Membraantransport
Vloeistofcompartimenten en de samenstelling
Water zit voor 60% in de cellen en voor 40% erbuiten. Extracellulair is het grootste gedeelte interstitieel, hieronder valt het
plasma tussen de cellen, het bloedvolume en transcellulaire vloeistof
De intracellulaire vloeistof is gescheiden van de interstitiele vloeistof door een plasmamembraan, deze is permeabel voor water
en heeft transporters. Het bloed en de interstitiele vloeistof zijn gescheiden door middel van bloedvaten
Intracellulair: heeft een hoge kalium concentratie
Extracellulair: heeft een hoge natrium concentratie
Transcellulair: heeft een variabele samenstelling
Water gaat zich verplaatsen door verschillen in osmolariteit tussen de compartimenten = de algemene maat voor opgeloste
stoffen, vooral tussen natrium en kalium
Transmembranaire flux van ionen
= de richting waarin ionen of geladen deeltjes stromen, dit wordt bepaald door de verschillende Vm tussen het cytosol en
extracellulaire ruimte
Wordt bepaald aan de hand van deltaG, deze hangt af van concentratie en Vm. Een negatieve Vm leidt ertoe dat een deeltje
makkelijk de cel in gaat
Drijvende kracht
= voor ieder ion apart, het is het verschil in Ex en de werkelijke Vm. Het wordt bepaald door de concentratiegradiënt en
spanning over de membraan. Als deze > 0 dan is er een efflux van kationen en een influx van anionen. Als < 0 dan is dit
andersom. Als = 0 dan is er geen flux
Permeabiliteit en gradiënt opbouw
Doordat weinig stoffen zomaar door de membraan gaan (enkel gassen en kleine niet polaire stoffen) ontstaat er een
concentratieverschil over de membraan, dit noemt men ook wel een gradiënt
• Bijvoorbeeld de natrium en kalium gradiënt in neuronen, door de ATPase activiteit. Door ATP worden er twee kalium ionen
naar binnen geplaatst en drie natrium ionen naar buiten, is 1/3 van onze energie. Dit is een vorm van primair transport
Gefaciliteerde diffusie
= als stoffen mee aan met de elektrochemische gradiënt (delta G > 0), dit kan via poriën, kanalen of via uniporters
1. Porie = een buis in de membraan, het is een gat en kan niet open of dicht, het heeft een hoge turnover. Ze hebben geen
schakelmechanisme. Voorbeelden zijn aquaporines of perforines (toxische cellen)
2. Kanalen = hebben een schakelmechanisme, ze kunnen open of dicht gaan, het heeft een centrale porie met daaromheen
subeenheden. Het heeft een vorm van symmetrie.
3. Uniporter = door middel van een confomatieverandering, hebben een veel lagere turnover
Ionkanalen
Connexines = van belang voor elektrische koppeling tussen cellen, bijvoorbeeld in de hartspier, het maakt een verbinding
tussen cytosolen, dit noemt men de gap junction
• 4 TM domeinen en vormen een hexameer
• openen en sluiten gaat in een spiegelbeeld
Voltage gated kation superfamilie = een eiwit opgebouwd uit twee oerelementen:
1. Een porieloop van 2 TM domeinen, zonder spanningssensor
2. 4 TM domeinen met een positieve lading op het 4e domein dat dient als spanningssensor, deze reageert op een
verandering in de potentiaal
De meeste van deze kanalen bestaan uit 6 TM domeinen met een spanningssensor op het 4e domein en een porieloop.
ENAC kanalen = Natrium selectief, zonder spanningsschakeling en vinden we in de epithelia
Ligand geschakelde kanalen = bijvoorbeeld purinerge kanalen, die reageren op een peptide als ATP of P2X
,Chloride geschakelde kanalen = (CFTR) voor chloride transport, dit kanaal is defect in mucoviscidose
Calcium release channels = IP3 en Ryr, werken rondom het SR en ER en zetten calcium vrij vanuit het lumen van dit organel
Store operated calcium channels = opent als de concetratie in het ER daalt, het activeert ORA1
Transporters
SLC familie = dit zijn uniporters, co-transporters en anti=porters
• Na/glucose co-transporter = deze transporteert dit in de epithelia in darmen in de nieren, glucose wordt enkel
getransporteerd als natrium aanwezig is
Onthoud in welke richting een transporter het ion brengt, dit wordt bepaald aan de hand van delta G. We trekken de delta G’s
van ionen in tegengestelde richting van elkaar af, is dit negatief, dan gebeurd het transport zoals weergegeven
Agonisten en antagonisten
Agonisten = werken activerend op een kanaal en worden bepaald door EC50 (halfmaximale effect). Hoe lager deze is, hoe
krachtiger de agonist werkt
Antagonisten = werken inhiberend en worden bepaal door de IC50, hoe lager dit is, hoe sterker de inhibitie
Dosis = de hoeveelheid chemische stof toegediend aan een organisme, bepaald door de ED50. Wordt uitgedrukt in de
hoeveelheid lichaamsgewicht
Om deze parameters te bepalen worden er verschillende dosissen toegediend. Hieruit komt een nH (Hill) coëfficiënt, deze is
vaak gelijk aan 1. Als deze hoger wordt dan is het effect van de parameters sterker en is er een stijlere curve. IC50 kan worden
bepaald door een inhibitor toe te dienen in steeds hogere concentraties, zodat stroom afneemt. Van de grafiek kan dan de 50%
inhibitie afgelezen worden
, pH homeostase
Belang van pH homeostase
Er is maar een nauwe range van pH dat wordt getolereerd in bijvoorbeeld bloed, dit is tussen de 7,35 en 7,45. Hierboven
spreekt van van acidose en hieronder van alkalose. De pH van bloed is anders dan van cellen.
Een verandering van zuren en basen geven een directe verandering in pH, een buffer kan dit effect verminderen. Ons bloed is
in staat om een grote hoeveelheid weg te bufferen. Een sterk zuur of base zal meteen dissociëren. Bij zwakke zuren en base
ontstaat er een evenwicht. Dit hangt af van de dissociatieconstante.
Veel bouwstenen en enzymen zijn afhankelijk van een bepaalde pH. Dit komt, omdat door de pH een bepaalde lading wordt
meegebracht, waardoor ze een optimale werking hebben. Het heeft effect op stabiliteit, eiwitinteracties en enzymen. Er zijn
ook bepaalde organellen, zoals lysosomen die optimaal werken bij een lage pH
Fysiologische effecten
Bijvoorbeeld een effect op de pH van Hb. De pH bepaald hoeveel zuurstof hieraan bindt. Een lage pH van weefsel zorgt
ervoor dat meer zuurstof wordt afgegeven aan Hb.
Acid sesing ion channels ASIC’S = zitten in sensorische zenuwen en worden geactiveerd bij een lage pH, het zorgt voor een
inwaartse stroom en dus een respons.
pH cytosol en organellen
Een voorbeeld is de LDL receptor, deze neemt cholesterol op en brengt die naar het lysosoom. Waar LDL cholesterol bindt
is de pH neutraal, maar als het zich in het endosoom bevindt daalt de pH en veranderd de confomatie van LDL waardoor
cholesterol loslaat.
Buffercapaciteit
Als protonen worden toegevoegd aan een geconjugeerde base gaan ze hieraan binden en wordt er een zwak zuur gevormd,
op deze manier wordt het een soort van weggebufferd. Hetzelfde gebeurd voor een base dat bindt aan het zwakke zuur en zo
een geconjugeerde base vormt.
Hoe buffers bepaalde pH verandering tegengaan wordt beschreven met buffercapaciteit = de verhouding tussen de
hoeveelheid toegevoegd zuur en base, aangegeven met beta. Als beta hoger is, is de pH stabieler. Het neemt toe als het
volume van de buffer toeneemt. Het hoogst als pH = pK. Voor bloed is beta 80 mM/pH eenheid = om de pH met 1 punt te
doen veranderen moet 80 mM van een sterk zuur of base worden toegevoegd. Vaak is de capaciteit een som van buffers.
CO2 - HCO3 buffer
De belangrijkste buffer in het lichaam. HCO3 is de geconjugeerde base. Omdat hier wordt gewerkt met een gas spreken we
van partiële druk, dit meten we bovenop het oppervlakte. Bij meer CO2 daalt de pH.
Longen: bloed met veel CO2 gaat langs capillairen en wordt afgegeven. De CO2 druk rond het bloed wordt bepaald door de
efficiëntie van deze uitwisseling. Als we stoppen met ademen wordt CO2 niet afgegeven en is er een daling van de pH. Bij
hyperventilatie is er juist teveel afgaven, dan stijgt de pH.
Nieren: bepalen hoeveel HCO3 en H+ er worden uitgescheiden in de urine, dit past de pH aan. HCO3 uitscheiden > zuur
Normaal is de pCO2 40 mm/Hg, zowel intra als extracellulair. HCO3 kan de concentratie verschillen, hoger buiten dan
binnen. Elke verandering heeft invloed op de pH. De partiële druk van CO2 blijft constant, omdat het een open systeem is.
pH pathofysiologie
Respiratoire acidose = als we stoffen met ademen, CO2 wordt niet afgevoerd en de pH daalt. Om te compenseren wordt
HCO3 vasthouden
Respiratoire alkalose = als we teveel CO2 afgeven, de pH daalt en de hoeveelheid HCO3 ook
Metabole acidose = er reageert teveel HCO3 weg, waardoor de pH lager wordt. Dit heeft niks te maken met CO2 druk.
Metabole alkalose = teveel zuur wordt afgegeven, HCO3 stijgt en de pH ook, dit kan bijvoorbeeld door overgeven komen
, Intracellulaire pH veranderingen
Mechanismen om pH verandering tegen te gaan in een cel zijn de Na/H pomp en de HCO3/Cl pomp
• als de pH te laag wordt dan wordt de Na/H pomp geactiveerd en gaat H+ naar buiten, HCO3/Cl wordt geremd
• als de pH stijgt dan wordt de HCO3/Cl pomp geactiveerd en pompt HCO3 naar buiten, Na/H wordt geremd
Hangt ook af van de extracellulaire pH, een lage pH buiten de cel maakt het moeilijker voor de Na/H om H+ naar buiten te
pompen
Ook CO2 heeft invloed, als het buiten stijgt dan stijgt het binnen ook, de pH in de cel daalt. De mechanismen schieten in gang
Zuurbelasters en ontlasters
Zuurbelaster = de pH stijgt. Dit is de H+v pomp met ATP, de Na/K pomp, de natrium gedreven Cl/HCO3 pomp en de Na/HCO3
cotransporter. Deze brengen allemaal H+ naar buiten en soms HCO3 naar binnen.
Zuurontslaster = de pH daalt. Dit komt door H+ dat gewoon door de membraan diffundeert, zuur dat uit metabole processen
komt, door de Cl/HCO3 transporter en door de Na/HCO3 transporter die HCO3 naar buiten pompen.
Spanningsgeschakelde H+ kanalen
Hebben een spanningssensor, maar geen poriedomein. Het heeft een ruimte in de sensor waar net een H+ doorheen kan. Ze
gaan open bij een depolarisatie. Hoe groter de deplarisatie, hoe meer protonen er doorheen gaan. Protonen gaan vooral naar
buiten, deze stroom is groter als de extracellulaire pH hoger is, zodat de drijvende kracht voor protonen groter is. Ook gaan ze
naar buiten, omdat het een soort uitlaatklep is voor H+ als de intracellulaire H+ concentratie hoog is.
