HC.3 IONGRADIËNTEN EN MEMBRAANPOTENTIAAL

Question 1

Waar en waarvoor dient de membraanpotentiaal?

Answer 1

Over het celmembraan heerst een membraanpotentiaal. De binnenkant van de cel is in rust negatief geladen, de buitenkant is juist positief.

Question 2

Wat is de verdeling van de ionen?

Answer 2

Natrium, calcium en chloride bevinden zich in hoge mate buiten de cel. Kalium daarentegen zit vooral in de cel. In rust zullen natrium, calcium en chloride de cel in willen en kalium de cel uit.

Question 3

Waar is de negatieve lading in de cel vooral het gevolg van?

Answer 3

Van negatief geladen organische ionen (anionen), die in hoge mate aanwezig zijn in de cel.

Question 4

Concentratie waardes van ionen

Answer 4

Intracellulair (negatief)
Na+ 5-15 mM
K+ 140-155 mM
Ca2+ 0.1 μM
Cl- 5-15 mM
pH 7.2

Extracellulair (positief)
Na+ 145 mM
K+ 4-5 mM
Ca2+ 1-2mM
Cl- 110 mM
pH 7.4

Question 5

Wat is de rustmembraanpotentiaal?

Answer 5

Als gevolg van het totale ladingsverschil tussen de intracellulaire en extracellulaire omgeving, ontstaat er een potentiaalverschil.
Vm = Vin - Vuit = -50 tot -90 mV

Question 6

Wat wordt er vergeleken bij de rustmembraanpotentiaal?

Answer 6

De intracellulaire concentratie in rust word dan vergeleken met de extracellulaire concentratie in rust, als het intracellulair dus negatiever is dan extracellulair krijg je een negatieve waarde.

Question 7

Welke verschillende soorten iontransport zijn er en waarvoor dienen ze?

Answer 7

• passief transport
• actief transport
  Om ionen over een membraan te transporteren

Question 8

Middels wat is passief transport mogelijk?

Answer 8

• Poriën:
• lonkanalen
• Carriers

Question 9

Hoe werkt iontransport middels poriën?

Answer 9

Diffusie kan plaatsvinden door bijvoorbeeld gap-junctions (connexon) zolang de ionen met de elektrochemische gradiënt mee bewegen. Poriën zijn weinig selectief en zijn langdurig open; diffusie vele moleculen tegelijk

Question 10

Hoe werkt iontransport middels ionkanalen?

Answer 10

Kunnen open of gesloten zijn. Indien open kan er diffusie van vele moleculen tegelijkertijd plaatsvinden, maar het is wel ion-selectief. Transport vindt wederom alleen plaats met de elektrochemische gradiënt mee. Denk bijvoorbeeld aan een Na-kanaal;

Question 11

Hoe werkt iontransport middels carriers?

Answer 11

Transporteren middels conformatie. Diffusie van een of enkele moleculen tegelijkertijd. Het is selectief en transport is altijd met de gradient mee. Denk bijv aan GLUT (glucose transporter). Dit gaat ion voor ion en is flexibel tijdens transport.

Question 12

Middels wat is actief transport mogelijk?

Answer 12

Energie-gekoppelde carriers/ionenpompen

Question 13

Hoe werkt iontransport middels energie-gekoppelde carriers/ionenpompen?

Answer 13

Conformatie verandert beurtelings tijdens transport. Transport van één of enkele moleculen tegelijkertijd (selectief) en tegen de elektrochemische gradiënt in (dus input van energie nodig). Denk bijvoorbeeld aan een Na/K-ATPase.

Question 14

Hoe verloopt passief transport?

Answer 14

‘downhill’: met de elektrochemische gradiënt mee, gedreven door de potentiële energie in deze gradiënt.

Question 15

Hoe verloopt actief transport?

Answer 15

‘uphill’: tegengesteld aan de elektrochemische gradient. Hier is energie voor nodig

Question 16

Wat voor carriers zijn er?

Answer 16

• uniporter: transporteert één molecuul
• antiporter: transporteert meerdere moleculen in tegengestelde richting
• symporter: transporteert meerdere moleculen in gelijke richting.

Question 17

Via welke twee manieren kan actief transport?

Answer 17

• Direct (primair actief)
• Indirect (secundair actief)

Question 18

Welke soorten direct (primair actief) transport zijn er?

Answer 18

Gedreven door ATP-hydrolyse:
* Na/K-ATPase: antiport 3 Na/2 K;
* Ca-ATPase in PM: antiport 1 Ca/1, 2 of 3 H
* Ca-ATPase in ER: antiport 2 Ca/2 H van spier (SERCA)

Question 19

Welke soorten indirect (secundair actief) transport zijn er?

Answer 19

Gedreven door bijvoorbeeld:
‘Downhill’ symport van een ander ion/molecuul:
* SGLT-2: 1 Na + 1 glucose over PM (bijv in darmkanaal of nier)
‘Downhill’ antiport van een ander ion/molecuul;
* NCX: Na/Ca exchanger (3 Na/1 Ca) over PM
* NHE: Na/H exchanger (1 Na/1 H) over PM
* ANT: adenine nucleotide translocator (1 ADP/1 ATP). ANT is te vinden in de mitochondriale binnenmembraan.

Question 20

Wat is de rustmembraanpotentiaal?

Answer 20

De membraanpotentiaal waarbij netto geen ladingstransport plaatsvindt

Question 21

Waar hangt de rustmembraanpotentiaal van af?

Answer 21

De rustmembraanpotentiaal hangt af van de evenwichtspotentialen van de verschillende ionen, die door het membraan kunnen worden getransporteerd. Het ion dat het makkelijkst kan worden getransporteerd (permeabiliteit), vaak kalium, beïnvloedt de rustmembraanpotentiaal het meest.

Question 22

Wat is een ander woord voor evenwichtspotentiaal?

Answer 22

Nernstpotentiaal

Question 23

Wat is de evenwichtspotentiaal?

Answer 23

Dit is de potentiaal, waarbij er netto geen transport van een bepaald ion plaatsvindt (dus evenveel in- als uitstroom). Bij kalium is dit bijvoorbeeld bij de waarde van - 88 mV. Bij deze waarde wordt dus instroom en uitstroom van kalium tegengehouden.

Question 23

Wat is de evenwichtspotentiaal?

Answer 23

Dit is de potentiaal, waarbij er netto geen transport van een bepaald ion plaatsvindt (dus evenveel in- als uitstroom). Bij kalium is dit bijvoorbeeld bij de waarde van - 88 mV. Bij deze waarde wordt dus instroom en uitstroom van kalium tegengehouden.

Question 24

Nernstpotentiaal: Ex = - 61,5/Z x log ([X+]im / [X+]uit) hoe bereken je dit?

Answer 24

Z = lading van het ion;
[X+]in / [X+Juit = ionconcentratie gradient.

Question 25

De Nernst- of evenwichtspotentiaal van Na, K, Ca en Cl bedraagt:

Answer 25

• Na: + 67mV;
• K: - 88 mV;
• Ca: + 123 mV;
• CI: - 89 mV.

Question 26

Hoe veel bedraagt de rustmembraanpotentiaal?

Answer 26

Vm = - 80 mV

Question 27

Vergelijking voor de rustmembraanpotentiaal

Answer 27

De evenwichtspotentiaal van kalium ligt het dichtst bij de rustmembraanpotentiaal. Natrium en calcium liggen juist ver van het evenwicht. Dit heeft te maken met de vergelijking voor de rustmembraanpotentiaal: de Goldman vergelijking.
In rust geldt dat: Pk > Pcl&raquo_space; PNa en Pca. De concentratieverhouding van kalium bepaald dus grotendeels de rustmembraanpotentiaal.

Question 28

Door wat wordt de rustmembraanpotentiaal voornamelijk bepaald?

Answer 28

In een (spier)cel in rust voornamelijk door kalium kanalen met een relatief grote permeabiliteit en de kalium concentratiegradiënt, die in stand wordt gehouden door werking van de Na / K pomp. De natrium en calcium gradiënten zin weliswaar erg sterk, maar de natrium- en calciumkanalen zijn gesloten of hebben een lage permeabiliteit in rust.

Question 29

Wat is een bron van potentiële energie?

Answer 29

De concentratieverschillen van de ionen. Met name voor de ionen met een lage permeabiliteit en een hoog concentratieverschil is deze potentiële energie groot. Dit geldt dus voor natrium- en calcium ionen. Deze energie kan worden ingezet bij het openen van natrium- en calciumkanalen voor een actiepotentiaal.

Question 30

Waarbij wordt vaak gebruik gemaakt van potentiële energie?

Answer 30

• De opening van Na-kanalen tijdens een actiepotentiaal in een zenuw- en spiercel
• De opening van Ca-kanalen tijdens een actiepotentiaal in een pacemaker cel
• Na-gekoppeld transport:
  o Gaat tegen concentratiegradiënt in (bijv glucose transport of Na/Ca exchange)

Question 31

Waar zorgt de elektrochemische gradiënt voor en waardoor?

Answer 31

De elektrochemische gradiënt maakt ion transport mogelijk. De drijvende kracht hierachter is de potentiële energie. Deze ontstaat uit een optelsom van de ion concentratiegradiënt en het potentiaalverschil. Bij een potentiele energie van nul, is er sprake van een evenwicht.

Question 32

Elektrochemische gradiënt:
Δμ = RT In ([X+]in / [X+]uit) + zF(Vm)
Δμ = zF (Vm - Ex)
hoe bereken je dit?

Answer 32

• RT In ([X+]in / [X+]uit) = concentratiegradiënt = - zF(Ex) in J/mol;
• zF(Vm) = potentiaalverschil in J/mol:
• R = 8,3 J . K-1 . mol-1;
• F = 96,5 J . (mV)-1 . mol-1

Question 33

Wat zijn de mogelijke uitkomsten van de elektrochemische gradiënt?

Answer 33

• Als Δμ < 0, dan wil X+ van buiten naar binnen
• Als Δμ > 0, dan wil X+ van binnen naar buiten
• Als Δμ = 0: evenwicht, geen netto transport van X+

Question 34

Wat is de drijvende kracht van een iongradiënt?

Answer 34

Recht evenredig met het verschil tussen de membraanpotentiaal en de evenwichtspotentiaal van dat ion.

Question 35

Hoe werkt de Na/K-pomp?

Answer 35

De Na/K-pomp zit in het plasmamembraan en transporteert drie natriumionen naar buiten en twee kaliumionen naar binnen. Deze ionen worden beiden tegen de concentratiegradiënt in vervoerd, daarvoor is dus energie nodig.

Question 36

Welke conformaties heeft de Na/K-pomp?

Answer 36

• De E1-conformatie
• De E2-conformatie

Question 37

Hoe werkt de E1-conformatie?

Answer 37

De E1-conformatie geeft toegang tot het cytosol. Er kan natrium worden gebonden (hoge affiniteit) en kalium worden afgegeven (lage affiniteit). ATP kan door fosforylatie van de pomp voor een conformatieverandering naar E2 zorgen;

Question 38

Hoe werkt de E2-conformatie?

Answer 38

E2 geeft toegang tot de extracellulaire ruimte. Hier kan natrium worden afgegeven (lage affiniteit) en kalium worden gebonden (hoge affiniteit). Door defosforylering gaat de pomp weer terug naar conformatie E1. De defosforylering is een eigenschap van de pomp.

Question 39

Welke stof kan de Na/K-pomp remmen?

Answer 39

Digoxine (vingerhoedskruid) bevat een stofje (Ouabaine) dat de Na/K-pomp kan remmen. Dat doet deze door de kalium bindingsplek te bezetten. Dit kan een belemmering vormen voor het in gang zetten van actiepotentialen.