STOFUITWISSELING TUSSEN CELLEN EN HUN OMGEVING Thema 3 STOFUITWISSELING TUSSEN CELLEN EN HUN OMGEVING DEEL 1 De cel: basiseenheid van leven

Gasuitwisseling door de huid Pantoffeldiertjes met kloppende vacuole Transport van stoffen in en uit cellen 1 Stofuitwisseling tussen cel en omgeving is noodzakelijk voor: opname van energierijke stoffen en bouwstoffen. afgave van afvalstoffen. Gasuitwisseling door de huid Pantoffeldiertjes met kloppende vacuole

Bij stofuitwisseling treden 2 problemen op: Volgens concentratiegradiënt bewegen: is van hoge naar lage concentratie bewegen. Maar: heel wat stoffen moeten tegen de concentratiegradiënt in getransporteerd worden. 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.

Met de concentratiegradiënt mee: van hoge naar lage concentratie Verschillende transportmethoden: Passief transport Actief transport Met de concentratiegradiënt mee: van hoge naar lage concentratie Tegen de concentratiegradiënt in: van lage naar hoge concentratie Geen energie nodig, geen verbruik van ATP Energie nodig, verbruik van ATP 1. Doorheen de fosfolipidelaag osmose diffusie 2. via speciale transporteiwitten geleide diffusie 1. Doorheen speciale transporteiwitten 2. door blaasjestransport (grotere deeltjes)

Passief transport 2 2.1 Diffusie 2.2 Osmose 2.3 Geleide diffusie

Diffusie van verf in water 2.1.1 Wat is diffusie? Diffusie is een fysisch proces waarbij: opgeloste stoffen zich verplaatsen in een vloeistof of gas volgens de concentratiegradiënt (van hoge naar lage conc.) Diffusie van verf in water

Diffusie kan gebeuren via een permeabel membraan Diffusie is passief transport. Diffusie door permeabel membraan Diffusie van ionen volgens ladingsverschil

2.1.2 Factoren die de diffusiesnelheid beïnvloeden Temperatuur: hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de diffusie (zie labo osmose en diffusie) Grootte van de opgeloste deeltjes Viscositeit van de vloeistof waarin de deeltjes zich bevinden Verschil in concentratie Ladingsverschil van de opgeloste deeltjes Grootte van het diffusieoppervlak

Gasuitwisseling t.h.v. longblaasje 2.1.3 Voorbeelden van diffusie bij organismen Gasuitwisseling ter hoogte van de longblaasjes O2 van longblaasjes naar bloedvaten CO2 en H2O van bloedvaten naar longblaasjes Gasuitwisseling t.h.v. longblaasje

Gasuitwisseling ter hoogte van de weefsels O2 van bloedvaten naar omliggende weefsels CO2 van omliggende weefsels naar bloedvaten 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 Gasuitwisseling ter hoogte van de kieuwen (bv. vissen) O2 van water naar bloedvaten CO2 en H2O van bloedvaten naar water

Gasuitwisseling t.h.v. placenta

Alpenlandsalamder

Gasuitwisseling ter hoogte van de huidmondjes bij planten O2 van atmosfeer via huidmondjes en intracellulaire ruimtes naar cellen CO2 van cellen via huidmondjes en intracellulaire ruimtes naar atmosfeer gebeurt deze gaswisseling overdag of ‘s nachts? Dwarsdoorsnede blad

2.2 Osmose 2.2.1 Wat is osmose? Osmose is verplaatsing van water: doorheen semipermeabel membraan van lage naar hoge concentratie opgeloste stof Osmotisch evenwicht: verplaatsing van water in beide richtingen is gelijk. Osmose is passief transport

Osmose door een semipermeabel membraan

Osmotische zuigkracht 2.2.2 Osmotische zuigkracht en osmotische druk van een oplossing Osmotische zuigkracht van een oplossing: de zuigkracht t.g.v. de concentratie Osmotische druk: druk t.g.v. de aanwezigheid van opgeloste stoffen Osmotische zuigkracht

2.2.3 Osmotische waarde van een oplossing Hypertonisch Een oplossing is hypertonisch ten opzichte van een andere oplossing als ze een grotere concentratie heeft aan opgeloste stoffen. Hypotonisch Een oplossing is hypotonisch ten opzichte van een andere oplossing als ze een lagere concentratie heeft aan opgeloste stoffen. Isotonisch Een oplossing is isotonisch ten opzichte van een andere oplossing als ze een gelijke concentratie heeft aan opgeloste stoffen.

Vergelijking tussen diffusie en osmose

2.2.4 Osmotische eigenschappen van een cel Het celmembraan is een semipermeabel membraan. Als de celomgeving hypertonisch is zal de cel water afscheiden door osmose. Als de celomgeving hypotonisch is zal de cel water opnemen door osmose. Als de celomgeving isotonisch is zal de cel evenveel water opnemen als afgeven (osmotisch evenwicht).

2.2.5 Turgor in plantencellen Planten cellen zijn hypertonisch t.o.v. de omgeving. Ze nemen dus water op in hun vacuole. De vacuole duwt de celinhoud tegen de celwand turgordruk Celwand biedt weerstand aan deze druk: wanddruk Turgordruk = wandruk cel gespannen: turgescent De turgor van de plant zorgt voor de stevigheid van de cel en de plant in zijn geheel.

Plant met watertekort → cellen niet turgescent

Plant met voldoende water → cellen turgescent

Halofyten overleven wel in zoute milieus Celomgeving van planten moet hypotonisch zijn. Dat is echter niet het geval in zoute milieus: Halofyten overleven wel in zoute milieus slaan zouten op om hypertonisch te blijven Osmoregulatie Zeekraal

2.2.6 Plasmolyse en deplasmolyse in plantencellen Als de celomgeving hypertonisch t.o.v. plantencel 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

Cellen van rode ui Gebarsten kers

Pantoffeldiertje met kloppende vacuole 2.2.7 Voorbeelden osmose in dierlijke cellen Pantoffeldiertje pantoffeldiertje is hypertonisch t.o.v. het zoetwater door osmose zal er dus water in de cel getrokken worden heeft een kloppende vacuole om het water buiten de cel te brengen Pantoffeldiertje met kloppende vacuole

Rode bloedcellen Rode bloedcellen in gedestilleerd water: rode bloedcellen nemen water op tot ze ontploffen in hoge concentratie: rode bloedcellen geven water af, ze krimpen Rode bloedcellen

Hongeroedeem: opzwellen van de buik Bij voedseltekort worden eerst de vetreserves en daarna de eiwitten afgebroken Eiwitten in bloed dalen, waardoor het bloed hypotonisch wordt. Water wordt uit het bloed gezogen naar het weefsel door osmose. Ophoping van weefselvocht zorgt voor de opgezwollen buik.

2.3 Geleide diffusie 2.3.1 Wat is geleide diffusie? geleide diffusie is passief transport (geen energie nodig) via gespecialiseerde transportproteïnen: kanalen die welbepaalde moleculen of ionen doorlaten volgens de concentratiegradiënt

2.3.2 Geleide diffusie van moleculen Wateroplosbare moleculen getransporteerd via met water gevulde kanalen Voorbeeld 1: Glucosemoleculen via carriers Bij rode bloedcellen diffunderen glucosemoleculen van bloedplasma naar cytoplasma

Carriers voor glucose

Voorbeeld 2: Watermoleculen aquaporines zorgen voor zeer snel watertransport Aquaporines

2.3.3 Geleide diffusie van ionen Ionen kunnen niet door fosfolipiden laag getransporteerd via met water gevulde kanalen Voorbeeld 1: zenuwimpuls Na+ - ionen en K+ - ionen worden verplaatst via transportproteïnen door geleide diffusie

Elektrische spanning bij ontstaan zenuwimpuls

Elektrische spanning bij zenuwcel in rust

Geleide diffusie van Na+ - ionen tijdens depolarisatie

Geleide diffusie van K+ - ionen tijdens repolarisatie

Geleide diffusie van ionen in synapsen Voorbeeld 2: geleide diffusie van ionen in synapsen Geleide diffusie van ionen in synapsen

Geleide diffusie van ionen in synapsen

Actief transport 3 3.1 Pompen 3.2 Blaasjestransport

3.1 Pompen 3.1.1 Natrium-kaliumpomp K+-concentratie is groter in de cel dan in het extracellulair milieu Na+-concentratie is kleiner in de cel dan in het extracellulair milieu Deze verschillen tussen cel en omgeving worden bekomen door een Na+/K+-pomp Deze pompt telkens 3 Na+-ionen naar buiten en 2 K+-ionen naar binnen Dit is tegen de concentratiegradiënt, dus is er energie (ATP) voor nodig.

Mechanisme Na+/K+-pomp

3.2 Blaasjestransport 3.2.1 Endocytose Opname van stoffen van buiten de cel door instulping celmembraan. Celmembraan omringt de stoffen en vormt zo een endosoom. 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)

Opname vetdruppels door endocytose

Macrofagen doen aan fagocytose.

Virussen dringen lichaamscellen binnen door endocytose

Melkklier is een exocriene klier 3.2.2 Exocytose Exocytose is een mechanisme om stoffen buiten de cel te brengen via blaasjes. Voorbeelden: endocriene en exocriene klieren Melkklier is een exocriene klier

Na fagocytose worden de niet-afgebroken resten afgegeven aan het extracellulair milieu door exocytose.

(zorgen voor de stevigheid) Ligamenten van Cooper in de borst bestaan uit collageenvezels die afgegeven zijn door exocytose. (zorgen voor de stevigheid)

Vergelijking tussen diffusie, geleide diffusie en actief transport 4