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

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

Snelheid van Glucose transport

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 = 8.315 J K-1 mol-1 F = 96500 C mol-1 z: valentie (+1 voor K+) G = +8484 J mol-1 –7720 J mol-1 = +764 J mol-1 Energetisch ongunstig

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 = 8.315 J K-1 mol-1 F = 96500 C mol-1 z: valentie (+1 voor Na+) G = -6755 J mol-1 –7720 J mol-1 = -14475 J mol-1 Energetisch zeer gunstig

Evenwichtspotentiaal voor ionen niet permeabel Em = 0 mV

Evenwichtspotentiaal voor ionen Permeabel voor 𝑁𝑎 + Em = ENa

Evenwichtspotentiaal voor ionen Permeabel voor 𝐾 + Em = EK

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

Na+ influx gaat gepaard met een daling van de vrije energie (G<0) GNa = -13.15 kJ mol-1 Remember: 1 kcal = 4.184 kJ

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

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

Effect van stoichiometrie op transport 2 Na – 1 Glucose cotransporter (SGLT1,SGLT3) 1 Na – 1 Glucose cotransporter (SGLT2) Stel GNa = -13.15 kJ mol-1 2 Na – 1 Glucose cotransporter 1 Na – 1 Glucose cotransporter Bij evenwicht (G = 0) :

Glucosurie door insufficiente reabsorptie

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! »

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)

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

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)

Ladingsverplaatsing bij elektrische stroom Q=I•t

Voorbeeld: stroom door een enkel Na+- kanaaltje i = 1.6 pA = 1.6 x 10-12 A = 1.6 x 10-12 C/s (A = C/s) Lading van een Na+-ion = 1 elementaire lading = 1.6  10-19 C Natriumflux: Na = 1.6 x 10-12 (C/s) /1.6  10-19 C = 107 Na+ ionen/s Dus ongeveer 10000 Na+ ionen per opening van 1 ms.

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

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

Open probabiliteit van een ionenkanaal topen open closed ttotaal

Oefening

Oefening

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

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

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

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

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

Oorsprong van de actiepotentiaal

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

Actiepotentiaal voor activatie van GABA-R ECl  EK

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

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

Ligand-receptor binding Kd >> [L]rust

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 !

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

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

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

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

Motorwerking: (1) ATP binding

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

Motorwerking: (3) binden aan myosine

Motorwerking: (4) power stroke

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