Biologie 3.2 Transport doorheen Membranen PDF

## Transport doorheen membranen ### 2 Transport doorheen membranen - Cellen hebben moleculen nodig om te functioneren. - Moleculen zoals zuurstofgas, water, glucose en mineralen voorzien de cel van energie en bouwmaterialen. - Tegelijkertijd moeten afvalstoffen de cel verlaten. - Het transport va...

## Transport doorheen membranen ### 2 Transport doorheen membranen - Cellen hebben moleculen nodig om te functioneren. - Moleculen zoals zuurstofgas, water, glucose en mineralen voorzien de cel van energie en bouwmaterialen. - Tegelijkertijd moeten afvalstoffen de cel verlaten. - Het transport van moleculen van en naar de cel hangt af van: - de situatie - het soort molecule - Binnen de eukaryote cel zijn membraancompartimenten aanwezig. - Ook daartussen is de uitwisseling van moleculen noodzakelijk. ### Kleine ongeladen moleculen - Kleine ongeladen moleculen kunnen zonder problemen door het membraan. ### Grotere of geladen moleculen - Grotere of geladen moleculen kunnen niet door het membraan zonder hulp. #### 2.1 Passief transport door diffusie - **Diffusie: algemeen principe** - Wanneer je een parfumflesje opent, kun je de geur van een afstand ruiken. - Dat komt doordat de moleculen in de lucht beweeglijk zijn en er verspreiding of diffusie zal optreden van de geurmoleculen in de ruimte. - **Diffusie** is de verplaatsing van moleculen in een gas of vloeistof met de concentratiegradiënt mee: van de plaats waar de concentratie van die deeltjes het hoogst is, naar de plaats met een lagere concentratie. - Dit proces blijft doorgaan tot de concentratie aan moleculen overal gelijk is. #### **B Diffusie doorheen een membraan** - Diffusie kan ook optreden tussen vloeistoffen die van elkaar gescheiden zijn door een membraan. - Dat gebeurt alleen wanneer de moleculen ongehinderd door het membraan kunnen. - Als er een concentratieverschil is aan de twee zijden van het membraan, dan zorgt diffusie ervoor dat de concentratie aan beide zijden gelijk wordt. - Dat kost de cel geen energie. - Diffusie vindt ook plaats bij ionen. - Ionen met dezelfde lading zullen zich maximaal verspreiden, tot de nettolading aan beide zijden hetzelfde is. #### **C Geleide diffusie door een transporteiwit** - **Geleide diffusie** is een vorm van passief transport waarbij geladen, grotere of polaire molecules vrij door het membraan kunnen bewegen met behulp van gespecialiseerde transporteiwitten. - Voorbeelden zijn water, aminozuren, suikers en ionen. - Er zijn twee groepen transporteiwitten: kanaaleiwitten en carrier-eiwitten. - Ze zijn meestal heel selectief. - Dat wil zeggen dat ze maar één type molecule of ion doorlaten. - Kanaaleiwitten en carrier-eiwitten komen voor in alle membranen in de cel. - De moleculen bewegen trouwens nog altijd met de concentratiegradient mee. - Daardoor kost het proces de cel geen energie. #### C1 Kanaaleiwitten - Kanaaleiwitten vormen kleine, selectieve poriën waardoor bijvoorbeeld water of ionen zich kunnen verplaatsen. - De eiwitten vergemakkelijken de diffusie door de apolaire dubbele fosfolipidenlaag. #### C2 Carrier-eiwitten - Carrier-eiwitten gaan een binding aan met een specifieke molecule of een specifiek ion, om ze vervolgens te transporteren. - Na de binding verandert het eiwit in de meeste gevallen van vorm, zodat de molecule of het ion kan vrijkomen aan de andere zijde van het membraan. - De binding van de getransporteerde molecule of het ion aan het carrier-eiwit is gelijkaardig aan de manier waarop substraten op enzymen binden. - Dat gebeurt door de interactie van de moleculen of ionen met restgroepen van aminozuren op een bindingsplaats. - **Sleutel-slot principe**. #### 2.2 Passief transport door osmose - **Osmose: algemeen principe** - **Osmose** is de verplaatsing van water door een half doorlaatbaar of semipermeabel membraan. - De verplaatsing wordt veroorzaakt door een concentratieverschil van opgeloste moleculen aan beide zijden van het membraan. - De opgeloste moleculen zijn daarbij te groot om door het membraan te gaan. - Een voorbeeld van zo'n opgeloste molecule is de disacharide sucrose. - De watermoleculen zullen zich in dat geval netto verplaatsen naar de zijde met een hogere concentratie aan sucrose, maar een lagere waterconcentratie. - Dat proces gaat door tot er een evenwicht ontstaat tussen de oplossingen aan beide zijden van het membraan. - De stijging van het water veroorzaakt een verhoging van de druk, die verhindert dat er zich nog meer water verplaatst. - Bij dat osmotisch evenwicht is de verplaatsing van water in beide richtingen gelijk. - **Aangezien osmose in principe de nettobeweging van watermoleculen is van een plek met een hoge concentratie aan waterdeeltjes naar een plek met een lagere concentratie, investeert de cel geen energie. Het is dus een vorm van passief transport.** #### 2.3 Actief transport - **Actief transport** is de nettoverplaatsing van moleculen en ionen tegen de concentratiegradiënt in. - Bij actief transport moet de cel energie investeren om moleculen of ionen te transporteren. - De transporteiwitten die daarvoor noodzakelijk zijn, werken als pompen. - Die verbruiken dus energie, meestal in de vorm van ATP. #### **Voorbeeld natrium-kaliumpomp** - Een voorbeeld van een pomp die aanwezig is in het celmembraan van dierlijke cellen, is de natrium-kaliumpomp (of Na/K-pomp). - De pomp verplaatst Na⁺-ionen uit de cel en brengt K⁺-ionen naar binnen. - Bij de meeste dierlijke cellen is de K⁺-concentratie binnen de cel, in het cytoplasma, veel hoger dan buiten de cel. - Voor Na⁺ geldt het omgekeerde: die concentratie is in de cel lager dan erbuiten. - Voor beide ionen is er dus een concentratiegradiënt met een tegengestelde richting. - Die gradiënten worden verkregen en onderhouden doordat de cel actief beide ionen naar binnen of naar buiten verplaatst. - Eén ATP-molecule levert de energie om twee K⁺-ionen in de cel te pompen en tegelijkertijd drie Na⁺-ionen uit de cel te pompen. - Voor de werking van cellen is het belangrijk dat de concentratiegradiënten behouden blijven, ook al stromen er heel wat ionen terug via diffusie. - Het in stand houden van de concentratiegradiënten is een continu proces dat bijvoorbeeld belangrijk is om zenuwcellen en spiercellen goed te laten functioneren. #### **Voorbeeld protonpomp** - **Passief transport:** de moleculen diffunderen spontaan doorheen het membraan met de concentratiegradiënt mee. - De snelheid van de diffusie wordt voor veel moleculen sterk verhoogd door transporteiwitten. - **Actief transport:** bepaalde transporteiwitten werken als pompen, omdat ze moleculen tegen de richting van de concentratiegradiënt in transporteren. - Ze verbruiken daarvoor wel energie, bijvoorbeeld in de vorm van ATP. ## Osmose - Osmose is de verplaatsing van water door een half doorlaatbaar of semipermeabel membraan. - De verplaatsing wordt veroorzaakt door een concentratieverschil van opgeloste moleculen aan beide zijden van het membraan. - De opgeloste moleculen zijn daarbij te groot om door het membraan te gaan. - De watermoleculen zullen zich in dat geval netto verplaatsen naar de zijde met een hogere concentratie aan opgeloste deeltjes, maar een lagere waterconcentratie. - Dat proces gaat door tot er een evenwicht ontstaat tussen de oplossingen aan beide zijden van het membraan. - De stijging van het water veroorzaakt een verhoging van de druk, die verhindert dat er zich nog meer water verplaatst. - Bij dat osmotisch evenwicht is de verplaatsing van water in beide richtingen gelijk. - Aangezien osmose in principe de nettobeweging van watermoleculen is van een plek met een hoge concentratie aan waterdeeltjes naar een plek met een lagere concentratie, investeert de cel geen energie. - Het is dus een vorm van passief transport. ### Osmotische waarde - De osmotische waarde is een maat voor de concentratie aan opgeloste moleculen die zorgen voor osmose. - Hoe geconcentreerder de oplossing, hoe hoger de osmotische waarde. ### Vergelijking van de osmotische waarden van twee oplossingen - De osmotische waarde van een oplossing is kleiner dan die van haar buuroplossing. - Ze is **hypotonisch** (of **hypotoon**). - De osmotische waarden van beide oplossingen zijn gelijk. - Ze zijn **isotonisch** (of **isotoon**) ten opzichte van elkaar. - De osmotische waarde van een oplossing is groter dan die van haar buuroplossing. - Ze is **hypertonisch** (of **hypertoon**). ### Cytoplasma - Het cytoplasma van een cel heeft een eigen osmotische waarde, omdat er moleculen en mineralen in zijn opgelost. - De oplossing buiten de cel kan isotonisch zijn, maar ook hypertonisch of hypotonisch. - Op die manier kunnen er drie situaties ontstaan. - We bespreken die drie situaties voor plantencellen en voor dierlijke cellen. ### Osmose bij cellen in een hypotonische omgeving - Cellen die omgeven zijn door een hypotonische omgeving, zullen water opnemen en een drukopbouw ervaren. - Wanneer de druk bij dierlijke cellen (en andere cellen zonder celwand) te sterk toeneemt, kan de cel sterven doordat het membraan breekt. - Dat noem je cellyse. - Vandaar dat dierlijke cellen het best overleven in een isotonische omgeving. - Plantencellen, schimmelcellen en de meeste prokaryoten bevatten een stevige celwand - De celwand zorgt, als er genoeg water is, voor voldoende druk op de cel. - Hij zorgt er ook voor dat het celmembraan niet barst. - De inhoud van de vacuolen in plantencellen is hypertonisch, waardoor ze veel water opnemen en er drukopbouw is tegen de celwand. - Dat noem je de turgordruk. - Als de cel haar grootste volume heeft bereikt binnen de celwand, is ze volledig gespannen of turgescent. ### Osmose bij cellen in een isotonische omgeving - In een isotonische omgeving zal er evenveel water in als uit de cel stromen, waardoor het celvolume gelijk blijft. - Die situatie ondervinden bijvoorbeeld menselijke cellen in weefsels, doordat het bloed isotonisch is met de celinhoud. - Bij zoogdieren zorgen onder andere de nieren ervoor dat het bloed isotonisch is ten opzichte van de weefsels. ### Osmose bij cellen in een hypertonische omgeving - Cellen in een hypertonische omgeving verliezen water omdat het uit de cel gezogen wordt. - Het gevolg is dat de cellen krimpen.