Hoorcollege 1 – Bio-elektriciteit (2-4-2024)
De celmembraan
De celmembraan heeft een lipide dubbel laag, waar eiwitten in ronddrijven. Een voorbeeld
hiervan is een integraal eiwit – een eiwit dat door de hele membraan heen steekt. Ook een
perifeer eiwit kan zich in de celmembraan bevinden, dit is een eiwit dat maar aan 1 kant van
het membraan zit. Ook zit er cholesterol in, dit bepaalt de vloeibaarheid van het membraan.
Voorbeelden van integraal eiwitten zijn ion kanalen.
Functies van diverse eiwitten
- Cellen moet elkaar kunnen herkennen, dit kan door eiwitten die door de membraan
heen steken.
- Hechting aan cytoskelet gebeurt door middel van eiwit in
het membraan
- Signaalverwerking
- Enzymvorming → stof hecht aan eiwit, andere stof wordt
geproduceerd
- Intercellulaire hechting, cellen kunnen via eiwitten aan
elkaar zitten.
- Membraantransport → ion kanalen of andere eiwit-kanalen
De celmembraan belemmert transport van stoffen de cel in of uit. Het biedt daarmee
bescherming tegen de buitenwereld. Het handhaaft concentratieverschillen, dit is ook
nuttig. Zorgt ook voor een energiebron door middel van concentratiegradiënten. Het maakt
door de isolerende werking wel dat er specifieke transportwegen noodzakelijk zijn om
dingen in en uit de cel te halen. Dit gebeurt door middel van membraantransport.
Membraantransport
Permeabiliteit = doorlaten van stoffen. Dit wil je selectief laten plaatsvinden door de
membraan. Laat sommige stoffen gemakkelijk door en houdt andere stoffen tegen.
Selectieve permeabiliteit
De permeabiliteit is afhankelijk van:
- De grootte → klein gaat makkelijker
- De vorm → lang gaat makkelijk
- De lading → water is bipolair, dit gaat er moeilijk door heen. Daarvoor heeft water
aquaporines.
1
,Vormen van transport
Diffusie is altijd passief transport, gaat dus met de concentratiegradiënt
mee en kost geen energie. Dit kan op verschillende manieren:
- Via de lipide dubbellaag → ‘simple diffusion’
- Via kanalen → ion kanalen en aquaporines, ‘channel-mediated
facilitated diffusion’, hebben ook een hulpeiwit.
- Via carriers → ‘carrier-mediated facilitated diffusion’, je hebt dus
iets nodig om de diffusie te late
plaatsvinden.
Bijvoorbeeld bij glucose. Die heeft een carrier deeltje
waar glucose zich aan kan hechten waardoor het naar
binnen kan. Dit kost geen ATP omdat er een
concentratiegradiënt is.
Dit is een voorbeeld van
een uniporter, dat is
transport in 1 richting.
Osmose is diffusie van water, water diffundeert naar het
compartiment met de hoogste osmolariteit (meest opgeloste
deeltjes).
- Normaal = isotoon
- Cel krimt, weinig water = hypertoon
- Cel zwelt op, te veel water = hypotoon
Actief transport; werkt tegen de concentratiegradiënt in. Als je iets wilt transporteren terwijl
er al een hoge concentratie is moet dit via actief transport, dit kost energie in de vorm van
ATP. Bekendste voorbeeld hiervan is de natrium kalium pomp.
- Primair actief transport: natrium kalium pomp, je gebruikt rechtstreeks/ direct ATP.
o Dit is in plaats van een uniporter een antiporter; 2 verschillende stoffen die
tegen elkaar in bewegen.
- Secundair actief transport: co-transport van Na+ en
glucose
o Natrium beweegt naar een lage concentratie toe,
dit levert energie op. Glucose beweegt mee met
het natrium. Natrium én glucose bewegen dan de
cel in, terwijl er al veel glucose in de cel zat.
Natrium moet weer teruggepompt worden, dit gaat dan tegen de
concentratiegradiënt in en kost dus energie (ATP).
o Dit is een voorbeeld van een symporter, waarbij 2 verschillende stoffen in
dezelfde richting bewegen.
Vesiculair transport
Dit is transport door middel van blaasjes (‘vesicles’). Creëren van de blaasjes
kost al energie en is dus altijd actief transport. Dit kan endocytose en
exocytose zijn. Endocytose = naar binnen toe, exocytose = naar buiten toe.
2
,Membraanpotentiaal en rustpotentiaal
Membraanpotentiaal
De binnenkant van de cel is bij bijna alle cellen in ons lichaam negatief geladen ten opzichte
van de buitenwereld (=0). De negatieve spanning/ het potentiaalverschil noem je de
transmembraanpotentiaal of kortweg membraanpotentiaal. In rust toestand is dat de
rustpotentiaal. De rustpotentiaal loopt uiteen van -10 tot -100 mV. bij prikkelbare cellen
(zenuw, spier) verandert de rustpotentiaal/ membraanpotentiaal na een prikkel. Bij heel veel
cellen kan dit niet.
De basis van de membraanpotentiaal zijn:
- Lekkanalen: K+-kanalen en Na+-kanalen die altijd open staan (‘passive channels’,
‘leak channels’).
- Concentratiegradiënten voor K+ en Na+ (gehandhaafd door Na-K-pomp)
Deze 2 samen zorgen voor een stabiele rustpotentiaal.
Een cel zonder ion kanalen heeft evenveel lading binnen als buiten de cel.
Membraanpotentiaal is en blijft 0.
Een cel met alleen K+-kanalen → K+ wil de cel uit door de
concentratiegradiënt. Dit zorgt voor een toenemende elektrische
gradiënt (wordt steeds negatiever t.o.v. de buitenwereld),
waardoor K+ opeens de cel in wil. Deze 2 gradiënten gaan dus
tegen elkaar in werken. Bij -20 mV is de K+-efflux (= kalium
beweging naar buiten) groter dan de K+-influx. Bij -70 mV is dit
ook zo, maar bij -90 mV is de efflux even groot als de influx.
Een cel met alleen Na+-kanalen werkt precies andersom. Natrium
wil van nature naar binnen toe. Als je alleen maar natrium
kanalen hebt gaat natrium naar binnen en wordt het binnen in de
cel positief (omgekeerde effect van kalium). De gradiënt is minder
groot dan die van kalium dus je eindigt op een ander potentiaal;
+70 mV. Er ontwikkelt wederom een elektrische gradiënt waardoor Natrium de cel uit wil. 20
mV: grote influx, 35 mV: kleinere influx, 70 mV: efflux = influx. De evenwichtspotentiaal/
Nernst potentiaal van Natrium is +70 mV.
Boven de -90 (meer positief) → uitstroom van Kalium. Zit je daarboven (meer negatief) →
een instroom van Kalium. Onder de +70 (negatiever) → instroom van Natrium. Boven de +70
(positiever) → een uitstroom van Na.
De rustpotentiaal
Cellen hebben zowel Kalium als Natrium kanalen en willen dus aan de ene kant naar -90 mV
en aan de andere kant naar +70 mV. Tussen deze 2 waardes ligt de rustpotentiaal. Ergens
tussen Ek en Ena is een membraanpotentiaal waarbij de uitstroom van kalium precies de
instroom van natrium compenseert, afhankelijk van hoeveel kanalen je van elk type hebt en
hoe goed ze geleiden. Bij een cel in rust gaat dus evenveel Kalium naar buiten als Natrium
naar binnen.
3
, Van rustpotentiaal naar ‘graded potential’
Verstoring van de rustpotentiaal
De membraanpotentiaal van prikkelbare cellen (zenuw, spier) kan veranderen door openen
van ion kanalen die normaal (=in rust) gesloten zijn (‘gated channels’). Hierdoor kun je extra
instroom van Na+ en extra uitstroom van K+ creëren. Je hebt verschillende soorten gated
channels:
- Receptor-gestuurde ion kanalen → stof hecht aan receptor
- Spanningsafhankelijke → kan alleen bij lekkanalen, gated channels helpen de cel
naar de drempelpotentiaal.
Receptor gestuurde ion kanalen
Zitten op de dendrieten en op het soma (cellichaam). Hebben een receptor en daar is een
bindingsplaats voor een specifiek molecuul, bijvoorbeeld acetylcholine. Hierdoor gaat het
kanaal open waardoor natrium naar binnen stroomt.
Graded potential hangt dus af van de hoeveelheid stoffen die zich hecht, als voldoende
stoffen zich hechten bereiken ze de drempel door depolarisatie (natrium kanalen gaan
open). Er zijn ook stoffen die andersom werken, die zorgen voor hyperpolarisatie (kalium
kanalen gaan open) en zorgen dat de drempelpotentiaal juist minder snel bereikt wordt.
Graded potential is variabel van grootte en van duur:
- Groter → als meer kanalen opengaan.
- Langer → als kanalen langer openstaan (stof blijft lang aanwezig).
De prikkel neemt af in sterkte naarmate die zich over het membraan
beweegt. Bij de axonheuvel is deze dus minder hoog. Ionen lekken dan
weg door de membraan en verliezen energie door intracellulaire
weerstand. Als het voldoende hoog is vormt het een prikkel en dus een
actiepotentiaal.
Van graded potential → actiepotentiaal
- Alleen bij voldoende grote depolarisatie (tot boven -60 mV) ontstaat bij
de axonheuvel een actiepotentiaal.
- De graded potential vormt de stimulus. Dit kan onderdrempelig
(subtreshold; 1-3) en bovendrempelig (suprathreshold; 4) zijn.
- Bij het bereiken van de drempelpotentiaal (-60 - -55 mV) gaan er
spanningafhankelijke natriumkanalen open.
o Natrium gaat naar binen → extra depolarisatie → extra Na-kanalen open →
extra Na naar binnen → extra depolarisatie (positieve feedback)
- Eenmaal voorbij de drempel ontstaat er altijd een actiepotentiaal → alles of niets
effect
Spanningsafhankelijke Na-kanalen
Zitten op de axonheuvel en op het axon. Hebben een
activatiepoort en een inactivatiepoort. Reageren daarmee
op veranderingen in membraanpotentiaal en doen dat snel.
4
De celmembraan
De celmembraan heeft een lipide dubbel laag, waar eiwitten in ronddrijven. Een voorbeeld
hiervan is een integraal eiwit – een eiwit dat door de hele membraan heen steekt. Ook een
perifeer eiwit kan zich in de celmembraan bevinden, dit is een eiwit dat maar aan 1 kant van
het membraan zit. Ook zit er cholesterol in, dit bepaalt de vloeibaarheid van het membraan.
Voorbeelden van integraal eiwitten zijn ion kanalen.
Functies van diverse eiwitten
- Cellen moet elkaar kunnen herkennen, dit kan door eiwitten die door de membraan
heen steken.
- Hechting aan cytoskelet gebeurt door middel van eiwit in
het membraan
- Signaalverwerking
- Enzymvorming → stof hecht aan eiwit, andere stof wordt
geproduceerd
- Intercellulaire hechting, cellen kunnen via eiwitten aan
elkaar zitten.
- Membraantransport → ion kanalen of andere eiwit-kanalen
De celmembraan belemmert transport van stoffen de cel in of uit. Het biedt daarmee
bescherming tegen de buitenwereld. Het handhaaft concentratieverschillen, dit is ook
nuttig. Zorgt ook voor een energiebron door middel van concentratiegradiënten. Het maakt
door de isolerende werking wel dat er specifieke transportwegen noodzakelijk zijn om
dingen in en uit de cel te halen. Dit gebeurt door middel van membraantransport.
Membraantransport
Permeabiliteit = doorlaten van stoffen. Dit wil je selectief laten plaatsvinden door de
membraan. Laat sommige stoffen gemakkelijk door en houdt andere stoffen tegen.
Selectieve permeabiliteit
De permeabiliteit is afhankelijk van:
- De grootte → klein gaat makkelijker
- De vorm → lang gaat makkelijk
- De lading → water is bipolair, dit gaat er moeilijk door heen. Daarvoor heeft water
aquaporines.
1
,Vormen van transport
Diffusie is altijd passief transport, gaat dus met de concentratiegradiënt
mee en kost geen energie. Dit kan op verschillende manieren:
- Via de lipide dubbellaag → ‘simple diffusion’
- Via kanalen → ion kanalen en aquaporines, ‘channel-mediated
facilitated diffusion’, hebben ook een hulpeiwit.
- Via carriers → ‘carrier-mediated facilitated diffusion’, je hebt dus
iets nodig om de diffusie te late
plaatsvinden.
Bijvoorbeeld bij glucose. Die heeft een carrier deeltje
waar glucose zich aan kan hechten waardoor het naar
binnen kan. Dit kost geen ATP omdat er een
concentratiegradiënt is.
Dit is een voorbeeld van
een uniporter, dat is
transport in 1 richting.
Osmose is diffusie van water, water diffundeert naar het
compartiment met de hoogste osmolariteit (meest opgeloste
deeltjes).
- Normaal = isotoon
- Cel krimt, weinig water = hypertoon
- Cel zwelt op, te veel water = hypotoon
Actief transport; werkt tegen de concentratiegradiënt in. Als je iets wilt transporteren terwijl
er al een hoge concentratie is moet dit via actief transport, dit kost energie in de vorm van
ATP. Bekendste voorbeeld hiervan is de natrium kalium pomp.
- Primair actief transport: natrium kalium pomp, je gebruikt rechtstreeks/ direct ATP.
o Dit is in plaats van een uniporter een antiporter; 2 verschillende stoffen die
tegen elkaar in bewegen.
- Secundair actief transport: co-transport van Na+ en
glucose
o Natrium beweegt naar een lage concentratie toe,
dit levert energie op. Glucose beweegt mee met
het natrium. Natrium én glucose bewegen dan de
cel in, terwijl er al veel glucose in de cel zat.
Natrium moet weer teruggepompt worden, dit gaat dan tegen de
concentratiegradiënt in en kost dus energie (ATP).
o Dit is een voorbeeld van een symporter, waarbij 2 verschillende stoffen in
dezelfde richting bewegen.
Vesiculair transport
Dit is transport door middel van blaasjes (‘vesicles’). Creëren van de blaasjes
kost al energie en is dus altijd actief transport. Dit kan endocytose en
exocytose zijn. Endocytose = naar binnen toe, exocytose = naar buiten toe.
2
,Membraanpotentiaal en rustpotentiaal
Membraanpotentiaal
De binnenkant van de cel is bij bijna alle cellen in ons lichaam negatief geladen ten opzichte
van de buitenwereld (=0). De negatieve spanning/ het potentiaalverschil noem je de
transmembraanpotentiaal of kortweg membraanpotentiaal. In rust toestand is dat de
rustpotentiaal. De rustpotentiaal loopt uiteen van -10 tot -100 mV. bij prikkelbare cellen
(zenuw, spier) verandert de rustpotentiaal/ membraanpotentiaal na een prikkel. Bij heel veel
cellen kan dit niet.
De basis van de membraanpotentiaal zijn:
- Lekkanalen: K+-kanalen en Na+-kanalen die altijd open staan (‘passive channels’,
‘leak channels’).
- Concentratiegradiënten voor K+ en Na+ (gehandhaafd door Na-K-pomp)
Deze 2 samen zorgen voor een stabiele rustpotentiaal.
Een cel zonder ion kanalen heeft evenveel lading binnen als buiten de cel.
Membraanpotentiaal is en blijft 0.
Een cel met alleen K+-kanalen → K+ wil de cel uit door de
concentratiegradiënt. Dit zorgt voor een toenemende elektrische
gradiënt (wordt steeds negatiever t.o.v. de buitenwereld),
waardoor K+ opeens de cel in wil. Deze 2 gradiënten gaan dus
tegen elkaar in werken. Bij -20 mV is de K+-efflux (= kalium
beweging naar buiten) groter dan de K+-influx. Bij -70 mV is dit
ook zo, maar bij -90 mV is de efflux even groot als de influx.
Een cel met alleen Na+-kanalen werkt precies andersom. Natrium
wil van nature naar binnen toe. Als je alleen maar natrium
kanalen hebt gaat natrium naar binnen en wordt het binnen in de
cel positief (omgekeerde effect van kalium). De gradiënt is minder
groot dan die van kalium dus je eindigt op een ander potentiaal;
+70 mV. Er ontwikkelt wederom een elektrische gradiënt waardoor Natrium de cel uit wil. 20
mV: grote influx, 35 mV: kleinere influx, 70 mV: efflux = influx. De evenwichtspotentiaal/
Nernst potentiaal van Natrium is +70 mV.
Boven de -90 (meer positief) → uitstroom van Kalium. Zit je daarboven (meer negatief) →
een instroom van Kalium. Onder de +70 (negatiever) → instroom van Natrium. Boven de +70
(positiever) → een uitstroom van Na.
De rustpotentiaal
Cellen hebben zowel Kalium als Natrium kanalen en willen dus aan de ene kant naar -90 mV
en aan de andere kant naar +70 mV. Tussen deze 2 waardes ligt de rustpotentiaal. Ergens
tussen Ek en Ena is een membraanpotentiaal waarbij de uitstroom van kalium precies de
instroom van natrium compenseert, afhankelijk van hoeveel kanalen je van elk type hebt en
hoe goed ze geleiden. Bij een cel in rust gaat dus evenveel Kalium naar buiten als Natrium
naar binnen.
3
, Van rustpotentiaal naar ‘graded potential’
Verstoring van de rustpotentiaal
De membraanpotentiaal van prikkelbare cellen (zenuw, spier) kan veranderen door openen
van ion kanalen die normaal (=in rust) gesloten zijn (‘gated channels’). Hierdoor kun je extra
instroom van Na+ en extra uitstroom van K+ creëren. Je hebt verschillende soorten gated
channels:
- Receptor-gestuurde ion kanalen → stof hecht aan receptor
- Spanningsafhankelijke → kan alleen bij lekkanalen, gated channels helpen de cel
naar de drempelpotentiaal.
Receptor gestuurde ion kanalen
Zitten op de dendrieten en op het soma (cellichaam). Hebben een receptor en daar is een
bindingsplaats voor een specifiek molecuul, bijvoorbeeld acetylcholine. Hierdoor gaat het
kanaal open waardoor natrium naar binnen stroomt.
Graded potential hangt dus af van de hoeveelheid stoffen die zich hecht, als voldoende
stoffen zich hechten bereiken ze de drempel door depolarisatie (natrium kanalen gaan
open). Er zijn ook stoffen die andersom werken, die zorgen voor hyperpolarisatie (kalium
kanalen gaan open) en zorgen dat de drempelpotentiaal juist minder snel bereikt wordt.
Graded potential is variabel van grootte en van duur:
- Groter → als meer kanalen opengaan.
- Langer → als kanalen langer openstaan (stof blijft lang aanwezig).
De prikkel neemt af in sterkte naarmate die zich over het membraan
beweegt. Bij de axonheuvel is deze dus minder hoog. Ionen lekken dan
weg door de membraan en verliezen energie door intracellulaire
weerstand. Als het voldoende hoog is vormt het een prikkel en dus een
actiepotentiaal.
Van graded potential → actiepotentiaal
- Alleen bij voldoende grote depolarisatie (tot boven -60 mV) ontstaat bij
de axonheuvel een actiepotentiaal.
- De graded potential vormt de stimulus. Dit kan onderdrempelig
(subtreshold; 1-3) en bovendrempelig (suprathreshold; 4) zijn.
- Bij het bereiken van de drempelpotentiaal (-60 - -55 mV) gaan er
spanningafhankelijke natriumkanalen open.
o Natrium gaat naar binen → extra depolarisatie → extra Na-kanalen open →
extra Na naar binnen → extra depolarisatie (positieve feedback)
- Eenmaal voorbij de drempel ontstaat er altijd een actiepotentiaal → alles of niets
effect
Spanningsafhankelijke Na-kanalen
Zitten op de axonheuvel en op het axon. Hebben een
activatiepoort en een inactivatiepoort. Reageren daarmee
op veranderingen in membraanpotentiaal en doen dat snel.
4
