Membraantransport Biologie Hfst 3 (PDF)

Genie: Biologie THEMA 1: DE CEL 1 Membranen en membraan- transport HOOFDSTUK 3 PAGINA 63 2  HOOFDSTUK 3: Membranen en membraantransport ERZICHT1 Membranen van de cel 1.1 Bouw van membranen 1.2 Functies van membranen...

Genie: Biologie THEMA 1: DE CEL 1 Membranen en membraan- transport HOOFDSTUK 3 PAGINA 63 2  HOOFDSTUK 3: Membranen en membraantransport ERZICHT1 Membranen van de cel 1.1 Bouw van membranen 1.2 Functies van membranen 2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief transport door diffusie A. Diffusie: algemeen principe B. Diffusie doorheen een membraan C. Geleide diffusie door een transporteiwit 2.2 Passief transport door osmose D. Osmose: algemeen principe E. Osmose bij cellen in een hypotonische omgeving F. Osmose bij cellen in een isotonische omgeving G. Osmose bij cellen in een hypertonische omgeving 2.3 Actief transport 3. Celwand 3.1 Bouw van de celwand 3.2 Functies van de celwand 3 Leerdoelen Je kunt al: ­ De celwand en het celmembraan ­ Je leert nu: -De werking van verschillende transportsystemen door het membraan uitleggen; -Het verschil beschrijven tussen actief en passief transport. 4 2 Transport doorheen membranen Bij stofuitwisseling treden 2 problemen op: o Volgens concentratiegradiënt bewegen: is van hoge naar lage concentratie bewegen. Maar: heel wat stoffen moeten tegen de concentratiegradiënt in getransporteerd worden. o Membranen zijn semi-permeabel of halfdoorlatend: laten kleine moleculen zoals water en gassen (O2, CO2) door, maar is ondoorlatend voor andere moleculen. het celmembraan is halfdoorlatend. o In de cel: zuurstofgas, water, glucose, mineralen,... o Uit de cel: signaalmoleculen, afvalstoffen,... 5 2 Transport doorheen membranen Passief transport Actief transport Met de concentratiegradiënt mee: Tegen de concentratiegradiënt in: van hoge naar lage concentratie van lage naar hoge concentratie Geen energie nodig, Energie nodig, geen verbruik van ATP verbruik van ATP 1. Doorheen de fosfolipidelaag 1. Doorheen speciale osmose transporteiwitten = pompen diffusie 2. Door blaasjestransport (grotere 2. Via speciale transporteiwitten deeltjes) geleide diffusie 6  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief A. Diffusie transport Algemeen Principe Diffusie = Verplaatsing van moleculen in gas of vloeistof met concentratiegradiënt mee: van hoge naar lage concentratie. 7  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief A. Diffusie transport Doorheen een membraan Diffusie kan ook optreden tussen vloeistoffen/ionen die gescheiden zijn door permeabel membraan.  concentratie/lading aan beide zijden gelijk Diffusie van ionen Diffusie door permeabel  Kost geen energie membraan volgens ladingsverschil 8  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief A. Diffusie transport Doorheen een membraan o Temperatuur: hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de diffusie (zie labo osmose en diffusie) o Grootte van de opgeloste deeltjes o Viscositeit van de vloeistof waarin de deeltjes zich bevinden o Verschil in concentratie o Ladingsverschil van de opgeloste deeltjes o Grootte van het diffusieoppervlak 9  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief A. Diffusie transport Voorbeelden :  Gasuitwisseling thv de longblaasjes O2 van longblaasjes naar bloedvaten CO2 en H2O van bloedvaten naar longblaasjes  Gasuitwisseling in de placenta (bij zoogdieren) O2 van bloed moeder naar bloed foetus CO2 van bloed van foetus naar bloed van moeder  Gasuitwisseling ter hoogte van de huid (bv. amfibieën) O2 van water, lost op in slijmlaag en via huid naar bloedvaten CO2 van bloedvaten naar water 10 Gasuitwisseli ng t.h.v. placenta 11  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief A. Diffusie transport Dwarsdoorsned Voorbeelden : e blad o Gasuitwisseling ter hoogte van de huidmondjes bij planten CO2 van atmosfeer via huidmondjes en intercellulaire ruimtes naar cellen O2 van cellen via huidmondjes en intercellulaire ruimtes naar atmosfeer 12  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief A. Diffusie transport Verdieping : Hemodialyse Nodig wanneer nieren niet goed werken o Afvalstoffen en overtollig vocht uit lichaam verwijderen 13  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief B. Geleide transport Principe : Diffusie Volgt zelfde wetmatigheden als normale diffusie met enkele specifieke eigenschappen: Dus : Passief transport Volgens de concentratiegradiënt Maar : Eerder geladen/grotere/polaire moleculen Via porie door membraan Met behulp van speciale transporteiwitten  Kanaaleiwitten  Carriereiwitten 14  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief B. Geleide transport Diffusie Kanaaleiwitte n: = Kleine, selectieve poriën die verplaatsing van water of ionen door apolaire fosfolipidenlaag vergemakkelijken. Bijvoorbeeld :  Aquaporines ­ Transport van water ­ In celmembranen en interne membranen Aquaporine 15  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief B. Geleide transport Diffusie Kanaaleiwitte Bijvoorbeeld : n: Ionenkanalen ­ Heel selectief voor het ion (Na+, K+, Ca2+, Cl-,...) ­ Kunnen openen en sluiten ­ Bv. bij verplaatsing impuls binnen neuron 16  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief B. Geleide transport Diffusie Kanaaleiwitte Impulsgeleiding inn zenuwen : : K+ en Na+ spelen belangrijke rol I. In rust : Geen spontane diffusie van ionen conc K+ intracellulair > extracellulair conc Na+ intracellulair < extracellulair Binnenkant cel is negatief geladen de buitenkant positief => spanningsverschil (- 70mV) 17  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief B. Geleide transport Diffusie Kanaaleiwitte n: Impulsgeleiding in zenuwen : K+ en Na+ spelen belangrijke rol II. Prikkel = depolarisatie : Na+-kanalen gaan open => geleide diffusie => Na+ stroomt in cel Binnenkant wordt positiever => potentiaal keert om Sterkte van prikkel bepaald de mate van de deporalisatie Depolarisatie zet zich voort als drempelwaarde van -50mV bereikt is 18  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief B. Geleide transport Diffusie Kanaaleiwitte n: : Impulsgeleiding in zenuwen III. Prikkel = repolarisatie : Als drempelpotentiaal overschreden is zet de stijging van de potentiaal zich door Tot actiepotentiaal bereikt wordt = +30mV = nu gaan K +- kanalen zich openen Volgens de nieuwe/huidige gradiënt zullen K+ ionen uit de cel stromen De potentiaal (en ladingen extra en intracellulair) herstellen zich weer = repolarisatie Opgelet : de potentiaal heeft zich hersteld maar de concentratie van K+ en Na+ intra- en extracellulair heeft zich nog niet hersteld 19  Voorbeeld 2: Geleide diffusie van ionen in synapsen 20  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief B. Geleide transport Carrier- Diffusie eiwitten : Carriereiwit bindt met specifieke molecule/ion Via sleutel-slotmodel; vgl enzym-substraat Molecule/ion interageert met restgroepen van AZ op bindingsplaats ­ Het carriereiwit verandert van vorm ­ Molecule/ion komt vrij aan andere kant membraan 21 Carriers voor glucose 22  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Algemeen Principe Osmose = Verplaatsing van water door semipermeabel membraan door een concentratieverschil aan opgeloste moleculen aan beide zijden van het membraan o Opgeloste moleculen kunnen niet door membraan (te groot) =semipermeabel membraan o Water verplaatst naar lagere waterconcentratie o Stijging water veroorzaakt drukverhoging (hydrostatische druk) o Osmotisch evenwicht = verplaatsing water in beide richtingen is gelijk 23 24  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Algemeen Principe o Het volume aan 1 zijde van membraan stijgt. o Osmotische zuigkracht van een oplossing: de zuigkracht tgv de concentratie o Tegendruk uitoefenen op volumestijging = osmotische druk o Osmotische druk ~ concentratie opgeloste moleculen o Osmotische waarde = maat voor concentratie aan opgeloste moleculen die osmose veroorzaken. 25 Osmotische  Water beweegt spontaan door de Brownse druk beweging van de watermoleculen van lage conc (rechts) naar hoge concentratie (links) =osmose  Water komt daardoor links hoger te staan => hydrostatische druk neemt toe waardoor ook meer watermoleculen terug van links naar rechts geduwd worden  Osmotisch evenwicht wordt dus bereikt wanneer de beweging van watermoleculen door osmose en veroorzaakt door hydrostatische druk even groot wordt 26 Osmotische druk 27  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Osmotische waarden Vergelijken van osmotische waarden van twee oplossingen: o Hypotoon o Isotoon o Hypertoon Cytoplasma van cel heeft ook osmotische waarde! 28  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Osmotische waarden Het celmembraan is een semipermeabel membraan. o Als de celomgeving hypertonisch is zal de cel water afscheiden door osmose. o Als de celomgeving hypotonisch is zal de cel water opnemen door osmose. o Als de celomgeving isotonisch is zal de cel evenveel water opnemen als afgeven (osmotisch evenwicht). 29  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Turgor in plantencellen Wanneer plantencellen hypertonisch zijn t.o.v. de omgeving.(normaal)  Ze nemen dus water op in hun vacuole.  De vacuole duwt de celinhoud tegen de celwand  Turgordruk o Celwand biedt weerstand aan deze druk: wanddruk o Turgordruk = wandruk  cel gespannen: turgescent o De turgor van de plant zorgt voor de stevigheid van de cel en de plant in zijn geheel. oTurgor bestaat niet in dierlijke cellen ( geen celwand) 30 Plant met watertekort Plant met voldoende water → cellen niet turgescent → cellen turgescent 31  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Plasmolyse en deplasmolyse in plantencellen Als de celomgeving hypertonisch t.o.v. plantencel (droogte/overbemesting) Er treedt plasmolyse op: loskomen van celmembraan, krimpen van cytoplasma  Verklaring: celmembraan en celwand zijn semipermeabel, door osmose wordt er water uit de cel getrokken  Als de celomgeving hypotonisch t.o.v. plantencel Er treedt deplasmolyse op: cytoplasma vergroot terug  Verklaring: celmembraan en celwand zijn semipermeabel, door osmose wordt er water in de cel getrokken 32  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Plasmolyse en deplasmolyse in plantencellen 33 34  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Voorbeelden cellen in hypotone omgeving Dierlijke cellen Kwashiorkor (hongeroedeem): Te weinig eiwitten in bloed (hypotoon) Water gaat van bloed naar weefsels. Pantoffeldiertje tov zoetwater (hypotoon): Kloppende vacuoles brengen water uit de cel. Plantaardige cellen Water dat op vruchten(appels/kersen) blijft staan 35  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Voorbeelden cellen in isotone omgeving Er stroomt evenveel water in als uit de cel. Celvolume blijft gelijk. Isotone Sportdranken => matige rehydratatie Fysiologisch water = oplossing van 0,9% natriumchloride (NaCl) in steriel gedestilleerd water => ontsmetten wonden zonder stress te veroorzaken in de cellen 36  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Voorbeelden cellen in hypertone omgeving Cellen in hypertone omgeving ( overbemesting, zout/brak water)  Water afgeven  Cellen krimpen (dierlijke cellen vertonen cellyse, plantaardige cellen vertonen plasmolyse) Enkel aangepaste organismen kunnen overleven in hypertone omgeving. Halobacteriën Cellen van rode ui 37  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Voorbeelden cellen in hypertone omgeving Halofyten overleven wel in zoute milieus Zeekraal slaan zouten op om hypertonisch te blijven Osmoregulatie 38 2 Transport doorheen membranen Vergelijking tussen diffusie en osmose 39  2 Transport doorheen membranen 2.1 Passief C. Osmose transport Verdieping Mucovidose = cystische fibrose. o Defect in CFTR-transporteiwit in celmembraan slijmproducerende cellen. o CFTR-eiwit is een Cl--kanaal. Bij voldoende Cl- transport naar slijm: dun slijm Bij onvoldoende Cl- transport naar slijm: taai slijm o Gevoeliger aan bacteriële infecties, voedsel minder goed verteerd,... 40 41  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport Algemeen Transport tegen Principe de concentratiegradiënt in. Van plaats met lage concentratie naar plaats met hoge concentratie De cel moet energie investeren Pompen verbruiken ATP Twee vormen: 1. Pompen  Natrium-kaliumpomp  Protonpomp 2. Blaasjestransport 42  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport 1. Pompen : de Na-K  pomp Normale omstandigheden :  intracellulair hoge conc K+  extracellulair hoge conc Na+  Gradiënten verkregen door actief pompen van ionen over membraan.  Dit gebeurt Tegen concentratiegradiënt, dus energie nodig! Verbruik 1 ATP  Werking :  2 K+ naar binnen  3 Na+ naar buiten  Belangrijk voor werking zenuwcellen en spiercellen. Herstel van de Na+ en K+ conc na zenuwgeleiding 43 Mechanisme Na+/K+- pomp 44  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport 1. Pompen : de protonpomp Transmembraaneiwit pompt actief protonen naar buiten.  Omgeving wordt zuurder Omeprazole = protonpompinhibitor 45  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport Pompen : de protonpomp Maag is zure omgeving  lage pH  hoge H+ ionen (HCl) HCl producerende cellen = pariëtale cellen Slijmproducerende cellen Pepsinogeenproducerende cellen (pepsine helpt eiwitten afbreken) Gastrine producerende endocriene cellen: hormoon dat pariëntale cellen stimuleert o Functie: Eiwitten denatureren Pepsinogeen activeren tot pepsine Doden micro-organismen 46 47  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport Pompen : de ionenpomp Werking: H+/K+ pomp om actief H+ ionen van cytoplasma van cel naar maag inhoud te transporteren en tegelijkertijd K + naar de cel te halen ( tegen gradient in) H+ productie via reactie CO2 + H2O -> H+ + HCO3- Ionenkanalen geven passief Cl- ionen vrij aan maagholte en nemen K+ op in pariëtale cellen Ionen pompen halen actief Cl- uit bloedvaten en geven HCO3- aan het bloed af 48 49  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport 2. Blaasjestransport: Endocytose Opname van stoffen van buiten de cel door instulping celmembraan.  Celmembraan omringt de stoffen en vormt zo een endosoom. o Twee vormen: Pinocytose: opnemen van vloeibare of opgeloste stoffen, bijvoorbeeld opname van vetdruppels Fagocytose: opnemen van vaste deeltjes, blaasje versmelt met lysosomen en de inhoud wordt verteerd. bijvoorbeeld: macrofagen (witte bloedcellen) 50  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport 2. Blaasjestransport: Endocytose Fagocytose: vaste bestanddelen Pinocytose: vloeistof (niet specifiek) Receptor-gemedieerde endocytose 51 Opname vetdruppels door endocytose 52 Macrofagen doen aan fagocytose. 53 Amoebe doet aan fagocytose. 54 Virussen dringen lichaamscellen binnen door endocytose 55  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport 2. Blaasjestransport: Exocytose Exocytose is een mechanisme om stoffen buiten de cel te brengen via blaasjes.  Voorbeelden: endocriene en exocriene klieren 56 Na fagocytose worden de niet-afgebroken resten afgegeven aan het extracellulair milieu door exocytose. 57  2 Transport doorheen membranen 2.2 Actief transport 2. Blaasjestransport: Endocytose vs Exocytose Exocytose Endocytose De stoffen worden door De stoffen worden door golgicomplex verpakt het celmembraan in blaasjes. omsloten De blaasjes versmelten Er ontstaat een kleine met het celmembraan vacuole in de cel De stoffen worden naar buiten afgegeven 58 59