Passieve diffusie doorheen membraan

Presentatie over: "Passieve diffusie doorheen membraan"— Transcript van de presentatie:

1 Passieve diffusie doorheen membraan
Cin Cout membraan L Ca Cb Ca=CinK Cb=CoutK P: permeabiliteitsconstante = DK/L

2 Passieve diffusie doorheen membraan
Lineair verband tussen flux en concentratieverschil. (Cout-Cin) J P

3 Snelheid van Glucose transport

4 Voorbeeld 1 =-80 mV K+ G = +8484 J mol-1 –7720 J mol-1
Em [K+]i = 150 mM [K+]o = 5 mM =-80 mV K+ R = J K-1 mol-1 F = C mol-1 z: valentie (+1 voor K+) G = J mol-1 –7720 J mol-1 = +764 J mol-1 Energetisch ongunstig

5 Voorbeeld 2 =-80 mV Na+ G = -6755 J mol-1 –7720 J mol-1
Em [Na+]i = 10 mM [Na+]o =150 mM =-80 mV Na+ R = J K-1 mol-1 F = C mol-1 z: valentie (+1 voor Na+) G = J mol-1 –7720 J mol-1 = J mol-1 Energetisch zeer gunstig

6 Evenwichtspotentiaal voor ionen
niet permeabel Em = 0 mV

7 Evenwichtspotentiaal voor ionen
Permeabel voor 𝑁𝑎 + Em = ENa

8 Evenwichtspotentiaal voor ionen
Permeabel voor 𝐾 + Em = EK

9 Ca2+-ATPases golgi SR/ER PMCA: plasma membrane Ca2+-ATPases
[Ca2+]o ~1-2 mM 1Ca2+ ATP ADP + Pi [Ca2+]i ~100nM 2Ca2+ ATP ADP + Pi 2Ca2+ ATP ADP + Pi golgi SR/ER PMCA: plasma membrane Ca2+-ATPases SERCA: sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPases SPCA: secretory pathway Ca2+-ATPases

10 Na+ influx gaat gepaard met een daling van de vrije energie (G<0)
GNa = kJ mol-1 Remember: 1 kcal = kJ

11 Voorbeeld: twee Na+/glucose cotransporter (symporter)
Stel: [Na+]i = 10 mM [Na+]o = 150 mM Em = -80 mV Bij evenwicht (G = 0):

12 Na+ -glucose cotransporters
SGLT1,3: 2 Na – 1 Glucose cotransporter SGLT2: 1 Na – 1 Glucose cotransporter

13 Effect van stoichiometrie op transport
2 Na – 1 Glucose cotransporter (SGLT1,SGLT3) 1 Na – 1 Glucose cotransporter (SGLT2) Stel GNa = kJ mol-1 2 Na – 1 Glucose cotransporter 1 Na – 1 Glucose cotransporter Bij evenwicht (G = 0) :

14 Glucosurie door insufficiente reabsorptie

15 Na+/ Ca2+-uitwisselaar (NCX)
[Ca2+]o ~1-2 mM 3 Na+ 1 Ca2+ [Ca2+]i ~100nM 3 Na+o + 1 Ca2+i  3 Na+i + 1 Ca2+o « Elektrogeen! »

16 Evenwicht van Na+/Ca2+-uitwisselaar
3 Na+o + 1 Ca2+i  3 Na+i + 1 Ca2+o G = 3x GNa - GCa golgi SR/ER Bij welke membraanpotentiaal is NCX in evenwicht? Als Em < ENCX : forward mode (Ca2+ naar buiten) Als Em > ENCX : reverse mode (Ca2+ naar binnen)

17 Stroom over een weerstand
Wet van Ohm: V = IR = I/G

18 Weerstanden in parallel of serie
G1 G2 G1 G2 Gtot = G1 + G2 Rtot = 1/(1/R1+ 1/R2) Rtot = R1 + R2 Gtot = 1/(1/G1+ 1/G2)

19 Ladingsverplaatsing bij elektrische stroom
Q=I•t

20 Voorbeeld: stroom door een enkel Na+- kanaaltje
i = 1.6 pA = 1.6 x A = 1.6 x C/s (A = C/s) Lading van een Na+-ion = 1 elementaire lading = 1.6  C Natriumflux: Na = 1.6 x (C/s) /1.6  C = 107 Na+ ionen/s Dus ongeveer Na+ ionen per opening van 1 ms.

21 Equivalent circuit voor een ionenkanaal
X Em iX = X•(Em- EX) EK

22 Stroom doorheen N identieke ionenkanalen
IX = N  Popen  iX IX = N  Popen  X•(Em- EX) Enkelvoudige kanaaltjes IX = gX•(Em- EX) Met gx= N  Popen  X Ensemble

23 Open probabiliteit van een ionenkanaal
topen open closed ttotaal

24 Oefening

25 Oefening

26 Selectiviteit op basis van lading
Positief Negatief KcsA CLC Cl- kanaal K+ kanaal

27 Oorsprong van de actiepotentiaal
Em (mV) Oorsprong van de actiepotentiaal EK IK=gK•(Em-EK) Achtergrond gK (vb. Lekkanalen)

28 Oorsprong van de actiepotentiaal
Em (mV) ENa INa=gNa•(Em-ENa) gNa= N  Popen  Na Spanningsgeschakelde Na+-kanalen

29 Oorsprong van de actiepotentiaal
Em (mV) Membraanstroom i.f.v. Em : Itotaal = IK+ INa

30 Oorsprong van de actiepotentiaal
rustpotentiaal drempelpotentiaal piek van actiepotentiaal Em (mV)

31 Oorsprong van de actiepotentiaal

32 Acetylcholinesterase
Heropname van in de presynaptische cell Na+/GABA cotransporter Na+/dopamine cotransporter Na+/serotonine cotransporter Na+/noradrenaline cotransporter Uitzondering: Acetylcholine! Acetylcholine Acetaat + choline Acetylcholinesterase AchE Na+/choline cotransporter

33 Actiepotentiaal voor activatie van GABA-R
ECl  EK

34 Actiepotentiaal na activatie van GABA-R
gCl = 3gK ECl  EK

35 Actiepotentiaal na activatie van GABA-R
gCl = 7gK ECl  EK

36 Ligand-receptor binding
Kd >> [L]rust

37 Rekenvoorbeeld EPO stimuleert vorming van rode bloedcellen uit erythroide progenitorcellen. Binding van EPO aan 100 EPO-receptoren volstaat voor dit effect. Kd van de receptor is 100 pM. Vraag: welke EPO-concentratie is nodig voor het stimuleren van een cel met 1000 EPO-receptoren? En een andere cel met 120 EPO-receptoren? Conclusie: het aantal receptoren per cel is bepalend voor de cellulaire reactie !

38 Signaalmoleculen binden aan tyrosine-fosfaat in geactiveerde receptor
SH-2 Tyrosine-fosfaat: specifieke aandokplaats voor eiwitten - SH2-domein (src homology) - PTB-domein (phosphotyrosine-binding)

39 Signaaltransductie na cytokine-binding: 2) STAT
STAT: Signal Transducer and Activator of Transcription proteins Gebrek aan STAT5 anemie

40 Cytokine receptoren versus receptor tyrosine kinasen (RTK)
Tyrosine kinase domein maakt deel uit van receptor RTK Cytokine receptor Tyrosine kinase (JAK) gebonden aan receptor

41 Actief MAP-kinase stimuleert genexpressie
SRE: serum response element SRF: serum response factor TCF: ternary complex factor  Expressie van ‘early genes’* * >100 genen die een rustende cel ‘wakker schudden’ en doen prolifereren

42 Motorwerking: (1) ATP binding

43 Motorwerking: (2) ATP hydrolyse
De boog wordt opgespannen!!!

44 Motorwerking: (3) binden aan myosine

45 Motorwerking: (4) power stroke

46 Motorwerking: (5) ADP vrijgave
En we zijn een stap verder!!!