H4: Transport of Substances Through Cell Membranes

Question 1

hoe komen de verhoudingen/verschillen in het intracellulaire en extracellulaire milieu tot stand?

Answer 1

door transportmechanismen van het celmembraan.

Question 2

Welke stoffen kunnen direct door het membraan heen? En welke stoffen moeten via een andere weg?

Answer 2

lipide-oplosbare stoffen kunnen direct door het membraan heen, wateroplosbare stoffen moeten via een andere weg.

Question 3

Op welke manieren is transport over het celmembraan mogelijk? (4)

Answer 3

1. Simpele diffusie door het membraan.
2. Simpele diffusie door eiwitkanalen.
3. Gefaciliteerde diffusie door carrier eiwitten.
4. Actief transport door carrier eiwitten.

kanaal en carrier eiwitten zijn hierbij meestal selectief.

Question 4

Hoe ontstaat diffusie?

Answer 4

door willekeurige beweging van moleculen (veroorzaakt door hitte), hierdoor ontstaat er een netto beweging van hoge concentratie naar lage concentratie. De energie wordt geleverd door de normale kinetische energie die de moleculen hebben, er wordt niks toegevoegd.

Question 5

Wat is actief transport?

Answer 5

transport tegen de gradiënt in, hiervoor moet een extra vorm van energie (ATP) worden toegevoegd.

Question 6

Wat is het verschil tussen simpele diffusie en gefaciliteerde diffusie?

Answer 6

bij simpele diffusie is er geen interactie tussen het molecuul/ion en een membraaneiwit. Het kan door het celmembraan of door membraan kanalen. De snelheid wordt hierbij bepaald door de gradiënt, snelheid kinetische beweging en het aantal/grootte van de poriën waar de stof doorheen kan.

Bij gefaciliteerde diffusie is er interactie met een carrier eiwit. Deze gaat een binding aan met de stof waarna de receptor een conformatie verandering doorgaat. Hierdoor is de weg naar de andere kant vrijgemaakt. De binding tussen eiwit en molecuul is nu ook zwak, waardoor via normale diffusie het molecuul verder beweegt. Dit proces kan ook alleen met de gradiënt mee.

Question 7

wat is een belangrijke factor voor de snelheid van diffusie over het membraan?

Answer 7

de lipide oplosbaarheid, voorbeelden van lipide-oplosbare stoffen zijn: zuurstof, stikstof, koolstofdioxide of alcohol.

Question 8

Hoe komt diffusie van water over het celmembraan tot stand?

Answer 8

door aquaporines (eiwitkanalen in de membranen van cellen), deze staan een enorm snelle diffusie toe.

Question 9

Hoe komt de selectieve permeabiliteit van eiwitkanalen tot stand? (4)

Answer 9

ontstaat uit de diameter, vorm, lading en chemische bindingen.

Question 10

Hoe komt de selectiviteit van kaliumkanalen tot stand?

Answer 10

kan niet worden verklaard door diameter, vorm of lading maar bevatten een selectiviteit filter, bestaande uit carbonyl oxides. Als gehydrolyseerde kaliumionen het filter binnen komen, gaan ze een interactie aan met de carbonyl oxides, waardoor ze het grootste deel van de gebonden watermoleculen verliezen. Hierdoor kunnen de kaliumionen door het kanaal.

Question 11

Waarom kunnen natrium ionen niet door een kaliumkanaal?

Answer 11

de carbonyl oxides liggen te ver uit elkaar om een interactie aan te gaan met een gehydrolyseerd natrium ion, waardoor selectiviteit ontstaat.

Question 12

Hoe komt de selectiviteit van natriumkanalen tot stand?

Answer 12

het smalste deel van de porie bevat sterk negatief geladen aminozuren. Door deze lading worden gehydrolyseerde natriumionen losgetrokken van de watermoleculen. Als ze eenmaal in het kanaal zijn gaan ze via normale diffusie verder, en kunnen ze dus ook weer omdraaien.

Question 13

Met gating wordt de permeabiliteit van de kanalen bepaald. Welke belangrijke types hiervan zijn er? (2)

Answer 13

1. Voltage gated kanalen, de moleculaire conformiteit van het membraaneiwit verandert door het membraanpotentiaal. Dit is belangrijk voor de generatie en propagatie van actiepotentialen.
2. Chemical (ligand) gated kanalen, een ligand bindt met het membraaneiwit, waardoor er een conformatieverandering plaatsvind. Een voorbeeld hiervan is de acetylcholine receptor (belangrijke neurotransmitter die werkt als membraankanaal).

Question 14

De kanalen (gated channels) werken volgens het alles of niets principe. Licht dit principe toe.

Answer 14

Wanneer een membraanpotentiaal aanwezig is dat niet voor volledige opening zorgt, gaat het kanaal snel open en dicht, waardoor de gemiddelde flow tussen het minimum en maximum ligt.

Question 15

Gefaciliteerde diffusie wordt ook wel (…) genoemd?

Answer 15

carrier-mediated diffusie, omdat er een specifiek carrier eiwit wordt gebruikt.

Question 16

Noem een belangrijk verschil in flow tussen simpele diffusie en gefaciliteerde diffusie.

Answer 16

de snelheid van de flow is bij gefaciliteerde diffusie niet evenredig met de concentratie van de stof en heeft een maximum (Vmax). Deze maximale flow wordt bepaald door de snelheid waarmee een enkel carrier eiwit een stof kan vervoeren, en de hoeveelheid carrier eiwitten die beschikbaar zijn.

Question 17

Noem voorbeelden van stoffen die via gefaciliteerde diffusie over het membraan bewegen. (2)

Answer 17

1. glucose

2. de meeste aminozuren

Question 18

Via welk transport gaat glucose over het celmembraan heen?

Answer 18

gefaciliteerde diffusie via glucose transporters (GLUT), er zijn 14 typen GLUT’s en sommige hiervan kunnen ook andere monosacchariden transporteren zoals galactose en fructose.

Question 19

Op welke manier controleert insuline de bloedsuiker?

Answer 19

activatie GLUT4.

Question 20

Licht de volgende formule toe: Netto Diffusie = (Co-Ci).

Answer 20

Als er zowel binnen als buiten de cel een concentratie van een stof aanwezig is, is er altijd diffusie naar binnen en naar buiten. De diffusie naar binnen is evenredig met de concentratie buiten de cel en de diffusie naar buiten evenredig met de concentratie binnen de cel. De netto diffusie, de cel in, wordt dan gegeven door de formule.

Question 21

Wat is een andere factor die hetzelfde effect als de concentratiegradiënt heeft op diffusie?

Answer 21

een elektrisch potentiaalverschil.

Question 22

Licht het Nerst potentiaal toe.

Answer 22

Er kan een equilibrium ontstaan tussen de diffusie door de elektrische gradiënt en concentratiegradiënt. Het potentiaal dat hierbij aanwezig is, heet het Nerst potentiaal.

Question 23

In bijvoorbeeld capillaire kan er een significant drukverschil ontstaan. Druk is gedefinieerd als het aantal moleculen wat tegen een oppervlak botst, dus een (…) (1) druk leidt tot een (…) (2) diffusie naar de andere kant van het membraan.

Answer 23

1. hogere

2. hogere

Question 24

In alle cellen is continue enorm veel diffusie van water. De netto diffusie is hier meestal nul, waardoor het volume van de cel gelijk blijft. Onder specifieke situaties ontstaat er osmose, wat is osmose?

Answer 24

het verschijnsel waarbij er water stroomt van een lage concentratie oplosbare stoffen naar een hoge concentratie oplosbare stoffen.

Question 25

Wat is osmotische druk?

Answer 25

de druk die nodig is om osmose te stoppen, als er een equilibrium ontstaat is de osmotische druk gelijk aan het drukverschil.

Question 26

Waarvan is de osmotische druk afhankelijk?

Answer 26

hoeveelheid deeltjes per volume (molariteit). Als eenheid voor het aantal deeltje in een oplossing wordt osmol gebruikt.

Question 27

Wat is de definitie van 1 osmol?

Answer 27

1 osmol = 1 mol van de osmotisch actieve opgeloste stof. Voorbeeld 180 gram glucose = 1 mol glucose = 1 osmol.

Stoffen die in ionen splitsen werken anders. 1 mol NaCI = 2 osmol

Question 28

Wat is de normale osmolaliteit van intracellulaire en extracellulaire vloeistof?

Answer 28

ca. 300 milli-osmol per Kg water.

Question 29

Wat is osmolaRiteit?

Answer 29

de concentratie van een stof in osmolen per liter oplossing in plaats van per Kg water (osmolaLiteit). Osmolariteit wordt vaker gebruikt omdat het veel makkelijker te bepalen is. Het verschil in fysiologische weefsels is meestal < 1%.

Question 30

Voor sommige stoffen moet een concentratie verschil gemaakt worden, dat met normale diffusie niet te bereiken is. Wat is hiervoor nodig?

Answer 30

Actief transport.

Question 31

Geef voorbeelden van actief getransporteerde stoffen over het membraan? (8)

Answer 31

kalium, natrium, ureum, calcium, waterstof, ijzer, jodide en chloride. Maar ook suikers en aminozuren.

Question 32

Welke typen actief transport zijn er? (2)

Answer 32

1. primair actief transport

2. secundair actief transport

Question 33

Wat is het verschil tussen primair actief transport en secundair actief transport?

Answer 33

bij primair actief transport komt de energie direct voort uit hydrolyse van ATP of een ander fosfor complex. Bij secundair actief transport komt de energie indirect vanuit een concentratieverschil van ionen over het membraan, gebouwd door primair actief transport.

Question 34

Wat is een overeenkomst tussen primair en secundair actief transport?

Answer 34

In beide gevallen worden transmembraan carrier eiwitten gebruikt. Er zit wel een verschil tussen de eiwitten bij primair en secundair actief transport.

Question 35

Wat is een Na-K pomp?

Answer 35

een transporter die natriumionen de cel uit pompt, en gelijktijdig kaliumionen de cel in pompt. De pomp is verantwoordelijk voor het negatieve membraanpotentiaal over het celmembraan.

Question 36

Waaruit bestaat een Na-K pomp? (2)

Answer 36

Twee verschillende globulaire eiwitten, met een grotere 𝜶-subunit en een 𝛽-subunit.

Question 37

De grotere 𝜶-subunit van een Na-K pomp heeft drie specifieke eigenschappen belangrijk voor de pomp functie. Welke eigenschappen zijn dit?

Answer 37

1. drie bindingsites voor natrium aan de binnenkant van de cel.
2. Twee bindingsites voor kalium aan de buitenkant van de cel.
3. Aan de binnenkant van de cel heeft de pomp ATPase activiteit.

Question 38

Wanneer wordt de ATPase in een Na-K pomp geactiveerd?

Answer 38

Wanneer alle bindingsites gebonden zijn met een ion. Bij de splitsing van een fosfaatgroep komt energie vrij, waardoor een conformatie verandering ontstaat bij de pomp. (ADP+pi restproduct).

De pomp kan ook andersom werken, waarbij de gradiënt wordt verminderd en er ATP gevormd wordt.

Question 39

Een belangrijke functie van de Na-K pomp is het controleren van het cel volume. Waarom en hoe wordt dit gedaan?

Answer 39

Binnenin de cel liggen veel negatief geladen eiwitten en andere organische moleculen, die niet over het membraan kunnen bewegen. Door hun lading trekken ze veel kalium, natrium en andere organische stoffen aan. Via osmose zou hierdoor het volume van de cel vergroten.

De osmolaliteit daalt echter door uitwisseling van 3 natriumionen tegen 2 kaliumionen. Daarnaast ligt de permeabiliteit van kaliumionen hoger waardoor deze sneller extracellulair diffunderen. Als een cel opzwelt, zal de pomp activeren om de osmolaliteit aan te passen.

Question 40

Hoe komt de basis voor het negatieve membraanpotentiaal dat bijna elke cel heeft tot stand?

Answer 40

3 natriumionen intracellulair worden verwisseld voor 2 kaliumionen extracellulair, hierdoor daalt de lading van het intracellulaire milieu bij elke cyclus van de pomp met 1 unit.

Question 41

Intracellulair is de calciumionen concentratie veel lager (10.000 x) dan extracellulair. Dit wordt in stand gehouden door twee typen primaire actieve transport calcium pompen. Beide functioneren op een andere manier. Licht deze manieren toe.

Answer 41

De ene pomp zit direct in het celmembraan en pompt calcium vanuit het cytosol naar het ECF. Het andere type pompt calciumionen in organellen.

Question 42

Op welke twee plekken in het lichaam is het actieve transport van waterstofionen belangrijk?

Answer 42

1. in de klieren van de maagwand, de waterstofionen worden samen met chloride ionen vrijgegeven in de maag, waardoor waterstofchloride ontstaat
2. in de distale tubuli van de nier. Grote hoeveelheden waterstofionen worden afgegeven aan de voorurine.

Question 43

Waarvan is de benodigde hoeveelheid energie voor actief transport van afhankelijk?

Answer 43

de gradiënt waarover het het transport moet plaatsvinden.

Question 44

Door het actieve transport van natrium uit de cel wordt er veel energie opgeslagen in de gradiënt. Waar kan deze energie voor gebruikt worden?

Answer 44

voor secundair actief transport van andere stoffen.

Question 45

Wat is het verschil tussen co-transport en countertransport?

Answer 45

bij co-transport gaan beide stoffen dezelfde kant op, bij counter-transport is dit tegenovergesteld.

Question 46

Glucose en veel aminozuren worden actief de cel in getransporteerd, door welk type transport wordt dit gedaan?

Answer 46

co-transport (secundair actief transport).

Question 47

Hoe werkt de natrium-glucose co-transporter?

Answer 47

deze bindt eerst glucose, waarna de plek voor natrium ook beschikbaar wordt. Als natrium bindt, vindt er een conformationele verandering plaats waardoor beide de cel in worden getransporteerd.

Question 48

Het transport van aminozuren gebeurt op dezelfde manier als de natrium-glucose co-transporter, maar dan met een andere groep eiwitten. Hoe komt dit tot stand?

Answer 48

er zijn minstens 5 aminozuur transport eiwitten, die elk verantwoordelijk zijn voor een andere subset aminozuren met specifieke moleculaire eigenschappen.

Question 49

Natrium-calcium countertransport vindt op vrijwel alle celmembranen plaats, waarbij (…) [1] de cel in stroomt, en (…) [2] de cel uit stroomt.

Answer 49

1=natrium.
2=calcium.

Dit werkt samen met het primair actieve calciumtransport wat in sommige cellen plaatsvind.

Question 50

Waar vindt natrium-waterstof counter-transport plaats?

Answer 50

In verschillende weefsels, bijvoorbeeld de proximale tubuli van de nieren, waarbij natrium de tubuli uitgaat en waterstof de tubuli ingaat. Het is niet zo sterk als het primaire waterstof transport in de distale tubuli, maar kan wel enorm veel waterstofionen verplaatsen.

Question 51

In de meeste plekken van het lichaam moet het transport niet door een enkel celmembraan, maar door een cellaag. Geef een aantal voorbeelden van plekken waar dit gebeurt. (2)

Answer 51

darm epitheel, tubuli van de nieren.

Question 52

Hoe vindt transport over een CELLAAG plaats?

Answer 52

eerst actief transport aan 1 kant van de cellaag (basaal membraan/bloed kant), waarna diffusie aan de andere kant (lumen) plaatsvind voortkomend uit opgebouwde gradiënt.

Question 53

Hoe komt transport/absorptie/resorptie van natriumionen over het epitheel van darmen, galblaas of tubuli (cellaag) tot stand?

Answer 53

Bij het lumen zijn de cellen onderling verbonden met tight junctions. De brush border hier is permeabel voor natriumionen en water, waardoor er diffusie van beide vanuit het lumen naar binnen is. Aan de basale en laterale kanten van de cel vindt actief transport van natriumionen de cel uit plaats. De gradiënt die ontstaat leidt tot osmose van water de cel uit.

Absorptie in de darmen en resorptie in de nieren gebeurt op deze manier.