Vander’s Human Physiology The Mechanisms of Body Function
Hoofdstuk 4 Beweging van moleculen door celmembranen
4.1 Diffusie
Simpele diffusie: beweging van moleculen van ene naar andere locatie door thermische
beweging. Elk ion kan makkelijk door het membraan heen afhankelijk van de concentratie.
Omvang en directie van diffusie
Flux: de hoeveelheid materiaal die over een oppervlakte oversteekt in een
tijdseenheid
Netto flux: het verschil tussen de twee fluxrichtingen (van hoog naar laag)
Als de netto flux nul is dan is het diffusie equilibrium bereikt. Dit is dus als de concentratie
van stoffen die diffunderen in beide concentratie gelijk zijn. Hoe groter het
concentratieverschil tussen twee delen hoe groter de omvang van de flux.
Omvang netto flux is afhankelijk van:
1. Temperatuur: hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de deeltjes gaan bewegen en
hoe sneller een netto flux
2. Molecuulmassa: hoe hoger de molecuulmassa, hoe lager de snelheid, hoe langzamer
een netto flux
3. Oppervlak gebied: hoe groter het oppervlak, hoe groter het oppervlak beschikbaar
voor diffusie en hoe sneller een netto flux
4. Medium: diffusie in lucht gaat sneller dan in water
Diffusiesnelheid versus afstand
Individuele cellen reizen op hoge snelheden, maar door de hoeveelheid botsingen ze
ondergaan voorkomt het cellen van ver reizen in een rechte lijn. Diffusie tijd neemt toe in
proportie met de oppervlakte van de afstand waarover de moleculen diffunderen. Alhoewel,
evenwicht snel bereikt kan worden over afstanden van cellulaire dimensies, zal het veel
langer duren wanneer afstanden van een paar centimeters of meer zijn betrokken.
Diffusie door membraan
J=PA (C 0−C 1)
J is de omvang van de netto flux
Pis de permeabiliteit coëfficiënt
A is het oppervlak van de membraan
C 0−C 1is het concentratieverschil buiten-binnen de cel
Hoe groter de permeabiliteit (doorlaatbaarheid), des te sneller de net flux over het membraan
voor elke gegeven concentratie verschil en oppervlakte van het membraan. Door de grootte
van permeabiliteit coëfficiënt van een membraan diffunderen moleculen duizend keer
langzamer door membraan dan door een gewone oplossing. Membranen dienen hiervoor als
een barrière die diffusie van moleculen vertragen.
Diffusie door lipide bi-laag
Apolaire moleculen diffunderen door de hydrofobe gedeelten van de membranen veel sneller
dan niet-polaire of geïoniseerde moleculen, omdat apolaire moleculen kunnen oplossen in de
, vettige acylstaarten in de lipide bi-laag. De lipide bi-laag is vrijwel niet permeabel voor polaire
stoffen.
Diffusie van ionen door eiwitkanalen
De diameters van ion kanalen zijn erg klein, net iets groter dan de ionen die het passeren.
De kleine diameters voorkomen het passeren van grotere moleculen. Ion kanalen tonen
selectiviteit voor ionen die gebaseerd is op:
Kanaal diameter
De geladen en polaire oppervlakken van de eiwitsubeenheden die de muren van het
kanaal vormen en ionen elektrische aantrekken of afstoten
Hoeveelheid watermoleculen die verbonden zijn met de ionen
Membraanpotentiaal is het verschil in lading van binnen en buiten de cel. Het
membraanpotentiaal verschaft een elektrische kracht dat invloed heeft op de beweging van
ionen door het membraan. De richting en omvang van ion fluxes door membranen hangen af
van het elektrochemische gradiënt (=concentratie- en ladingverschil).
Na+ en Cl- hebben een hogere extracellulaire concentratie dan intracellulaire concentratie. K+
heeft een hogere intracellulaire concentratie dan intracellulaire concentratie. Ca2+ heeft ook
een hogere extracellulaire concentratie, maar is bijna niet te vinden in de cel.
Het proces van openen en sluiten van ionkanalen heet channel gating. Er zijn drie soorten
factoren die de eiwitconformatie van een kanaal kunnen veranderen (en daarmee ook de flux
van ionen):
1. Ligandafhankelijke ionkanalen: binding van specifieke moleculen aan eiwitkanalen
kunnen een allosterische of covalente verandering in de vorm van het eitwitkanaal
veranderen. Verder zijn ook de liganten die de eiwitkanalen beïnvloeden vaak
chemische messengers.
2. Spanningsafhankelijke ionkanalen: verschillen in membraanpotentiaal veroorzaken
beweging van zekere geladen deeltjes op een eiwitkanaal die de vorm kunnen
veranderen.
3. Mechanische stimulus ionkanalen: fysieke vervorming membraan kan de conformatie
van een eiwitkanaal veranderen.
4.2 Mediated transportsystemen
Mediated transport: bemiddelde transport door een membraan transport eiwit. Transport van
moleculen of ionen door een membraan houdt in dat het vervoerde opgeloste stof met een
transporteer eiwit in de membraan moet binden.
Drie factoren bepalen de grootte van de flux van een opgeloste stof door mediated transport:
Tot hoeverre de bindingsplaatsen zijn verzadigd, wat afhangt van de concentratie van
de oplossing en de affiniteit van de transporters voor de opgeloste stof.
De hoeveelheid transporters in het membraan bepalen de flux op elk
verzadigingsniveau
De snelheid waarmee de conformationele verandering in het transporteiwit optreedt.
Er bestaan twee verschillende vormen van mediated transport: gefaciliteerde diffusie en
actief transport.
Gefaciliteerde diffusie: een mediated transport proces dat moleculen van hoger naar lager
Hoofdstuk 4 Beweging van moleculen door celmembranen
4.1 Diffusie
Simpele diffusie: beweging van moleculen van ene naar andere locatie door thermische
beweging. Elk ion kan makkelijk door het membraan heen afhankelijk van de concentratie.
Omvang en directie van diffusie
Flux: de hoeveelheid materiaal die over een oppervlakte oversteekt in een
tijdseenheid
Netto flux: het verschil tussen de twee fluxrichtingen (van hoog naar laag)
Als de netto flux nul is dan is het diffusie equilibrium bereikt. Dit is dus als de concentratie
van stoffen die diffunderen in beide concentratie gelijk zijn. Hoe groter het
concentratieverschil tussen twee delen hoe groter de omvang van de flux.
Omvang netto flux is afhankelijk van:
1. Temperatuur: hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de deeltjes gaan bewegen en
hoe sneller een netto flux
2. Molecuulmassa: hoe hoger de molecuulmassa, hoe lager de snelheid, hoe langzamer
een netto flux
3. Oppervlak gebied: hoe groter het oppervlak, hoe groter het oppervlak beschikbaar
voor diffusie en hoe sneller een netto flux
4. Medium: diffusie in lucht gaat sneller dan in water
Diffusiesnelheid versus afstand
Individuele cellen reizen op hoge snelheden, maar door de hoeveelheid botsingen ze
ondergaan voorkomt het cellen van ver reizen in een rechte lijn. Diffusie tijd neemt toe in
proportie met de oppervlakte van de afstand waarover de moleculen diffunderen. Alhoewel,
evenwicht snel bereikt kan worden over afstanden van cellulaire dimensies, zal het veel
langer duren wanneer afstanden van een paar centimeters of meer zijn betrokken.
Diffusie door membraan
J=PA (C 0−C 1)
J is de omvang van de netto flux
Pis de permeabiliteit coëfficiënt
A is het oppervlak van de membraan
C 0−C 1is het concentratieverschil buiten-binnen de cel
Hoe groter de permeabiliteit (doorlaatbaarheid), des te sneller de net flux over het membraan
voor elke gegeven concentratie verschil en oppervlakte van het membraan. Door de grootte
van permeabiliteit coëfficiënt van een membraan diffunderen moleculen duizend keer
langzamer door membraan dan door een gewone oplossing. Membranen dienen hiervoor als
een barrière die diffusie van moleculen vertragen.
Diffusie door lipide bi-laag
Apolaire moleculen diffunderen door de hydrofobe gedeelten van de membranen veel sneller
dan niet-polaire of geïoniseerde moleculen, omdat apolaire moleculen kunnen oplossen in de
, vettige acylstaarten in de lipide bi-laag. De lipide bi-laag is vrijwel niet permeabel voor polaire
stoffen.
Diffusie van ionen door eiwitkanalen
De diameters van ion kanalen zijn erg klein, net iets groter dan de ionen die het passeren.
De kleine diameters voorkomen het passeren van grotere moleculen. Ion kanalen tonen
selectiviteit voor ionen die gebaseerd is op:
Kanaal diameter
De geladen en polaire oppervlakken van de eiwitsubeenheden die de muren van het
kanaal vormen en ionen elektrische aantrekken of afstoten
Hoeveelheid watermoleculen die verbonden zijn met de ionen
Membraanpotentiaal is het verschil in lading van binnen en buiten de cel. Het
membraanpotentiaal verschaft een elektrische kracht dat invloed heeft op de beweging van
ionen door het membraan. De richting en omvang van ion fluxes door membranen hangen af
van het elektrochemische gradiënt (=concentratie- en ladingverschil).
Na+ en Cl- hebben een hogere extracellulaire concentratie dan intracellulaire concentratie. K+
heeft een hogere intracellulaire concentratie dan intracellulaire concentratie. Ca2+ heeft ook
een hogere extracellulaire concentratie, maar is bijna niet te vinden in de cel.
Het proces van openen en sluiten van ionkanalen heet channel gating. Er zijn drie soorten
factoren die de eiwitconformatie van een kanaal kunnen veranderen (en daarmee ook de flux
van ionen):
1. Ligandafhankelijke ionkanalen: binding van specifieke moleculen aan eiwitkanalen
kunnen een allosterische of covalente verandering in de vorm van het eitwitkanaal
veranderen. Verder zijn ook de liganten die de eiwitkanalen beïnvloeden vaak
chemische messengers.
2. Spanningsafhankelijke ionkanalen: verschillen in membraanpotentiaal veroorzaken
beweging van zekere geladen deeltjes op een eiwitkanaal die de vorm kunnen
veranderen.
3. Mechanische stimulus ionkanalen: fysieke vervorming membraan kan de conformatie
van een eiwitkanaal veranderen.
4.2 Mediated transportsystemen
Mediated transport: bemiddelde transport door een membraan transport eiwit. Transport van
moleculen of ionen door een membraan houdt in dat het vervoerde opgeloste stof met een
transporteer eiwit in de membraan moet binden.
Drie factoren bepalen de grootte van de flux van een opgeloste stof door mediated transport:
Tot hoeverre de bindingsplaatsen zijn verzadigd, wat afhangt van de concentratie van
de oplossing en de affiniteit van de transporters voor de opgeloste stof.
De hoeveelheid transporters in het membraan bepalen de flux op elk
verzadigingsniveau
De snelheid waarmee de conformationele verandering in het transporteiwit optreedt.
Er bestaan twee verschillende vormen van mediated transport: gefaciliteerde diffusie en
actief transport.
Gefaciliteerde diffusie: een mediated transport proces dat moleculen van hoger naar lager
