CHAPTER 5 – TRANSPORT OF SOLUTES AND WATER

inhoud

1 — algemeen

2 — passief transport

3 — actief transport

1 — ALGEMEEN

intra- en extracellulair — schema

• bloedplasma; Na en Cl

• interstitiële vloeistof; geen proteïnen

• intracellulair vloeistof; Na lager en K hoger

[Na] - [K] - [Ca]

• [Na⁺] hoog extracellulair

• [K⁺] is hoog intracellulair

• [Ca²⁺] is in rust (niet gestimuleerde cel) zeer laag intracellulair

membraantransport

• membraan = semi-permeabele barrière

• mechanismen nodig om bepaalde stoffen door te laten

  • vb. via gespecialiseerde eiwitten

membraantransport — schema

• vereisten

  • energie

  • fysiek

passief transport; downhill

• diffusie

• elektrodiffusie

• osmose (H₂O)

• filtratie

• gefaciliteerde diffusie

  • poriën

  • kanalen

  • carriers

• convectie

actief transport; uphill

• primair

• secundair

te kennen waarden

2 — PASSIEF TRANSPORT

membraantransport — schema

diffusie

• netto driftbeweging; hoge → lage conc.

  • merk op; individuele moleculen bewegen willekeurig; Brownse beweging

• 2 types;

  • simpel

  • gefaciliteerd

diffusie — wet v Fick

• J_x ~ dC_x / dx = P_x * ( [X]_out - [X]_in )

  • J_x = flux

  • P_x = permeabiliteit

• [mM / (cm² * s)]

  ‎

• opm; gefaciliteerde diffusie is verzadigbaar

diffusie — beïnvloedende factoren

• lipide oplosbaarheid

• grootte moleculen

• dikte celmembraan

• concentratiegradiënt

• oppervlakte membraan

• samenstelling lipidelaag

diffusie — permeabiliteit

• laag

  • ionen

• hoog

  • grote concentratiegradiënt

  • hoge olie-water partitiecoëfficiënt; morfine vs heroïne

elektrodiffusie

• diffusie voor geladen deeltjes

• gaat door tot evenwichtspotentiaal is bereikt

• krijgen te maken met;

  • chemische gradiënt

  • elektrische gradiënt

elektrodiffusie — evenwichtspotentiaal

• = Nernst-potentiaal

• = E_ion

  ‎

• potentiaal waarbij netto ionenflux = 0

• chemische gradiënt = - elektrische gradiënt

elektrodiffusie — chemische gradiënt

• ΔG_c = RT * ln([X]_in / [X]_out)

• Gibbs vrije energie

elektrodiffusie — elektrische gradiënt

• ΔE = zF (E_in - E_out) = zFE

• trans membraan potentiaal

elektrodiffusie — Nernstvergelijking

• chemische gradiënt = - elektrische gradiënt

  • ΔG_c = -ΔE

    ‎

• E_equilibrium = (RT/zF) * ln([X]_out / [X]_in)

  • R = 8,314 J/mol*K

  • T = temp in K

  • z = lading ion

  • F = cte Faraday = 96.485 C/mol

  • [mV]

elektrodiffusie — effectieve kracht op ion

• V_m - E_equilibrium

  • bij werking externe kracht

elektrodiffusie — RMP

• = rustmembraanpotentiaal

• = V_m

  ‎

• cel in rust; geen contractie of secretie

  • vnl K⁺ naar binnen/buiten in rust; Na⁺ in mindere mate

  • → RMP ligt dichter bij E_K dan E_Na

elektrodiffusie — concentraties

elektrodiffusie — permeabiliteit (P_x)

• = conductantie (in deze context)

  • G = 1/R

• = mogelijkheid van een membraan om ionen te laten passeren

elektrodiffusie — beïnvloedende factoren (4)

• concentratie ionen intra- en extracellulair

• temperatuur

• lading ion

• arbeid vereist om lading te scheiden

elektrodiffusie — wet v Fick

elektrodiffusie — Goldman-Hodgkin-Katz vergelijking

• V_m = (RT/F) * ln ((p_x[ion]_o + p_x[ion]_o) / (p_x[ion]_i + p_x[ion]_i))

  • met p_x ∝ D_xβ_x/d

    • D_x = diffusie coëfficiënt

    • β_x = partitie coëfficiënt

    • d = dikte membraan

      ‎

• realistischere versie v/d Nernst vergelijking

• let op; bij neg lading draaien o(utside) en i(nside) om

elektrodiffusie — gevaren

• [K⁺]_o = 5mM

• bij toename;

  • depolarisatie (RMP positiever)

• bij afname;

  • hyperpolarisatie (RMP negatiever)

• depolarisatie neuronaal systeem → hartstilstand

osmose (H₂O)

• milieu

  • isotoon; evenwicht

  • hypotoon; H₂O binnen → zwelling

  • hypertoon; H₂O buiten → krimping

• wordt gecorrigeerd door cellulaire volumregulatie

osmose — cellulaire volumregulatie

• RVI

  • = regulatory volume increase

  • hypertoon milieu; krimping

  • opname osmolieten

• RVD

  • = regulatory volume decrease

  • hypotoon milieu; zwelling

  • afgifte osmolieten

    ‎

• opm; waterflux volgt osmotische flux (indien aanwezigheid transportsystemen)

osmose — celvolume wordt bepaald door (3)

• osmolariteit medium

• cellulaire volumeregulatie

• chemisch vs. elektrisch evenwicht = Donnan evenwicht

gefaciliteerde diffusie — kenmerken

• passief transport; met gradiënt mee

• reversibel; bij omkering gradiënt

• selectiviteit tov substraat

• verzadigbaar

gefaciliteerde diffusie — opdeling

• poriën (pores)

• kanalen (channels)

  • K⁺, Na⁺, Ca²⁺ (tetrameer van 4-(pseudo)-subeenheden)

  • H⁺ (monomeer)

• carriers

  • mobiele membraan oplosbare carriers

  • transmembraan proteinen

    ‎‎

• opm; drijvende kracht is steeds elektro-chemische gradiënt

gefaciliteerde diffusie — verschillen

gefaciliteerde diffusie — poriën

• altijd open

• maar wel selectief

gefaciliteerde diffusie — kanalen

• gating proces

  • = opent/sluit actief door stimulus;

    • Δ V_m

    • Δ [messenger]; vb. cAMP, Ca²⁺

    • ligand; vb. capsaicin, PiP2

    • mechanisch; membraanspanning

kanalen — types (4)

• voltage-gated

• ligand-gated (extracellulair)

• ligand-gated (intracellulair)

• mechanically gated

ionkanalen — opbouw

• hexameer

  • vb. connexines in gap junctions

• pentameer

  • vb. nAChR, GABA, glycine

• (pseudo)tetrameer

  • vb. K_v, Na_v, Ca_v, glutamaat

• trimeer

• dimeer

  • vb. Cl-kanalen

‎

• opm; α-subunits zijn steeds hoofdonderdeel

ionkanaal — werking

• porie = gate (open/dicht)

• sensormechanisme (voltagesensor)

ionkanaal — kenmerken (5)

• snel

  • 6×10⁶ ionen/sec.

• selectief

  • door selectiviteitsfilter

• gating; (in)activatie

  • spanningsgevoelig

  • ligand-geopereerd

  • second messenger gevoelig

  • mechanosensitief

• verzadigbaar

• inhibitie

  • kanaalblok

  • antagonist (bij ligandgevoelige kanalen)

Na_v — syndromen en ziektes

• meestal gelinkt aan pijn en hartaandoeningen

• maar ook;

  • epilepsie

  • kankers

  • anosmia = niet meer kunnen ruiken (long-covid)

gating ionkanaal — patch-clamp

• wat; techniek om single channel stromen, en dus ook gating te bestuderen

• methode;

  • contact met membraan adhv glazen pipet met zilverelektrode

  • cel wordt onderdeel v. elektrisch circuit → metingen uitvoeren

types stroom (4)

• microscopisch

  • door één kanaal

  • bepaald door E_m en single channel conductantie

• macroscopisch

  • door duizenden kanalen

  • bepaald door E_m , single channel conductantie en aantal open kanalen

‎

• positief

  • = uitwaarts

• negatief

  • = inwaarts

gefaciliteerde diffusie — carriers

• passief; met gradiënt mee

• dmv uniporter (transporteiwit)

• steeds open aan één kant; nooit beide kanten tegelijk open (cyclisch verloop)

• verzadigbaar

carriers — uniporter

• = permease

• enzymen die transport katalyseren

• saturatie treedt op bij hoge conc; meeste carriers zijn bezet

  ‎

• K = half-maximale flux

  • affiniteit = 1/K

carriers — SLC

• = solute carrier

• vb. GLUT1

poriën, kanalen en carriers — samengevat

3 — ACTIEF TRANSPORT

membraantransport — schema

actief tansport

• primair actief transport (ATPases)

  • P-type (Na-K pomp, Ca2+ pompen…)

  • F- en V-type (F₀F₁ ATPase in mitochondria, V-type H⁺ pump…)

  • ATP-binding cassette (ABC) transporters (CFTR,…)

• secundair actief transport

  • co-transporter (symporter)

  • anti-porter (exchangers)

PRIMAIR ACTIEF TRANSPORT

ATPase

• afbraak ATP

• vrijkomen E

P-type

P-type — Na-K pomp

F-type

F-type — F₀F₁ ATPase

V-type

ABC

primair actief transport — kenmerken (7)

• kan tegen elektro-chemische gradiënt in

• ATP afhankelijk

• transporteiwit kan;

  • geïnhibeerd worden

  • geactiveerd worden

• selectiviteit (niet allemaal – ABC)

• verzadigbaar

• competitiviteit: indien er affiniteit is voor meerdere substanties, zal de aanwezigheid van 1 substantie het transport van de andere substantie inhiberen

• grootteorde transportsnelheid; 10×10³ ionen of moleculen per seconde

SECUNDAIR ACTIEF TRANSPORT