Hoofdstuk G
1. Elektrochemische potentiële energie drijft alle
transportprocessen
1.1. Een gradiënt in chemische potentiële energie geeft aanleiding tot een
chemische kracht die de beweging van moleculen drijft
Elektrochemische potentiaal is de drijvende kracht voor alle transportprocessen
Wet van Fick:
- Concentratiegradiënt drijft de diffusie van moleculen volgens de concentratiegradiënt
- Dit wordt “chemische kracht” genoemd
- Dit is equivalent aan de gradiënt van chemische potentiële energie (μS)
De chemische potentaal van een opgeloste stof (soluut):
- Bij de referentieconcentratie van 1M:
- Conclusie: Opgeloste moleculen die zich in een regio met een hogere concentratie
bevinden, hebben een hogere chemische potentiaal dan opgeloste moleculen in een
regio met een lagere concentratie
1.2. Een ion kan zowel elektrische als chemische potentiële energie
Ionen dragen elektrische lading, wat resulteert in elektrische potentiële energie
De elektrische potentiële energie geassocieerd met een enkel ion dat z ladingen draagt bij een
potentiaal V:
- Elektrische potentiële energie = z x e x V
Kijken voor 1 mol aan ionen:
- F = constante van Faraday = e x NA
- F = 96485 coulomb
zxFxV
➔ Elektrochemische potentiaal kan weergegeven worden als:
Geladen opgeloste stof Sz heeft chemisch maar ook een elektrisch potentiaal
0
= + RT ln[S] + zFV = elektrochemische potential
s s
➔ Dit geldt voor elke geladen stof, geen lading dan valt elektrische potentiaal term weg
1.3. De Nernst-vergelijking is een simpele manifestatie van de
elektrochemische potentiële energie
Gebruiken kalium om principe uit te leggen:
- Concentratie van kalium in cel is 140 mM
- Concentratie van kalium buiten de cel is ongeveer 5 mM
- Membraan is alleen permeabel voor kalium
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, - Beweging naar evenwicht
o Kalium concentratiegradiënt zal de efflux van kalium uit de cel drijven
o Door de uitstroom van kalium ladingen wordt binnenzijde van cel negatief
geladen ten opzichte van de buitenzijde
o Die negatieve potentiaal bouwt een elektrische kracht op die verdere efflux van
de positieve kalium ionen tegenwerkt
- Evenwicht
o Als er geen netto kalium fluxen meer zijn, dat betekent netto geen
elektrochemische kracht tussen intra- en extracellulair milieu
- Elektrochemische potentiaal voor kalium gaan uitschrijven
o Vm is de intracellulaire membraanpotentiaal
o Die V bij outside potential is 0
o Gaan die gaan gelijkstellen
o Komen tot deze vergelijking
(Nernst-vergelijking):
o Wil zeggen dat elektrochemische potentialen ideaal zijn voor het analyseren van
evenwichtssituaties
SAMENGEVAT
1. Chemische potentiële energie van een substantie is f(opgeloste stof): opgeloste
stof in een regio met hogere concentratie heeft hogere chemische potentiële
energie dan opgeloste stof in een regio met lagere concentratie!
2. Een verschil in chemische potentiële energie tussen 2 regio's geeft aanleiding tot
een chemische kracht die de beweging van moleculen drijft langs de potentiële
energiegradiënt: van locatie met hogere potentiële energie naar locatie met
lagere potentiële energie.
3. Ionen (elektrisch geladen) hebben ook elektrische energie → elektrische en
chemische potentiële energie → elektrochemische potentiële energie.
Als membraan permeabel is voor opgeloste stof/ion:
• beweging van opgeloste stof/ionen langs elektrochemische potentiaalgradiënt
• OF
• Transportprocessen worden gedreven door elektrochemische gradiënten
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, Hoofdstuk 10: passief transport (volgens elektrochemische gradiënt)
Transporters:
- Uniporter doet aan gefaciliteerde diffusie
- Symporter (co-transporter) en antiporter (uitwisselaar) doen aan secundaire actief
transport (een ion volgens zijn elektrochemische gradiënt en dat gekoppeld aan ander
molecule die tegen zijn gradiënt ingaat)
1. Diffusie over biologische membranen wordt beperkt door lipide
oplosbaarheid
Biologische membranen zijn fosfolipide dubbellagen
Permeabiliteit:
- Apolaire/hydrofobe stoffen: permeabel en zijn direct evenredig met de oplosbaarheid
van die stof in de lipide dubbellaag (bv: gassen)
- Polaire/hydrofiele stoffen: slecht permeabel en zijn omgekeerd evenredig met het
moleculair gewicht van die substantie
- Water:
o Zuivere fosfolipide dubbellaag: matig permeabel
o Biologische membranen met cholesterol: nog lagere permeabiliteit
o Daardoor andere transportmechanismen nodig → aquaporines
- Probleem: glucose: kruist de lipide laag ZEER traag → toont aan dat dubbellaag
efficiënte barrière vormt tegen transport van deze stof (glucose is groot en polair wat de
slechte permeabiliteit veroorzaakt)
o Cel hangt wel af van glucose dus dat is een probleem
2. Kanaal-, dragereiwitten en pompeiwitten bemiddelen transport over
biologische membranen
Transport van water en polaire stoffen vereist kanalen, dragers en pompen!
1/3 van genen in menselijk genoom codeert voor membraaneiwitten → dus meer dan helft van
genen codeert voor transporteiwitten
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, 3 modellen aan transporteiwitten:
- Kanaal of porie (A): vormt een open watergevulde
porie door het membraan en staat snelle
doorstroom toe als die openstaat (altijd open)
- Gated kanaal (B): kanaal dat kan openen en sluiten
bij bepaald signaal, dit zorgt voor regulatie van
transport
- Drager (carrier) (C): zal opgeloste stof binden en
aan andere kant van membraan verandert de
conformatie om opgelost stof aan de andere kant
vrij te geven, heeft 3 toestanden (traag)
- Bij A en B heb je een directe verbinding tussen de 2 zijden van membraan, bij openen van
porie staan die meteen in verbinding met elkaar (snel)
- Bij alle 3 krijgen we transport volgens elektrochemische gradiënt
2.1. Transport door kanalen is relatief snel
- Kanalen zijn membraaneiwitten die centrale poriën openen naar ECR en ICR
- Smalste gebied van porie = selectiviteitsfilter → bepaalt welke stoffen door kanaal
mogen passeren
o Vb: aquaporines zijn selectief permeabel voor
water, kalium kanalen voor kalium, nicotinische
acetylcholine receptor voor kalium en natrium
- Kanalen worden gerakteriseerd met een hoge turn over
numbers → het max aantal ionen dat kan doorgelaten
worden per seconde
- Voor kalium is dat heel hoog (want is kanaal)
- Carries is dat al maar 3000 dat is factor 10 000x trager en
een pomp is 150-200 dat is nog HEEL veel trager
2.2. Permeabiliteit via kanalen hangt af van de dichtheid van kanalen in het
membraan
Aquaporines = faciliteren waterstroom tussen ECR en ICR om het osmotische evenwicht te
bewaren
Relatieve permeabiliteit van membraan voor water:
- In functie van aantal aquaporines per oppervlakte-eenheid
aanwezig zijn
- Hoeveelheid aquaporines is dynamisch te reguleren (bv door
hormonen)
o Regulatie door vasopressine (ADH)
▪ Het zorgt voor toename van waterpermeabiliteit
voor corticale verzamelbuisjes in de nier
▪ Auquaporines zijn niet gated dus niet gereguleerd
door spanning of ligeandbinding
▪ Regulatie: door aantal aquaporinekanalen in membraan te controleren
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
1. Elektrochemische potentiële energie drijft alle
transportprocessen
1.1. Een gradiënt in chemische potentiële energie geeft aanleiding tot een
chemische kracht die de beweging van moleculen drijft
Elektrochemische potentiaal is de drijvende kracht voor alle transportprocessen
Wet van Fick:
- Concentratiegradiënt drijft de diffusie van moleculen volgens de concentratiegradiënt
- Dit wordt “chemische kracht” genoemd
- Dit is equivalent aan de gradiënt van chemische potentiële energie (μS)
De chemische potentaal van een opgeloste stof (soluut):
- Bij de referentieconcentratie van 1M:
- Conclusie: Opgeloste moleculen die zich in een regio met een hogere concentratie
bevinden, hebben een hogere chemische potentiaal dan opgeloste moleculen in een
regio met een lagere concentratie
1.2. Een ion kan zowel elektrische als chemische potentiële energie
Ionen dragen elektrische lading, wat resulteert in elektrische potentiële energie
De elektrische potentiële energie geassocieerd met een enkel ion dat z ladingen draagt bij een
potentiaal V:
- Elektrische potentiële energie = z x e x V
Kijken voor 1 mol aan ionen:
- F = constante van Faraday = e x NA
- F = 96485 coulomb
zxFxV
➔ Elektrochemische potentiaal kan weergegeven worden als:
Geladen opgeloste stof Sz heeft chemisch maar ook een elektrisch potentiaal
0
= + RT ln[S] + zFV = elektrochemische potential
s s
➔ Dit geldt voor elke geladen stof, geen lading dan valt elektrische potentiaal term weg
1.3. De Nernst-vergelijking is een simpele manifestatie van de
elektrochemische potentiële energie
Gebruiken kalium om principe uit te leggen:
- Concentratie van kalium in cel is 140 mM
- Concentratie van kalium buiten de cel is ongeveer 5 mM
- Membraan is alleen permeabel voor kalium
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, - Beweging naar evenwicht
o Kalium concentratiegradiënt zal de efflux van kalium uit de cel drijven
o Door de uitstroom van kalium ladingen wordt binnenzijde van cel negatief
geladen ten opzichte van de buitenzijde
o Die negatieve potentiaal bouwt een elektrische kracht op die verdere efflux van
de positieve kalium ionen tegenwerkt
- Evenwicht
o Als er geen netto kalium fluxen meer zijn, dat betekent netto geen
elektrochemische kracht tussen intra- en extracellulair milieu
- Elektrochemische potentiaal voor kalium gaan uitschrijven
o Vm is de intracellulaire membraanpotentiaal
o Die V bij outside potential is 0
o Gaan die gaan gelijkstellen
o Komen tot deze vergelijking
(Nernst-vergelijking):
o Wil zeggen dat elektrochemische potentialen ideaal zijn voor het analyseren van
evenwichtssituaties
SAMENGEVAT
1. Chemische potentiële energie van een substantie is f(opgeloste stof): opgeloste
stof in een regio met hogere concentratie heeft hogere chemische potentiële
energie dan opgeloste stof in een regio met lagere concentratie!
2. Een verschil in chemische potentiële energie tussen 2 regio's geeft aanleiding tot
een chemische kracht die de beweging van moleculen drijft langs de potentiële
energiegradiënt: van locatie met hogere potentiële energie naar locatie met
lagere potentiële energie.
3. Ionen (elektrisch geladen) hebben ook elektrische energie → elektrische en
chemische potentiële energie → elektrochemische potentiële energie.
Als membraan permeabel is voor opgeloste stof/ion:
• beweging van opgeloste stof/ionen langs elektrochemische potentiaalgradiënt
• OF
• Transportprocessen worden gedreven door elektrochemische gradiënten
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, Hoofdstuk 10: passief transport (volgens elektrochemische gradiënt)
Transporters:
- Uniporter doet aan gefaciliteerde diffusie
- Symporter (co-transporter) en antiporter (uitwisselaar) doen aan secundaire actief
transport (een ion volgens zijn elektrochemische gradiënt en dat gekoppeld aan ander
molecule die tegen zijn gradiënt ingaat)
1. Diffusie over biologische membranen wordt beperkt door lipide
oplosbaarheid
Biologische membranen zijn fosfolipide dubbellagen
Permeabiliteit:
- Apolaire/hydrofobe stoffen: permeabel en zijn direct evenredig met de oplosbaarheid
van die stof in de lipide dubbellaag (bv: gassen)
- Polaire/hydrofiele stoffen: slecht permeabel en zijn omgekeerd evenredig met het
moleculair gewicht van die substantie
- Water:
o Zuivere fosfolipide dubbellaag: matig permeabel
o Biologische membranen met cholesterol: nog lagere permeabiliteit
o Daardoor andere transportmechanismen nodig → aquaporines
- Probleem: glucose: kruist de lipide laag ZEER traag → toont aan dat dubbellaag
efficiënte barrière vormt tegen transport van deze stof (glucose is groot en polair wat de
slechte permeabiliteit veroorzaakt)
o Cel hangt wel af van glucose dus dat is een probleem
2. Kanaal-, dragereiwitten en pompeiwitten bemiddelen transport over
biologische membranen
Transport van water en polaire stoffen vereist kanalen, dragers en pompen!
1/3 van genen in menselijk genoom codeert voor membraaneiwitten → dus meer dan helft van
genen codeert voor transporteiwitten
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
, 3 modellen aan transporteiwitten:
- Kanaal of porie (A): vormt een open watergevulde
porie door het membraan en staat snelle
doorstroom toe als die openstaat (altijd open)
- Gated kanaal (B): kanaal dat kan openen en sluiten
bij bepaald signaal, dit zorgt voor regulatie van
transport
- Drager (carrier) (C): zal opgeloste stof binden en
aan andere kant van membraan verandert de
conformatie om opgelost stof aan de andere kant
vrij te geven, heeft 3 toestanden (traag)
- Bij A en B heb je een directe verbinding tussen de 2 zijden van membraan, bij openen van
porie staan die meteen in verbinding met elkaar (snel)
- Bij alle 3 krijgen we transport volgens elektrochemische gradiënt
2.1. Transport door kanalen is relatief snel
- Kanalen zijn membraaneiwitten die centrale poriën openen naar ECR en ICR
- Smalste gebied van porie = selectiviteitsfilter → bepaalt welke stoffen door kanaal
mogen passeren
o Vb: aquaporines zijn selectief permeabel voor
water, kalium kanalen voor kalium, nicotinische
acetylcholine receptor voor kalium en natrium
- Kanalen worden gerakteriseerd met een hoge turn over
numbers → het max aantal ionen dat kan doorgelaten
worden per seconde
- Voor kalium is dat heel hoog (want is kanaal)
- Carries is dat al maar 3000 dat is factor 10 000x trager en
een pomp is 150-200 dat is nog HEEL veel trager
2.2. Permeabiliteit via kanalen hangt af van de dichtheid van kanalen in het
membraan
Aquaporines = faciliteren waterstroom tussen ECR en ICR om het osmotische evenwicht te
bewaren
Relatieve permeabiliteit van membraan voor water:
- In functie van aantal aquaporines per oppervlakte-eenheid
aanwezig zijn
- Hoeveelheid aquaporines is dynamisch te reguleren (bv door
hormonen)
o Regulatie door vasopressine (ADH)
▪ Het zorgt voor toename van waterpermeabiliteit
voor corticale verzamelbuisjes in de nier
▪ Auquaporines zijn niet gated dus niet gereguleerd
door spanning of ligeandbinding
▪ Regulatie: door aantal aquaporinekanalen in membraan te controleren
De Visscher Amber – KU Leuven – Farmaceutische Wetenschappen 2de Bachelor Semester 1
