Celfysiologie
Transmembranair transport
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling
ICF: alles binnen plasmamembraan
Interstitiele vloeistof: tss de cellen
Transcelullaire vloeistof: in bep
compartimenten (bv ventrikels id
hersenen)
Hct = fractie van het bloed dat
cellen zijn
- ECF: K > Na (en laag Ca)
- ICF: K < Na
=> gescheiden door plasmamembranen van cellen
- Bloedplasma: K < Na (vgl met ICF)
- Gelsloten compartimenten (TF): concentratie vaak vgl met ECF
- Osmolaliteit in ICF: 290 mOsm (som van hoeveelheid opgeloste stof)
- Grootste verschil in Ca concentratie
o Binnenzijde: nanoM
o Buitenzijde: miliM
Transmembranaire flux van ionen
Belangrijk dat ionen stromen over membranen
Bewegingsrichting van geladen deeltje is afh van 2 aspecten
- Concentratiegradiënt?
- Membraanpotentiaal → neg: cytosol heeft lagere potentiaal → Na
aangetrokken en Cl afgestoten door binnenzijde cel
Vm = spanning over membraan
Energetische beschouwingen bij de beweging van moleculen doorheen membranen
- ΔG verandering in vrije E
- ΔGc versch in concentratie over membraan
- ΔGm lading van deeltje (z) en spanning over membraan (FVm)
- ΔG < 0 reactie gaat spontaan
- ΔG > 0 omgekeerde reactie
- Δ = 0 reactie is in evenwicht
- XO concentratie buiten (vgl Nernst)
- Xi concentratie binnen (vgl Nernst)
Drijvende kracht voor ion X = Vm – Ex => bep door concentratie-gradiënt en door spanning over membraan
- V m – EX > 0 → Netto efflux van kationen
→ Netto influx van anionen Weten in welke richting een ion gaat stromen doorheen
een ionenkanaal
- V m – EX < 0 → Netto influx van kationen
→ Netto efflux van anionen Positieve drijvende kracht voor bv Cl: uitwaartse
- V m – EX = 0 → G =0 elektrische stroom voor Cl → Cl stroomt naar binnen (Cl is
→ Netto efflux noch influx (evenwicht bereikt) een anion)
1
,Enkele typische waarden
Positief voor K: K stroomt naar
buiten
En Cl stroomt naar buiten (neg
geladen)
Rest stroomt naar binnen
Transport van water en opgeloste stoffen
Concentratieverschillen kunnen enkel blijven bestaan als de membraan impermeabel is
Permeabiliteit van de fosfolipidendubbellaag
Wel elementen die gradiënten kunnen opbouwen: Na/K-ATPase pompen (en andere
ATPases = ATP-gedreven pompen)
- Gradienten gebruikt voor verplaatsingen van ionen en ontstaan van
elektrische signalen mogelijk te maken
- Gefaciliteerde diffusie: elementen in het membraan die het mog maakt om
ionen en andere apolaire stoffen van de ene kant naar de andere kant te
brengen
o Kanalen: schakelmechanisme
o Porie: geen schakelmechanisme
➔ buis doorheen membraan waardoor stoffen kunnen
getransporteerd worden aan hoge snelheid wanneer kleppen
open staan
o Uniporter: conformatieverandering
➔ Doorgeefluik: stof opgenomen langs ene kant → klep sluit en
opent langs andere kant door conformatie → stof vrij langs
andere kant (trager)
Gefaciliteerde disffusie
62000 ionen/ms
Transportsnelheid is zo groot dat
deze een elektrische stroom
genereert door kanalen (kan
gemeten worden)
Voorbeelden van pories
- Aquaporines: waterkanalen
- Perforines: niet-selectieve kanalen, gemaakt door toxische T-cellen, waardoor cellen leeglopen en afsterven
Ionenkanalen
Ionenkanalen meestal opgebouwd uit gelijkaardige structuren: meerdere
cilinders rond 1 centralen porie
Ion moet beschermd worden van binnenste van membraan → cilinder
beschermen ionen van vetzuurstaartjes (stoten ionen af)
Connexines
- Verbinden cellen met elkaar dmv gap junction channels
- Ionenkanalen die doorlopen van de ene cel naar de andere cel 2
- Belangrijk voor gekoppelde cellen waarmee elektrische stroom moet
worden doorgegeven tss cellen
, Uitwaartse elektrische stroom in
ene cel zorgt voor inwaartse
stroom in de parallele cel
“Voltage-gated cation” superfamily
- Groot en opgebouwd uit paar basis elementen → verder uitgegroeid door mutaties en duplicaties
met eigen eigenschappen (wel zelfde basisprincipes)
- Basisprincipe: 2 transmembranaire domeinen met daartussen een porieloop → 4 subeenheiden
→ tetrameer kanaal (porie gedeelte)
- Structuur met 4 transmembranaire domeinen (4e draagt positieve ladingen: zorgt dat domein kan
bewegen in de membraan oiv het elektrisch veld → pos: beweging naar buiten)
Basisstructuren aan elkaar gekoppeld
Epithelial Na+ channel (ENaC) = trimeer
Ligand-gated channels = trimeer
Chloride kanalen
- Anionkanalen
- CFTR Cl- kanaal: belangrijke rol in alle epitheelcellen → defect: mucoviscidose (huishouding van water is niet goed
geregeld)
Ca-release channels: aanwezig in IC membranen (Ca stroomt ui ER bij activatie) = tetrameren
Store-operated channels: kanalen in plasmamembranen die openen waar ER leegstroomt = hexameer
Transporters: Solute Carriers (SLCs) superfamilie
- Co-transporters: ΔG van de hele transportcyclus gebruiken om te weten in welke richting de moleculen
getransporteerd worden
- Antiporters (exchangers): transporters die meerdere moleculen tegelijk transporteren
- Uniporters
Ionen: drijvende kracht
Transporter: ΔG
Bicarbonaat (HCO3-) regelt pH van de cel door instroom of uitstroom (houdt zo de cel in leven)
3
, Agonist Chemische stof die de werking van een ionenkanaal, receptor, … stimuleert
EC50 Halfmaximaal effectieve concentratie → geeft 50% van maximaal effect
Uitgedrukt in concentratie-eenheden (mM, µM, nM, pM) → lager is krachtiger
Antagonist Chemische stof die de werking van een ionenkanaal, receptor, … inhibeert.
IC50 Halfmaximaal inhibitorische concentratie → veroorzaakt 50% inhibitie
Uitgedrukt in concentratie-eenheden (mM, µM, nM, pM) → lager is krachtiger
Dosis Hoeveelheid chemische stof toegediend aan organisme (proefdier, mens)
ED50 Halfmaximaal effectieve dosis → veroorzaakt 50% van het maximaal effect
Uitgedrukt in hoeveelheid per lichaamsgewicht (mg/kg, µg/kg) → lager is krachtiger
LD50 Lethale dosis waarbij 50% van de proefdieren sterft
(hoe snel van laag naar hoog, hoe hoger nH , hoe steiler curve)
Transepitheliaal transport
Natrium-homeostase in het lichaam - Zout via voeding (variabel): gem 120 mmol/ dag (±6-7g)
- Grootste deel geabsorbeerd via darm naar bloed, rest in feaces
- Initieel in ECF
- Deel door nieren geëxcreteerd en via urine lichaam verlaten, rest
wordt uitgezweet
Homeostase: evenwicht tss absorptie (opname via darm) en
reabsorptie (via nieren: uit tubulus en terug naar bloed)
- ECF (17L): [Na+] = 145 mmol/L
- ICF (25L): [Na+] = 15 mmol/L
Normo/hypo/hypernatremia
- Normo: evenwicht (135-145 mM)
- Hypo: water verplaatst zich binnen de cellen → zwellen
- Hyper: water verplaatst zich buiten de cellen → krimpen (processen
lopen fout)
[Na+]serum > 180mM
o Krimpen hersencellen
o Verwarring
o Spasmes
o Coma
o Vaak dodelijk
Algemene structuur van epithelia
- Apicale zijde naar vloeistof: plaats waar stoffen voor eerst naar binnen moeten stromen
- Max opname door microvili: vergroten opp → meer absorptie
- Typisch kubusvormig die verbonden zijn met elkaar
- Lateraal: zijkant → in contact met bloedbaan
4
Transmembranair transport
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling
ICF: alles binnen plasmamembraan
Interstitiele vloeistof: tss de cellen
Transcelullaire vloeistof: in bep
compartimenten (bv ventrikels id
hersenen)
Hct = fractie van het bloed dat
cellen zijn
- ECF: K > Na (en laag Ca)
- ICF: K < Na
=> gescheiden door plasmamembranen van cellen
- Bloedplasma: K < Na (vgl met ICF)
- Gelsloten compartimenten (TF): concentratie vaak vgl met ECF
- Osmolaliteit in ICF: 290 mOsm (som van hoeveelheid opgeloste stof)
- Grootste verschil in Ca concentratie
o Binnenzijde: nanoM
o Buitenzijde: miliM
Transmembranaire flux van ionen
Belangrijk dat ionen stromen over membranen
Bewegingsrichting van geladen deeltje is afh van 2 aspecten
- Concentratiegradiënt?
- Membraanpotentiaal → neg: cytosol heeft lagere potentiaal → Na
aangetrokken en Cl afgestoten door binnenzijde cel
Vm = spanning over membraan
Energetische beschouwingen bij de beweging van moleculen doorheen membranen
- ΔG verandering in vrije E
- ΔGc versch in concentratie over membraan
- ΔGm lading van deeltje (z) en spanning over membraan (FVm)
- ΔG < 0 reactie gaat spontaan
- ΔG > 0 omgekeerde reactie
- Δ = 0 reactie is in evenwicht
- XO concentratie buiten (vgl Nernst)
- Xi concentratie binnen (vgl Nernst)
Drijvende kracht voor ion X = Vm – Ex => bep door concentratie-gradiënt en door spanning over membraan
- V m – EX > 0 → Netto efflux van kationen
→ Netto influx van anionen Weten in welke richting een ion gaat stromen doorheen
een ionenkanaal
- V m – EX < 0 → Netto influx van kationen
→ Netto efflux van anionen Positieve drijvende kracht voor bv Cl: uitwaartse
- V m – EX = 0 → G =0 elektrische stroom voor Cl → Cl stroomt naar binnen (Cl is
→ Netto efflux noch influx (evenwicht bereikt) een anion)
1
,Enkele typische waarden
Positief voor K: K stroomt naar
buiten
En Cl stroomt naar buiten (neg
geladen)
Rest stroomt naar binnen
Transport van water en opgeloste stoffen
Concentratieverschillen kunnen enkel blijven bestaan als de membraan impermeabel is
Permeabiliteit van de fosfolipidendubbellaag
Wel elementen die gradiënten kunnen opbouwen: Na/K-ATPase pompen (en andere
ATPases = ATP-gedreven pompen)
- Gradienten gebruikt voor verplaatsingen van ionen en ontstaan van
elektrische signalen mogelijk te maken
- Gefaciliteerde diffusie: elementen in het membraan die het mog maakt om
ionen en andere apolaire stoffen van de ene kant naar de andere kant te
brengen
o Kanalen: schakelmechanisme
o Porie: geen schakelmechanisme
➔ buis doorheen membraan waardoor stoffen kunnen
getransporteerd worden aan hoge snelheid wanneer kleppen
open staan
o Uniporter: conformatieverandering
➔ Doorgeefluik: stof opgenomen langs ene kant → klep sluit en
opent langs andere kant door conformatie → stof vrij langs
andere kant (trager)
Gefaciliteerde disffusie
62000 ionen/ms
Transportsnelheid is zo groot dat
deze een elektrische stroom
genereert door kanalen (kan
gemeten worden)
Voorbeelden van pories
- Aquaporines: waterkanalen
- Perforines: niet-selectieve kanalen, gemaakt door toxische T-cellen, waardoor cellen leeglopen en afsterven
Ionenkanalen
Ionenkanalen meestal opgebouwd uit gelijkaardige structuren: meerdere
cilinders rond 1 centralen porie
Ion moet beschermd worden van binnenste van membraan → cilinder
beschermen ionen van vetzuurstaartjes (stoten ionen af)
Connexines
- Verbinden cellen met elkaar dmv gap junction channels
- Ionenkanalen die doorlopen van de ene cel naar de andere cel 2
- Belangrijk voor gekoppelde cellen waarmee elektrische stroom moet
worden doorgegeven tss cellen
, Uitwaartse elektrische stroom in
ene cel zorgt voor inwaartse
stroom in de parallele cel
“Voltage-gated cation” superfamily
- Groot en opgebouwd uit paar basis elementen → verder uitgegroeid door mutaties en duplicaties
met eigen eigenschappen (wel zelfde basisprincipes)
- Basisprincipe: 2 transmembranaire domeinen met daartussen een porieloop → 4 subeenheiden
→ tetrameer kanaal (porie gedeelte)
- Structuur met 4 transmembranaire domeinen (4e draagt positieve ladingen: zorgt dat domein kan
bewegen in de membraan oiv het elektrisch veld → pos: beweging naar buiten)
Basisstructuren aan elkaar gekoppeld
Epithelial Na+ channel (ENaC) = trimeer
Ligand-gated channels = trimeer
Chloride kanalen
- Anionkanalen
- CFTR Cl- kanaal: belangrijke rol in alle epitheelcellen → defect: mucoviscidose (huishouding van water is niet goed
geregeld)
Ca-release channels: aanwezig in IC membranen (Ca stroomt ui ER bij activatie) = tetrameren
Store-operated channels: kanalen in plasmamembranen die openen waar ER leegstroomt = hexameer
Transporters: Solute Carriers (SLCs) superfamilie
- Co-transporters: ΔG van de hele transportcyclus gebruiken om te weten in welke richting de moleculen
getransporteerd worden
- Antiporters (exchangers): transporters die meerdere moleculen tegelijk transporteren
- Uniporters
Ionen: drijvende kracht
Transporter: ΔG
Bicarbonaat (HCO3-) regelt pH van de cel door instroom of uitstroom (houdt zo de cel in leven)
3
, Agonist Chemische stof die de werking van een ionenkanaal, receptor, … stimuleert
EC50 Halfmaximaal effectieve concentratie → geeft 50% van maximaal effect
Uitgedrukt in concentratie-eenheden (mM, µM, nM, pM) → lager is krachtiger
Antagonist Chemische stof die de werking van een ionenkanaal, receptor, … inhibeert.
IC50 Halfmaximaal inhibitorische concentratie → veroorzaakt 50% inhibitie
Uitgedrukt in concentratie-eenheden (mM, µM, nM, pM) → lager is krachtiger
Dosis Hoeveelheid chemische stof toegediend aan organisme (proefdier, mens)
ED50 Halfmaximaal effectieve dosis → veroorzaakt 50% van het maximaal effect
Uitgedrukt in hoeveelheid per lichaamsgewicht (mg/kg, µg/kg) → lager is krachtiger
LD50 Lethale dosis waarbij 50% van de proefdieren sterft
(hoe snel van laag naar hoog, hoe hoger nH , hoe steiler curve)
Transepitheliaal transport
Natrium-homeostase in het lichaam - Zout via voeding (variabel): gem 120 mmol/ dag (±6-7g)
- Grootste deel geabsorbeerd via darm naar bloed, rest in feaces
- Initieel in ECF
- Deel door nieren geëxcreteerd en via urine lichaam verlaten, rest
wordt uitgezweet
Homeostase: evenwicht tss absorptie (opname via darm) en
reabsorptie (via nieren: uit tubulus en terug naar bloed)
- ECF (17L): [Na+] = 145 mmol/L
- ICF (25L): [Na+] = 15 mmol/L
Normo/hypo/hypernatremia
- Normo: evenwicht (135-145 mM)
- Hypo: water verplaatst zich binnen de cellen → zwellen
- Hyper: water verplaatst zich buiten de cellen → krimpen (processen
lopen fout)
[Na+]serum > 180mM
o Krimpen hersencellen
o Verwarring
o Spasmes
o Coma
o Vaak dodelijk
Algemene structuur van epithelia
- Apicale zijde naar vloeistof: plaats waar stoffen voor eerst naar binnen moeten stromen
- Max opname door microvili: vergroten opp → meer absorptie
- Typisch kubusvormig die verbonden zijn met elkaar
- Lateraal: zijkant → in contact met bloedbaan
4
