Celmembranen en Transport PDF

**Celmembranen en transport:** Cellen bevatten veel water; hun omgeving, de weefselvloeistof *(§1)*, ook. Beide vloeistoffen zijn gescheiden door een **celmembraan** , dat bestaat uit een dubbele laag vetachtige moleculen, **Fosfolipiden** (*bron 11, Binas 67G3 en 79D*). **Bron 11** Tussen de...

**Celmembranen en transport:** Cellen bevatten veel water; hun omgeving, de weefselvloeistof *(§1)*, ook. Beide vloeistoffen zijn gescheiden door een **celmembraan** , dat bestaat uit een dubbele laag vetachtige moleculen, **Fosfolipiden** (*bron 11, Binas 67G3 en 79D*). **Bron 11** Tussen de fosfolipiden van het celmembraan liggen ook moleculen als cholesterol en eiwitten. Aan de buitenzijde steken koolhydraatketens uit. De staarten van deze fosfolipiden liggen naar elkaar toe en vormen een waterafstotende **hydrofobe, apolaire** laag. De koppen van de fosfolipiden vormen de binnen- en buitenzijde van het membraan. Ze zijn **hydrofiel, polair** , en trekken water aan. Een celmembraan bevat nog een andere vetachtige stof, cholesterol, die de fosfolipiden sterk in hun bewegingen remt en zo het celmembraan stabiliseert. Wateroplosbare stoffen kunnen de hydrofobe laag van een celmembraan niet passeren. Zij zijn aangewezen op poorten van eiwitmoleculen die door het membraan van de ene zijde naar de andere zijde lopen *(bron 12).*  **Bron 12** O~2~ en CO~2~ gaan tussen de fosfolipiden van een celmembraan door (diffusie). Ionen en grote moleculen gaan via eiwitpoorten, speciale transporteiwitten (gefaciliteerd transport) door een celmembraan. Water gaat voor een klein deel tussen de fosfolipiden door en voor de rest via transporteiwitten, de waterkanalen. Transport met transporteiwitten tegen het concentratieverval in kost energie (actief transport). Celmembranen zijn selectief permeabel: niet alle stoffen kunnen passeren. Moleculen verdelen zich gelijkmatig over de ruimte. Dit heet **diffusie**. Hoe hoger de temperatuur, des te sneller de bewegingen van de moleculen. Kleine, ongeladen moleculen zoals O~2~ en CO~2~ kunnen zonder probleem een celmembraan passeren, zowel de cel in als uit. Bij een actieve cel is er meer O~2~ buiten de cel dan in de cel. Er gaan dan meer O~2~-moleculen de cel in dan de cel uit. Er is een nettotransport van O~2~ van de plaats met een hoge concentratie naar de plaats met een lage concentratie. Diffusie is een **passief transport** : het kost de cel geen energie.\ Grote vetachtige moleculen, zoals het hormoon testosteron, kunnen ook via diffusie door een celmembraan heen. Andere grote moleculen, zoals glucose, geladen deeltjes (ionen) en polaire moleculen (moleculen waarbij de elektrische lading niet gelijkmatig verdeeld is), kunnen niet door de fosfolipidenlaag heen. Zij gaan via eiwitmoleculen in het celmembraan (*bron 12)*. Voor elk type molecuul heeft een celmembraan een eigen type **transporteiwit** : een celmembraan zit boordevol met deze eiwitpoorten. Transport via deze eiwitpoorten heet **gefaciliteerd transport**. De moleculen en ionen kunnen door de eiwitpoorten twee kanten op. Net als bij O~2~ gaat het nettotransport van een hoge naar een lage concentratie. Cellen kunnen dit gefaciliteerd transport controleren door de eiwitpoorten te openen of te sluiten. Het transport kan ook tegen het concentratieverval in, door het membraan heen. Voor deze verplaatsing met behulp van transporteiwitten is energie nodig. Dit is **actief transport** **.** Bij actief transport bindt een molecuul of een ion aan een transporteiwit, dat het deeltje naar de andere zijde van het membraan verplaatst. Het deeltje komt los aan de andere zijde en het transportmolecuul is weer beschikbaar om een volgend deeltje door het membraan te verplaatsen.\ Niet alle stoffen kunnen door een celmembraan: celmembranen zijn **selectief permeabel**. Voor stoffen die niet kunnen passeren, bijvoorbeeld heel grote vetachtige stoffen en ijzerionen, past de cel een 'membraantruc' toe. **Receptoreiwitten** binden zo'n deeltje en het celmembraan stulpt eromheen. Daarna snoert het celmembraan een blaasje af, met het deeltje erin. Het blaasje komt zo in de cel: **endocytose**. Witte bloedcellen nemen op deze manier bacteriën of grotere deeltjes op, fagocytose (*bron 13, links)*, **Bron 13** Bij endocytose gaan voedseldeeltjes of moleculen verpakt in membraanblaasjes de cel in. Bij fagocytose gaat het om grote deeltjes (links). Moleculen binden aan receptoreiwitten, waarna een stukje membraan eromheen vouwt tot een blaasje (midden). Stoffen kunnen de cel verlaten via exocytose (rechts). Daarbij versmelt een transportblaasje met het celmembraan. waarna enzymen uit een lysosoom (*§2*) de afbraak voor hun rekening nemen.\ Cellen kunnen op een vergelijkbare manier stoffen afgeven: **exocytose** (*bron 13)*. Blaasjes met producten uit bijvoorbeeld het golgisysteem (*§2*) versmelten met het celmembraan, waarna de producten buiten de cel belanden. Via exocytose brengen cellen van je alvleesklier insuline in het bloed en cellen van je speekselklieren speeksel in je mond. Deze methode is mogelijk doordat alle membranen zijn opgebouwd uit fosfolipiden: ergens anders in de cel een stukje membraan hergebruiken, is geen probleem. Alle membranen gaan voortdurend in elkaar over: blaasjes van het ER brengen stukjes membraan naar het golgisysteem, membraanstukjes van het golgisysteem komen in het celmembraan, enzovoort. Watermoleculen kunnen slechts heel beperkt door de laag fosfolipiden heen. Voor snel watertransport door een celmembraan bezitten cellen speciale eiwitpoorten, de zogenaamde waterkanalen *(bron 12*). Transport van water via een selectief permeabel membraan berust op diffusie. Gaat het om watertransport tussen twee oplossingen, zoals meestal in organismen, dan heet het transport **osmose**. Osmose is diffusie van water (het oplosmiddel) via een **semipermeabel** membraan. Zo'n membraan laat alleen het oplosmiddel door, niet de opgeloste stoffen. De plaats waar de meeste watermoleculen zitten, is van invloed op de richting van de nettoverplaatsing van water door een membraan. De hoeveelheid opgeloste stoffen bepaalt de **osmotische waarde** van een oplossing. Een hoge concentratie opgeloste stoffen en (relatief) weinig watermoleculen betekent een hoge osmotische waarde. Oplossingen met een gelijke concentratie noem je **isotonisch**. Een oplossing met een hogere concentratie opgeloste stoffen is **hypertonisch** ten opzichte van een **hypotonische** oplossing die een lagere concentratie opgeloste stoffen heeft. Bij Wadna is de glucoseconcentratie in haar bloedplasma erg hoog; het plasma is daardoor hypertonisch ten opzichte van de inhoud van haar cellen. Dat levert via weefselvloeistof *(§1)* een nettowaterverplaatsing op van haar cellen naar het bloedplasma. Het gevolg van het waterverlies in haar hersencellen is een flinke hoofdpijn. Ook krimpen rode bloedcellen in hypertonisch bloedplasma *(bron 14*).  **Bron 14** Het model toont de nettowaterverplaatsing door een semipermeabel membraan tussen een cel en oplossingen met verschillende osmotische waarden.\ Een dierlijke cel, zoals een rode bloedcel, bevindt zich gewoonlijk in een isotonische omgeving (midden). Er gaan net zo veel watermoleculen de cel in als uit, er is geen nettoverplaatsing. In een hypertonische omgeving (links) krimpt een rode bloedcel doordat deze netto meer watermoleculen afgeeft. In een hypotonische omgeving (rechts) neemt de rode bloedcel netto extra watermoleculen op, zwelt en barst.\ De omgeving van een plantencel is meestal hypotonisch (rechts). De elastische spanning van de celwand geeft een cel stevigheid. De druk van de celinhoud op de celwand heet turgor. In een hypertonisch milieu geven plantencellen meer watermoleculen af dan dat ze opnemen (links). Het celmembraan laat los van de celwand: dit is plasmolyse. Komen rode bloedcellen in contact met een druppel zuiver water (maximaal hypotonisch), dan zwellen ze op en barsten ze (*bron 14)*. Met extra waterkanalen in het membraan kunnen cellen meer water transporteren. Bijvoorbeeld: wortelcellen van planten die lang in droge grond gestaan hebben, maken na een regenbui extra waterkanalen aan om snel extra water op te nemen. En omgekeerd: staan planten lange tijd droog, dan verdwijnen er waterkanalen. Het waterverlies blijft beperkt en de overlevingskansen zijn groter.\ De celwanden van plantencellen bestaan uit vlechtwerken van cellulosemoleculen (*Binas 67F)*. Net als een vergiet laten celwanden zowel water als alle opgeloste stoffen door: ze zijn permeabel. Door de stevige, elastische celwand kunnen plantencellen niet, zoals dierlijke cellen, barsten door wateropname.\ In een hypotonische omgeving komt de inhoud van een cel (het cytoplasma en de vacuole) onder druk en duwt tegen de celwand. Dit heet **turgor** *(bron 14, rechtsonder)*. Het geeft plantencellen stevigheid. Een plantencel in een hypertonische oplossing verliest water: hij krimpt. Op een gegeven moment is de turgor nul en laat het celmembraan nog net niet los van de celwand. Dit heet grensplasmolyse *(bron 14, midden onder).* Er is sprake van **plasmolyse** wanneer er ruimte is tussen celmembraan en celwand *(bron 14, linksonder).* Cellen bevatten ook membraaneiwitten zonder een transportfunctie. Bijvoorbeeld de eiwitten met daaraan verbonden koolhydraatketens waaraan insuline kan koppelen *(bron 11 en 15)*. **Bron 15** Het hormoon insuline bindt aan een receptor in het celmembraan (1). Dit stimuleert een cascade van processen (2): extra opname glucose (3), glycogeenvorming (4), afbraak van glucose voor ATP-vorming (5), vorming van vetzuren (6). Dit zijn receptoreiwitten, eiwitmoleculen die moleculen buiten de cel binden, maar ze niet naar binnen brengen. De 'boodschap' van de moleculen geven ze echter wel door naar het binnenste van de cel. De cel kan daardoor reageren op signalen van andere cellen of organen. Zo hebben spier- en vetcellen receptoreiwitten voor insuline *(bron 15)*. Na binding met insuline volgt een **cascade** van reacties: eiwitpoorten gaan open → extra opname van glucose → de cel bouwt uit glucose glycogeen op en breekt een deel van de glucose af voor ATP-productie en vorming van vetzuren → de cel slaat glycogeen en vetzuren als reservestof op *(bron 15).* Iedere cel heeft veel en ook verschillende receptoreiwitten. Elke receptor bindt specifiek maar één bepaald type molecuul en de cel reageert daar steeds op dezelfde manier op.