Diffusion, osmose, transport

beskriv fri diffusion i væsker

altså diffusion, der ikke involverer nogen membran

• Den hastighed, hvormed opløste molekyler forlader et givent enhedsvolumen, er proportional med koncentrationen i netop det volumen — jo flere molekyler, jo flere vil statistisk set bevæge sig ud af volumenet pr. tidsenhed.

• diffusion er nettotransporten af molekyler fra volumen med høj konc til volumen med lav konc

beskriv diffusion når to rum er adskilt af membran og er permeabel for et stof

molekylerne vil bevæge sig fra høj → lav koncentration

hvad er flux (J)?

et mål for hvor meget/hvor hurtigt stoffet netto transporteres gennem membranen pr. areal

beskriv osmose

vandtransport som følge af vandkoncentrationsforske

hvis membranen kun er permeabel for vand kan stoffet ikke flytte sig. I stedet bevæger vand sig mod siden med højest koncentration. så vandet bevæger sig ned af sin koncentrationsgradient.

det sker når rummet kan ændre volumen/blive større

hvad er det osmotiske sug?

udtryk for, at vand bevæger sig mod siden med højere koncentration af opløst stof.

hvad sker der med koncentrationen efter det osmotiske sug?

det vil fortynde stoffet så koncentrationen falder. men samtidig mister rummet med færrest molekyler vand, så derfor vil dens koncentration stige

det vil fortsætte indtil koncentrationen er ens på begge sider og ikke mere en netto vandbevægelse.

hvad er en ideel semipermeabel membran?

En membran, der er impermeabel for alle opløste stoffer, men permeabel for vand

hvad sker der hvis beholderen/rummet ikke kan ændre volumen?

• der er stadig højest koncentration i rum A så osmose vil få vand fra B → A

• men A kan ikke blive større så når en lille smule vand presses ind i A, opbygges der derfor et tryk inde i A.

hvad gør det hydrostatiske tryk?

presser vand den modsatte vej, altså A → B.

hvad sker der så med osmosen og det hydrostatiske tryk?

osmose: B → A

hydrostatisk tryk: A → B

Til sidst er de lige store → der er ingen netto bevægelse af vand.

hvad er det osmotiske tryk?

størrelsen af det modtryk, der skal til for at stoppe den osmotiske vandbevægelse.

hvad er den hydrostatiske trykforskel (deltaP)?

forskellen i hydrostatisk tryk mellem A og B. A får højst hydrostatisk tryk, men osmose modarbejder den. Når ΔP er stor nok til præcis at stoppe nettobevægelsen af vand, svarer denne nødvendige trykforskel til det osmotiske tryk.

hvad er one way flux?

 betyder, hvor mange molekyler der bevæger sig i én bestemt retning. Der er hele tiden molekyler, der bevæger sig begge veje.

hvad er nettoflux?

 forskellen mellem de to one-way flux. Hvis flere molekyler bevæger sig fra område 1 → 2 end fra 2 → 1, er nettofluxen rettet fra 1 → 2. Det er derfor den samlede transport fra høj mod lav koncentration.

hvor hurtigt diffusionen sker afhænger af hvad?

• højere temperatur → molekylerne bevæger sig hurtigere → større diffusion

• Et tungere/større molekyle bevæger sig typisk langsommere → langsommere diffusion.

• Større overfladeareal giver mulighed for, at flere molekyler kan transporteres samtidig.

• Og diffusion gennem fx væv kan være langsommere end gennem vand, fordi mediet giver større modstand.

hvordan kan disse begreber sættes i sammenhng med en infektion i pulpa?

hvordan påvirkes nettoflux af tiden?

jo længere tid der går jo mindre vil nettofluxen blive. det er fordi der er flere og flere molekyler der vil gå mod rummet med færrest molekyler.

hvordan påvirker koncentrationen i det miljø en celle befinder sig i størrelsen af den?

Cellen har normalt ca. 300 mOsm indeni.

• Hypertonisk (400 mOsm udenfor) → mere opløst stof udenfor → vand bevæger sig ud af cellen → cellen skrumper.

• Isotonisk (300 mOsm udenfor) → samme koncentration inde og ude → ingen nettobevægelse af vand → cellen ændrer ikke størrelse.

• Hypotonisk (200 mOsm udenfor) → mindre opløst stof udenfor → vand bevæger sig ind i cellen → cellen svulmer.

hvad siger ficks lov om diffusion?

diffusionstiden øget ift kvadratet af afstanden som molekylerne diffundere over. altså afstanden har stor betydning for hvor hurtigt molekylerne kan diffundere.

hvordan kan membraner fungere som en barriere for diffusion?

det hydrofobe indre af membranen kan have stor barriereeffekt på polare og ladede molekyler der har svært ved at passere

hvad kræves for at et stof kan passere membranen ved medieret transport?

et transportprotein der har kontakt med begge sider af det lipide lag samtidig - proteinet skal spænde hele vejen igennem

hvad består proteinet af

flere subunits der tilsammen danner transportkomplekset

hvad diffundere nemt gennem membranen og hvorfor?

grundet deres upolære natur kan ilt, fedtsyrer og steroidhormoner diffundere nemt igennem

hvad består en ionkanal af?

En ionkanal består af proteiner, der går gennem cellemembranen. Ét sådant protein kaldes en subunit (underenhed), og det kan krydse membranen flere gange.

Flere subunits kan derefter samles og danne én fælles kanal. I midten af kanalen dannes en vandfyldt pore, som ioner kan bevæge sig igennem.

hvilke typer membrankanaler findes?

ligandstyrede kanaler

mekanisk styrede kanaler

spændingsstyrede kanaler

beskriv ligandstyrede kanaler

de åbnes ved binding af et specifikt molekyle

beskriv spændingsstyrede kanaler

de åbnes af ændringer i membranpotentialet

beskriv mekanisk styredekanaler

åbnes af strækpåvirkninger

hvad er medieret transport

alt transport gennem membranintegrede proteiner, som ikke er simpel diffusion

hvilke faktorer afgører et molekyles flux faciliteret af medieret transport?

• jo højere substratkoncentrationen er desto større bliver saturationen af transportørens bindingssteder.

• transportørens affinitet for stoffet som afhænger af substratets form og ladning

• jo flere transportører jo højere flux

• hastigheden af konformationsændringer i transportproteinet

beskriv simpel diffusion

Stoffet går direkte gennem membranen fra høj → lav koncentration.

beskriv faciliteret diffusion

Stoffet går også fra høj → lav koncentration, men kan ikke selv komme gennem lipidmembranen. Derfor bruger det en kanal eller carrier som “vej” gennem membranen. Det kræver ikke ATP.

beskriv aktiv transport

Her transporteres stoffet mod sin koncentrationsgradient, altså fra lav → høj koncentration. Det kræver energi.

hvad er primær og sekunder aktiv transport?

primær: bruger ATP direkte. Fx Na⁺/K⁺-pumpen bruger ATP til at pumpe Na⁺ ud af cellen og K⁺ ind. Derved opbygges bl.a. en Na⁺-gradient

sekundær: bruger ikke ATP direkte. Den udnytter i stedet den gradient, som fx Na⁺/K⁺-pumpen allerede har skabt. Na⁺ får lov til at bevæge sig med sin elektrokemiske gradient, og energien fra denne bevægelse bruges til at transportere et andet stof mod dets gradient.

hvad er symport og antiport?

• ved symport bevæger de to stoffer sig samme vej gennem membranen.

• Ved antiport bevæger de sig hver sin vej.

beskriv Na⁺/K⁺-pumpen grundigt

er primær aktiv transport

Inde i cellen: lidt Na⁺ (15 mM) og meget K⁺ (150 mM)

Udenfor cellen: meget Na⁺ (145 mM) og lidt K⁺ (5 mM)

Na⁺/K⁺-pumpen gør så følgende:

1. Pumpen er først i E1-form. Her har den høj affinitet for Na⁺, dvs. den binder Na⁺ godt. Derfor binder 3 Na⁺ inde fra cellen.

2. ATP bruges → pumpen fosforyleres, altså får sat en fosfatgruppe på sig.

3. Fosforyleringen får pumpen til at ændre form fra E1 → E2.

4. I E2-formen har pumpen lav affinitet for Na⁺ → derfor slipper den de 3 Na⁺ uden for cellen.

5. E2 har til gengæld høj affinitet for K⁺ → derfor binder 2 K⁺ fra ydersiden.

6. Når K⁺ binder, fjernes fosfatgruppen (dephosphorylering) → pumpen ændrer tilbage til E1.

7. E1 har lav affinitet for K⁺ → derfor frigives de 2 K⁺ inde i cellen.

Så én hel omgang:

3 Na⁺ ud + 2 K⁺ ind + 1 ATP bruges.

kom med et eksempel for sekundær aktiv transport

Na⁺/K⁺-pumpen har skabt en situation, hvor der er meget Na⁺ udenfor cellen og lidt Na⁺ inde i cellen. Derfor vil Na⁺ naturligt bevæge sig ind i cellen ned ad sin elektrokemiske gradient.

SGLT1 udnytter dette:

Na⁺ og glukose binder samtidig til SGLT1 på ydersiden af cellen. Na⁺ bevæger sig ind i cellen med sin elektrokemiske gradient, og denne bevægelse giver energien til, at glukose kan blive transporteret med ind mod sin egen koncentrationsgradient.

Altså:

Na⁺: høj koncentration ude → lav inde = bevæger sig “med” gradienten

Glukose: kan samtidig flyttes fra lav → høj koncentration = “mod” sin gradient

De bevæger sig samme vej → derfor er SGLT1 en symporter.

hvad er membranpotentialet Vm

på de to sider af cellemembranen er der forskel i elektrisk ladning, så der er en spændingsforskel over cellemembranen som er membranpotentialet

hvor ses ladningsforskellene ift cellen

Langt væk fra membranen er der næsten lige mange positive og negative ladninger både inde og ude → væsken er altså elektrisk neutral.

Det er kun helt tæt på membranen, at der er en lille ladningsforskel:

• lige udenfor membranen → lille overskud af positive ladninger

• lige indenfor membranen → lille overskud af negative ladninger

Det er denne meget lokale adskillelse af ladninger hen over membranen, der skaber membranpotentialet (Vm).

celler er negativt ladet på indersiden og typiske værdier for hvilemembranpotentialet er -40 og -90 mV. hvorfor?

der er tre ting:

1. Na⁺/K⁺-pumpen

2. membranen er mere permeabel for K+ end for Na+ i hvile

3. negative molekyler i cellen
   
   

beskriv det ift Na⁺/K⁺-pumpen

Den pumper 3 Na⁺ ud, men kun 2 K⁺ ind. Der flyttes altså netto én positiv ladning ud af cellen hver cyklus → bidrager til, at indersiden bliver mere negativ. Samtidig opretholder pumpen Na⁺- og K⁺-gradienterne.

beskriv det ift. at membranen er meget mere permeabel for K⁺ end for Na⁺ i hvile

1. Der er meget K⁺ inde i cellen, så K⁺ har tendens til at diffundere ud gennem K⁺-lækkanaler. Når positive K⁺ forlader cellen, bliver der et lille overskud af negativ ladning tilbage lige inden for membranen. Dette er den vigtigste direkte årsag til det negative hvilemembranpotentiale. Men fordi K+ er positivt begynder den negative inderside at tiltrække K+ tilbage ind. Det er den elektriske gradient
    

På et tidspunkt er der balance mellem:

• koncentrationsgradienten, som driver K⁺ ud

• den elektriske gradient, som trækker K⁺ ind.

 

Jo mere negativ indersiden bliver, desto stærkere bliver den elektriske kraft, der trækker K⁺ ind.

På et tidspunkt er den elektriske kraft indad præcis lige så stærk som koncentrationsgradientens kraft udad. Så er der ingen netto-bevægelse af K⁺.

Det membranpotentiale, hvor disse to kræfter præcis er i balance for K⁺, kaldes K⁺'s ligevægtspotentiale, E_K, som er omkring −85 mV.

Fordi membranen i hvile er meget permeabel for K⁺, bliver hvilemembranpotentialet derfor trukket tæt hen imod E_K, altså omkring −85 mV.

beskriv det ift at der er negative molekyler inde i cellen

Der findes fx negativt ladede proteiner inde i cellen, som ikke kan krydse membranen. De bidrager til den negative ladning på indersiden.

hvad beregner nernst-ligningen?

ligevægtpotentialet for en enkelt ion baseret på dens koncentrationsgradient og ladning

hvad er ligevægtspotentialet?

Ligevægtspotentialet er den spændingsforskel over membranen, hvor koncentrationsgradienten = den elektriske gradient

Der er meget K⁺ inde i cellen og mindre udenfor → koncentrationsgradienten driver K⁺ ud.

Når K⁺ går ud, bliver indersiden mere negativ → den elektriske gradient begynder at trække det positive K⁺ ind igen.

Ved fx omkring −85 mV kan de to kræfter være lige store. Det er så K⁺'s ligevægtspotentiale, E_K.

hvad beregner GHK-ligningen?

beregne rmembranpotentialet ved at tage højde for flere ioner og deres permeabiliteter