H6 – Elektrofysiologische metingen
Basisbeginselen
Opbouw cel:
Een celmembraan is opgebouwd uit twee lagen van fosfolipide: met
hydrofiele kop en een hydrofobe staart → in een waterig milieu gaan die
zich zodanig oriënteren dat die hydrofobe kop naar de buitenkant is
gericht en de hydrofobe staart naar de binnenkant. Het celmembraan is
de grens tussen intracellulair en extracellulair. Zorgt ervoor dat bepaalde
stoffen uit de cel kunnen gaan en andere stoffen in de cel blijven
Eiwitten voor transmembranair transport, andere eiwitten en vetten kunnen ook in het
membraan zijn ingebed (die bepalen de eigenschappen van het membraan)
Sommige eiwitten over heel het membraan → zorgen voor transport over membraan
Stoffen die vrij kunnen gaan diffunderen: Apolaire moleculen (want die hebben geen moeite
met de hydrofobe binnenlaag)
Stoffen die niet vrij kunnen diffunderen: Polaire moleculen → kleine polaire moleculen
(zoals water) kunnen misschien net nog tot op bepaalde hoogte diffunderen MAAR die
hebben het zeer moeilijk. De grote polaire moleculen zoals glucose/suiker kunnen dat niet
→ hebben een andere manier van transport. Ionen kunnen ook niet vrij door het membraan
diffunderen → omdat het geladen deeltjes zijn (uitleg: water is een polair solvent die ionen
gaat omringen, zodat die geladen deeltjes moeilijk kunnen diffunderen)
Het feit dat zo geladen deeltjes niet zomaar van de ene kant naar de andere kant
kunnen gaan migreren zorgt ervoor dat we een lading opstapeling krijgen tussen
enerzijds de binnenkant van het membraan en anderzijds de buitenkant van het
membraan
Zo komen we tot een ladingsverschil tussen de binnenkant en de buitenkant van het
membraan = membraan potentiaal/membraanspanning/ transmembraan potentiaal (=
aanwezig bij alle cellen) → membraan is een “isolator”
Ladingen kunnen zich niet zomaar over membraan transporteren → je kan Vm
opbouwen
Aanwezig bij alle cellen, variabel of niet-variabel (voor sommige cellen blijft Vm op
constante waarde)
→ Bij excitereerbare cellen kan de Vm variëren (neuronale cellen, spiercellen, endocriene
cellen,…)
Membraan = een soort van isolatielaag tussen de 5 en 7 en nanometer en die zorgt voor een
scheiding van lading o.b.v. selectieve permeabiliteit
Ladingen opbouwen
Kan zeer lokaal zijn: enkel naast membraan waar lokaal Vm wordt opgebouwd
, Grootte orde = mV
NEG Vm = meer NEG lading intracellulair tov extracellulair
Rustpotentiaal = -40 → -80 mV (meer NEG lading binnen)
Er zijn ionenkanalen die selectief zijn voor specifieke ionen
Verschil in concentraties = concentratiegradiënt
Opstapeling van negatieve ladingen langs het membraan van compartiment
A en opstapeling van positieve ladingen langs het membraan van compartiment B zorgen
voor ladingsverdeling
OEFENING: Welke schematische voorstelling komt overeen met een POS Vm?
Antwoord: B → POS Vm = meer POS ladingen aan de binnenkant tov buitenkant
NEG Vm = meer NEG ladingen aan de binnenkant tov buitenkant
= als je een intracellulair een opstapeling hebt van positieve ladingen
Hoe kunnen we die ladingen opbouwen langs membraan?
= dankzij ionen
Twee compartimenten A en B (elk gevuld met water). In A (kalium ionen en chloride ionen)
met een gaatje in het membraan naar compartiment B
,Evolutie van de k-concentratie in functie van de tijd met een gaatje dat permeabel is voor
alles: na een tijdje zal in compartimenten B evenveel kalium en chloride ionen zijn als in
compartiment A → de concentratie in compartiment A gaat exponentieel dalen en de
concentratie in compartiment B gaat exponentieel stijgen → totdat ze dezelfde waarde
hebben.
OEFENING: Stel Gaatje enkel permeabel voor kalium ionen: In het begin zullen er geen
kalium ionen aanwezig zijn in compartiment B dus ga je een diffusie krijgen op basis van de
gradiënten (K-ionen gaan willen gaan naar een plaats waar veel meer ruimte is) → MAAR op
een bepaald ogenblik ga je ook een onevenwicht krijgen in lading: dus zal compartiment A
negatief geladen worden en compartiment B meer positief geladen worden (aangezien K
POS is) → zodanig dat je een omgekeerde kracht krijgt (namelijk de elektrostatische kracht
diffusiekracht) die kalium ionen terug naar het compartiment A zal duwen → Daarom
krijg je een evenwicht tussen de diffusiekracht en die elektrostatische kracht
Welke ionen spelen een rol bij het opbouwen van de MP?
- K-ionen (I>E)
- Na-ionen (E>I)
- Cl-ionen (E>I)
- Ca-ionen (E>I)
→ zeer lage intracellulaire concentratie
Reden: gebruikt voor signaaltransductie dus die zorgen ervoor dat een cel kan
worden getriggerd
→ vaak gebruikt bij beeldvorming omdat achtergrondsignaal zo laag is
- Nucleotiden, proteïnen & AZ = groot aantal NEG geladen moleculen
→ aan binnenkant van cel: maken Vm aan
→ moleculen die standaard aanwezig zijn aan de binnenkant van de cel
→ NEG geladen moleculen kunnen aan de positieve ionen binden zodanig dat de
NEG geladen moleculen te groot zijn om door die ionenkanalen te passeren →
gevolg: NEG geladen moleculen meestal aan de binnenkant van de cel gehouden;
tenzij dat er actief transport is van deze moleculen naar de buitenkant van de cel
3 belangrijke vormen van ionentransport:
1. Gefaciliteerde diffusie = diffusie doorheen ionenkanalen a.d.h.v. verschil in
concentratie
werkt obv concentratieverschillen: diffusie van hoge concentratie → lage
concentratie
membraan kan ionen goed tegenhouden → oplossing: ionenkanalen nodig of diffusie
te ‘faciliteren’!
gebruik maken van gradiënt + ionenkanalen
2. Primair actief transport = maakt gebruik van pompen (ATP) (zoals bv. de Na+/K-pomp
die energie gaat gebruiken) die concentratie verschillen gaan opbouwen (vorm van
energie) en zo aan transport doen (die vorm van energie kan gebruikt worden voor
secundair actief transport)
tegen gradient in ionen transporteren
, energie gebruiken om tegen stroom in ionen te transporteren
3. Secundair actief transport: Hier zal het gradiëntverschil van één type ionen gebruikt
worden om een ander type van ionen over het membraan te brengen
Tekening: dus hier zie je dat de groene deeltjes stroomafwaarts gaan diffunderen en
die worden dan gebruikt om die andere rode deeltjes stroomopwaarts te laten
diffunderen over het membraan)
Ionenkanalen…
selectieve permeabiliteit door de grootte of de lading van een ion
zeer snel transport (108 ionen/sec)
ladingsveranderingen gebeuren t.h.v. het celmembraan ‘zeer lokaal’
Soorten ionenkanalen:
1. Lekkage ionenkanalen: waarbij dat de permeabiliteit constant is
= dus die staan in feite altijd open
→ geen signaal nodig om te openen of sluiten
2. Gated ionenkanalen: Dat is wanneer de kraan af en toe dichtgedraaid en die
opengedraaid wordt → wanneer ionenkanalen reageren op bepaalde triggers (zoals:
chemische signaal, temperatuurverschillen, door de membraan potentiaal die stijgt
of daalt)
→ permeabiliteit afhankelijk van chemische signalen: Vm, temperatuur…
3 functionele toestanden:
- gesloten toestand: Hier zullen de ionenkanalen niks doorlaten MAAR ze
zijn wel klaar om een trigger te ontvangen en om opengezet te worden
- Open toestand
- De inactieve/refractaire toestand: waarbij dat het kanaal open staat maar
geblokkeerd wordt en dus nauwelijks meer openstaat. Tijdens deze periode
kan het geen andere signalen ontvangen om weer open gezet te worden
(moet eerst van de inactieve/refractaire toestand naar de gesloten toestand gaan)
Geen transport
Kunnen niet direct opengaan
Basisbeginselen
Opbouw cel:
Een celmembraan is opgebouwd uit twee lagen van fosfolipide: met
hydrofiele kop en een hydrofobe staart → in een waterig milieu gaan die
zich zodanig oriënteren dat die hydrofobe kop naar de buitenkant is
gericht en de hydrofobe staart naar de binnenkant. Het celmembraan is
de grens tussen intracellulair en extracellulair. Zorgt ervoor dat bepaalde
stoffen uit de cel kunnen gaan en andere stoffen in de cel blijven
Eiwitten voor transmembranair transport, andere eiwitten en vetten kunnen ook in het
membraan zijn ingebed (die bepalen de eigenschappen van het membraan)
Sommige eiwitten over heel het membraan → zorgen voor transport over membraan
Stoffen die vrij kunnen gaan diffunderen: Apolaire moleculen (want die hebben geen moeite
met de hydrofobe binnenlaag)
Stoffen die niet vrij kunnen diffunderen: Polaire moleculen → kleine polaire moleculen
(zoals water) kunnen misschien net nog tot op bepaalde hoogte diffunderen MAAR die
hebben het zeer moeilijk. De grote polaire moleculen zoals glucose/suiker kunnen dat niet
→ hebben een andere manier van transport. Ionen kunnen ook niet vrij door het membraan
diffunderen → omdat het geladen deeltjes zijn (uitleg: water is een polair solvent die ionen
gaat omringen, zodat die geladen deeltjes moeilijk kunnen diffunderen)
Het feit dat zo geladen deeltjes niet zomaar van de ene kant naar de andere kant
kunnen gaan migreren zorgt ervoor dat we een lading opstapeling krijgen tussen
enerzijds de binnenkant van het membraan en anderzijds de buitenkant van het
membraan
Zo komen we tot een ladingsverschil tussen de binnenkant en de buitenkant van het
membraan = membraan potentiaal/membraanspanning/ transmembraan potentiaal (=
aanwezig bij alle cellen) → membraan is een “isolator”
Ladingen kunnen zich niet zomaar over membraan transporteren → je kan Vm
opbouwen
Aanwezig bij alle cellen, variabel of niet-variabel (voor sommige cellen blijft Vm op
constante waarde)
→ Bij excitereerbare cellen kan de Vm variëren (neuronale cellen, spiercellen, endocriene
cellen,…)
Membraan = een soort van isolatielaag tussen de 5 en 7 en nanometer en die zorgt voor een
scheiding van lading o.b.v. selectieve permeabiliteit
Ladingen opbouwen
Kan zeer lokaal zijn: enkel naast membraan waar lokaal Vm wordt opgebouwd
, Grootte orde = mV
NEG Vm = meer NEG lading intracellulair tov extracellulair
Rustpotentiaal = -40 → -80 mV (meer NEG lading binnen)
Er zijn ionenkanalen die selectief zijn voor specifieke ionen
Verschil in concentraties = concentratiegradiënt
Opstapeling van negatieve ladingen langs het membraan van compartiment
A en opstapeling van positieve ladingen langs het membraan van compartiment B zorgen
voor ladingsverdeling
OEFENING: Welke schematische voorstelling komt overeen met een POS Vm?
Antwoord: B → POS Vm = meer POS ladingen aan de binnenkant tov buitenkant
NEG Vm = meer NEG ladingen aan de binnenkant tov buitenkant
= als je een intracellulair een opstapeling hebt van positieve ladingen
Hoe kunnen we die ladingen opbouwen langs membraan?
= dankzij ionen
Twee compartimenten A en B (elk gevuld met water). In A (kalium ionen en chloride ionen)
met een gaatje in het membraan naar compartiment B
,Evolutie van de k-concentratie in functie van de tijd met een gaatje dat permeabel is voor
alles: na een tijdje zal in compartimenten B evenveel kalium en chloride ionen zijn als in
compartiment A → de concentratie in compartiment A gaat exponentieel dalen en de
concentratie in compartiment B gaat exponentieel stijgen → totdat ze dezelfde waarde
hebben.
OEFENING: Stel Gaatje enkel permeabel voor kalium ionen: In het begin zullen er geen
kalium ionen aanwezig zijn in compartiment B dus ga je een diffusie krijgen op basis van de
gradiënten (K-ionen gaan willen gaan naar een plaats waar veel meer ruimte is) → MAAR op
een bepaald ogenblik ga je ook een onevenwicht krijgen in lading: dus zal compartiment A
negatief geladen worden en compartiment B meer positief geladen worden (aangezien K
POS is) → zodanig dat je een omgekeerde kracht krijgt (namelijk de elektrostatische kracht
diffusiekracht) die kalium ionen terug naar het compartiment A zal duwen → Daarom
krijg je een evenwicht tussen de diffusiekracht en die elektrostatische kracht
Welke ionen spelen een rol bij het opbouwen van de MP?
- K-ionen (I>E)
- Na-ionen (E>I)
- Cl-ionen (E>I)
- Ca-ionen (E>I)
→ zeer lage intracellulaire concentratie
Reden: gebruikt voor signaaltransductie dus die zorgen ervoor dat een cel kan
worden getriggerd
→ vaak gebruikt bij beeldvorming omdat achtergrondsignaal zo laag is
- Nucleotiden, proteïnen & AZ = groot aantal NEG geladen moleculen
→ aan binnenkant van cel: maken Vm aan
→ moleculen die standaard aanwezig zijn aan de binnenkant van de cel
→ NEG geladen moleculen kunnen aan de positieve ionen binden zodanig dat de
NEG geladen moleculen te groot zijn om door die ionenkanalen te passeren →
gevolg: NEG geladen moleculen meestal aan de binnenkant van de cel gehouden;
tenzij dat er actief transport is van deze moleculen naar de buitenkant van de cel
3 belangrijke vormen van ionentransport:
1. Gefaciliteerde diffusie = diffusie doorheen ionenkanalen a.d.h.v. verschil in
concentratie
werkt obv concentratieverschillen: diffusie van hoge concentratie → lage
concentratie
membraan kan ionen goed tegenhouden → oplossing: ionenkanalen nodig of diffusie
te ‘faciliteren’!
gebruik maken van gradiënt + ionenkanalen
2. Primair actief transport = maakt gebruik van pompen (ATP) (zoals bv. de Na+/K-pomp
die energie gaat gebruiken) die concentratie verschillen gaan opbouwen (vorm van
energie) en zo aan transport doen (die vorm van energie kan gebruikt worden voor
secundair actief transport)
tegen gradient in ionen transporteren
, energie gebruiken om tegen stroom in ionen te transporteren
3. Secundair actief transport: Hier zal het gradiëntverschil van één type ionen gebruikt
worden om een ander type van ionen over het membraan te brengen
Tekening: dus hier zie je dat de groene deeltjes stroomafwaarts gaan diffunderen en
die worden dan gebruikt om die andere rode deeltjes stroomopwaarts te laten
diffunderen over het membraan)
Ionenkanalen…
selectieve permeabiliteit door de grootte of de lading van een ion
zeer snel transport (108 ionen/sec)
ladingsveranderingen gebeuren t.h.v. het celmembraan ‘zeer lokaal’
Soorten ionenkanalen:
1. Lekkage ionenkanalen: waarbij dat de permeabiliteit constant is
= dus die staan in feite altijd open
→ geen signaal nodig om te openen of sluiten
2. Gated ionenkanalen: Dat is wanneer de kraan af en toe dichtgedraaid en die
opengedraaid wordt → wanneer ionenkanalen reageren op bepaalde triggers (zoals:
chemische signaal, temperatuurverschillen, door de membraan potentiaal die stijgt
of daalt)
→ permeabiliteit afhankelijk van chemische signalen: Vm, temperatuur…
3 functionele toestanden:
- gesloten toestand: Hier zullen de ionenkanalen niks doorlaten MAAR ze
zijn wel klaar om een trigger te ontvangen en om opengezet te worden
- Open toestand
- De inactieve/refractaire toestand: waarbij dat het kanaal open staat maar
geblokkeerd wordt en dus nauwelijks meer openstaat. Tijdens deze periode
kan het geen andere signalen ontvangen om weer open gezet te worden
(moet eerst van de inactieve/refractaire toestand naar de gesloten toestand gaan)
Geen transport
Kunnen niet direct opengaan
