Class notes
College aantekeningen Celbiologie (5102CELB9Y)
- Course
- Institution
Dit zijn college aantekeningen van module 3
[Show more]
Seller
Follow
femkesouren
Content preview
MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL MODULE 3CHAPTER 11: MEMBRANE TRANSPORT OF SMALL MOLECULES AND
THE ELECTRICAL PROPERTIES OF MEMBRANES
CHANNELS AND THE ELECTRICAL PROPERTIES OF MEMBRANES
Gap junctions = kanaaleiwitten tussen aangrenzende cellen
Porins = kanaaleiwitten in de buitenste membranen van bacteriën, mitochondria en chloroplasten
De kanalen in de membranen van dieren en plantencellen verbinden het interne milieu (cytoplasma)
en het externe milieu met elkaar en hebben smalle, zeer selectieve poriën die snel open en dicht
kunnen
- Deze kanaaleiwitten vervoeren anorganisch transport en worden ionkanalen genoemd
Deze kanalen zijn niet gekoppeld aan een energiebron en kunnen daarom alleen passieve transport
uitvoeren – ionen worden dus van een hoge concentratie naar een lage concentratie getransporteerd
Aquaporins are permeable to water but impermeable to ions
Cellen bestaat voor het grootste gedeelte uit water en in het water zijn veelal (geladen) opgeloste
stoffen. Deze stoffen veroorzaken een osmotische druk/waarde. Een kleine osmotische waarde zorgt
ervoor dat het water in de cel wordt ‘getrokken’. Biologische membranen zijn water doorlatend
(permeabel voor water) waardoor het celvolume erg snel een evenwicht bereikt
Waterkanalen/aquaporiën = kanalen/poriën in het membraan die ervoor zorgen dat water sneller
getransporteerd wordt (fig. 11-19)
Aquaporiën moeten enorm selectief zijn en alleen watermoleculen doorlaten en ionen blokkeren
- Aquaporiën hebben een smalle porie die alleen watermoleculen doorlaat (fig. 11-20)
- Carbonyl-oxygen ligt aan één kant van de porie - gunstig voor watermoleculen (fig. 11-20)
- Hydrofobe aminozuren liggen aan de andere kant van de porie
- De doorgang is te groot voor een gehydrateerd ion + het dehydrateren van een ion is
energetisch gezien te ongunstig, omdat de hydrofobe kant van de porie niet met een
gedehydrateerd ion kan interacteren
H+ kan extreem snel door water heen diffunderen, doordat ze van watermolecuul naar
watermolecuul worden ‘gegeven’ (fig. 11-20C)
Twee asparaginezuren doorkruisten de porie, die een bipolariteit veroorzaken aan de hele kolom van
watermoleculen (fig. 11-20D)
- Beide vrije elektronenparen van het centrale O-atoom zijn nu niet meer beschikbaar om een
interactie mee aan te gaan en daarom kan H + niet door de porie heen
,Ion channels are ion-selective and fluctuate between open en closed states
Twee belangrijke unieke eigenschappen aan ionkanalen:
1) ion-selectiviteit – sommige ionen kunnen doorgelaten worden, andere niet
- Alleen ionen met een bepaalde grootte en lading kunnen doorgelaten worden
Ionkanalen hebben een selectivity filter – dit zorgt voor een limiet aan de doorlaatsnelheid. Als de
ionconcentratie stijgt, zal de doorlaatsnelheid stijgen, maar er zit een bepaald maximum aan
(fig. 11-21)
2) ionkanalen zijn gated – ionkanalen kunnen open en dicht zijn
- Ionkanalen sluiten of openen op bepaalde stimuli (fig. 11-22)
Het openen van ionkanalen kan volgens meerdere stimuli gebeuren:
1) voltage-gated channels – een verandering in de voltage veroorzaakt het openen van een poort
2) mechanically-gated channels – een mechanische stress veroorzaakt het openen van een poort
3) ligand-gated channels – de binding met een ligand veroorzaakt het openen van een poort
- Extracellulair transmitter-gated channels
- Intracellulair nucleotide-gated channels / ion-gated channels
Ionkanalen zijn verantwoordelijk voor de elektrische prikkelbaarheid van spiercellen en mediëren bij
de meeste vormen van elektrische signalering in het zenuwstelsel
K+ kanalen = kanalen die permeabel zijn voor K + en ervoor zorgt dat de membraanpotentiaal
behouden blijft
K+ leak channels = K+-kanalen die zelfs open zijn in een niet gestimuleerde of ‘rust’ cel
The membrane potential in animal cells depends mainly on K + leak channels and
the K+ gradient across the plasma membrane
Een membraanpotentiaal ontstaat wanneer er een ladingsverschil is tussen de twee kanten van het
membraan en wordt veroorzaakt door zowel actieve elektrogene pompen als passieve ion-diffusie
K+ wordt actief de cel ingepompt door de natriumkalium-pomp en kan vrij bewegen in of uit de cel
door de K+ leak channels. K+ komt bijna tot een bepaald evenwicht waarbij een elektrische kracht die
wordt uitgeoefend door een overmaat aan negatieve ladingen K + aantrekken in de cel, de neiging van
K+ om uit zijn concentratiegradiënt weg te trekken, in evenwicht brengt
Voltagegradiënt = 0V en de concentratie K+ binnen de cel is hoog K+ zal de cel verlaten, gedreven
door zijn concentratiegradiënt telkens als K+ de cel verlaat zal het een negatieve lading in de cel
achterlaten, die verdere uitstroming tegen zal gaan de netto uitstroming van K+ zal stopen als de
elektrische gedreven kracht op K+ gelijk zal zijn aan de concentratiegradiënt van K + - dus als de
elektrochemische gradiënt voor K+ 0 is
Resting membrane potential = de evenwichtsconditie waarbij er geen netto uitstroming van ionen is
,Nernst equation kwalificeert de evenwichtsconditie
The resting potential decays only slowly when the Na +-K+ pump is stopped
Een membraanpotentiaal ontstaat wanneer het ladingsverschil over het membraan NIET gelijk is. Een
membraanpotentiaal is het gevolg van verschillende ionconcentraties aan beide kanten van het
membraan. Dit verschil in ionconcentraties is wel zeer klein (fig. 11-23)
Zonder de natrium-kaliumpomp zal de iongradiënten die ‘gemaakt’ zijn door de cel (natrium HOOG
buiten de cel en kalium HOOG binnen de cel) afnemen en het membraanpotentiaal zal ook
veranderen en afnemen (in de cel zal het dus minder negatief zijn)
De rustpotentiaal (-20 tot -120 mV) wordt niet alleen door de kaliumconcentratie bepaald maar ook
door de concentratie van andere ionen. Veranderingen in de permeabiliteit van het membraan voor
ionen kan significante veranderingen veroorzaken in de membraanpotentiaal
The three-dimensional structure of a bacterial K + channel shows how an ion
channel can work
Een bacterieel K+-kanaal bestaat uit 4 identieke transmembrane subeenheden, die samen een
centrale porie vormen door het membraan (fig. 11-24)
De polypeptide keten die de twee transmembrane helices verbindt vormt een kleine a-helix (de pore
helix)
Selectivity filter vormt een kleine, stugge, nauwe porie. De selectivity loops van allen bekende K +-
kanalen hebben dezelfde aminozuurvolgordes en zullen dus ook eenzelfde structuur hebben
Een K+-ion verbreekt zijn bindingen met de watermoleculen en vormt bindingen met de carbonyl-
zuurstof die in de filter zitten. Deze carbonyl-zuurstof groepen zitten qua afstand perfect voor kalium
maar niet perfect voor natrium. Daarom kan alleen kalium eraan binden (fig. 11-25)
De ‘gating’ omvat bewegingen van de helices in het membraan zodat ze het pad voor ionenbeweging
belemmeren of openen (fig. 11-26)
De poort-helices van het kanaal zijn allosterisch gekoppeld aan domeinen die de ionen-
samenstellende route vormen; en een conformationele verandering in de poort door ligandbinding
of een veranderde membraanpotentiaal veroorzaakt conformationele verandering in het geleidende
pad, ofwel het openen of blokkeren ervan
Mechanosensitive channels protect bacterial cells against extreme osmotic
pressures
Mechanosensitive channels = kanalen die gevoelig zijn voor mechanische veranderingen (fig.
11-27)
The function of a neuron depends on its elongated structure
Een neuron / zenuwcel ontvangt, geleidt en zendt signalen
Een neuron bestaat uit: (fig. 11-28)
, - Cellichaam – met de kern
- Axon – geleidt de signalen WEG
- Dendrieten – ontvangt de signalen
Het signaal bestaat altijd uit veranderingen in de elektrische potentiaal over het membraan van een
neuron – over kleine afstanden gaat dit goed, maar als de afstand groot genoeg is wordt het signaal
zwakker. Grotere neuronen gebruiken dan ook een actief signaleringsmechanisme
Een actiepotentiaal / zenuwimpuls = een explosie van elektrische activiteit / golf van elektrische
excitatie
Een actiepotentiaal wordt veroorzaakt door de werking van voltage-gated kation kanalen
Voltage-gatted cation channels generate action potentials in electrically excitable
cells
Het membraan van elektrisch stimulerende cellen bevatten voltage-gated kation kanalen
Een actiepotentiaal wordt geactiveerd door de depolarisatie van het membraan – het membraan
wordt minder negatief
Een stimulus (signaal) dat voor de depolarisatie zorgt, zorgt ervoor dat de voltage-gated Na+ kanalen
opengaan – een kleine hoeveelheid natrium-ionen gaat de cel in
De influx van de positief geladen natriumionen depolariseert het membraan nog meer en zorgt
ervoor dat er nog meer natrium-kanalen opengaan, waardoor er nog meer natrium-ionen de cel
ingaan. Hierdoor wordt de cel nog meer gedepolariseerd – vorm van positieve feedback. De
membraanpotentiaal gaat van -70mV naar zo’n +50mV
Als de actiepotentiaal is bereikt gebeuren twee dingen:
1) de natriumkanalen worden geïnactiveerd en gaan dus dicht
2) de voltage-gated K+ kanalen gaan open – kalium-ionen stromen de cel uit
Natriumkanalen zijn opgebouwd uit één lange polypeptideketen die bestaat uit vier structurele
gelijke domeinen (fig. 11-29A)
- Elk domein bevat een voltage sensor
De natriumkanalen inactiveren zichzelf als de actiepotentiaal bereikt is en blijven in deze inactieve
toestand totdat de potentiaal zijn rustpotentiaal weer bereikt heeft (fig. 11-30)
Refractoire periode = de tijd die nodig is voor natriumkanalen om zich te herstellen om een te kunnen
reageren op een nieuwe actiepotentiaal
Natriumkanalen kennen drie verschillende toestanden:
- Open
- Gesloten
- Geïnactiveerd
De actiepotentiaal beweegt zich vanaf een startpunt in één richting over het membraan heen (fig.
11-31)
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller femkesouren. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $7.07. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
62890 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now