Hoofdstuk 2: Membraantransport
1. Eenvoudige diffusie
Definitie
- Hoe kleiner het deeltje -> sneller
- Ontstaan beweging, bij botsing tegen watermolecule
- Random beweging (1D): per ∆ t -> deeltje legt afstand ∂ (willekeurig: links of rechts)
SLIDES: 6 t.e.m. 16!!
RMS displacement = gemiddelde kwadratische verplaatsing
∂²
RMS displacement = √ 2 Dt => Diffusie Coëfficiënt D =
2 Δt
(voor stof)
RMS voor 2D =
√ 4 Dt => stelling Pythagoras
RMS voor 3D = √ 6 Dt
- Diffusie coëfficiënt is cte voor opgeloste moleculen in water D (in cm²/s)
- ↑T => ↓ ∆t => meer botsingen => D↑
Rekenvoorbeeld: Hoe lang duurt het eer glucose gemiddeld 10µm heeft gediffundeerd? En 1 cm?
Als er geen dementie op staat geschreven = 3D
Is een cte (tabel)
Diffusie van gassen O₂ en CO₂ (in hersenen)
- Meeste cellen in hersenen heel dicht bij capillair (10-20 µm)
-> elke cel toegang dichtstbijzijnde partner om aan diffusie O₂ en CO₂ uit te wisselen
- In haarvaten (capillairen): O₂ van haarvat naar weefsel - CO₂ van weefsel naar haarvat
- Longen: omgekeerd
Wet van Fick -> passieve diffusie (macroscopisch)
mol
J= flux ( m 2 s ) -> hoeveel van een bep stof doorheen een bep opp beweegt in bep tijdseenheid ‘
D= diffusiecoëfficiënt ( m²/s)
C= concentratie (mol/m 3)
X= lengte (m)
1
, - want waar concentratie afneemt dan dC/dX negatief
Deze wet houdt geen rekening met invloed van elektrisch veld op geladen deeltjes!!
Passieve diffusie doorheen membraan
Partitie coëfficiënt
“Hoe snel bewegen deeltjes doorheen membraan?” (binnen- buiten) -> hydrofobe staartjes
Partitie coëfficiënt K = geeft weer hoe een deeltje zich gaat verdelen tussen twee oplossingen met verschillende
eigenschappen
→ Is experimenteel te bepalen (tussen water en olie achtige substanties)
→ Hydrofobe stoffen, hoge K
→ Hoe hoger K, hoe beter oplosbaar is membraan
Cin= concentratie intracellulair
Cout = conc extracellulair
L= dikte membraan
→ Is specifiek voor bep stof en bep type membraan
→ Hoe beter een stof oplost in fosfolipide dubbellaag (hoe hoger K) -> hoe beter het door membraan kan
diffunderen
Vb. gassen, zuurstof -> K~ 1 => makkelijk doorlaatbaar
SLIDE 27!!!
Afname van concentratiegradiënt door diffusie
(intra en extracell)
Aantal mol per tijdseenheid door plasmamembraan = J . Acel
=> hoe snel concentratie verandert
=> concentratieverschil
=> tijdste: hoe snel concentratieverschillen van een bepaalde stof door het mebraan van een cel gaan
=> hoe groter, hoe langer het duurt vooraleer alles verdwenen is
=> vb. water tijdscte = 1 sec / K en Na= 160 jaar => “ze geraken nooit door het membraan”
2
, SLIDE 32 oefening!!!
2. Gefaciliteerde diffusie
Definitie
Passieve Diffusie <-> Gefaciliteerde diffusie <-> actief transport
Passieve Diffusie:
- Transport volgens elektrochemische gradiënt (van hoge conc -> lage)
- Geen E nodig
- Leidt tot daling concentratieverschillen
Gefaciliteerde diffusie:
- Transport volgens concentratiegradiënt
- Membraan doorlaatbaar voor bepaalde stoffen door transport proteïnen
Actief transport:
- Transport tegen elektrochemische gradiënt (laag-> hoog)
- E nodig!!!
- Zorgt voor opbouw van concentratieverschillen
Passieve diffusie
Gassen: O₂, CO₂, NO
Steroïden
Transport van ionen, suikers, AZ en
Zwake zuren en basen
andere polaire moleculen => specifieke
Vetzuren
transportproteïnen
Ureum, ethanol, water
Soorten gefaciliteerde diffusie (zonder inbreng E) Soorten transportproteïnen
1. Uniporters (suikers en AZ ; 1000-10000 deeltjes/ sec) 1. ATP- transport pompen (primair actief transport)
→ doorgeefluik 2. Ion kanalen
2. Kanalen (water en ionen; sneller-> sluizen 3. Transporters : uniporter, symporter, antiporter
Verschil in snelheid transport, stoffen die
getransporteerd worden en manier waarop
Uniporters <-> passieve diffusie
- Veel sneller
- Onafhankelijk van partitie coëfficiënt (verdeling concentraties)
- Gekenmerkt door maximale snelheid om te kunnen werken -> wnr alle uniporters op kracht werken
- Specifiek voormolecule of groep molecule
Toepassing: GLUT- transporters = glucose uniporters (doorgeefluik)
3
, Veel glucose buiten -> doorgeven naar binnen (richting hangt van concentratie gradiënt af)
1. Gluc bindt aan uniporter
2. v->
Conformatieverandering: sluit langs ene, opent langs ander (outward-> inward)
snelheid opname van glucose
3. Glucose los
Km: maat voor affiniteit voor glucose-> lage Km = hoge affiniteit (aantrekkingskracht) (hoe meer bij lage concentratie, dat
uniporter glucose kan transporteren)
Vmax: maat voor snelheid van conformatieverandering
Waar half maximaal transport is -> Km=1,5mM
Km> 15mM Km is hoger; affiniteit uniporter lager
Verschillende types GLUT met verschillende Km:
GLUT1: RBC -> Km=1,5 mM
Waarom zo laag? Rbc veel E nodig- hoge nood aan glucose -> zelf bij lage glucose gaan ze max glucose opnemen
GLUT2: lever en -cellen (pancreas) -> Km= 20mM
-> gaan maximaal glucose opnemen als er veel glucose is; lever stapelt glucose op -> bij te veel glucose: levercellen nemen
het op en slaan het op onder vorm van glucageen
GLUT3 : hersenen en zenuwcellen
GLUT4 : vetcellen en spieren
GLUT5 : transporteert fructose
Cellen die hoge nood hebben aan glucose= lage Km
Cellen die glucose opnemen wanneer overdaad is = hoge Km
Glut en insuline
Inbouw glucose uniporters in bepaalde cellen is sterk geregeld vb. adipocyten (vetcellen):
Te veel glucose in bloed is slecht -> levercellen of vetcellen (vetcel: spons voor glucose )
- Voor behandeling met insuline: GLUT 4
- Na 2 min: GLUT4 vanuit cel naar plasmamembraan getransporteerd ; vetcel plots heel doorlaatbaar voor glucose
4
1. Eenvoudige diffusie
Definitie
- Hoe kleiner het deeltje -> sneller
- Ontstaan beweging, bij botsing tegen watermolecule
- Random beweging (1D): per ∆ t -> deeltje legt afstand ∂ (willekeurig: links of rechts)
SLIDES: 6 t.e.m. 16!!
RMS displacement = gemiddelde kwadratische verplaatsing
∂²
RMS displacement = √ 2 Dt => Diffusie Coëfficiënt D =
2 Δt
(voor stof)
RMS voor 2D =
√ 4 Dt => stelling Pythagoras
RMS voor 3D = √ 6 Dt
- Diffusie coëfficiënt is cte voor opgeloste moleculen in water D (in cm²/s)
- ↑T => ↓ ∆t => meer botsingen => D↑
Rekenvoorbeeld: Hoe lang duurt het eer glucose gemiddeld 10µm heeft gediffundeerd? En 1 cm?
Als er geen dementie op staat geschreven = 3D
Is een cte (tabel)
Diffusie van gassen O₂ en CO₂ (in hersenen)
- Meeste cellen in hersenen heel dicht bij capillair (10-20 µm)
-> elke cel toegang dichtstbijzijnde partner om aan diffusie O₂ en CO₂ uit te wisselen
- In haarvaten (capillairen): O₂ van haarvat naar weefsel - CO₂ van weefsel naar haarvat
- Longen: omgekeerd
Wet van Fick -> passieve diffusie (macroscopisch)
mol
J= flux ( m 2 s ) -> hoeveel van een bep stof doorheen een bep opp beweegt in bep tijdseenheid ‘
D= diffusiecoëfficiënt ( m²/s)
C= concentratie (mol/m 3)
X= lengte (m)
1
, - want waar concentratie afneemt dan dC/dX negatief
Deze wet houdt geen rekening met invloed van elektrisch veld op geladen deeltjes!!
Passieve diffusie doorheen membraan
Partitie coëfficiënt
“Hoe snel bewegen deeltjes doorheen membraan?” (binnen- buiten) -> hydrofobe staartjes
Partitie coëfficiënt K = geeft weer hoe een deeltje zich gaat verdelen tussen twee oplossingen met verschillende
eigenschappen
→ Is experimenteel te bepalen (tussen water en olie achtige substanties)
→ Hydrofobe stoffen, hoge K
→ Hoe hoger K, hoe beter oplosbaar is membraan
Cin= concentratie intracellulair
Cout = conc extracellulair
L= dikte membraan
→ Is specifiek voor bep stof en bep type membraan
→ Hoe beter een stof oplost in fosfolipide dubbellaag (hoe hoger K) -> hoe beter het door membraan kan
diffunderen
Vb. gassen, zuurstof -> K~ 1 => makkelijk doorlaatbaar
SLIDE 27!!!
Afname van concentratiegradiënt door diffusie
(intra en extracell)
Aantal mol per tijdseenheid door plasmamembraan = J . Acel
=> hoe snel concentratie verandert
=> concentratieverschil
=> tijdste: hoe snel concentratieverschillen van een bepaalde stof door het mebraan van een cel gaan
=> hoe groter, hoe langer het duurt vooraleer alles verdwenen is
=> vb. water tijdscte = 1 sec / K en Na= 160 jaar => “ze geraken nooit door het membraan”
2
, SLIDE 32 oefening!!!
2. Gefaciliteerde diffusie
Definitie
Passieve Diffusie <-> Gefaciliteerde diffusie <-> actief transport
Passieve Diffusie:
- Transport volgens elektrochemische gradiënt (van hoge conc -> lage)
- Geen E nodig
- Leidt tot daling concentratieverschillen
Gefaciliteerde diffusie:
- Transport volgens concentratiegradiënt
- Membraan doorlaatbaar voor bepaalde stoffen door transport proteïnen
Actief transport:
- Transport tegen elektrochemische gradiënt (laag-> hoog)
- E nodig!!!
- Zorgt voor opbouw van concentratieverschillen
Passieve diffusie
Gassen: O₂, CO₂, NO
Steroïden
Transport van ionen, suikers, AZ en
Zwake zuren en basen
andere polaire moleculen => specifieke
Vetzuren
transportproteïnen
Ureum, ethanol, water
Soorten gefaciliteerde diffusie (zonder inbreng E) Soorten transportproteïnen
1. Uniporters (suikers en AZ ; 1000-10000 deeltjes/ sec) 1. ATP- transport pompen (primair actief transport)
→ doorgeefluik 2. Ion kanalen
2. Kanalen (water en ionen; sneller-> sluizen 3. Transporters : uniporter, symporter, antiporter
Verschil in snelheid transport, stoffen die
getransporteerd worden en manier waarop
Uniporters <-> passieve diffusie
- Veel sneller
- Onafhankelijk van partitie coëfficiënt (verdeling concentraties)
- Gekenmerkt door maximale snelheid om te kunnen werken -> wnr alle uniporters op kracht werken
- Specifiek voormolecule of groep molecule
Toepassing: GLUT- transporters = glucose uniporters (doorgeefluik)
3
, Veel glucose buiten -> doorgeven naar binnen (richting hangt van concentratie gradiënt af)
1. Gluc bindt aan uniporter
2. v->
Conformatieverandering: sluit langs ene, opent langs ander (outward-> inward)
snelheid opname van glucose
3. Glucose los
Km: maat voor affiniteit voor glucose-> lage Km = hoge affiniteit (aantrekkingskracht) (hoe meer bij lage concentratie, dat
uniporter glucose kan transporteren)
Vmax: maat voor snelheid van conformatieverandering
Waar half maximaal transport is -> Km=1,5mM
Km> 15mM Km is hoger; affiniteit uniporter lager
Verschillende types GLUT met verschillende Km:
GLUT1: RBC -> Km=1,5 mM
Waarom zo laag? Rbc veel E nodig- hoge nood aan glucose -> zelf bij lage glucose gaan ze max glucose opnemen
GLUT2: lever en -cellen (pancreas) -> Km= 20mM
-> gaan maximaal glucose opnemen als er veel glucose is; lever stapelt glucose op -> bij te veel glucose: levercellen nemen
het op en slaan het op onder vorm van glucageen
GLUT3 : hersenen en zenuwcellen
GLUT4 : vetcellen en spieren
GLUT5 : transporteert fructose
Cellen die hoge nood hebben aan glucose= lage Km
Cellen die glucose opnemen wanneer overdaad is = hoge Km
Glut en insuline
Inbouw glucose uniporters in bepaalde cellen is sterk geregeld vb. adipocyten (vetcellen):
Te veel glucose in bloed is slecht -> levercellen of vetcellen (vetcel: spons voor glucose )
- Voor behandeling met insuline: GLUT 4
- Na 2 min: GLUT4 vanuit cel naar plasmamembraan getransporteerd ; vetcel plots heel doorlaatbaar voor glucose
4
