Transport över membran och cellens elektriska egenskaper

Question 1

På vilka fyra sätt transporteras ämnen över membran i celler?

Answer 1

1. Direkt diffusion - små ämnen och gaser diffunderar fritt.
2. Passiv underlättad diffusion - genom transportproteiner MED koncentrationsgradienten.
3. Indirekt aktiv transport - genom transportproteiner (ofta symport) MOT sin koncentrationsgradient som drivs av att ett annat ämne transporterar med sin koncentrationsgradient.
4. Direkt aktiv transport - ATP driven pump: transport MOT koncentrationsgradient.

Question 2

Hur tar sig vatten in och ut ur celler och i vilken riktning går det?

Answer 2

Vatten kan diffundera fritt över membranet men det går väldigt långsamt. I princip alla celler har transportproteiner som underlättar diffusionen (kanalproteiner: aquaporiner) som gör att vattentransporten sker snabbare. Vatten rör sig alltid från hög vattenpotential (hög konc. vatten) till en lägre.

Question 3

Hur fungerar GLUT-proteinerna och vad transporterar dem?

Answer 3

Glukos transporteras med bärarproteiner/carrier proteins i GLUT familjen. När glukos binder till GLUT-proteiner ändrar de konformation så att glukosen kan ta sig in i cellen, och när glukosen släppts ut ändras konformationen tillbaka till grundpositionen så att mer glukos kan transporteras. Dessa är reversibla (men eftersom glukos är dyrbart finns flera mekanismer som gör att glukos binds upp så att koncentrationen inuti cellen hålls nere så att mer kommer in i tex erythrocyter)

Question 4

Hur fördelas glukos i olika celler i kroppen?

Answer 4

Däggdjursgener kodar för ett tiotal olika GLUT-proteiner, där alla har olika affinitet (Km) till glukos. Detta görs så att glukosen kan prioriteras till celler som behöver det mest, tex nervceller har nånga GLUT-proteiner med hög affinitet till glukos så att de får första prioritet. Om glukoskoncentrationen är väldigt hög får även celler med GLUT-proteiner med låg affinitet tillgång till glukos.

Question 5

I tarmens epitelceller behöver ett stort upptag av glukos att ske, men eftersom glukoskoncentrationen inuti cellerna ökar när det tas in borde upptaget av glukos stanna av ganska snabbt, men så är inte fallet! Hur ser lösningen för detta problem ut?

Answer 5

I epitelcellerna tas glukos upp med en symport tillsammans med Na+ joner. Eftersom Na+ koncentrationen inuti celler alltid hålls nere (med kanalproteiner) kan passiv intransport av Na+ MED gradienten driva intransport av glukos MOT gradienten.

Question 6

Ge ett exempel på A) aktiv transport, B) passiv transport och C) indirekt aktiv transport

Answer 6

A. Aktiv: Na+K+-pumpen! (ATP driven transport Na+ ut, K+ in)
B. Passiv: Aquaporier, jonkanaler (tex K+ kanal.
C. Indirekt aktiv: glukos/Na+ synport i epitelceller

Question 7

Vad används aktiv transport ofta till?

Answer 7

Att skapa gradienter som kan användas för indirekt aktiv transport av andra ämnen. Tex Na+ gradient i djurceller eller H+ gradient i växt och jästceller.

Question 8

Vad är viktigt att komma ihåg när det gäller transport av joner?

Answer 8

Eftersom joner är laddade beror deras transport både på koncentrations- och laddningsgradient.

Question 9

Vad menas med en “polariserad cell”?

Answer 9

Polariserade celler är celler som har olika funktioner på olika sidor av cellen - separata domäner som avgränsas med tight junctions så att transportproteiner inte kan förflyttas fritt mellan domänerna. Ofta kräver de olika domänerna olika uppsättning av transportproteiner för att utföra sitt jobb, tex tarmepitelcell (enterocyt) har ett apikalt membran mot tarmlinningen med Na,glukos-symport för glukosupptag och ett basolateralt membran med glukosuniport (GLUT 2) för glukosexport + ett Na,K-ATP:as för att behålla Na-gradienten. Transcellulära transporter.

Question 10

Vad är skillnaden på en polariserad och en opolariserad cell?

Answer 10

I en opolariserad cell fördelar sig transportproteinerna jämnt över hela cellen. I en polariserad cell förelas olika transportproteiner i specifika domäner och därmed kan transporter begränsas till bestämda delar av cellen.

Question 11

Förklara kortfattat hur röda blodkroppar tar in vatten, syre, glukos och koldioxid (sammanfattning av transportproteiner).

Answer 11

Syre och koldioxid tas in genom diffusion (gaser), för att se till att upptaget är konstant binds syre till hemoglobin så att de inte påverkar osmotisk potential. När det gäller koldioxid så omvandlas CO2 (+H2O) till (väte)karbonatjoner som inte kan diffundera fritt - reversibelt så att CO2 kan tas in i kropp och släppas ut i lungorna. Vatten tas in och ut med aquaporiner och diffusion och glukos med GLUT1: carrierprotein.

Question 12

Vilka tre typer av transportproteiner finns i cellmembran?

Answer 12

Pumpar (drivna av ATP-hydrolys), kanalproteiner och carrierproteiner.

Question 13

Jonströmmar förmedlar många olika signaler i organismvärlden. Förklara kort vad som menas med elektriska förändringar/membranpotential inom cellbiologin.

Answer 13

Med elektriska förändringar menas att en mycket liten del av joner transporteras in/ut och skapar en förskjutning av joner = membranpotential.

Question 14

Ange de viktigaste skillnaderna mellan ut och insida med avseende på jonkoncentration i levande celler.

Answer 14

Alla levande celler innehåller en stor mängd K+ och en liten mängd Na+ inuti cellen. Na+ gradienten central i transport av många ämnen i djurceller.

Vanligtvis är mängden Cl- låg inuti cellen så att det kan släppas in om mängden H+ ökar i cellen för att hålla cellen laddningsneutral.

Mängden Ca2+ är extremt liten (0,0002) i levande celler, detta används för att skapa kraftiga signaler vid öppning av Ca2+ kanaler.

Question 15

Ange de fyra familjerna av ATP-drivna transportpumpar.

Answer 15

P-typ:
ABC-typ:
F-typ:
V-typ: H+-ATPaser - viktiga för att ändra pH värde.

Question 16

Vad är lysosomer och hur fungerar dem?

Answer 16

Lysosomer är organeller som bryter ner organiska molekyler som lipider och proteiner. De är endast aktiva vid ett lågt pH som en säkerhetsmekanism för att inte bryta ner cellen inifrån. Deras funktionalitet är alltså beroende av H+ ackumulering, och detta åstadkoms med ATP-pumpar tillsammans med en anjonskanal (Cl-) som drivs av attraktionen mellan H+ och Cl- så att inte allt för mycket energi går åt till att pumpa in. Detta sker även i osteoplaster på ett liknande sätt.

Question 17

Beskriv hur Na+/K+ pumpen fungerar.

Answer 17

Natrium-kaliumpumpen skickar in 2 K+ i cellen mot sin gradient och skickar ut 3 Na+ från cellen mot sin gradient, som drivs av ATP (1 ATP går åt per gång). Detta in och utflöde ger förutsättningarna för cellens höga K+ halt och låga Na+ halt inuti cellen. Antalet joner som faktiskt flödar är mycket litet i relation till det totala antalet. Enzymet påverkar indirekt jongradienter, membranpotential men framförallt även cellens vattenpotential: då fler joner skickas ut än in pumpas mer vatten ut än in, vilket gör att cellen inte sväller.

Question 18

Vad är den huvudsakliga anledningen till cellens membranpotential?

Answer 18

Så kallade K+-läckagekanaler (mycket få) är den huvudsakliga anledningen till den höga K+ koncentrationen i djurceller, och genererar en membranpotential på ca -60 mV.

I växt-, jäst- och prokaryota celler drivs membranpotential av en pH gradient istället.

Question 19

Nästan alla jonkanaler är reglerade (K+-läckagekanaler är en anomali) och öppnas av någon signal, vilka är de tre typerna av signaler för öppning/stängning?

Answer 19

A) spänningsreglerade (vanligast): om spänningen är tillräckligt stor stängs kanalen, graden elektrisk spänning på resp sida avgör alltså öppen/stängd. Kan vara snabba eller långsamma.
B) ligandreglerade (kan vara extracellulära eller intracellulära): behöver ett signalämne för att öppnas/stängas
C) mekaniskt reglerade: vanligt för sinnesceller (tex ljudvågor i örat)

Question 20

Jonkanaler är ämnesspecifika, varför tar K+ kanalen inte in Na+ joner även om Na+ är mindre och därför i teorin skulle kunna slinka igenom?

Answer 20

Kaliumjonkanalens specifitet avgörs av dess förmåga att avlägsna bundet vatten runt jonen. Öppningen är utformad så att vattnet runt den större K+ jonen kan avlägsnas, men eftersom Na+ är så liten kan inte det bundna vattnet avlägsnas, så Na+ jonen kan inte ta sig igenom.

Question 21

Vilken typ av transport utför jonkanaler?

Answer 21

Passiv transport (MED koncentrationsgradienten).

Question 22

Hur kan man studera jonkanaler? Nämn två sätt:

Answer 22

• Transfektera celler med genen för kanalen
• Injicera mRNA för kanalen i t ex grod-oocyter
• In vitro translation med mikrosomer
• Liposomer och andra artificiella membran
• Isotopstudier, t ex 22Na, 45Ca, 86Rb (för K-kanaler)
• Fluorescerande prober
• Patch clamp och andra tekniker för mikroelektroder

Question 23

Vilka komponenter behövs för att förklara membranpotentialen i djurceller?

Answer 23

• Na,K-ATPas (Na,K-pumpen) åstadkommer JONGRADIENTER
• Selektivt K+ utflöde genom ÖPPNA K+-jonkanaler
• Normalt (”vilopotential”) är Na-kanalerna STÄNGDA
• Na-gradienten kan dock användas vid andra transporter genom Na-symporter och antiporter

Question 24

Förklara hur en nervsignal fungerar.

Answer 24

Dendriter och cellkropp tar emot signalen (graderad signal) och avgör om den ska föras vidare, en tillräckligt stark signal innebär att en aktionspotential uppnås –> signalen förmedlas vidare. Om aktionspotentialen uppnås öppnas Na+ kanaler i axonets början och membranpotentialen blir positiv, spänningsskillnaden (ändringen i membranpotential) påverkar närliggande kanaler som också öppnas, så går signalen vidare längs axonet. Na+ kanalerna är spänningsreglerade och stängs, spänningsreglerade K+ kanaler öppnas -> K+ flödar ut och membranpotentialen blir ännu mer negativ än vilopotentialen. Anledningen till att signalen endast går åt ett håll är att Na+ kanalerna har en låst konformation förutom öppen/stängd, och de hamnar i det låsta läget i några millisekunder efter att de initialt öppnats, vilket stoppar signalen från att gå bakåt.