SAU 3 - opgaver CELLE Flashcards
- Angiv eksempler på molekyler som altovervejende passerer cellemembraner ved simple diffusion.
Essential cell biology definerer al transport i, der ikke er passiv, som aktiv transport. Da dette ikke er den gængse nomenklatur (og da I vil støde på begrebet sekundær aktiv transport på kurset Excitable celler), vælger vi her at definere (primær) aktiv transport og sekundær aktiv transport.
• Primær aktiv transport defineres som transport, der drives af energi fra hydrolysen af (cellens) ATP.
• Sekundær aktiv transport defineres som transport, hvor en ion/et molekyle transporteres mod sin elektrokemiske og eller kemiske gradient drevet af den energi som følger af, at en anden ion/et andet molekyle transporteres med sin elektrokemiske/kemiske gradient.
Sæt kryds i nedenstående skema.
* Kanaler: kan være selektive for en enkelt ion eller tillade flere at passere (f.eks. kation kanaler, som tillader passage af Na+, K+ og Ca2+).
** Nogle uniportere kan transportere mere end en type molekyle (f.eks. nogle aminosyretransportører). Men de transporterer kun et molekyle ad gangen.
Redegør for hvorledes ioner/molekyler transporteres over cellemembraner via transportproteinerne i skemaet ovenfor (tænk protein struktur og funktion).
Kanaler har selektivitetsfiltre og transporterer ioner ved at selektere mellem ioner baseret på størrelse og ladning. Kanaler åbner og lukker random, men de fleste kanaler kan gates/ændre struktur til åben konformation på 3 forskellige måder. De kan være ligand-gatede, spændings-gatede eller mekanisk-gatede (kaldes også ”stress”-gatede) . Når og så længe stimulus er der, øges åbningssandsynligheden betydeligt. Undtagelsen er kalium læk-kanaler, som ikke er gatede.
Resten af transportørerne i skemaet ovenfor har specifikke bindingssites for ioner/molekyler. Transporten kræver konformationsændringer. For uniportere sker konformationsændringerne typisk random (uafhængigt af om ionen/molekylet er bundet), hvorved bindingssitet eksponeres skiftevis ind mod cytoplasma og ud mod det ekstracelulære rum. Der hvor koncentrationen er højest, vil flest molekyler/ioner bindes og de vil derfor blive transporteret med deres gradient. Figur 12.9 i ECB, 5. udgave.
Koblede transportører ændrer ligeledes typisk konformation uafhængigt af om molekyler/ioner er bundet. Begge/alle molekyler/ioner skal være bundet før transporten foregår (figur 12-15 og 12-16 i ECB, 5. udgave). (Der findes eksempler på, at antiportere transporterer sequentielt (en ion/molekyle af gangen), men dette er ikke en del af læringsmålene.)
Pumper anvender energi fra ATP hydrolyse til konformationsændringer, som forekommer idet pumpen fosforyleres.
Alle mammale celler har et negativt membranpotential, hvilket har afgørende betydning for transport af ladede molekyler/ioner over plasmamembranen. Størrelsen af membranpotentialet er bestemt af et vægtet gennemsnit af de permeable ioners ligevægtspotential.
Nedenstående spørgsmål er tilpassede spørgsmål fra en eksamensopgave (maj 2018).
Glukose optages fra tyndtarmens lumen gennem tyndtarmens epitelceller til ekstracellulærvæsken (interstitialvæsken) ved hjælp af transportører, der er lokaliserede i de apikale og basolaterale membraner. Na+/K+-ATPasen spiller en vigtig rolle for glukosetransporten.
4. Skitser en epitelcelle med ovenstående transportører. Transportretninger af glukose, Na+ og K+ samt lokalisering af tarmlumen skal fremgå af skitsen.
Angiv de gradienter der bestemmer transportretningen af de to glukosetransportører
Den elektrokemiske gradient for Na+ vil drive Na+ og glukosetransporten via den koblede transportør og koncentrationsgradienten for glukose vil drive glukosetransporten via uniporteren. (Såfremt glukosekoncentration i tarmlumen er højere end glukosekoncentrationen i epithelcellen, vil koncentrationsgradienten for glukose ligeledes drive den Na+ koblede cotransportør).
Forklar hvorledes en elektrokemisk gradient er opbygget.
En elektrokemisk gradient er opbygget af dels et membranpotential, som udgør en elektrisk kraft, og dels en kemisk gradient (også kaldet for fiktiv kemisk kraft).
Selv når koncentrationen af glukose i tarmen er lavere end i epitelcellen, fortsætter optaget af glukose fra tarmlumen. Det antages, at membranpotentialet er -50 mV, og at ionkoncentrationer i tarmlumen svarer til typiske ionkoncentrationer i ekstracellulærvæsken.
7. Beregn ligevægtspotentialet for Na+. For en mere præcis beregning end med formlen i ECB, 4. udgave, kan anvendes: Veq = 61,4 mV x log10 (Co/Ci).
60,5 – 89,8 mV ved fysiologisk temperatur
- Redegør for hvorledes glukose fortsat kan absorberes fra tarmlumen under disse forhold.
Det fortsatte optag af glukose sikres ved, at den apikale glukosetransportør er drevet af den elektrokemiske gradient for Na+, som peger ind i cellen. Glukosen transporteres derefter passivt ud af cellen via glukosetransportøren på den basolaterale side, hvilket forhindrer, at glukose ophobes i epitelcellen (i en grad så det ville påvirke cotransportøren).
Ved kraftig diarré (med fare for dehydrering) anbefales det at indtage en væskeblanding, der indeholder salt (NaCl) og sukker (glukose).
9. Forklar hvorfor netop denne kombination forventes at mindske væsketab.
Både Na+ og glukose skal være til stede for at aktivere den Na+-koblede cotransportør. Derved kan denne transportere disse osmotiske partikler (Na+ og glukose) over tarmepitelet og bidrage til re-absorption af vand fra tarmen, hvilket medfører nedsat væsketab.
Nogle inflammatoriske tarmsygdomme fører til nedsat aktivitet af Na+/K+-ATPasen i tarmepitel.
10. Redegør for hvilken effekt en nedsat aktivitet af Na+/K+-ATPasen må forventes at have på absorption af glukose fra tarmlumen.
Nedsat Na+/K+-ATPase aktivitet vil føre til, at koncentrationsgradienten for Na+ bliver mindre (da forskellen mellem den intracellulære og ekstracellulære Na+-koncentration bliver mindre), og at membranpotentialet især pga. af en ændring af kaliums koncentrationsgradient (bliver mindre) forskydes lidt mod 0. Alt i alt påvirkes natriums elektrokemiske gradient, således at den drivende kraft på Na+, og dermed glukosetransporten, vil mindskes.
- Redegør for hvorledes Na+/K+-ATPasen regulerer cellevolumen.
Osmotisk ligevægt opretholdes ved, at lige mange osmotiske partikler transporteres (aktivt og passivt) ind og ud af cellen. Na+/K+-ATPasen bidrager til at opretholde denne balance ved pr. tidsenhed aktivt at pumpe 3 Na+ ud og 2 K+ ind, som modsvarer influx af Na+ (med sin elektrokemiske gradient) og efflux af K+ i samme tidsenhed.
Skeletmuskulatur optager typisk glukose, når blodsukkeret stiger og insulin frigives. Denne glukose omdannes i muskelcellen til glykogen og kan efterfølgende omdannes tilbage til glukose, når muskelcellen arbejder. Efter et måltid, hvor blodsukkerkoncentration stiger til 10 mM, observeres det at:
• den intracellulære glukosekoncentrationen i skeletmuskelcellerne stiger, men aldrig overstiger 10 mM.
• når koncentrationen af glukose i blodet falder, falder den intracellulære koncentration af glukose i skeletmuskelcellerne ligeledes.
12. Redegør, ud fra de to ovenstående observationer, for hvilken type transporter, der varetager den øgede glukosetransport.
Da øgningen i den intracellulære glukosekoncentration ikke overstiger 10 mM, der er lig med den ekstracellulære koncentration, er der ingen antydning af koblet transport. Samtidig kan glukosetransporten også foregå ud af cellen, hvis koncentrationsforskellen for glukose dikterer det. Der kan derfor ikke være tale om Na+-koblet glukose transport. Glukose må således blive transporteret af en uniporter (passiv transport).
Skeletmuskulatur optager typisk glukose, når blodsukkeret stiger og insulin frigives. Denne glukose omdannes i muskelcellen til glykogen og kan efterfølgende omdannes tilbage til glukose, når muskelcellen arbejder. Efter et måltid, hvor blodsukkerkoncentration stiger til 10 mM, observeres det at:
• den intracellulære glukosekoncentrationen i skeletmuskelcellerne stiger, men aldrig overstiger 10 mM.
• når koncentrationen af glukose i blodet falder, falder den intracellulære koncentration af glukose i skeletmuskelcellerne ligeledes.
Forklar hvorfor det er fordelagtigt for skeletmuskelceller at anvende netop denne type transporter til den pågældende glukosetransport
Da denne transportmekanisme initieres når blodsukkeret er højt (og insulin dermed til stede), samtidig med den optagne glukose omdannes til glykogen (og den intracellulære koncentration af glukose dermed er lavere end i plasma), er der hovedsageligt behov for transport ned af den kemiske gradient for glukose. Ved at anvende en uniporter forbruger cellen ikke unødigt energi på glukosetransporten, som den ellers ville have gjort med en Na+-koblet glukose transporter.
Netop skeletmuskelceller har et membranpotential, der med stor tilnærmelse udelukkende oppebæres af K+. En forsker dyrker skeletmuskelceller i et medium med fysiologiske ionkoncentrationer. I et forsøg øger hun K+ koncentrationen i det ekstracellulære medium med 5 mM (5 mM NaCl erstattes med 5 mM KCl).
14. Forklar K+ ”lækkanaler”s betydning for en celles membranpotential.
Et membranpotential opstår som et vægtet gennemsnit af alle de permeerende ioners ligevægtspotentialer. Vægtningen ligger i, at jo mere permeabel membranen er for en ion, jo mere påvirker denne ion membranpotentialet. K+ ”lækkanaler” er kanaler, som ikke er gatede, men som hele tiden ændrer konformation mellem en åben og en lukket struktur. Grundet den høje åbningssandsynlighed for disse kanaler, vil permeabiliteten for K+ være høj, og membranpotentialet (ca. -70 mV i de fleste celler) vil derfor ligge tæt på K+s ligevægtspotential (*).
Netop skeletmuskelceller har et membranpotential, der med stor tilnærmelse udelukkende oppebæres af K+. En forsker dyrker skeletmuskelceller i et medium med fysiologiske ionkoncentrationer. I et forsøg øger hun K+ koncentrationen i det ekstracellulære medium med 5 mM (5 mM NaCl erstattes med 5 mM KCl).
Forklar hvorfor forskeren vælger at erstatte NaCl med KCl fremfor blot at tilsætte ekstra KCl til mediet.
Tilsætning af 5 mM ekstra KCl vil øge antallet af osmolytter ekstracellulært (med 10 mOsm) og opløsningen vil ikke længere være isoton. På grund af osmose vil vand diffundere ud af celler, som derfor vil skrumpe. Dette ønsker man selvfølgelig ikke ved opsætning af et forsøg.
