Elektrodiffusion: fertig? (Zsm) Flashcards
Elektrodiffusion
Bewegung geladener teilchen über membranen
beschreibt keine nettobewegung
Ficksches gesetzt
Der diffusionsstrom eines ungeladenen teilchens S entlang eines konzentrationsgradienten entspricht dem produkt aus konzentrationsgradienten und molarem diffusionkoef. D_s in [cm²/s]:
Molare Partikelflussdichte = M_s = -D_s x S x (dc_x/dx) in [mol/(cm² x s)]
- betrachtung der einen diffusion, also ungeordnete/ rein statistiche teilchenbewegung (keine Kraft wirkt auf die Moleküle du keine Gradient ist der Antrieb)
- exponentieller abfall der konz. c_x
durch was wird die bewegung geladener moleküle im elektr. feld beschrieben?
Kohlrausch-Gesetz
Bewegung von einfach geladenen Teilchen in einem elektrischen Feld OHNE Konz.gradient
Nina: Gleichung: Ms=-UsCs(dYs/dx)
mit: U: Mobilität in [m/s = V/cm]
Kohlrausch-Gesetz
Bewegung von einfach geladenen Teilchen in einem elektrischen Feld OHNE Konz.gradient
M_s = -u_s x c_s (dphi_s/dx)
u_s: netto-v aus v/spannungsgradient = Mobilität in [m/s = V/cm]
postiver partikelfluss ist gekoppelt mit negativen Elektrischn Feld
ohmsches gesetz
I_s = E / R = g x E
wodurch wird die bewegung von geladenen teilchen im elektr. feld MIT chem. gradienten beschrieben?
nernst-planck-gl.
- verbindet diffusion im elektr. feld (kohlrausch) mit dem chem. gradienten (fick),
- sie gilt für geladene moleküle mit gradienten
- delta E und deltac sind äquvalent
I_s = -z_s x F x [u_s x c_s x (dphi_s/dx) + D_s x (dc_x/dx)]
nernst-planck-gl.
I_s = -z_s x F x [u_s x c_s x (dphi_s/dx) + D_s x (dc_x/dx)]
- verbindet diffusion im elektr. feld (kohlrausch) mit dem chem. gradienten (fick),
- sie gilt für geladene moleküle mit gradienten
- delta E und delta c sind äquvalent
was versteht man unter der kompartimentierten elektrodiffusion?
= keine Nettobewegung bei großer Braunscher “Basisbewegung”
- berücksichtigung von spez. permeationen und selektivitäten über membranen [zB Na+ K+ Cl-)
Annahmen:
- Ionen passieren die membran unabhängig voneinander
- das feld ist konstant über die membran (nicht korrekt!)
der strom wird beschrieben als nicht lineare funktion der spannung x permeabilität für ein ion S (cm/s)
I_s = P_s x f(E)
Goldmann- Hodgkin-Katz-Stromgleichung für positive ionen
erlaubt den Membranstrom IX einer Ionensorte X aus den Ionenkonzentrationen innen und außen sowie dem Membranpotential zu berechnen. Als Membraneigenschaft geht die Permeabilität PX der Ionensorte X ein
I_s = P_s x A x ([S_i]-[S_a] x e^((-z x F x E)/(R x T)) / 1-e^((-z x F x E)/(R x T)))
mit A = z^2 x ((E x F^2) / (R x T))
die stromrichtung wird durch positive ionen def.
wenn negat. ionen in die zelle einfließen, ist es ein ausstrom
(ZSM: S. 11 WICHTIG!)
GHK Spannungsgleichung
erknüpft das Membranpotential mit Ionenkonzentrationen unter der Voraussetzung, daß die Summe aller Elektrodiffusions-Ströme (d.h. durch Permeabilitäten beschreibbaren Ionenströme) Null ist
E_rev = ((R x T)/ F) x ln((P_K[K_a] + P_Na[Na_a] + P_Cl[Cl_i]) / (P_K[K_i] + P_Na[Na_i] + P_Cl[Cl_a])
- bei: Summe aller ionenströme = 0
- in [V]
Ionen-Bewegung in Proteinen (Ionenkanälen)
:Annahme: Ionkanäle sind Röhre mit definierten internen bereichen wo die ionen binden. Kontinuerliches Diffusionsmodel wird mit hopping model ausgetauscht -> Diffusionsgleichung wird zu Chemische Rate Gleichung.
-> hopping over barriers - definierte Ionen-Bindungsplätze
Durch anlegen eines elektr. feldes wird die energiebarriere auf der einen seite herabgesetzt und auf der anderen seite erhöht
Hydrationsenergie
- Wassermoleküle stabilisieren Ionen: dies wird als Hydrationsenergie (Delta H) bezeichnet.
- Viel energie wird benötigt um das ion dem wasser wieder zu entziehen.
- Selektive Ionen kanäle müssen erst das Ion dehydrieren bevor es passieren kann.
- warum schnelles passieren?: Wassermoleküle werden durch Moleküle, die den Kanal angehören, ausgetauscht
- Hydrationsenergie für 1 mol Ion:
DeltaG=(z^2/r)x166(1/e_2 - 1/e_1) in [kcal/mol]
z- Ladung
r- Pauling radii (in Anström!!!)
e_1- Dielektrische konstante des ausgangsmediums
e_2- Dielektrische konstante des mediums wo das ion hin will
Kurze Poren: Eigenschaften
3 resistenzkomponenten einer kurzen pore:
- 2 mal Zugangsresistenz
- 1 mal porresistenz
- das Ohmsche Gesetzt limitiert wenn das test potential klein ist und die konzentration im medium hoch ist
- Wenn das test potential groß ist fordert der strom in der pore mehr ionen als das medium besitzt.
Durch was werden Ionen durch enge Poren “gezogen”? 2 Phänomene
Strömungspotential- wenn wasser durch hydrostatischen oder osmotischen druck bewegt wird zieht es ionen mit.
Elektroosmose- Wenn der strom durch angewandte spannung fließt ziehen ionen das wasser mit.
Nettodriftgeschwindigkeit: Kürzel
u_S
in [cm/s oder V/cm]
