Signaaltransductie
Binnen het zenuwstelsel vind continu overdracht van signalen plaats; van de ene zenuwcel naar de andere zenuwcel,
binnen zenuwcellen, van je motorische zenuwcellen naar je spieren toe, et cetera. Al die signalen binnen je
zenuwstelsel worden doorgegeven binnen die cellen, binnen die neuronen.
Hoe gaat dat nou precies in zijn werk? Hiervoor moeten we gaan kijken naar de signaaltransductie. Signaaltransductie
is het proces waarbij cellen informatie van hun omgeving ontvangen en omzetten in een reactie. Kortom, het doorgeven
van signalen binnen een cel.
Voordat we gaan kijken naar de stappen van signaaltransductie, gaan we eerst inzoomen op het celmembraan. Het
celmembraan is een vlies (dunne, flexibele structuur) die de buitenkant van een cel omringt. Het celmembraan bestaat
uit een dubbele laag fosfolipiden met een hydrofiele (water liefhebbende, buitenkant) kop en een hydrofobe (water
vrezende, binnenkant) staart.
ion = molecuul of atoom
(geladen deeltje)
Een celmembraan is in principe niet doorlaatbaar, behalve op plekken waar een channel (= ion kanaal) is ingebouwd.
Naast het iongkanaal heb je ook gated channel (= poorten) die een selectief ingangsbewijs hebben en de pump (=
pomp).
Dit zijn drie categorieën membraameiwitten die helpen bij het transport van stoffen door het membraan. Deze worden
later verder toegelicht.
Het celmembraan speelt een belangrijke rol bij de signaaltransductie in de cel, omdat het fungeert als een barrière
tussen de binnenkant van de cel en de buitenwereld, en laat selectief bepaalde stoffen (moleculen) in en uit de cel.
Signaaltransductie bestaat uit 6 stappen:
1. Rustpotentiaal
2. Graded potentials (dendrieten)
3. Actiepotentiaal (axon)
4. Zenuwgeleiding
5. Release neurotransmitter
6. Activatie van receptoren
Alles draait uiteindelijk om de concentraties van geladen deeltjes die zich aan de binnen- of buitenkant van een neuron
zich bevinden. De deeltjes verplaatsen zich naar binnen of naar buiten. Op deze geladen deeltjes werken verschillende
krachten:
- Concentratie gradiënt = het verschil in concentratie van een bepaalde stof aan weerszijden van een
membraan, zoals het celmembraan. Moleculen bewegen van nature van gebieden met een hoge concentratie
naar gebieden met een lage concentratie, wat wordt aangedreven door de concentratiegradiënt. Dit proces
wordt diffusie genoemd en het resultaat is dat de concentratie van de stof zich uiteindelijk gelijkmatig
verspreidt in de beschikbare ruimte.
- Voltage gradiënt = het verschil in lading aan weerszijden van het celmembraan van een cel. Dit verschil in
lading wordt veroorzaakt door de actieve pompen en ionenkanalen in het celmembraan, die ervoor zorgen dat
er verschillende concentraties van positief en negatief geladen ionen aanwezig zijn aan weerszijden van het
membraan.
- Membraanstructuur = de wijze waarop een membraan is opgebouwd. Er zijn verschillende
doorlaatbaarheden. De compositie van het membraan kan ervoor zorgen dat sommige stoffen niet naar
binnen kunnen. Daarnaast zorgen de hydrofobe staarten voor waterdichtheid.
, Rustpotentiaal = de elektrische lading aan de binnenkant van het celmembraan is negatief geladen (-70 mV) ten
opzichte van de buitenkant, wat wordt veroorzaakt door de actieve pompen die aanwezig zijn in het celmembraan en
door de selectieve toelaatbaarheid van het celmembraan voor verschillende ionen. In de binnenkant zitten negatief
geladen eiwitmoleculen (A-). Deze eiwitmoleculen blijven in het celmembraan en gaan niet naar buiten. De lading is
stabiel, maar de membraan bezit energie om in actie te komen.
Kalium en Natrium spelen ook belangrijke rol. In rust zit:
• het Kalium (K+) ion voornamelijk in de cel; kalium is positief geladen en
wil graag naar binnen vanwege de voltage gradiënt. Ze mogen door de
kaliumpoort, totdat de concentratie gradiënt ‘stop’ zegt. Dan gaan er ook
weer deeltjes naar buiten.
• het Natrium (N+) ion voornamelijk buiten de cel; natrium is positief
geladen en wil ook graag naar binnen door de natriumpoort vanwege de
voltage gradiënt, maar dit gaat moeilijker. Om ervoor te zorgen dat er wel
voornamelijk natrium aan de buitenkant en kalium aan de binnenkant zit,
zit er ook op het membraan van je axonen en je dendrieten een
natrium-kaliumpomp. Deze pomp kan natrium en kalium
uitwisselen. Hij pompt steeds 3 natrium ionen uit de cel en 2 kalium
ionen in de cel. Dus, de natrium-kaliumpomp stabiliseert de
membraanpotentiaal (een elektrische spanning of verschil in lading
over het membraan van een cel). In dit geval dus de buitenkant
positiever geladen dan de binnenkant.
Door die verhouding van natrium en kalium, is de buitenkant van de cel net wat
positiever geladen dan de binnenkant van de cel.
Het verschil in lading zorgt dus voor het membraanpotentiaal, dat is -70 V.
Naast Natrium en Kalium heb je ook nog Chloride (Cl-). Hij is negatief geladen en heeft
niet de behoefte om naar binnen te gaan. Door de concentratie gradiënt gebeurt dit wel
af en toe.
Er zit in dit hele systeem veel potentiële energie. Wanneer er iets veranderd in de
doorlaatbaarheden voor 1 of meerdere ionen, dan komt er een hele grote stroom van
ionen opgang. Er gaan dus allerlei stromen opgang komen als je, bij wijze van, alle
sluizen opengooit. Stel dat alle poorten
opengaan voor Kalium, dan gaat de concentratie gradiënt kracht veel harder
aan die Kalium trekken, zodat hij weer naar buiten gaat.
..En dan toch, de sluizen worden opgegooid...
Graded potentials = zijn kleine stijgingen of dalingen in het membraan van een
axon. Er komt verandering in de doorlaatbaarheid. Het ontstaat wanneer door
bewegingen van ionen veranderingen in de lading van het membraan zichtbaar
zijn. De twee veranderingen die hier een rol spelen zijn:
1. Hyperpolarisatie: er gaat heel veel Kalium naar buiten, waardoor de
binnenkant nog negatiever wordt dan de -70 mV.
2. Depolarisatie: er gaat heel veel Natrium naar binnen, waardoor de
binnenkant minder negatief wordt of zelfs positief.
Het opengooien van de sluizen zorgt voor neurotransmitterbinding. Het feit
dat een neurotransmitter (= chemische boodschapper, een chemische
stof/molecuul die zenuwimpulsen overdraagt van de ene zenuwcel naar de
Binnen het zenuwstelsel vind continu overdracht van signalen plaats; van de ene zenuwcel naar de andere zenuwcel,
binnen zenuwcellen, van je motorische zenuwcellen naar je spieren toe, et cetera. Al die signalen binnen je
zenuwstelsel worden doorgegeven binnen die cellen, binnen die neuronen.
Hoe gaat dat nou precies in zijn werk? Hiervoor moeten we gaan kijken naar de signaaltransductie. Signaaltransductie
is het proces waarbij cellen informatie van hun omgeving ontvangen en omzetten in een reactie. Kortom, het doorgeven
van signalen binnen een cel.
Voordat we gaan kijken naar de stappen van signaaltransductie, gaan we eerst inzoomen op het celmembraan. Het
celmembraan is een vlies (dunne, flexibele structuur) die de buitenkant van een cel omringt. Het celmembraan bestaat
uit een dubbele laag fosfolipiden met een hydrofiele (water liefhebbende, buitenkant) kop en een hydrofobe (water
vrezende, binnenkant) staart.
ion = molecuul of atoom
(geladen deeltje)
Een celmembraan is in principe niet doorlaatbaar, behalve op plekken waar een channel (= ion kanaal) is ingebouwd.
Naast het iongkanaal heb je ook gated channel (= poorten) die een selectief ingangsbewijs hebben en de pump (=
pomp).
Dit zijn drie categorieën membraameiwitten die helpen bij het transport van stoffen door het membraan. Deze worden
later verder toegelicht.
Het celmembraan speelt een belangrijke rol bij de signaaltransductie in de cel, omdat het fungeert als een barrière
tussen de binnenkant van de cel en de buitenwereld, en laat selectief bepaalde stoffen (moleculen) in en uit de cel.
Signaaltransductie bestaat uit 6 stappen:
1. Rustpotentiaal
2. Graded potentials (dendrieten)
3. Actiepotentiaal (axon)
4. Zenuwgeleiding
5. Release neurotransmitter
6. Activatie van receptoren
Alles draait uiteindelijk om de concentraties van geladen deeltjes die zich aan de binnen- of buitenkant van een neuron
zich bevinden. De deeltjes verplaatsen zich naar binnen of naar buiten. Op deze geladen deeltjes werken verschillende
krachten:
- Concentratie gradiënt = het verschil in concentratie van een bepaalde stof aan weerszijden van een
membraan, zoals het celmembraan. Moleculen bewegen van nature van gebieden met een hoge concentratie
naar gebieden met een lage concentratie, wat wordt aangedreven door de concentratiegradiënt. Dit proces
wordt diffusie genoemd en het resultaat is dat de concentratie van de stof zich uiteindelijk gelijkmatig
verspreidt in de beschikbare ruimte.
- Voltage gradiënt = het verschil in lading aan weerszijden van het celmembraan van een cel. Dit verschil in
lading wordt veroorzaakt door de actieve pompen en ionenkanalen in het celmembraan, die ervoor zorgen dat
er verschillende concentraties van positief en negatief geladen ionen aanwezig zijn aan weerszijden van het
membraan.
- Membraanstructuur = de wijze waarop een membraan is opgebouwd. Er zijn verschillende
doorlaatbaarheden. De compositie van het membraan kan ervoor zorgen dat sommige stoffen niet naar
binnen kunnen. Daarnaast zorgen de hydrofobe staarten voor waterdichtheid.
, Rustpotentiaal = de elektrische lading aan de binnenkant van het celmembraan is negatief geladen (-70 mV) ten
opzichte van de buitenkant, wat wordt veroorzaakt door de actieve pompen die aanwezig zijn in het celmembraan en
door de selectieve toelaatbaarheid van het celmembraan voor verschillende ionen. In de binnenkant zitten negatief
geladen eiwitmoleculen (A-). Deze eiwitmoleculen blijven in het celmembraan en gaan niet naar buiten. De lading is
stabiel, maar de membraan bezit energie om in actie te komen.
Kalium en Natrium spelen ook belangrijke rol. In rust zit:
• het Kalium (K+) ion voornamelijk in de cel; kalium is positief geladen en
wil graag naar binnen vanwege de voltage gradiënt. Ze mogen door de
kaliumpoort, totdat de concentratie gradiënt ‘stop’ zegt. Dan gaan er ook
weer deeltjes naar buiten.
• het Natrium (N+) ion voornamelijk buiten de cel; natrium is positief
geladen en wil ook graag naar binnen door de natriumpoort vanwege de
voltage gradiënt, maar dit gaat moeilijker. Om ervoor te zorgen dat er wel
voornamelijk natrium aan de buitenkant en kalium aan de binnenkant zit,
zit er ook op het membraan van je axonen en je dendrieten een
natrium-kaliumpomp. Deze pomp kan natrium en kalium
uitwisselen. Hij pompt steeds 3 natrium ionen uit de cel en 2 kalium
ionen in de cel. Dus, de natrium-kaliumpomp stabiliseert de
membraanpotentiaal (een elektrische spanning of verschil in lading
over het membraan van een cel). In dit geval dus de buitenkant
positiever geladen dan de binnenkant.
Door die verhouding van natrium en kalium, is de buitenkant van de cel net wat
positiever geladen dan de binnenkant van de cel.
Het verschil in lading zorgt dus voor het membraanpotentiaal, dat is -70 V.
Naast Natrium en Kalium heb je ook nog Chloride (Cl-). Hij is negatief geladen en heeft
niet de behoefte om naar binnen te gaan. Door de concentratie gradiënt gebeurt dit wel
af en toe.
Er zit in dit hele systeem veel potentiële energie. Wanneer er iets veranderd in de
doorlaatbaarheden voor 1 of meerdere ionen, dan komt er een hele grote stroom van
ionen opgang. Er gaan dus allerlei stromen opgang komen als je, bij wijze van, alle
sluizen opengooit. Stel dat alle poorten
opengaan voor Kalium, dan gaat de concentratie gradiënt kracht veel harder
aan die Kalium trekken, zodat hij weer naar buiten gaat.
..En dan toch, de sluizen worden opgegooid...
Graded potentials = zijn kleine stijgingen of dalingen in het membraan van een
axon. Er komt verandering in de doorlaatbaarheid. Het ontstaat wanneer door
bewegingen van ionen veranderingen in de lading van het membraan zichtbaar
zijn. De twee veranderingen die hier een rol spelen zijn:
1. Hyperpolarisatie: er gaat heel veel Kalium naar buiten, waardoor de
binnenkant nog negatiever wordt dan de -70 mV.
2. Depolarisatie: er gaat heel veel Natrium naar binnen, waardoor de
binnenkant minder negatief wordt of zelfs positief.
Het opengooien van de sluizen zorgt voor neurotransmitterbinding. Het feit
dat een neurotransmitter (= chemische boodschapper, een chemische
stof/molecuul die zenuwimpulsen overdraagt van de ene zenuwcel naar de
