FYSIOLOGIE A
Zoé Van de Voordt
2022-2023
, SCHEIKUNDE EN FYSICA
DIFFUSIE
= resultaat van willekeurige bewegingen van moleculen, atomen en ionen
- bewegingssnelheid omgekeerd evenredig met afmeting
- moleculen botsen constant
=> botsing -> richtingsverandering
Diffusieprincipe
=
“Concentratieverschillen vervagen in tijd door thermische beweging van moleculen”
- moleculen gaan van hoge concentratiezone naar lage concentratiezone
bv. Suikerklontje in koffie
-> suiker mengt met koffie en uiteindelijk is koffie overal even zoet
-> moleculen diffunderen verder
bv. Water over suikerklontje gieten
-> water tss suikerdeeltjes
- diffusie werkt op korte afstand (nm - 10 tot 30 micrometer)
=> bulktransport gebeurt op lange afstand via bloedbaan (veel trager)
=> intracellulair transport en transport van afvalstoffen naar bloedbaar is ook diffusie
*daarom is cel muis ongeveer even groot als die van een olifant
*maximale dikte cel 100 micrometer
Initieel: deeltjes van links naar rechts
Uiteindelijk: waarschijnlijkheid waarmee moleculen van ene naar ander
compartiment migreren wordt ongeveer gelijk
=> overschrijding v denkbeeldige scheiding in beide richtingen is gelijk
Wet van Fick
=
- transportintensiteit = mate waarin diffusie gebeurt
Q = diffusiesnelheid
D = diffusiecoëfficiënt
A = oppervlak dwarse doorsnede waarheen diffusie
gebeurt
L = lengte/afstand waarover diffusie gebeurt
- wet van Fick stelt dat …
C1-C2 = concentratiegradiënt
=> hoe groter concentratiegradiënt en
dwarsdoorsnede, hoe groter
transportintensiteit - toepassing: optimalisatie diffusie in biosystemen
=> hoe groter de lengte, hoe kleiner de => afstand verkleinen, oppervlak doorsnede vergroten
transportintensiteit - cellen zijn klein omdat diffusie anders niet mogelijk is
OSMOSE EN FILTRATIE
Osmose
- semipermeabel membraan = membraan waar sommige stoffen wel/niet door kunnen
bv. Membranen van endotheelcellen: doorlaatbaar voor H2O + ionen
ondoorlaatbaar voor macromoleculen + eiwitten
=> verklaart wrm er in urine normaalgezien geen eiwitten zitten
*eiwitten in urine -> klinisch probleem thv nieren
-> blaasinfectie
=> concentratieverschil over semipermeabel membraan van opgeloste stof die niet
doorheen membraan kan diffunderen
*stof zit vast + kan niet met gradiënt meebewegen
*watermoleculen kan dit wel
*concentratie v water a water kant > concentratie water a water
met opgeloste deeltjes kant
-> diffusie: water beweegt naar zijde met opgeloste deeltjes
-> waterpijl kant opgeloste deeltjes stijgt
-> gelijke concentratie
, Osmotische kracht
=
- opgeloste deeltjes trekken waterdeeltjes aan van de andere kant van semipermeabel membraan
=> osmotische kracht
- hoe groter #opgeloste deeltjes, hoe groter osmotische kracht
Filtratie en osmotische druk
- piston gebruiken om druk te creëren
=> water gaat doorheen semipermeabel membraan
*van lage concentratiekant met hoge druk naar
hoge concentratiekant met lage druk
*water doorheen membraan door hydrostatische druk
-> piston moet druk creëeren die even groot is
als hydrostatische druk om waterpijl gelijk
te houden (=> osmotische druk)
- filtratieprincipe cardiovasculairstelsel
=> eiwitten in bloedbaan > eiwitten in weefsel
=> basaalmembraan endotheelcellen zorgt ervoor dat deze er niet uit kunnen diffunderen
*bloed: hyperosmotisch
-> bloed trekt water aan met osmotische kracht
-> osmotische druk zal water v weefsel in bloedbaan willen duwen
MAAR: bloeddruk (hydrostatische druk) in bloedbaan >> osmotische druk water
—> bloeddruk fungeert als piston: plasmavloeistof uit bloedbaan gehaald en in omliggend weefsel
geduwd
Iso-osmotisch = 2 vloeistoffen a beide kanten van membraan hebben zelfde osmotische kracht
Hyperosmotisch: vloeistof oefent grotere osmotische kracht uit op water dan extracellulaire vloeistof
Hypo-osmotisch: vloeistof oefent kleinere osmotische kracht uit op water dan extracellulaire vloeistof
=> als in cel alle partikels door enzym in 2 worden gesplitst verdubbelt osmotische kracht
=> als in cel alle partikels per 2 versmelten, neemt osmotische kracht af
- isotoon: gedehydrateerd dier rehydrateren door “fysiologisch serum” toe te dienen (NaCl 9g/l water)
=> geeft dier water zonder celvolume te veranderen
Osmolariteit
= #mol osmotisch actieve opgelowte deeltjes per liter
=> totale concentratie
=> komt vaak overeen met molariteit-waarde
*buiten bij zouten: dissociëren in 2 of meer ionen => osmolaire waarde dubbele v molaire waarde
Osmolaliteit
= #mol osmotisch actieve opgeloste deeltjes per kg
CELMEMBRANEN
Water
-
- dynamische structuren - 70% lichaamsgewicht
=> door plaatsen/wegnemen v sensoren, kanalen, poriën - 99% moleculen in lichaam
bv. Aquaporiën -> extra doorlaatbaar membraan - eiwitten
- flexibel: 30% groeien/krimpen => hydrofobe delen a binnenkant (apolair)
=> door verandering v osmolariteit *stoten water af
=> x oneindig flexibel: hyperosmotische cel neemt zoveel vocht => hydrofiele delen a buitenkant (polair)
op totdat het barst *houden van water
- plantencellen: celwand met permanent drukverschil (turgor) => teveel H+
=> binnenkant heeft hogere osmotische druk = te hoge pH -> tast eiwitstructuur aan
=> turgor -> mechanische stijfheid van planten + denatureert deze
-> functie verlies eiwit
- H2O: dipool (polaire binding)
- vloeibaar -> gas (moet niet koken hiervoor)
Casus voorbeeld
bv. Binnenkant cel hyperosmotisch tov extracel
- intracellulaire afbraak moleculen tot klein moleculen
milieu door uitdrogen. Hierdoor trekt die water
=> stijging osmotische kracht
aan met zeer grote osm kracht waardoor cel
- synthese macromoleculen tot 1 grote molecule
opzwelt. Omdat membr verschrompeld is door
=> daling osmotische kracht (trekt minder H20 aan)
uitdroging, heeft het geen tijd om zich zo snel
bv. Paard heeft 2 dagen x kunnen drinken, zal
aan te passen en knapt de cel (lyse). Als dit
teveel gaan drinken bij nieuw water
met teveel stoffen gebeurd zal er geen
bv. Lichtroze-rode urine paard -> rode bloedcellen
stofuitwisseling meer zijn en gaan er geen
zijn geknapt + rode hemoglobine komt vrij
voedingstoffen meer naar de weefsels
, CELLEN EN WEEFSELS
ALGEMEEN: CELLEN EN WEEFSELS
- gecompartimentaliseerd lichaam
=> bloedcompartiment (bloedbaan)
=> intracellulair compartiment
+ intratubulair compartiment (nieren)
- interstitium = virtuele ruimte die deze van elkaar scheiden
- actief transportmechanisme = wnr transport resulteert in concentratieverschillen
tss compartimenten binnen en buiten cel
=> x diffusie mogelijk hier
TRANSPORT DOOR MEMBRANEN
Passief transport
J
- x ATP nodig, met concentratiegradiënt mee - H20 naar zijde met hoogste osmolariteit
=> van hoog naar laag = waar conc H2O laagste is (= osmosis)
- gestuurd door - meeste membranen vrij permeabel voor H20
=> concentratiegradiënten (diffusie + osmose) => osmolariteit vrij gelijk binnen en buiten cel
=> elektrische krachten - determinant voor celvolume
- er kan potentiële energie vrijkomen tijdens proces => osmolariteit extracellulair vocht
- ionenpompen + lekkanalen => #opgeloste partikels in cel
=> osmoraliteit gelijk houden binnen + buiten cel - hypotone oplossing: doet celvolume afneme
=> dmv gecontroleerde uitstoot ionen waarna bv. NaCl 9g/l (= fysiologisch serum)
water ionen volgt door osmotische kracht isotone opl: doet celvolume toenemen
- functie: cellyse voorkomen
DIFFUSIE DOORHEEN LIPIDEN “BI-LAYER”
- makkelijk voor watermoleculen + apolaire stoffen - kies voor antibioticum die moeilijk door membr gaat
=> watermoleculen: klein => kleinere kans om op verkeerde plaats in
=> apolaire stoffen: lossen op in lipiden lichaam tot uiting te komen
+ kunnen versmelten met membr - inhalatie-anesthetica goed vetoplosbaar
=> dringen verder in membraan volgens => snel doorheen membr
concentratiegradiënt (hoog->laag) => snelle functiebeoefening
- moeilijk: polaire stoffen + macromoleculen
DIFFUSIE DOORHEEN IONENKANALEN
- H-moleculen binden a hydrofiele uiteinde v wateroplosbare stoffen en leiden deze in cel
=> nauwe kanalen
=> transport bep door elektrische ladings- en concentratieverschillen
*elektronische gradiënt bepaalt richting passief transport
=> selectief: werken maar voor 1 soort ion of kleine groepjes ionen
=> meeste ionenkanalen kunnen openen en sluiten
*lekkanalen: laten constant transport toe
Zoé Van de Voordt
2022-2023
, SCHEIKUNDE EN FYSICA
DIFFUSIE
= resultaat van willekeurige bewegingen van moleculen, atomen en ionen
- bewegingssnelheid omgekeerd evenredig met afmeting
- moleculen botsen constant
=> botsing -> richtingsverandering
Diffusieprincipe
=
“Concentratieverschillen vervagen in tijd door thermische beweging van moleculen”
- moleculen gaan van hoge concentratiezone naar lage concentratiezone
bv. Suikerklontje in koffie
-> suiker mengt met koffie en uiteindelijk is koffie overal even zoet
-> moleculen diffunderen verder
bv. Water over suikerklontje gieten
-> water tss suikerdeeltjes
- diffusie werkt op korte afstand (nm - 10 tot 30 micrometer)
=> bulktransport gebeurt op lange afstand via bloedbaan (veel trager)
=> intracellulair transport en transport van afvalstoffen naar bloedbaar is ook diffusie
*daarom is cel muis ongeveer even groot als die van een olifant
*maximale dikte cel 100 micrometer
Initieel: deeltjes van links naar rechts
Uiteindelijk: waarschijnlijkheid waarmee moleculen van ene naar ander
compartiment migreren wordt ongeveer gelijk
=> overschrijding v denkbeeldige scheiding in beide richtingen is gelijk
Wet van Fick
=
- transportintensiteit = mate waarin diffusie gebeurt
Q = diffusiesnelheid
D = diffusiecoëfficiënt
A = oppervlak dwarse doorsnede waarheen diffusie
gebeurt
L = lengte/afstand waarover diffusie gebeurt
- wet van Fick stelt dat …
C1-C2 = concentratiegradiënt
=> hoe groter concentratiegradiënt en
dwarsdoorsnede, hoe groter
transportintensiteit - toepassing: optimalisatie diffusie in biosystemen
=> hoe groter de lengte, hoe kleiner de => afstand verkleinen, oppervlak doorsnede vergroten
transportintensiteit - cellen zijn klein omdat diffusie anders niet mogelijk is
OSMOSE EN FILTRATIE
Osmose
- semipermeabel membraan = membraan waar sommige stoffen wel/niet door kunnen
bv. Membranen van endotheelcellen: doorlaatbaar voor H2O + ionen
ondoorlaatbaar voor macromoleculen + eiwitten
=> verklaart wrm er in urine normaalgezien geen eiwitten zitten
*eiwitten in urine -> klinisch probleem thv nieren
-> blaasinfectie
=> concentratieverschil over semipermeabel membraan van opgeloste stof die niet
doorheen membraan kan diffunderen
*stof zit vast + kan niet met gradiënt meebewegen
*watermoleculen kan dit wel
*concentratie v water a water kant > concentratie water a water
met opgeloste deeltjes kant
-> diffusie: water beweegt naar zijde met opgeloste deeltjes
-> waterpijl kant opgeloste deeltjes stijgt
-> gelijke concentratie
, Osmotische kracht
=
- opgeloste deeltjes trekken waterdeeltjes aan van de andere kant van semipermeabel membraan
=> osmotische kracht
- hoe groter #opgeloste deeltjes, hoe groter osmotische kracht
Filtratie en osmotische druk
- piston gebruiken om druk te creëren
=> water gaat doorheen semipermeabel membraan
*van lage concentratiekant met hoge druk naar
hoge concentratiekant met lage druk
*water doorheen membraan door hydrostatische druk
-> piston moet druk creëeren die even groot is
als hydrostatische druk om waterpijl gelijk
te houden (=> osmotische druk)
- filtratieprincipe cardiovasculairstelsel
=> eiwitten in bloedbaan > eiwitten in weefsel
=> basaalmembraan endotheelcellen zorgt ervoor dat deze er niet uit kunnen diffunderen
*bloed: hyperosmotisch
-> bloed trekt water aan met osmotische kracht
-> osmotische druk zal water v weefsel in bloedbaan willen duwen
MAAR: bloeddruk (hydrostatische druk) in bloedbaan >> osmotische druk water
—> bloeddruk fungeert als piston: plasmavloeistof uit bloedbaan gehaald en in omliggend weefsel
geduwd
Iso-osmotisch = 2 vloeistoffen a beide kanten van membraan hebben zelfde osmotische kracht
Hyperosmotisch: vloeistof oefent grotere osmotische kracht uit op water dan extracellulaire vloeistof
Hypo-osmotisch: vloeistof oefent kleinere osmotische kracht uit op water dan extracellulaire vloeistof
=> als in cel alle partikels door enzym in 2 worden gesplitst verdubbelt osmotische kracht
=> als in cel alle partikels per 2 versmelten, neemt osmotische kracht af
- isotoon: gedehydrateerd dier rehydrateren door “fysiologisch serum” toe te dienen (NaCl 9g/l water)
=> geeft dier water zonder celvolume te veranderen
Osmolariteit
= #mol osmotisch actieve opgelowte deeltjes per liter
=> totale concentratie
=> komt vaak overeen met molariteit-waarde
*buiten bij zouten: dissociëren in 2 of meer ionen => osmolaire waarde dubbele v molaire waarde
Osmolaliteit
= #mol osmotisch actieve opgeloste deeltjes per kg
CELMEMBRANEN
Water
-
- dynamische structuren - 70% lichaamsgewicht
=> door plaatsen/wegnemen v sensoren, kanalen, poriën - 99% moleculen in lichaam
bv. Aquaporiën -> extra doorlaatbaar membraan - eiwitten
- flexibel: 30% groeien/krimpen => hydrofobe delen a binnenkant (apolair)
=> door verandering v osmolariteit *stoten water af
=> x oneindig flexibel: hyperosmotische cel neemt zoveel vocht => hydrofiele delen a buitenkant (polair)
op totdat het barst *houden van water
- plantencellen: celwand met permanent drukverschil (turgor) => teveel H+
=> binnenkant heeft hogere osmotische druk = te hoge pH -> tast eiwitstructuur aan
=> turgor -> mechanische stijfheid van planten + denatureert deze
-> functie verlies eiwit
- H2O: dipool (polaire binding)
- vloeibaar -> gas (moet niet koken hiervoor)
Casus voorbeeld
bv. Binnenkant cel hyperosmotisch tov extracel
- intracellulaire afbraak moleculen tot klein moleculen
milieu door uitdrogen. Hierdoor trekt die water
=> stijging osmotische kracht
aan met zeer grote osm kracht waardoor cel
- synthese macromoleculen tot 1 grote molecule
opzwelt. Omdat membr verschrompeld is door
=> daling osmotische kracht (trekt minder H20 aan)
uitdroging, heeft het geen tijd om zich zo snel
bv. Paard heeft 2 dagen x kunnen drinken, zal
aan te passen en knapt de cel (lyse). Als dit
teveel gaan drinken bij nieuw water
met teveel stoffen gebeurd zal er geen
bv. Lichtroze-rode urine paard -> rode bloedcellen
stofuitwisseling meer zijn en gaan er geen
zijn geknapt + rode hemoglobine komt vrij
voedingstoffen meer naar de weefsels
, CELLEN EN WEEFSELS
ALGEMEEN: CELLEN EN WEEFSELS
- gecompartimentaliseerd lichaam
=> bloedcompartiment (bloedbaan)
=> intracellulair compartiment
+ intratubulair compartiment (nieren)
- interstitium = virtuele ruimte die deze van elkaar scheiden
- actief transportmechanisme = wnr transport resulteert in concentratieverschillen
tss compartimenten binnen en buiten cel
=> x diffusie mogelijk hier
TRANSPORT DOOR MEMBRANEN
Passief transport
J
- x ATP nodig, met concentratiegradiënt mee - H20 naar zijde met hoogste osmolariteit
=> van hoog naar laag = waar conc H2O laagste is (= osmosis)
- gestuurd door - meeste membranen vrij permeabel voor H20
=> concentratiegradiënten (diffusie + osmose) => osmolariteit vrij gelijk binnen en buiten cel
=> elektrische krachten - determinant voor celvolume
- er kan potentiële energie vrijkomen tijdens proces => osmolariteit extracellulair vocht
- ionenpompen + lekkanalen => #opgeloste partikels in cel
=> osmoraliteit gelijk houden binnen + buiten cel - hypotone oplossing: doet celvolume afneme
=> dmv gecontroleerde uitstoot ionen waarna bv. NaCl 9g/l (= fysiologisch serum)
water ionen volgt door osmotische kracht isotone opl: doet celvolume toenemen
- functie: cellyse voorkomen
DIFFUSIE DOORHEEN LIPIDEN “BI-LAYER”
- makkelijk voor watermoleculen + apolaire stoffen - kies voor antibioticum die moeilijk door membr gaat
=> watermoleculen: klein => kleinere kans om op verkeerde plaats in
=> apolaire stoffen: lossen op in lipiden lichaam tot uiting te komen
+ kunnen versmelten met membr - inhalatie-anesthetica goed vetoplosbaar
=> dringen verder in membraan volgens => snel doorheen membr
concentratiegradiënt (hoog->laag) => snelle functiebeoefening
- moeilijk: polaire stoffen + macromoleculen
DIFFUSIE DOORHEEN IONENKANALEN
- H-moleculen binden a hydrofiele uiteinde v wateroplosbare stoffen en leiden deze in cel
=> nauwe kanalen
=> transport bep door elektrische ladings- en concentratieverschillen
*elektronische gradiënt bepaalt richting passief transport
=> selectief: werken maar voor 1 soort ion of kleine groepjes ionen
=> meeste ionenkanalen kunnen openen en sluiten
*lekkanalen: laten constant transport toe
