Fysiologie en pathofysiologie I
Basisbegrippen in de fysiologie
1. Enkele basisbegrippen uit chemie & fysica
1.1 Diffusie
Diffusie = transport van zone met een hoge concentratie naar een zone met een lage concentratie in
een gasmengsel of vloeistof.
Zeer belangrijk transportmechanisme:
- Massa-transport van stoffen in bloedbaan: via diffusie naar interstitium & weefsels
- Transport afvalstoffen uit weefsels naar bloedbaan
- Intracellulair transport
Gevolg van willekeurige bewegingen van moleculen – atomen – ionen
- Bewegingssnelheid: omgekeerd evenredig met afmeting
- Moleculen botsen constant met elkaar => richtingsveranderingen
=> op basis van thermodynamische beweging
Wat heeft een invloed op de diffusiesnelheid:
- De karakteristieke van de substantie
- Hoe groter, hoe trager ze beweegt (water is klein --> heel snel)
- Het medium waarin de molecule zich gaat voortbewegen
- De oppervlakte waardoor de diffusie mogelijk is
- De concentratiegradiënt: verschil in concentratie t.o.v. de afstand
Transport-intensiteit van een substantie Q via diffusie wordt weergegeven door de wet van Fick:
- Sneller wanneer grote oppervlakte en/of grote concentratie gradiënt
- Omgekeerd evenredig met afstand waarover diffusie gebeurd
Zeer efficiënt voor transport over zeer korte afstand: nm tot 10-30 micrometer
Vb.: - neurotransmitters ter hoogte van neuronen
- glucose opname ter hoogte van capillairen
- intracellulair
1.2 Osmose en filtratie
=> semipermeabel membraan
Hydrostatische druk = druk uitgaande van vloeistof of waterige oplossing
Osmotische druk = druk die nodig is om vloeistoftransport te beletten
- iso-osmotische druk: links en rechts evenveel vloeistof aanwezig
- hyperosmotische druk
- hypo-osmotische druk
Ter hoogte van de capillairen:
- Hydrostatische druk capillairen is hoger dan de hydrostatische druk interstitium
=> diffusie uit de capillairen naar interstitium
- In de bloedbaan: groter aantal moleculen in oplossing
=> osmotische druk capillairen hoger dan osmotische druk interstitium
=> interstitieel vocht aangetrokken naar de bloedbaan
Celmembraan: effectieve barrière + flexibel
1
,1.3 Water
Levensnoodzakelijk: 70% van LG en 99% van alle moleculen in het lichaam
Interessante eigenschappen:
- Dipool => aanwezigheid waterstofbindingen
- Kan grote hoeveelheden warmte opnemen
- Kan hoogste aantal verschillende substanties oplossen: hydrofiel versus hydrofoob
2. Transport door membraan
2.1 Passief transport
I. Diffusie
- Vetoplosbare substanties & kleine moleculen
- Volgens concentratiegradiënt
- Vb.: steroïden, vetzuren, zuurstof, CO2
Vetoplosbare stoffen kunnen vlot doorheen de celmembraan. Water kan
ook door het celmembraan, maar wateroplosbare stoffen niet. Langs ionkanalen kunnen ionen ook
vlot het celmembraan oversteken. Grotere moleculen kunnen niet binden.
II. Ionkanalen (of lek-kanalen)
= met H2O gevulde tunnels dwars door membraan
=> vervoer van hydrofiele substanties
Op basis van elektrische lading & concentratiegradiënt
=> elektrochemische gradiënt
Selectief transport
III. Gefaciliteerde diffusie
= via binding aan transporteiwitten
- Specifiek transport
- Verzadigbaar
- Competitieve inhibitie: er zijn heel veel moleculen aanwezig, maar er kan
er maar 1 binden
Het volume van de cel hangt af van:
- Intracellulaire afbraak van moleculen
- Synthese van moleculen
- Veranderingen in extracellulaire osmotische druk
=> Bij toedienen van vocht:
- isotoon: water met 9 gram zout
- hypotoon: rode bloedcellen gaan krimpen van volume en worden toegediend bij vb.: bloeding
- hypertoon
Bloedvolume moet in staat gehouden worden want anders krijg je problemen met je hart, hiervoor
kan een hypertonen oplossing worden toegediend om het volume te behouden.
2
,2.2 Actief transport
Ook met betrekking van transporteiwitten maar transport tegen een bepaalde gradiënt in: kost
energie.
Primair actief transport: natrium wordt sterk aangetrokken om naar intracellulair te verplaatsen. In
de cel moet niet zoveel natrium aanwezig zijn, dus gaan pompen 3 natriumionen vastnemen, binden
en actief naar buiten pompen. 2 Kaliumionen worden naar binnen gepompt.
=> natrium-kaliumpomp
Classificatie transporteiwitten
- Uniporter: transport van 1 moleculen
- Co-transporter:
- Symporter: een moleculen kan 2 moleculen mee naar binnen nemen, enkel in 1 richting
- Antiporter: transport van 2 moleculen in tegengestelde richting
Exo- en endocytose: transport in kleine membraanvesikels – zonder direct contact met
celmembraancytosol
2 soorten exocytose:
- Constitutieve exocytose: er moeten bouwstenen worden aangevoerd om het celmembraan te
herstellen / op te bouwen
- Gereguleerde exocytose: komt heel vaak voor, een neurotransmitter / hormoon dat opgeslagen
zit in vesikels, zal na een prikkel worden vrijgesteld in de bloedbaan. De prikkel die nodig is, is
een intracellulaire calciumflux.
2 soorten endocytose:
- Pinocytose: de manier waarop de cel drinkt, vocht dat door de cel wordt opgenomen
- Receptor gemedieerde endocytose: wateroplosbare hormonen kunnen niet door het
celmembraan en zullen dus extracellulair gaan binden. Plaatsen waar clathrine aanwezig is, kan
een instulping gevormd worden en zo een vesikel. Dit zal versmelten tot een lysosoom.
Transcytose: wanneer een stof of molecule door een cel zal migreren.
Beschermmechanisme cel: taurine, natrium en chloor, clathrine bepaald geen grenzen.
3. Chemische communicatie tussen cellen
2 systemen voor overdacht van informatie:
- endocrien systeem
- zenuwstelsel
Overdracht via signaalmoleculen:
- Endocrien systeem: hormonen
- Zenuwstelsel: neurotransmittoren (NT)
Signaalmoleculen: effect na binding op receptoren, een chemische verbinding die zorgt voor de
informatieoverdracht tussen de cellen
3
, A. receptoren
Receptoren zijn geen sensoren!
De rode curve is de normale curve, de lichtblauwe lijn is wanneer
er minder receptoren zijn: er kunnen dan minder signaalmoleculen
gaan binden en er zal nooit dezelfde respons zijn dan bij een
normale situatie. Bij de paarse is er een affiniteit en zullen ze elkaar
minder goed herkennen. Hierdoor zal het veel langer duren en
zullen er meer signaalmoleculen nodig zijn.
Specificiteit: hoe specifieker een ligand bindt op zijn receptor, hoe
minder andere er kunnen binden.
--> vaak problemen mee omdat ER soms ook op andere receptoren inwerken.
Verzadigbaarheid: hoe meer receptoren, hoe langer het duurt voor er een verzadiging optreedt.
Affiniteit: als een ligand bindt op zijn receptor wordt er een complex gevormd. De
dissociatieconstante geeft weer hoeveel de receptoren en liganden apart voorkomen ten opzichte
van de hoeveelheid complexen. Hiervoor is ook een omgekeerde formule (1/…)
Besluit: hoe kleiner de dissociatieconstante, hoe stabieler de complexe verbinding
- kleinste dissociatie-constante geeft de beste binding
- grootste affiniteitsconstante geeft de beste binding
Reversibiliteit: als het geen heel sterke bindingen zijn, kan het complex gemakkelijk terug
uiteenvallen in receptor en ligand apart.
Agonisten versus antagonisten
Agonisten: medicatie ter vervanging van natuurlijke ligand
=> specificiteit
=> nevenwerkingen
Allostersiche agonist/antagonist: gaat zorgen dat er geen actiepotentiaal kan uitgelokt worden, de
binnenkant van de cel zal dus meer negatief geladen worden
Vorming en afbraak van receptoren
- Synthese in RER
- Afbraak: receptor-gemedieerde endocytose
- Aantal receptoren / cel : uiterst variabel => constante opbouw en afbraak
B. Hormonen
Hormonen zijn first messengers geproduceerd door endocriene weefsels
Onderverdeling:
- Systematische hormonen: peptiden, glycoproteïnen, proteïnen, steroïden, tyrosine-afgeleide horm.
- Weefselhormonen: aminozuren, arachidonzuur, peptiden, adenosine
Hypothalamuspeptiden = neurohormonen, systematische hormonen
die over een hele korte aftstand zoals weefselhormonen werken
Examen: welk hormoon is afgeleid van tyrosine?
=> Norepinephrine of epinephrine
4
Basisbegrippen in de fysiologie
1. Enkele basisbegrippen uit chemie & fysica
1.1 Diffusie
Diffusie = transport van zone met een hoge concentratie naar een zone met een lage concentratie in
een gasmengsel of vloeistof.
Zeer belangrijk transportmechanisme:
- Massa-transport van stoffen in bloedbaan: via diffusie naar interstitium & weefsels
- Transport afvalstoffen uit weefsels naar bloedbaan
- Intracellulair transport
Gevolg van willekeurige bewegingen van moleculen – atomen – ionen
- Bewegingssnelheid: omgekeerd evenredig met afmeting
- Moleculen botsen constant met elkaar => richtingsveranderingen
=> op basis van thermodynamische beweging
Wat heeft een invloed op de diffusiesnelheid:
- De karakteristieke van de substantie
- Hoe groter, hoe trager ze beweegt (water is klein --> heel snel)
- Het medium waarin de molecule zich gaat voortbewegen
- De oppervlakte waardoor de diffusie mogelijk is
- De concentratiegradiënt: verschil in concentratie t.o.v. de afstand
Transport-intensiteit van een substantie Q via diffusie wordt weergegeven door de wet van Fick:
- Sneller wanneer grote oppervlakte en/of grote concentratie gradiënt
- Omgekeerd evenredig met afstand waarover diffusie gebeurd
Zeer efficiënt voor transport over zeer korte afstand: nm tot 10-30 micrometer
Vb.: - neurotransmitters ter hoogte van neuronen
- glucose opname ter hoogte van capillairen
- intracellulair
1.2 Osmose en filtratie
=> semipermeabel membraan
Hydrostatische druk = druk uitgaande van vloeistof of waterige oplossing
Osmotische druk = druk die nodig is om vloeistoftransport te beletten
- iso-osmotische druk: links en rechts evenveel vloeistof aanwezig
- hyperosmotische druk
- hypo-osmotische druk
Ter hoogte van de capillairen:
- Hydrostatische druk capillairen is hoger dan de hydrostatische druk interstitium
=> diffusie uit de capillairen naar interstitium
- In de bloedbaan: groter aantal moleculen in oplossing
=> osmotische druk capillairen hoger dan osmotische druk interstitium
=> interstitieel vocht aangetrokken naar de bloedbaan
Celmembraan: effectieve barrière + flexibel
1
,1.3 Water
Levensnoodzakelijk: 70% van LG en 99% van alle moleculen in het lichaam
Interessante eigenschappen:
- Dipool => aanwezigheid waterstofbindingen
- Kan grote hoeveelheden warmte opnemen
- Kan hoogste aantal verschillende substanties oplossen: hydrofiel versus hydrofoob
2. Transport door membraan
2.1 Passief transport
I. Diffusie
- Vetoplosbare substanties & kleine moleculen
- Volgens concentratiegradiënt
- Vb.: steroïden, vetzuren, zuurstof, CO2
Vetoplosbare stoffen kunnen vlot doorheen de celmembraan. Water kan
ook door het celmembraan, maar wateroplosbare stoffen niet. Langs ionkanalen kunnen ionen ook
vlot het celmembraan oversteken. Grotere moleculen kunnen niet binden.
II. Ionkanalen (of lek-kanalen)
= met H2O gevulde tunnels dwars door membraan
=> vervoer van hydrofiele substanties
Op basis van elektrische lading & concentratiegradiënt
=> elektrochemische gradiënt
Selectief transport
III. Gefaciliteerde diffusie
= via binding aan transporteiwitten
- Specifiek transport
- Verzadigbaar
- Competitieve inhibitie: er zijn heel veel moleculen aanwezig, maar er kan
er maar 1 binden
Het volume van de cel hangt af van:
- Intracellulaire afbraak van moleculen
- Synthese van moleculen
- Veranderingen in extracellulaire osmotische druk
=> Bij toedienen van vocht:
- isotoon: water met 9 gram zout
- hypotoon: rode bloedcellen gaan krimpen van volume en worden toegediend bij vb.: bloeding
- hypertoon
Bloedvolume moet in staat gehouden worden want anders krijg je problemen met je hart, hiervoor
kan een hypertonen oplossing worden toegediend om het volume te behouden.
2
,2.2 Actief transport
Ook met betrekking van transporteiwitten maar transport tegen een bepaalde gradiënt in: kost
energie.
Primair actief transport: natrium wordt sterk aangetrokken om naar intracellulair te verplaatsen. In
de cel moet niet zoveel natrium aanwezig zijn, dus gaan pompen 3 natriumionen vastnemen, binden
en actief naar buiten pompen. 2 Kaliumionen worden naar binnen gepompt.
=> natrium-kaliumpomp
Classificatie transporteiwitten
- Uniporter: transport van 1 moleculen
- Co-transporter:
- Symporter: een moleculen kan 2 moleculen mee naar binnen nemen, enkel in 1 richting
- Antiporter: transport van 2 moleculen in tegengestelde richting
Exo- en endocytose: transport in kleine membraanvesikels – zonder direct contact met
celmembraancytosol
2 soorten exocytose:
- Constitutieve exocytose: er moeten bouwstenen worden aangevoerd om het celmembraan te
herstellen / op te bouwen
- Gereguleerde exocytose: komt heel vaak voor, een neurotransmitter / hormoon dat opgeslagen
zit in vesikels, zal na een prikkel worden vrijgesteld in de bloedbaan. De prikkel die nodig is, is
een intracellulaire calciumflux.
2 soorten endocytose:
- Pinocytose: de manier waarop de cel drinkt, vocht dat door de cel wordt opgenomen
- Receptor gemedieerde endocytose: wateroplosbare hormonen kunnen niet door het
celmembraan en zullen dus extracellulair gaan binden. Plaatsen waar clathrine aanwezig is, kan
een instulping gevormd worden en zo een vesikel. Dit zal versmelten tot een lysosoom.
Transcytose: wanneer een stof of molecule door een cel zal migreren.
Beschermmechanisme cel: taurine, natrium en chloor, clathrine bepaald geen grenzen.
3. Chemische communicatie tussen cellen
2 systemen voor overdacht van informatie:
- endocrien systeem
- zenuwstelsel
Overdracht via signaalmoleculen:
- Endocrien systeem: hormonen
- Zenuwstelsel: neurotransmittoren (NT)
Signaalmoleculen: effect na binding op receptoren, een chemische verbinding die zorgt voor de
informatieoverdracht tussen de cellen
3
, A. receptoren
Receptoren zijn geen sensoren!
De rode curve is de normale curve, de lichtblauwe lijn is wanneer
er minder receptoren zijn: er kunnen dan minder signaalmoleculen
gaan binden en er zal nooit dezelfde respons zijn dan bij een
normale situatie. Bij de paarse is er een affiniteit en zullen ze elkaar
minder goed herkennen. Hierdoor zal het veel langer duren en
zullen er meer signaalmoleculen nodig zijn.
Specificiteit: hoe specifieker een ligand bindt op zijn receptor, hoe
minder andere er kunnen binden.
--> vaak problemen mee omdat ER soms ook op andere receptoren inwerken.
Verzadigbaarheid: hoe meer receptoren, hoe langer het duurt voor er een verzadiging optreedt.
Affiniteit: als een ligand bindt op zijn receptor wordt er een complex gevormd. De
dissociatieconstante geeft weer hoeveel de receptoren en liganden apart voorkomen ten opzichte
van de hoeveelheid complexen. Hiervoor is ook een omgekeerde formule (1/…)
Besluit: hoe kleiner de dissociatieconstante, hoe stabieler de complexe verbinding
- kleinste dissociatie-constante geeft de beste binding
- grootste affiniteitsconstante geeft de beste binding
Reversibiliteit: als het geen heel sterke bindingen zijn, kan het complex gemakkelijk terug
uiteenvallen in receptor en ligand apart.
Agonisten versus antagonisten
Agonisten: medicatie ter vervanging van natuurlijke ligand
=> specificiteit
=> nevenwerkingen
Allostersiche agonist/antagonist: gaat zorgen dat er geen actiepotentiaal kan uitgelokt worden, de
binnenkant van de cel zal dus meer negatief geladen worden
Vorming en afbraak van receptoren
- Synthese in RER
- Afbraak: receptor-gemedieerde endocytose
- Aantal receptoren / cel : uiterst variabel => constante opbouw en afbraak
B. Hormonen
Hormonen zijn first messengers geproduceerd door endocriene weefsels
Onderverdeling:
- Systematische hormonen: peptiden, glycoproteïnen, proteïnen, steroïden, tyrosine-afgeleide horm.
- Weefselhormonen: aminozuren, arachidonzuur, peptiden, adenosine
Hypothalamuspeptiden = neurohormonen, systematische hormonen
die over een hele korte aftstand zoals weefselhormonen werken
Examen: welk hormoon is afgeleid van tyrosine?
=> Norepinephrine of epinephrine
4
