Celfysiologie
Les 1:
Transport
1. Water - ionen - membranen - kanalen - transporters
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling
- Evenwichten die bestaan in een normaal lichaam op het niveau van water en
opgeloste stoffen → 50-60% water
- 60% in de cellen
- 40% extracellulair → tussen de cellen
- 75% interstitiële vloeistof die rond de cellen hangt, waar de cellen in baden
- Deel plasma
- Deel bloed
- Deel transcellulair vocht
- Tussen het water zijn er bepaalde transportprocessen mogelijk
- Bloed plasma ⇄ IF ⇄ ICF
- Transcellulair fluid → vloeistof die we terugvinden in bepaalde holtes bv in de
hersenen
- Scheiding tussen de verschillende componenten → biomembranen
- Homeostase van vloeistof -en zoutbalans
- Osmolariteit = belangrijke parameter die gaat bepalen in welke richting water zich
verplaatst over membranen → maat voor de hoeveelheid opgeloste stoffen → gelijk?
⇒ evenwicht in het watertransport
- ICF lage Na concentratie
- Buiten meer Na dan binnen
- Intracellulair hoge conc van K
- Hele lage conc aan vrij Ca in de cel
Transmembranaire flux van ionen
- Water en ionen in verschillende compartimenten
- In welke richting gaan water en ionen bewegen?
- Welke aspecten bepalen dit?
- Conc gradient van een bepaalde stof over het membraan
- Membraanpotentiaal
- Kwantitatieve benadering is essentieel
- Uiteindelijke flux → verschil tussen wat er naar binnen en naar buiten stroomt
- Membraanpotentiaal = spanning over het membraan → belangrijk vanaf dat stof X
een lading draagt, pas dan heeft de potentiaal een effect
- Flux wordt bepaalt door de concentraties en de membraanpotentiaal
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
,Energetische beschouwingen bij de beweging van moleculen doorheen membranen
- Voor elk proces kunnen we deltaG berekenen
- Energetisch gunstig wanneer deltaG < 0 → er komt E vrij
- Energetisch ongunstig wanneer deltaG > 0 → we moeten er E insteken
- DeltaG(c) → bepaalt door de conc gradient
- DeltaG(m) → bepaalt door de membraanpotentiaal en de lading van het deeltje
- Buiten hogere conc van deeltje X dan binnen ⇒ deltaG(c) negatief
- Membraanpot -70 en het deeltje heeft een positieve lading ⇒ deltaG(m) negatief
- Positief deeltje stroomt met gemak de cel in als de membraanpotentiaal negatief is
Evenwichtspotentiaal voor ionen
- Die potentiaal waar deltaG = 0
- Ion is in evenwicht
Het begrip "drijvende kracht"
- Begrip dat weergeeft in welke richting de stroom van een ion gaat zijn
- Vm bepaalt in welke richting ionen bewegen
Drijvende kracht even oefenen
- Mapje
Opbouw van gradiënten -ATP gedreven pompen (ATPases)
- Transporters → ionen van de ene naar de andere kant transporteren
- Transporters: Opbouw van gradiënten → onevenwicht
- Transporters: Doen het evenwicht verdwijnen
Verbruik van gradiënten: gefaciliteerde diffusie
- Eens een onevenwicht is opgebouwd kan het ook weer verdwijnen ⇒ gefaciliteerde
diffusie
- Kanalen
- Poriën
- Uniporters
→ ionen stromen volgens hun elektrochemische gradiënt
- DeltaG < 0 → volgens de elektrochemische gradiënt → passief transport
- Kanalen of poriën = buisvormige structuur die open of dicht kan zijn
→ ionen kunnen de hele tijd stromen zonder dat er een conformatieverandering
gebeurt
- Uniporters = doorggeef-luik
→ stof wordt aangenomen aan de ene kant → conformatieverandering → geeft stof
door aan de andere kant
Gefaciliteerde diffusie: vergelijking
- Groot verschil in aantal partikels die getransporteerd kunnen worden
- Ionenkanaal heeft een schakelmechanisme → signaal dat bepaalt of het kanaal open
of gesloten is
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
, - Porie heeft geen schakelmechanisme → buis is de hele tijd open → niet veel
voorkomend, wanneer ze aanwezig zijn hebben ze een bepaalde zeer extreme
functie
Pories: voorbeelden
- Perforines = poriën die gemaakt worden in een cel door een cytotoxische T-cel →
maakt naburige cellen kapot door poriën te creëren in het membraan van de cel
→ membraan geperforeerd ⇒ ionen en andere stoffen kunnen de cel instromen
⇒ celdood
- Aquaporines = poriën die permeabel zijn voor water = soort van waterkanalen
→ ! in bepaalde weefsels om die meer water permeabel te maken bv. @nieren
Ionenkanalen: Wederkerende structuren
- Multiple transmembranaire alfa-helices
- Centraal een opening waar de porie zich zal bevinden → hierlangs kunnen ionen
passeren
● Ionenkanalen → connexines
- 4 transmembranaire α-helices
- Gap junctions = specifieke soort van ionenkanalen die zich strekken doorheen 2
membranen van naburige cellen
- Meting via patch-clamp → uitwaartse stroom komt overeen met inwaartse stroom in
de naburige cel
- Connexines vormen een soort van ionenkanalen doorheen 2 naburige cellen
- @ In het hart heb je snelle elektrische geleiding nodig → elektrische verbindingen →
connexines
● Ionenkanalen: "voltage gated cation" superfamily
- Hebben een poriestructuur gemeen = basismodule van zo'n ionenkanaal
- Porie = 2 transmembranaire domeinen met porieloop
- 4 subeenheden geeft 1 tetrameer ionenkanaal
→ In de evolutie zijn die 2 op één of andere manier vastgeketend aan een ander type
eiwit = voltage gated proteïnen
- 4 transmembranaire domeinen → 4de heeft positieve ladingen → dat
gedeelte gaat bewegen in functie van de membraanpotentiaal → voelt
spanningen over het membraan
- Eiwitten aan elkaar geschakeld ⇒ nieuwe klasse van eiwitten ⇒ 6 transmembranaire
domeinen ⇒ ionenkanaal
- Linkergedeelte: Staat in voor de schakeling
- Rechtergedeelte: Staat in voor het vormen van een porie
- Gelijkaardige architectuur
● Ionenkanalen: ENaC
- Kanalen die belangrijk zijn in epitheelcellen
- Trimeren = 3 subeenheden vormen een kanaal
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
, ● Ionenkanalen: Ligand-gated channels
- Verschillende varianten
- Trimere kanalen geschakeld door ATP
- Tetramere kanalen geschakeld door glutamaat
- ...
- Bevat structuren waarin we in het midden een porie hebben en daarrond structuren
die bepalen of de porie opent of sluit
● Ionenkanalen: Chloride kanalen
- CFTR Cl-kanaal → rol bij mucoviscidose
- CLC kanalen → spiercontractie
- Ca geactiveerde Cl- kanalen → geur
● Ionenkanalen: Ca-release channels
- Intracellulaire kanalen
- IP3 receptor
- Ryanodine receptor
● Ionenkanalen: Store-operated channels
- Orai kanaal
Transporters: De SLC superfamilie
- Solute carriers
- Verzameling van alles uniporters, co-transporters en antiporters
- Structureel aan elkaar verwant
Enkele co-transporters
- Na+ gekoppelde transporters
- Transporters die gekoppeld zijn aan het transport van Na+
→ koppelen het transport van Na aan het energetisch ongunstig transport van
bv glucose
- SGLT
- DeltaG = som van de deltaG's van de stoffen die getransporteerd
worden
- n = Na ionen die per cyclus getransporteerd worden 1 of 2
- DeltaG(SGLT) negatief → transport zoals hier bovenaan weergegeven
⇒ Na en glucose nr binnen
- DeltaG(SGLT) positief → transport omgekeerd ⇒ Na en glucose naar
buiten
- Naarmate er meer Na en glucose binnenstroomt wordt deltaG voor glucose
en Na minder negatief ⇒ deltaG naar 0 → stop transport
- DeltaG bepaalt hoe een transporter werkt en of die dan in evenwicht is
Enkele antiporters: exchangers - uitwisselars
- DeltaG(AE) → uitwisselaar tussen Cl- en HCO3-
- Antiporter: Cl- naar binnen en HCO3- naar buiten → deltaG bepalen
→ deltaG negatief: Cl- naar binnen en HCO3- naar buiten
→ deltaG positief: Cl- naar buiten en HCO3- naar binnen
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
Les 1:
Transport
1. Water - ionen - membranen - kanalen - transporters
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling
- Evenwichten die bestaan in een normaal lichaam op het niveau van water en
opgeloste stoffen → 50-60% water
- 60% in de cellen
- 40% extracellulair → tussen de cellen
- 75% interstitiële vloeistof die rond de cellen hangt, waar de cellen in baden
- Deel plasma
- Deel bloed
- Deel transcellulair vocht
- Tussen het water zijn er bepaalde transportprocessen mogelijk
- Bloed plasma ⇄ IF ⇄ ICF
- Transcellulair fluid → vloeistof die we terugvinden in bepaalde holtes bv in de
hersenen
- Scheiding tussen de verschillende componenten → biomembranen
- Homeostase van vloeistof -en zoutbalans
- Osmolariteit = belangrijke parameter die gaat bepalen in welke richting water zich
verplaatst over membranen → maat voor de hoeveelheid opgeloste stoffen → gelijk?
⇒ evenwicht in het watertransport
- ICF lage Na concentratie
- Buiten meer Na dan binnen
- Intracellulair hoge conc van K
- Hele lage conc aan vrij Ca in de cel
Transmembranaire flux van ionen
- Water en ionen in verschillende compartimenten
- In welke richting gaan water en ionen bewegen?
- Welke aspecten bepalen dit?
- Conc gradient van een bepaalde stof over het membraan
- Membraanpotentiaal
- Kwantitatieve benadering is essentieel
- Uiteindelijke flux → verschil tussen wat er naar binnen en naar buiten stroomt
- Membraanpotentiaal = spanning over het membraan → belangrijk vanaf dat stof X
een lading draagt, pas dan heeft de potentiaal een effect
- Flux wordt bepaalt door de concentraties en de membraanpotentiaal
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
,Energetische beschouwingen bij de beweging van moleculen doorheen membranen
- Voor elk proces kunnen we deltaG berekenen
- Energetisch gunstig wanneer deltaG < 0 → er komt E vrij
- Energetisch ongunstig wanneer deltaG > 0 → we moeten er E insteken
- DeltaG(c) → bepaalt door de conc gradient
- DeltaG(m) → bepaalt door de membraanpotentiaal en de lading van het deeltje
- Buiten hogere conc van deeltje X dan binnen ⇒ deltaG(c) negatief
- Membraanpot -70 en het deeltje heeft een positieve lading ⇒ deltaG(m) negatief
- Positief deeltje stroomt met gemak de cel in als de membraanpotentiaal negatief is
Evenwichtspotentiaal voor ionen
- Die potentiaal waar deltaG = 0
- Ion is in evenwicht
Het begrip "drijvende kracht"
- Begrip dat weergeeft in welke richting de stroom van een ion gaat zijn
- Vm bepaalt in welke richting ionen bewegen
Drijvende kracht even oefenen
- Mapje
Opbouw van gradiënten -ATP gedreven pompen (ATPases)
- Transporters → ionen van de ene naar de andere kant transporteren
- Transporters: Opbouw van gradiënten → onevenwicht
- Transporters: Doen het evenwicht verdwijnen
Verbruik van gradiënten: gefaciliteerde diffusie
- Eens een onevenwicht is opgebouwd kan het ook weer verdwijnen ⇒ gefaciliteerde
diffusie
- Kanalen
- Poriën
- Uniporters
→ ionen stromen volgens hun elektrochemische gradiënt
- DeltaG < 0 → volgens de elektrochemische gradiënt → passief transport
- Kanalen of poriën = buisvormige structuur die open of dicht kan zijn
→ ionen kunnen de hele tijd stromen zonder dat er een conformatieverandering
gebeurt
- Uniporters = doorggeef-luik
→ stof wordt aangenomen aan de ene kant → conformatieverandering → geeft stof
door aan de andere kant
Gefaciliteerde diffusie: vergelijking
- Groot verschil in aantal partikels die getransporteerd kunnen worden
- Ionenkanaal heeft een schakelmechanisme → signaal dat bepaalt of het kanaal open
of gesloten is
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
, - Porie heeft geen schakelmechanisme → buis is de hele tijd open → niet veel
voorkomend, wanneer ze aanwezig zijn hebben ze een bepaalde zeer extreme
functie
Pories: voorbeelden
- Perforines = poriën die gemaakt worden in een cel door een cytotoxische T-cel →
maakt naburige cellen kapot door poriën te creëren in het membraan van de cel
→ membraan geperforeerd ⇒ ionen en andere stoffen kunnen de cel instromen
⇒ celdood
- Aquaporines = poriën die permeabel zijn voor water = soort van waterkanalen
→ ! in bepaalde weefsels om die meer water permeabel te maken bv. @nieren
Ionenkanalen: Wederkerende structuren
- Multiple transmembranaire alfa-helices
- Centraal een opening waar de porie zich zal bevinden → hierlangs kunnen ionen
passeren
● Ionenkanalen → connexines
- 4 transmembranaire α-helices
- Gap junctions = specifieke soort van ionenkanalen die zich strekken doorheen 2
membranen van naburige cellen
- Meting via patch-clamp → uitwaartse stroom komt overeen met inwaartse stroom in
de naburige cel
- Connexines vormen een soort van ionenkanalen doorheen 2 naburige cellen
- @ In het hart heb je snelle elektrische geleiding nodig → elektrische verbindingen →
connexines
● Ionenkanalen: "voltage gated cation" superfamily
- Hebben een poriestructuur gemeen = basismodule van zo'n ionenkanaal
- Porie = 2 transmembranaire domeinen met porieloop
- 4 subeenheden geeft 1 tetrameer ionenkanaal
→ In de evolutie zijn die 2 op één of andere manier vastgeketend aan een ander type
eiwit = voltage gated proteïnen
- 4 transmembranaire domeinen → 4de heeft positieve ladingen → dat
gedeelte gaat bewegen in functie van de membraanpotentiaal → voelt
spanningen over het membraan
- Eiwitten aan elkaar geschakeld ⇒ nieuwe klasse van eiwitten ⇒ 6 transmembranaire
domeinen ⇒ ionenkanaal
- Linkergedeelte: Staat in voor de schakeling
- Rechtergedeelte: Staat in voor het vormen van een porie
- Gelijkaardige architectuur
● Ionenkanalen: ENaC
- Kanalen die belangrijk zijn in epitheelcellen
- Trimeren = 3 subeenheden vormen een kanaal
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
, ● Ionenkanalen: Ligand-gated channels
- Verschillende varianten
- Trimere kanalen geschakeld door ATP
- Tetramere kanalen geschakeld door glutamaat
- ...
- Bevat structuren waarin we in het midden een porie hebben en daarrond structuren
die bepalen of de porie opent of sluit
● Ionenkanalen: Chloride kanalen
- CFTR Cl-kanaal → rol bij mucoviscidose
- CLC kanalen → spiercontractie
- Ca geactiveerde Cl- kanalen → geur
● Ionenkanalen: Ca-release channels
- Intracellulaire kanalen
- IP3 receptor
- Ryanodine receptor
● Ionenkanalen: Store-operated channels
- Orai kanaal
Transporters: De SLC superfamilie
- Solute carriers
- Verzameling van alles uniporters, co-transporters en antiporters
- Structureel aan elkaar verwant
Enkele co-transporters
- Na+ gekoppelde transporters
- Transporters die gekoppeld zijn aan het transport van Na+
→ koppelen het transport van Na aan het energetisch ongunstig transport van
bv glucose
- SGLT
- DeltaG = som van de deltaG's van de stoffen die getransporteerd
worden
- n = Na ionen die per cyclus getransporteerd worden 1 of 2
- DeltaG(SGLT) negatief → transport zoals hier bovenaan weergegeven
⇒ Na en glucose nr binnen
- DeltaG(SGLT) positief → transport omgekeerd ⇒ Na en glucose naar
buiten
- Naarmate er meer Na en glucose binnenstroomt wordt deltaG voor glucose
en Na minder negatief ⇒ deltaG naar 0 → stop transport
- DeltaG bepaalt hoe een transporter werkt en of die dan in evenwicht is
Enkele antiporters: exchangers - uitwisselars
- DeltaG(AE) → uitwisselaar tussen Cl- en HCO3-
- Antiporter: Cl- naar binnen en HCO3- naar buiten → deltaG bepalen
→ deltaG negatief: Cl- naar binnen en HCO3- naar buiten
→ deltaG positief: Cl- naar buiten en HCO3- naar binnen
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
