gaat diffunderen
-> we gaan kijken naar hvl. bew. er is i/h membr. en naar hoe hoog
de diffusie is
• Kenmerk: → Lineair verband tussen flux en concentratieverschil:
helling bepaald door P als P = 0 dan diffunderen stoffen niet door membr.
hoe steiler, hoe groter het conc. verschil
als flux =! cte, dan kan er een verlies of een
ophoping ontstaan
• Stoffen die passief diffunderen: Gassen (O₂, CO₂, NO), steroïden, zwakke zuren en
basen, vetzuren, ureum, ethanol, water, <-> voor ionen, suikers, AZ:
transportproteïnen nodig
GOED OEFENINGEN KUNNEN = ZEER BELANGRIJK!
• Wet van Fick geeft kijkt alleen naar conc. verschillen, maar er is ook een
elektrische F aanwezig (kan richting doen veranderen)
formule: flux v/e geladen deeltje in elektrisch veld
, Diffusie & celgrootte
• Surface-to-volume ratio (A/V)
Kleine cellen: grote A/V, snelle uitwisseling
Grote cellen: kleine A/V, trage diffusie
dus: hoe groter de cel → hoe moeilijker transport naar centrum
• Diffusietijd
τ = karakteristieke tijd
groter volume → trager
groter oppervlak → sneller
• Belangrijk inzicht
diffusie werkt goed over korte afstanden
O₂ en CO₂ diffunderen snel in kleine structuren
daarom: netwerk van capillairen + dunne membranen
2 Transport via proteïnen
Soorten transportproteïnen
ATP-geschakelde pompen Pijl naar cytosol gericht, dus conc. buiten
hoger dan i/d cytosol, maar bolletje in
omgekeerde richting (v. lager naar hoger
niveau) -> tg. de conc. gradiënt in
Ionenkanalen Deeltjes bew. i/d richting vd pij
E nodig i/d vorm van ATP voor pomp
Transporters 1. uniporters: transport van 1 type
molecule in 1 richting vb. GLUT
(glucosetransporter)
2. symporters: transport van meerdere
moleculen in dezelfde richting
3. Antiporters: transport van moleculen in
tegengestelde richting
Fundamentele principes van transport
Passief transport (Diffusie) Actief transport:
Met de elektrochemische gradiënt mee. Tegen de elektrochemische gradiënt in.
Algemeen
Niet alle stoffen kunnen vrij door het membraan
Geladen en grote moleculen → kunnen niet passief passeren → Nood aan
transportproteïnen
Stoffen die wél passief kunnen diffunderen, kunnen ook via transporters gaan
1 Mogelijkheden van transport
Brownse beweging
= deeltjes gaan bewegen door botsingen i/e oplosmiddel
grote mol. bew. minder snel dan kleineren
hoe kleiner, hoe bewegelijker het deeltje, hoe
meer diffusie er zal zijn
Random beweging van 1 partikel in 1D
per tijdsdeel delta t legt het deeltje een afstand x af, naar links of naar rechts
-> will. bew. gaan we wiskundig beschrijven
*toepassingen goed kunnen!
Random diffusie van 2000 partikels in 1D
initieel zijn alle partikels op positie x = 0
per tijdsdeel delta t legt elk deeltje een afstand x af, naar links of naar rechts
-> distributie wordt steeds breder
-> deeltjes blijven gecentreerd rond x = 0
-> gemidd. verplaatsing = 0 (het zwaartepunt)
*simulatie: gemidd. verplaatsing: gemidd. bereken
*simulatie: kwadratische verplaatsing: abs. verplaatsing bepalen => alle verplaatsingen
zijn pos. door kwadrateren -> kwadr. gemidd. gaat geleid. aan weg
vh middelpunt, omdat dus ook de distributie breder wordt
*formules: d(1D) = wortel (2Dt) d(2D) = wortel (4Dt) d(3D) = wortel (8Dt)
diffusiecoëff. zijn temp. afh.: als T stijgt -> stijgt diffusiecoëff. en delta t
daalt door een hogere temp. => deeltjes gaan sneller/harder
bewegen => diffusie stijgt
ook coëff. stijgt delta gaat ook stijgen want groter effect
vd botsing delta t daalt want sneller homogeen
veld
Diffusie van gassen : O2 en CO2
, in haarvaten (capillairen) in weefsels:
O2 diffundeert van haarvat naar weefsel – CO2 diffundeert van
weefsel naar haarvat
in de longen:
O2 diffundeert van lucht naar haarvat – CO2 diffundeert van haarvat
naar lucht
uitgebreide netwerk van bloedvaten zorgt ervoor dat de uitwisseling van gassen overal
voldoende is, waardoor O2-opname en CO2-afgifte binnen fracties v/e sec. kunnen
plaatsvinden
Passieve diffusie
Verplaatsing van stoffen van hoge → lage concentratie
Beschreven door de 1e wet van Fick
• Formules: J = -D (ΔC/Δx) Voor membraan: J = -P (Cout – Cin)
Met: J = flux (mol/m²s) D = diffusiecoëfficiënt P = permeabiliteit = D × K / L
K = partitiecoëfficiënt = Colie / Cwater
L = membraandikte = hoe makk. een stof oplost i/h membr.
Diffusiecoëfficiënt (D) → viscositeit membraan Hydrofobiciteit (K)
Hoge K → hydrofoob → passeert
makkelijk
Lage K → hydrofiel
hoe hoger K, hoe beter oplosbaar i/d membr.
als een stof alleen oplosbaar is in water => K = 0
• We willen weten hvl stof er vd ene kant naar de andere kant gaat diffunderen
-> we gaan kijken naar hvl. bew. er is i/h membr. en naar hoe hoog
de diffusie is
• Kenmerk: → Lineair verband tussen flux en concentratieverschil:
helling bepaald door P als P = 0 dan diffunderen stoffen niet door membr.
hoe steiler, hoe groter het conc. verschil
als flux =! cte, dan kan er een verlies of een
ophoping ontstaan
• Stoffen die passief diffunderen: Gassen (O₂, CO₂, NO), steroïden, zwakke zuren en
basen, vetzuren, ureum, ethanol, water, <-> voor ionen, suikers, AZ:
transportproteïnen nodig
GOED OEFENINGEN KUNNEN = ZEER BELANGRIJK!
• Wet van Fick geeft kijkt alleen naar conc. verschillen, maar er is ook een
elektrische F aanwezig (kan richting doen veranderen)
formule: flux v/e geladen deeltje in elektrisch veld
, Diffusie & celgrootte
• Surface-to-volume ratio (A/V)
Kleine cellen: grote A/V, snelle uitwisseling
Grote cellen: kleine A/V, trage diffusie
dus: hoe groter de cel → hoe moeilijker transport naar centrum
• Diffusietijd
τ = karakteristieke tijd
groter volume → trager
groter oppervlak → sneller
• Belangrijk inzicht
diffusie werkt goed over korte afstanden
O₂ en CO₂ diffunderen snel in kleine structuren
daarom: netwerk van capillairen + dunne membranen
2 Transport via proteïnen
Soorten transportproteïnen
ATP-geschakelde pompen Pijl naar cytosol gericht, dus conc. buiten
hoger dan i/d cytosol, maar bolletje in
omgekeerde richting (v. lager naar hoger
niveau) -> tg. de conc. gradiënt in
Ionenkanalen Deeltjes bew. i/d richting vd pij
E nodig i/d vorm van ATP voor pomp
Transporters 1. uniporters: transport van 1 type
molecule in 1 richting vb. GLUT
(glucosetransporter)
2. symporters: transport van meerdere
moleculen in dezelfde richting
3. Antiporters: transport van moleculen in
tegengestelde richting
Fundamentele principes van transport
Passief transport (Diffusie) Actief transport:
Met de elektrochemische gradiënt mee. Tegen de elektrochemische gradiënt in.
