Hoofdstuk 1: Transport
1. Water – ionen – membranen – kanalen – transporters
Water in lichaam:
- Vrouw: 50% lichaamsgewicht uit water (35l) 21 l intracellulair + 14 l extracellulair
- Man: 60% lichaamsgewicht uit water (42l) 25 l intracellulair + 17 extracellulair
- Intracellulaire vloeistof: 60%
- Extracellulaire vloeistof: 40% 75% ervan is interstitieel vocht (tussen cellen in)
- Vloeistof in bloed: 3 l plasma en 1 l transcellulaire vloeistof (bv. cerebrospinaal)
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling:
- Compartimenten van elkaar gescheiden door membraan of een laag cellen
- Intracellulaire vloeistof heeft hogere [K+] dan [Na+] bv. K+ 120 mM en Na+ 15 mM
- Bloedplasma heeft hogere [Na+] dan [K+] bv. K+ 4,4 mM en Na+ 142 mM
- Volgorde: intracellulair interstitieel bloedplasma of transcellulair (variabel)
Osmolariteit: maat voor hoeveelheid opgeloste stof, verschillen tussen de compartimenten
zorgt dat water zich gaat verplaatsen deel cellulaire homeostase
Transmembranaire flux van ionen:
- Verschillende richtingen waarin ionen kunnen stromen netto effect is de ‘flux’
- Vm: membraanpotentiaal is verschil in potentiaal van extracellulair en intracellulair
bepaalt mee in welke richting ionen getransporteerd kunnen worden
- ΔG: verandering in vrije E, die kunnen we berekenen
- ΔG < 0: graag van buiten naar binnen (en omgekeerd)
- ΔG = 0: reactie in evenwicht over membraan
- Positief geladen deeltje wordt aangetrokken door een negatieve potentiaal
Evenwichtspotentiaal voor ionen:
- EX bepalen op basis van ΔG, maar kan je ook berekenen via de Nernst vergelijking
- Drijvende kracht: verschil tussen Vm en Ex van dat ion X = Vm – EX
- Drijvende kracht > 0: stroom is positief, dus efflux van kationen en influx van anionen
- Drijvende kracht < 0: influx van kationen en efflux van anionen
- Drijvende kracht = 0: flux valt stil, evenwicht
Weinig stoffen kunnen zonder verdere hulp door membranen, bv. gassen
Alle polaire stoffen en ionen kunnen dat niet en hebben hulp nodig gradiënten
Opbouw van gradiënten – ATP gedreven pompen (ATPases):
- Er wordt continu E gebruikt om de gradiënt van Na en K in stand te houden, door
ATPases
- ATP wordt gehydrolyseerd tot ADP 3 Na+ van binnen naar buiten en 2 K+ van
buiten naar binnen beiden worden tegen hun richting gepompd (primair actief
transport)
1
,Gefaciliteerde diffusie:
- Kanalen: kunnen open en dicht gaan, schakelmechanisme hoge turn-over
- Poriën: geen schakelmechanisme, gaat niet open of dicht hoge turn-over
- Bij beide waterige verbinding tussen binnen en buiten kant
- Uniporters/carriers: conformatieverandering: binding molecule aan ene kant,
conformatieverandering, en dan afgifte aan andere kant lage turn-over
door conformatieverandering
Poriën:
- Buisvormige structuren doorheen membranen zonder schakelmechanismen
- Bv. Aquaporines: waterkanalen, hoe meer porines, hoe meer waterdoorlaatbaar
- Bv. Perforines: perforeren membranen, bv. cytotoxische T-cellen zetten perforines
vrij om de cel lek te schieten zodat de cel sterft
Ionenkanalen: meer dan 300 verschillende genen
- Symmetrie: centrale porie omringd door gelijkaardige substructuren
bv. tetrameren/pentameren/hexameren
- Connexines: - Familie van ionenkanalen
- 1 connexine heeft 4 transmembranaire domeinen
- Hexameer: 6 gelijkaardige subeenheden vormen structuur door
membraan
- Belangrijk voor elektrische koppeling tussen cellen
connexonen kunnen aan elkaar koppelen zodat je cytosol van ene
verbonden wordt aan cytosol van andere cel je krijgt GAP junctions
belangrijk voor geleiding van elektrische signalen en communicatie, bv.
in hartspier - Openen en sluiten van GAP junctions is te zien in beide cellen
spiegelbeeld stroom in beide cellen
- Voltage-gated cation superfamily (spanningsgeschakeld)
- In de familie heb je eiwitten die opgebouwd zijn uit 2 oerelementen
- 1e element: 2 transmembranaire domeinen en ertussen een
porieloop 4 van die subeenheden vormt
een K-selectief kanaal - 4 transmembranaire domeinen
e
met positieve lading op 4 in bacteriën als fosfatase en in
protonenkanalen bij zoogdiercellen de structuur kan
reageren op veranderingen in membraanpotentiaal en beweegt op of
neer - Bv. K2P kanalen: 2 keer poriedomein zonder spanningssensor omdat je
toch 4 eenheden hebt om kanaal te vormen
+
- ENaC: Na selectief kanaal (niet spanningsgeschakeld) en komt voor in darmepitheel
- Ligand geschakelde kanalen: bv. purinerge receptoren, glutamaat receptoren (tetra)
openen door binding van een ligand (bv. ATP, glutamaat)
- Chloride kanalen: bv. CFTR kanaal (defect bij muco, rol bij epitheliaal transport)
- Calcium kanalen: bv. IP3 receptor en ryanodine receptor Ca2+ vrij in lumen van ER
2
, - Store-operated kanaal: open als [Ca2+] in ER daalt (hexameer Ca2+ kanaal)
Transporters:
- SLC Solute Carriers superfamilie: heleboel verwante eiwitten
- Uniporters: 1 molecule per keer en in dezelfde richting
- Co-transporters: Na/glucose co-transporters kan glucose transporteren als er Na is
essentiële rol in glucose opname in de darm
- Antiporters: transport van 2 moleculen in tegengestelde richting (uitwisselaars)
- Richting van transport achterhalen bij transporters: via ΔG
- Waarde < 0: richting zoals op de figuur (en omgekeerd) = 0: no transport
Agonist: chemische stof die de werking van een ionkanaal/receptor stimuleert EC50: hoe
lager die is, hoe sterker de stof is (want dan krijg je al sneller het resultaat van EC50)
EC50 = halfmaximaal effectieve concentratie
Antagonist: chemische stof die de werking van een ionkanaal/receptor inhibeert IC50:
hoe lager, hoe krachtiger (halfmaximaal inhibitorische concentratie)
Dosis: hoeveelheid chemische stof toegediend aan organisme
ED50: hoe lager, hoe krachtiger (halfmaximaal effectieve dosis)
Grafiek: inhibitor toedienen bij steeds hogere concentraties IC bepalen
Hoofdstuk 2: Homeostase
1. pH-homeostase
pH: negatieve logaritme van de c van H+ ionen/protonen pH = -log H+
pOH + pH = 14
pH bloed: strikt geregeld
- Normaal: tussen 7,35 en 7,45
- Lager: acidose, zuurder dan normaal
- Hoger: alkalose, meer basisch dan normaal
- < 7 of > 7,8: dodelijk homeostase dus zeer belangrijk
- EH = -12 mV (drijvende kracht van protonen zal vaak negatief zijn p+ naar binnen)
pH-regulatie in vivo:
- Experiment: zeer veel zuur geïnjecteerd in honden pH daalde van 7,44 naar 7,14
de protonenconcentratie is dus gestegen van 36 nM naar 72 nM
(terwijl je er 140 000 000 nM hebt binnengebracht)
grote hoop verdwijnt of wordt weggebufferd
- Bij zwakke zuren/basen: evenwicht in water evenwicht beschrijven via K (↔)
- Bij sterke zuren/basen: volledige dissociatie in water, bv. HCl Cl- + H+
3
, [ H ] [Bn ] [B n]
- K= (n+1) pH = pK + log (n+1)
[H B ] [H B ]
Belang pH-homeostase:
- Veel bouwstenen, bv. eiwitten hebben groepen die andere lading aannemen
naargelang de pH dan nemen ze ook andere functies aan processen werken
niet meer optimaal
[ base ]
- Verhouding = 10pH-pK
[ zuur ]
- Lading op enzymen kan veranderen, wat maakt dat ze bv. enkel actief worden in
bepaalde milieus
- Effect op eiwitstabiliteit, enzymatische activiteit en eiwit-eiwit interacties
Fysiologische effecten: voorbeelden
- Afhankelijk van pH zal de hoeveelheid zuurstofbinding aan hemoglobine verschillen
bij lagere pH zal er minder zuurstof binden en zal die beter afgegeven worden
- ASICs: ionenkanalen die voorkomen in sensorische zenuwen, geactiveerd door
dalende pH inwaartse stroom door pH daling en activatie van kanaal
(Acid Sensing Ion Channels)
pH van cytosol en organellen:
- Nucleus = pH 7,2 Golgi = pH 6,7 Endosoom = pH 6,3 Lysosoom = pH 4,7
- LDL receptor: receptor van cholesterol bindt slechte cholesterol en neemt die
mee in endocytose om in lysosomen te geraken conformatie
verandert door lage pH contact met LDL verdwijnt en LDL kan dan
afgebroken worden in lysosoom door actieve enzymen bij zure pH
pH-buffers:
- pH-buffer = combo van zwak zuur en geconjugeerde base
- Totale bufferconcentratie: [TB] = [HB(n+1)] + [B(n)]
- Kan dramatische veranderingen in pH bijna volledig wegbufferen
- Buffercapaciteit β: verhouding tussen de hoeveelheid toegevoegd sterk zuur/sterke
d [sterke base of zuur ]
base en de pH verandering β =
dpH
Bloed: β = 80 mM/pH-eenheid
Hoe hoger β, hoe stabieler de pH en hoe minder zuur en base invloed
hebben op de pH
- Buffercapaciteit neemt toe als ook aantal buffer toeneemt β is hoogst als pH = pK
De belangrijkste fysiologische buffer: CO2 ↔ HCO3- (bicarbonaat)
pH regulatie: longen en nieren
- Longen: krijgt bloed van organen met weinig O2 en veel CO2 dat bloed passeert
langs de longblaasjes en CO2 wordt afgegeven minder CO2 en dus meer O2
4
1. Water – ionen – membranen – kanalen – transporters
Water in lichaam:
- Vrouw: 50% lichaamsgewicht uit water (35l) 21 l intracellulair + 14 l extracellulair
- Man: 60% lichaamsgewicht uit water (42l) 25 l intracellulair + 17 extracellulair
- Intracellulaire vloeistof: 60%
- Extracellulaire vloeistof: 40% 75% ervan is interstitieel vocht (tussen cellen in)
- Vloeistof in bloed: 3 l plasma en 1 l transcellulaire vloeistof (bv. cerebrospinaal)
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling:
- Compartimenten van elkaar gescheiden door membraan of een laag cellen
- Intracellulaire vloeistof heeft hogere [K+] dan [Na+] bv. K+ 120 mM en Na+ 15 mM
- Bloedplasma heeft hogere [Na+] dan [K+] bv. K+ 4,4 mM en Na+ 142 mM
- Volgorde: intracellulair interstitieel bloedplasma of transcellulair (variabel)
Osmolariteit: maat voor hoeveelheid opgeloste stof, verschillen tussen de compartimenten
zorgt dat water zich gaat verplaatsen deel cellulaire homeostase
Transmembranaire flux van ionen:
- Verschillende richtingen waarin ionen kunnen stromen netto effect is de ‘flux’
- Vm: membraanpotentiaal is verschil in potentiaal van extracellulair en intracellulair
bepaalt mee in welke richting ionen getransporteerd kunnen worden
- ΔG: verandering in vrije E, die kunnen we berekenen
- ΔG < 0: graag van buiten naar binnen (en omgekeerd)
- ΔG = 0: reactie in evenwicht over membraan
- Positief geladen deeltje wordt aangetrokken door een negatieve potentiaal
Evenwichtspotentiaal voor ionen:
- EX bepalen op basis van ΔG, maar kan je ook berekenen via de Nernst vergelijking
- Drijvende kracht: verschil tussen Vm en Ex van dat ion X = Vm – EX
- Drijvende kracht > 0: stroom is positief, dus efflux van kationen en influx van anionen
- Drijvende kracht < 0: influx van kationen en efflux van anionen
- Drijvende kracht = 0: flux valt stil, evenwicht
Weinig stoffen kunnen zonder verdere hulp door membranen, bv. gassen
Alle polaire stoffen en ionen kunnen dat niet en hebben hulp nodig gradiënten
Opbouw van gradiënten – ATP gedreven pompen (ATPases):
- Er wordt continu E gebruikt om de gradiënt van Na en K in stand te houden, door
ATPases
- ATP wordt gehydrolyseerd tot ADP 3 Na+ van binnen naar buiten en 2 K+ van
buiten naar binnen beiden worden tegen hun richting gepompd (primair actief
transport)
1
,Gefaciliteerde diffusie:
- Kanalen: kunnen open en dicht gaan, schakelmechanisme hoge turn-over
- Poriën: geen schakelmechanisme, gaat niet open of dicht hoge turn-over
- Bij beide waterige verbinding tussen binnen en buiten kant
- Uniporters/carriers: conformatieverandering: binding molecule aan ene kant,
conformatieverandering, en dan afgifte aan andere kant lage turn-over
door conformatieverandering
Poriën:
- Buisvormige structuren doorheen membranen zonder schakelmechanismen
- Bv. Aquaporines: waterkanalen, hoe meer porines, hoe meer waterdoorlaatbaar
- Bv. Perforines: perforeren membranen, bv. cytotoxische T-cellen zetten perforines
vrij om de cel lek te schieten zodat de cel sterft
Ionenkanalen: meer dan 300 verschillende genen
- Symmetrie: centrale porie omringd door gelijkaardige substructuren
bv. tetrameren/pentameren/hexameren
- Connexines: - Familie van ionenkanalen
- 1 connexine heeft 4 transmembranaire domeinen
- Hexameer: 6 gelijkaardige subeenheden vormen structuur door
membraan
- Belangrijk voor elektrische koppeling tussen cellen
connexonen kunnen aan elkaar koppelen zodat je cytosol van ene
verbonden wordt aan cytosol van andere cel je krijgt GAP junctions
belangrijk voor geleiding van elektrische signalen en communicatie, bv.
in hartspier - Openen en sluiten van GAP junctions is te zien in beide cellen
spiegelbeeld stroom in beide cellen
- Voltage-gated cation superfamily (spanningsgeschakeld)
- In de familie heb je eiwitten die opgebouwd zijn uit 2 oerelementen
- 1e element: 2 transmembranaire domeinen en ertussen een
porieloop 4 van die subeenheden vormt
een K-selectief kanaal - 4 transmembranaire domeinen
e
met positieve lading op 4 in bacteriën als fosfatase en in
protonenkanalen bij zoogdiercellen de structuur kan
reageren op veranderingen in membraanpotentiaal en beweegt op of
neer - Bv. K2P kanalen: 2 keer poriedomein zonder spanningssensor omdat je
toch 4 eenheden hebt om kanaal te vormen
+
- ENaC: Na selectief kanaal (niet spanningsgeschakeld) en komt voor in darmepitheel
- Ligand geschakelde kanalen: bv. purinerge receptoren, glutamaat receptoren (tetra)
openen door binding van een ligand (bv. ATP, glutamaat)
- Chloride kanalen: bv. CFTR kanaal (defect bij muco, rol bij epitheliaal transport)
- Calcium kanalen: bv. IP3 receptor en ryanodine receptor Ca2+ vrij in lumen van ER
2
, - Store-operated kanaal: open als [Ca2+] in ER daalt (hexameer Ca2+ kanaal)
Transporters:
- SLC Solute Carriers superfamilie: heleboel verwante eiwitten
- Uniporters: 1 molecule per keer en in dezelfde richting
- Co-transporters: Na/glucose co-transporters kan glucose transporteren als er Na is
essentiële rol in glucose opname in de darm
- Antiporters: transport van 2 moleculen in tegengestelde richting (uitwisselaars)
- Richting van transport achterhalen bij transporters: via ΔG
- Waarde < 0: richting zoals op de figuur (en omgekeerd) = 0: no transport
Agonist: chemische stof die de werking van een ionkanaal/receptor stimuleert EC50: hoe
lager die is, hoe sterker de stof is (want dan krijg je al sneller het resultaat van EC50)
EC50 = halfmaximaal effectieve concentratie
Antagonist: chemische stof die de werking van een ionkanaal/receptor inhibeert IC50:
hoe lager, hoe krachtiger (halfmaximaal inhibitorische concentratie)
Dosis: hoeveelheid chemische stof toegediend aan organisme
ED50: hoe lager, hoe krachtiger (halfmaximaal effectieve dosis)
Grafiek: inhibitor toedienen bij steeds hogere concentraties IC bepalen
Hoofdstuk 2: Homeostase
1. pH-homeostase
pH: negatieve logaritme van de c van H+ ionen/protonen pH = -log H+
pOH + pH = 14
pH bloed: strikt geregeld
- Normaal: tussen 7,35 en 7,45
- Lager: acidose, zuurder dan normaal
- Hoger: alkalose, meer basisch dan normaal
- < 7 of > 7,8: dodelijk homeostase dus zeer belangrijk
- EH = -12 mV (drijvende kracht van protonen zal vaak negatief zijn p+ naar binnen)
pH-regulatie in vivo:
- Experiment: zeer veel zuur geïnjecteerd in honden pH daalde van 7,44 naar 7,14
de protonenconcentratie is dus gestegen van 36 nM naar 72 nM
(terwijl je er 140 000 000 nM hebt binnengebracht)
grote hoop verdwijnt of wordt weggebufferd
- Bij zwakke zuren/basen: evenwicht in water evenwicht beschrijven via K (↔)
- Bij sterke zuren/basen: volledige dissociatie in water, bv. HCl Cl- + H+
3
, [ H ] [Bn ] [B n]
- K= (n+1) pH = pK + log (n+1)
[H B ] [H B ]
Belang pH-homeostase:
- Veel bouwstenen, bv. eiwitten hebben groepen die andere lading aannemen
naargelang de pH dan nemen ze ook andere functies aan processen werken
niet meer optimaal
[ base ]
- Verhouding = 10pH-pK
[ zuur ]
- Lading op enzymen kan veranderen, wat maakt dat ze bv. enkel actief worden in
bepaalde milieus
- Effect op eiwitstabiliteit, enzymatische activiteit en eiwit-eiwit interacties
Fysiologische effecten: voorbeelden
- Afhankelijk van pH zal de hoeveelheid zuurstofbinding aan hemoglobine verschillen
bij lagere pH zal er minder zuurstof binden en zal die beter afgegeven worden
- ASICs: ionenkanalen die voorkomen in sensorische zenuwen, geactiveerd door
dalende pH inwaartse stroom door pH daling en activatie van kanaal
(Acid Sensing Ion Channels)
pH van cytosol en organellen:
- Nucleus = pH 7,2 Golgi = pH 6,7 Endosoom = pH 6,3 Lysosoom = pH 4,7
- LDL receptor: receptor van cholesterol bindt slechte cholesterol en neemt die
mee in endocytose om in lysosomen te geraken conformatie
verandert door lage pH contact met LDL verdwijnt en LDL kan dan
afgebroken worden in lysosoom door actieve enzymen bij zure pH
pH-buffers:
- pH-buffer = combo van zwak zuur en geconjugeerde base
- Totale bufferconcentratie: [TB] = [HB(n+1)] + [B(n)]
- Kan dramatische veranderingen in pH bijna volledig wegbufferen
- Buffercapaciteit β: verhouding tussen de hoeveelheid toegevoegd sterk zuur/sterke
d [sterke base of zuur ]
base en de pH verandering β =
dpH
Bloed: β = 80 mM/pH-eenheid
Hoe hoger β, hoe stabieler de pH en hoe minder zuur en base invloed
hebben op de pH
- Buffercapaciteit neemt toe als ook aantal buffer toeneemt β is hoogst als pH = pK
De belangrijkste fysiologische buffer: CO2 ↔ HCO3- (bicarbonaat)
pH regulatie: longen en nieren
- Longen: krijgt bloed van organen met weinig O2 en veel CO2 dat bloed passeert
langs de longblaasjes en CO2 wordt afgegeven minder CO2 en dus meer O2
4
