1. Membraan exciteerbaarheid
Inleiding
● aantal omstaanders die reanimatie opstarten: 50%
● succesratio van reanimatie: 5-10%
● waarvan geen neurologisch meetbare schade: 30%
Formules
wet van Ohm
wet van Faraday
SI-eenheden
constanten
Afkortingen
Het plasmamembraan
● omgeeft alle eukaryote cellen
● fosfolipiden dubbellaag met functionele proteinen
○ perifeer
○ transmembranair
● scheidt het uitwendig milieu van het inwendig milieu
, Fosfolipiden
opbouw
● polair lipidenhoofd (fosfaatgroep)
● apolaire vetzuurstaart (2)
fosfolipiden dubbellaag in H2O
● polaire buitenkant
● apolaire binnenkant
membraanpermeabiliteit
● permeabel voor
○ hydrofobe moleculen
○ kleine polaire moleculen
● impermeabel voor
○ geladen moleculen
○ grote polaire moleculen
hoge energiebarrière
● scheidt oplossingen die geladen en polaire moleculen bevatten
→ intern en extern milieu
● homeostase van de celomgeving
Transmembranair transport
ondanks dat het plasmamembraan grotendeels impermeabel is voor geladen moleculen, vindt er
transmembranair transport van elektrische ladingen plaats
● diffusie (lek)
● passief transport = met concentratiegradiënt mee, geen
ATP-verbruik
○ ionkanalen
○ transporter/carrier
● actief transport = verbruikt ATP en bouwt concentratiegradiënt op
○ transporter/carrier
Elektrochemische eigenschappen van het plasmamembraan (exciteerbaarheid)
Elektrische capaciteit
plasmamembraan gedraagt zich als elektrische capaciteit = 2 geleidende platen, afgescheiden door een
niet-geleidende tussenstof
● 2 polaire buitenkanten
● apolaire binnenkant
𝑄 ε·ε0·𝐴
capaciteit 𝐶= 𝐸
= 𝑑
= hoeveelheid lading (Q) die op een eindige plaat
wordt geladen om een bepaald elektrisch potentiaal (E) te bereiken, bepaald door …
● diëlektrische constante van de polaire koppen (𝜺) en de apolaire staarten (𝜺0)
● oppervlakte (A) & dikte (d) van het membraan
⇒ wet van Faraday
Elektrische weerstand
,elektrische stroom door het plasmamembraan ondervindt elektrische weerstand
● grotendeels impermeabel voor ladingen
● hoge energiebarrière voor passief transport van ladingen
ladingstransport over een elektrische weerstand wordt beschreven door de wet van Ohm:
𝑑𝑄 𝐸
elektrische stroom 𝐼= 𝑑𝑡
= 𝑅
= de netto hoeveelheid ladingen (dQ) die per verstreken tijd (dt) wordt
getransporteerd, bepaald door …
● elektrische potentiaal (E)
● weerstand (R) van het circuit
voorbeeld: waterafvoer
Parallel geschakeld RC-circuit
plasmamembraan
● elektrische capaciteit
● elektrische weerstand
⇒ plasmamembraan gedraagt zich als een parallel geschakeld RC-circuit
(
𝐸(𝑡) = 𝐸0 1 − 𝑒𝑥𝑝 − ( 𝑡
τ )) 𝑚𝑒𝑡 τ = 𝑅𝐶
voor elke gegeven elektrische stroom door het membraan, zal de transmembraanpotentiaal (E)
exponentieel vervallen in functie van de tijd met tijdconstante ‘tau’ (𝝉), bepaald door de weerstand en
capaciteit van het membraan
Standaard conventies
referentiepotentiaal = 0 mV extracellulair
transmembraanpotentiaal = Em = spanningsverschil over het plasmamembraan
negatieve potentiaal: Em < 0 mV
→ meer negatieve (of minder positieve) ladingen aan de intracellulaire zijde
positieve potentiaal: Em > 0 mV
→ meer positieve (of minder negatieve) ladingen aan de intracellulaire zijde
, depolarisatie = positieve trend van Em (↗) repolarisatie = negatieve trend van Em (↘)
hyperpolarisatie = repolarisatie onder de rustpotentiaal
Elektrochemische eigenschappen van de cel
Chemische concentratiegradiënt
● zonder membraan is er vrije diffusie van hoge naar lage concentratie
● energie om ionen met chemische gradiënt mee te drijven = Gibbs vrije energie (ΔG)
Gibbs vrije energie ∆𝐺 = 𝑅𝑇 · 𝑙𝑛 ( )
[𝑋]𝑢𝑖𝑡
[𝑋]𝑖𝑛
= de energie opgeslagen in een chemische
concentratiegradiënt die een specifiek ion X ertoe aanzet om van hoge naar lage
concentratie te diffunderen, wordt bepaald door…
● universele gasconstante (R)
● absolute temperatuur (T)
● de concentraties [X]uit en [ X]in
⇒ hoe groter de concentratiegradiënt, hoe groter de Gibbs vrije energie
Elektrische gradiënt
intern en extern milieu zijn electro-neutraal → evenveel ladingen aan beide zijden
1. ionen diffuseren over het membraan met chemische concentratiegradiënt mee
● IN: accumulatie van positieve ladingen, OUT: vermindering van positieve
ladingen
● IN: meer elektrische afstoting, OUT: meer elektrische aantrekkingskracht
2. de chemische concentratiegradiënt verkleint en diffusie wordt steeds moeilijker
3. evenwicht is bereikt: geen netto ladingstransport meer wanneer de
concentratiegradiënt van de buitenzijde gelijk is en tegengesteld aan elektrische gradiënt van de
binnenzijde
Gibbs vrije energie ∆𝐺 = 𝑧𝐹𝐸𝑥 = de elektrische energie die ladingen van de ene polariteit naar de
andere drijft (elektrische aantrekking) of weg van dezelfde polariteit (elektrische afstoting), wordt bepaald
door…
● equivalente lading van ion X (z)
● de constante van Faraday (F)
● diffusiepotentieel voor ion X (Ex) ~ ladingsverschil
Elektrochemisch evenwicht
transmembranaire ladingsverplaatsing is het gevolg van de elektrochemische gradiënt
● chemische gradiënt (concentratie)
Inleiding
● aantal omstaanders die reanimatie opstarten: 50%
● succesratio van reanimatie: 5-10%
● waarvan geen neurologisch meetbare schade: 30%
Formules
wet van Ohm
wet van Faraday
SI-eenheden
constanten
Afkortingen
Het plasmamembraan
● omgeeft alle eukaryote cellen
● fosfolipiden dubbellaag met functionele proteinen
○ perifeer
○ transmembranair
● scheidt het uitwendig milieu van het inwendig milieu
, Fosfolipiden
opbouw
● polair lipidenhoofd (fosfaatgroep)
● apolaire vetzuurstaart (2)
fosfolipiden dubbellaag in H2O
● polaire buitenkant
● apolaire binnenkant
membraanpermeabiliteit
● permeabel voor
○ hydrofobe moleculen
○ kleine polaire moleculen
● impermeabel voor
○ geladen moleculen
○ grote polaire moleculen
hoge energiebarrière
● scheidt oplossingen die geladen en polaire moleculen bevatten
→ intern en extern milieu
● homeostase van de celomgeving
Transmembranair transport
ondanks dat het plasmamembraan grotendeels impermeabel is voor geladen moleculen, vindt er
transmembranair transport van elektrische ladingen plaats
● diffusie (lek)
● passief transport = met concentratiegradiënt mee, geen
ATP-verbruik
○ ionkanalen
○ transporter/carrier
● actief transport = verbruikt ATP en bouwt concentratiegradiënt op
○ transporter/carrier
Elektrochemische eigenschappen van het plasmamembraan (exciteerbaarheid)
Elektrische capaciteit
plasmamembraan gedraagt zich als elektrische capaciteit = 2 geleidende platen, afgescheiden door een
niet-geleidende tussenstof
● 2 polaire buitenkanten
● apolaire binnenkant
𝑄 ε·ε0·𝐴
capaciteit 𝐶= 𝐸
= 𝑑
= hoeveelheid lading (Q) die op een eindige plaat
wordt geladen om een bepaald elektrisch potentiaal (E) te bereiken, bepaald door …
● diëlektrische constante van de polaire koppen (𝜺) en de apolaire staarten (𝜺0)
● oppervlakte (A) & dikte (d) van het membraan
⇒ wet van Faraday
Elektrische weerstand
,elektrische stroom door het plasmamembraan ondervindt elektrische weerstand
● grotendeels impermeabel voor ladingen
● hoge energiebarrière voor passief transport van ladingen
ladingstransport over een elektrische weerstand wordt beschreven door de wet van Ohm:
𝑑𝑄 𝐸
elektrische stroom 𝐼= 𝑑𝑡
= 𝑅
= de netto hoeveelheid ladingen (dQ) die per verstreken tijd (dt) wordt
getransporteerd, bepaald door …
● elektrische potentiaal (E)
● weerstand (R) van het circuit
voorbeeld: waterafvoer
Parallel geschakeld RC-circuit
plasmamembraan
● elektrische capaciteit
● elektrische weerstand
⇒ plasmamembraan gedraagt zich als een parallel geschakeld RC-circuit
(
𝐸(𝑡) = 𝐸0 1 − 𝑒𝑥𝑝 − ( 𝑡
τ )) 𝑚𝑒𝑡 τ = 𝑅𝐶
voor elke gegeven elektrische stroom door het membraan, zal de transmembraanpotentiaal (E)
exponentieel vervallen in functie van de tijd met tijdconstante ‘tau’ (𝝉), bepaald door de weerstand en
capaciteit van het membraan
Standaard conventies
referentiepotentiaal = 0 mV extracellulair
transmembraanpotentiaal = Em = spanningsverschil over het plasmamembraan
negatieve potentiaal: Em < 0 mV
→ meer negatieve (of minder positieve) ladingen aan de intracellulaire zijde
positieve potentiaal: Em > 0 mV
→ meer positieve (of minder negatieve) ladingen aan de intracellulaire zijde
, depolarisatie = positieve trend van Em (↗) repolarisatie = negatieve trend van Em (↘)
hyperpolarisatie = repolarisatie onder de rustpotentiaal
Elektrochemische eigenschappen van de cel
Chemische concentratiegradiënt
● zonder membraan is er vrije diffusie van hoge naar lage concentratie
● energie om ionen met chemische gradiënt mee te drijven = Gibbs vrije energie (ΔG)
Gibbs vrije energie ∆𝐺 = 𝑅𝑇 · 𝑙𝑛 ( )
[𝑋]𝑢𝑖𝑡
[𝑋]𝑖𝑛
= de energie opgeslagen in een chemische
concentratiegradiënt die een specifiek ion X ertoe aanzet om van hoge naar lage
concentratie te diffunderen, wordt bepaald door…
● universele gasconstante (R)
● absolute temperatuur (T)
● de concentraties [X]uit en [ X]in
⇒ hoe groter de concentratiegradiënt, hoe groter de Gibbs vrije energie
Elektrische gradiënt
intern en extern milieu zijn electro-neutraal → evenveel ladingen aan beide zijden
1. ionen diffuseren over het membraan met chemische concentratiegradiënt mee
● IN: accumulatie van positieve ladingen, OUT: vermindering van positieve
ladingen
● IN: meer elektrische afstoting, OUT: meer elektrische aantrekkingskracht
2. de chemische concentratiegradiënt verkleint en diffusie wordt steeds moeilijker
3. evenwicht is bereikt: geen netto ladingstransport meer wanneer de
concentratiegradiënt van de buitenzijde gelijk is en tegengesteld aan elektrische gradiënt van de
binnenzijde
Gibbs vrije energie ∆𝐺 = 𝑧𝐹𝐸𝑥 = de elektrische energie die ladingen van de ene polariteit naar de
andere drijft (elektrische aantrekking) of weg van dezelfde polariteit (elektrische afstoting), wordt bepaald
door…
● equivalente lading van ion X (z)
● de constante van Faraday (F)
● diffusiepotentieel voor ion X (Ex) ~ ladingsverschil
Elektrochemisch evenwicht
transmembranaire ladingsverplaatsing is het gevolg van de elektrochemische gradiënt
● chemische gradiënt (concentratie)
