Celfysiologie: Transmembranair transport: Ionenverdeling - membranen – kanalen – transporters
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling
Vloeistoffen in het lichaam: tabel
geeft gemiddelde richtwaardes
voor gemiddelde man/vrouw.
Waar zit al het water in het
menselijk lichaam.
Eerste lijn (total body water) → hoeveelheid water waaruit menselijk lichaam bestaat: man 60% en vrouw 50%,
42 L voor mannen
Total body water (TBW)
• ICF = intracellular fluid (60% in cellen)
• ECF = extracellular fluid (40 % buiten cellen)
Interstitial fluid = vloeistof tussen de cellen in
• Plasma = bloed buiten de cellen
• Transcellulaire fluid = vloeistof die in bepaalde compartimenten zitten (bv. partikelcellen)
• Bloed
Als we kijken naar gemiddelde man/vrouw, kunnen we ook naar bloed kijken. (hematocriet)
Hematocriet = Fractie van bloed die cellen zijn. Bv. hematocriet van 0,5 betekent dat het plasmavolume de helft
is van het bloedvolume.
Andere manier om dit weer te geven terwijl gekeken wordt naar ionen, is deze prent:
Intracellulaire vloeistof is altijd rijker aan kalium dan
aan natrium, voor de rest ook laag calciumgehalte.
Interstitiële vloeistof bevat veel natrium.
Je hebt het bloedplasma, de samenstelling lijkt heel
erg op het interstitiële vloeistof, het enige verschil is
dat dit omvat is door bloedvaten. Rijker aan natrium
dan kalium
Transcellulaire vloeistof vergelijkbare conc met
interstitiele vloeistof, maar kan variatie zijn.
Deze tabel geeft vorige figuur weer. (niet
vanbuiten leren!).
Belangrijkste elementen dat je moet weten is:
- de verschillen in concentratie van natriums,
kaliums binnen en buiten.
- Meer natrium binnen dan buiten en meer
kalium.
- Buiten de cel milimolaire concentratie, en
binnen de cel nanomolaire concentraties.
1
,Transmembranaire flux van ionen
Ionen stromen doorheen kanalen, membraan! Hoe stromen die ionen en
waarom? Hoe gaat zo een ionkanaal open?
Ion X buiten de cel, als dit geladen is zal de richting van 2 aspecten vasthangen:
1) wat is de concentratie gradient (bv meer van ion x buiten dan binnen, dan
loopt het naar binnen)
2) membraan potentiaal (Vm), wnr dat negatief is, dan zal + geladen deeltje
aangetrokken worden en – geladen deeltjes afgestoten
Energetische beschouwingen bij de beweging van moleculen doorheen membranen
- Dit zijn de berekeningen: verandering in vrije energie
- Delta GC hangt af van concentratiegradiënt.
- Delta Gm hangt af van de lari en spanning over membraan
Evenwichtspotentiaal voor ionen
Evenwichtspotentiaal ion = delta G = 0 → evenwicht
De Nernst-vergelijking praktisch (en zonder rekenmachine)
Je kan formularium gebruiken op examen! Kunnen toepassen!
Bovenaan is de formule zoals ze exact afgeleid is, maar met bepaalde wiskundige
trucjes kunnen we de formule omvormen
Met die formule kunnen we makkelijk uit het hoofd berekeningen maken.
G praktisch (en zonder rekenmachine)
Ook hier, door wat omvormen kan je het zonder rekenmachine uitrekenen
2
, Het begrip “drijvende kracht”
Drijvende kracht voor ion, membraan potentiaal – evenwichtspotentiaal
voor dat ion.
De drijvende kracht voor een ion wordt bepaald door:
- de concentratie-gradiënt (Ex)
- de spanning over de membraan (Vm)
Drijvende kracht – consequenties
Zo kunnen we weten hoe een ion gaat stromen in ionkanaal,
* >0 uitwaartse elektrische stroom
- kalium naar buiten stromen
- anionen naar binnen stromen
• <0
- anionen naar buiten stromen
- kationen naar binnen stromen
• =0
- geen verandering
Enkele typische waarden
Weergave voor aantal ionen (dia 21)
Drijvende kracht voor kalium + →
kalium stroomt naar buiten
Maar voor alle andere ionen is het
negatief
Drijvende kracht - even oefenen...
Drijvende kracht voor ion X = Vm - EX
1) Eca = (60/2) log (2.10-3M/200.10-9) = 30 . 4 = + 120 mV → DXCa = -70 mV – 120 mV = -190 mV
2) EHCO3 = (60/-1) log (5/50) = + 60 mV → DXCa = -60 mV – 60 mV = -120 mV : drijvende kracht voor dicarbonaat
is -, dus negatief elektrische stroom als dicarbonaat door ionenkanaal stroomt, dus loopt naar buiten. (allebei
milimolair kan je zonder machten schrijven)
3) Eca = (60/+1) log (10-7,5/10-7,1) = 60 log 10-0,4 = - 24 mV → DXCa = 0 mV + 24 mV = 24 mV: protonen verlaten de
cel naar buiten
Transport van water en opgeloste stoffen
Als membranen niet altijd doorlaatbaar zijn door kalium, natrium,.. Dan kan water
en andere stoffen getransporteerd worden.
3
, Permeabiliteit van fosfolipide-dubbellaag
Fosfolipiden dubbellaag zal geen enkel ion doorlaten (quasi).
Maar om gradiënten te creeeren moeten we initiele processen
hebben zodanig dat ionen van ene kant naar andere kant
getransporteerd kunnen worden. ATPasen,
natriumkaliumasen, die ATP gebruikt om ATP naar buiten en
binnen te transporteren en zelfde voor kalium.
Opbouw van gradienten – ATP-gedreven pompen (ATPases)
En natuurlijk ook nog de calcium-ATPases,
H+/K+-ATPases…
Gefasilicteerde difussie = in een fosfolipiden
dubbellaag zijn er bepaalde elementen
aanwezig om op gecontroleerde wijze ionen
(polaire stoffen) van ene kant naar andere kant
te transporteren.
Bij kanaal of porie heb je een buis doorheen membraan en als die buis open is (klep open) kunnen veel stoffen
getransporteerd worden aan hoge snelheid.
Bij uniporter, heb je een doorgeefluik en elke keer een stof getransporteerd wordt en aan de ene kant
aangenomen wordt, klep gaat open, klep gaat dicht en weer open en dan aan de andere kant vrij.
Verbruik van gradienten – gefaciliteerde diffusie
Kanalen (schakelmechanisme)
Porie (geen schakelmechanisme)
Uniporters (conformatieverandering)
Gefaciliteerde diffusie – vergelijking
Bij kanalen hoge transporteenheden → je kan dit meten (elektrische stroom)
Er bestaan technieken die je toelaten
om elektrische stroom doorheen
kanalen te meten. Hier bv. als we
kijken naar ionenkanaal, dan ziet men
dat per seconde 10^6 ionen kan
passeren. Bij uniporter heb je
snelheden van paar honderden –tien
duizenden.
4
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling
Vloeistoffen in het lichaam: tabel
geeft gemiddelde richtwaardes
voor gemiddelde man/vrouw.
Waar zit al het water in het
menselijk lichaam.
Eerste lijn (total body water) → hoeveelheid water waaruit menselijk lichaam bestaat: man 60% en vrouw 50%,
42 L voor mannen
Total body water (TBW)
• ICF = intracellular fluid (60% in cellen)
• ECF = extracellular fluid (40 % buiten cellen)
Interstitial fluid = vloeistof tussen de cellen in
• Plasma = bloed buiten de cellen
• Transcellulaire fluid = vloeistof die in bepaalde compartimenten zitten (bv. partikelcellen)
• Bloed
Als we kijken naar gemiddelde man/vrouw, kunnen we ook naar bloed kijken. (hematocriet)
Hematocriet = Fractie van bloed die cellen zijn. Bv. hematocriet van 0,5 betekent dat het plasmavolume de helft
is van het bloedvolume.
Andere manier om dit weer te geven terwijl gekeken wordt naar ionen, is deze prent:
Intracellulaire vloeistof is altijd rijker aan kalium dan
aan natrium, voor de rest ook laag calciumgehalte.
Interstitiële vloeistof bevat veel natrium.
Je hebt het bloedplasma, de samenstelling lijkt heel
erg op het interstitiële vloeistof, het enige verschil is
dat dit omvat is door bloedvaten. Rijker aan natrium
dan kalium
Transcellulaire vloeistof vergelijkbare conc met
interstitiele vloeistof, maar kan variatie zijn.
Deze tabel geeft vorige figuur weer. (niet
vanbuiten leren!).
Belangrijkste elementen dat je moet weten is:
- de verschillen in concentratie van natriums,
kaliums binnen en buiten.
- Meer natrium binnen dan buiten en meer
kalium.
- Buiten de cel milimolaire concentratie, en
binnen de cel nanomolaire concentraties.
1
,Transmembranaire flux van ionen
Ionen stromen doorheen kanalen, membraan! Hoe stromen die ionen en
waarom? Hoe gaat zo een ionkanaal open?
Ion X buiten de cel, als dit geladen is zal de richting van 2 aspecten vasthangen:
1) wat is de concentratie gradient (bv meer van ion x buiten dan binnen, dan
loopt het naar binnen)
2) membraan potentiaal (Vm), wnr dat negatief is, dan zal + geladen deeltje
aangetrokken worden en – geladen deeltjes afgestoten
Energetische beschouwingen bij de beweging van moleculen doorheen membranen
- Dit zijn de berekeningen: verandering in vrije energie
- Delta GC hangt af van concentratiegradiënt.
- Delta Gm hangt af van de lari en spanning over membraan
Evenwichtspotentiaal voor ionen
Evenwichtspotentiaal ion = delta G = 0 → evenwicht
De Nernst-vergelijking praktisch (en zonder rekenmachine)
Je kan formularium gebruiken op examen! Kunnen toepassen!
Bovenaan is de formule zoals ze exact afgeleid is, maar met bepaalde wiskundige
trucjes kunnen we de formule omvormen
Met die formule kunnen we makkelijk uit het hoofd berekeningen maken.
G praktisch (en zonder rekenmachine)
Ook hier, door wat omvormen kan je het zonder rekenmachine uitrekenen
2
, Het begrip “drijvende kracht”
Drijvende kracht voor ion, membraan potentiaal – evenwichtspotentiaal
voor dat ion.
De drijvende kracht voor een ion wordt bepaald door:
- de concentratie-gradiënt (Ex)
- de spanning over de membraan (Vm)
Drijvende kracht – consequenties
Zo kunnen we weten hoe een ion gaat stromen in ionkanaal,
* >0 uitwaartse elektrische stroom
- kalium naar buiten stromen
- anionen naar binnen stromen
• <0
- anionen naar buiten stromen
- kationen naar binnen stromen
• =0
- geen verandering
Enkele typische waarden
Weergave voor aantal ionen (dia 21)
Drijvende kracht voor kalium + →
kalium stroomt naar buiten
Maar voor alle andere ionen is het
negatief
Drijvende kracht - even oefenen...
Drijvende kracht voor ion X = Vm - EX
1) Eca = (60/2) log (2.10-3M/200.10-9) = 30 . 4 = + 120 mV → DXCa = -70 mV – 120 mV = -190 mV
2) EHCO3 = (60/-1) log (5/50) = + 60 mV → DXCa = -60 mV – 60 mV = -120 mV : drijvende kracht voor dicarbonaat
is -, dus negatief elektrische stroom als dicarbonaat door ionenkanaal stroomt, dus loopt naar buiten. (allebei
milimolair kan je zonder machten schrijven)
3) Eca = (60/+1) log (10-7,5/10-7,1) = 60 log 10-0,4 = - 24 mV → DXCa = 0 mV + 24 mV = 24 mV: protonen verlaten de
cel naar buiten
Transport van water en opgeloste stoffen
Als membranen niet altijd doorlaatbaar zijn door kalium, natrium,.. Dan kan water
en andere stoffen getransporteerd worden.
3
, Permeabiliteit van fosfolipide-dubbellaag
Fosfolipiden dubbellaag zal geen enkel ion doorlaten (quasi).
Maar om gradiënten te creeeren moeten we initiele processen
hebben zodanig dat ionen van ene kant naar andere kant
getransporteerd kunnen worden. ATPasen,
natriumkaliumasen, die ATP gebruikt om ATP naar buiten en
binnen te transporteren en zelfde voor kalium.
Opbouw van gradienten – ATP-gedreven pompen (ATPases)
En natuurlijk ook nog de calcium-ATPases,
H+/K+-ATPases…
Gefasilicteerde difussie = in een fosfolipiden
dubbellaag zijn er bepaalde elementen
aanwezig om op gecontroleerde wijze ionen
(polaire stoffen) van ene kant naar andere kant
te transporteren.
Bij kanaal of porie heb je een buis doorheen membraan en als die buis open is (klep open) kunnen veel stoffen
getransporteerd worden aan hoge snelheid.
Bij uniporter, heb je een doorgeefluik en elke keer een stof getransporteerd wordt en aan de ene kant
aangenomen wordt, klep gaat open, klep gaat dicht en weer open en dan aan de andere kant vrij.
Verbruik van gradienten – gefaciliteerde diffusie
Kanalen (schakelmechanisme)
Porie (geen schakelmechanisme)
Uniporters (conformatieverandering)
Gefaciliteerde diffusie – vergelijking
Bij kanalen hoge transporteenheden → je kan dit meten (elektrische stroom)
Er bestaan technieken die je toelaten
om elektrische stroom doorheen
kanalen te meten. Hier bv. als we
kijken naar ionenkanaal, dan ziet men
dat per seconde 10^6 ionen kan
passeren. Bij uniporter heb je
snelheden van paar honderden –tien
duizenden.
4
