Oppsummering
• Homøostase• Diffusion• Ficks lov• Osmose• Osmolaritet/osmolalitet• Osmotisk trykk
Diffusjon gjennom membranens lipidlag
Diffusjon gjennomvannfylte porer og kanaler
Transport med bærer-proteiner i membranen
cytoplasma
1
2
3
Diffusjon gjennom cellens lipidlag uten transportprotein:
• Ikke ladete, fettløselige• Gasser (eks. CO2, O2)
• Noen endogene stoffer (eks. steroide hormoner)
• Mange medisiner (eks. anestesimidler)• Fra høy til lav konsentrasjon (MED
gradient)
1
Diffusjon gjennom kanaler:2
Kjennetegn på diffusjon gjennom kanaler:
• Høy til lav konsentrasjon• Kanalen foretrekker noen ioner fremfor
andre (f.eks. Na-kanaler, Cl, K, Ca)• Diskriminerer på størrelse og polaritet• Rask (transportkapasitet/konduktans)• Åpen hele tiden (lekkasjekanal) eller….
• En elektrisk impuls• Binding av signalmolekyl (eks. Ca2+)• Strekk i cellemembranen (svelling,
cellebevegelse)
• Aktiveringen er forbigående (åpningstid, åpningssannsynlighet)
- eller åpnes av:
Transmittorstoff
Na+
Na+-kanal
Illustrasjon av nerveende inneholdende vesikler med transmittorstoff. Transmittorstoff diffunderer fra nerveende og binder seg til kanaler på nabocelle. Kanalene åpnes. (Copyrightet illustrasjon)
Acetycholin-reseptor
Kanaler - repetisjon
• Transporthastighet• Selektivitet• Åpningstid• Åpningssannsynlighet
Gap junctions
Porer
• Alltid åpne• Poriner i mitokondriemembran• Perforin frisatt fra lymfocytter (cytotoksiske
pore-formende proteiner)• Nukleært porekompleks• Vannkanaler
Hvordan går vann gjennom cellemembranen?
• Vannkanaler (aquaporiner)
• Vannfylte kanaler for ioner
• Hydrasjonsskall rundt ioner
• Noe vann diffunderer mellom fosfolipidene
13 aquaporiner hos pattedyr
• Hver og en viser unik fordeling mellom celletyper (eks. AQP5 i spyttkjertler)
• AQP0, 1, 2, 3 …, 12
aquaporin-monomer
Vannkanalen er en tetramer
Utsiden hydrofob - innsiden hydrofil
3 X 109 H20-molekyler/monomer/sek!!!
-3Å trang(vann er 2.8 Å)
Tajkhorshid, E., Nollert, P., Jensen, M.O., Miercke, L.J., O'Connell, J., Stroud, R.M., and Schulten, K. (2002). Science 296, 525-530
Siste kategori av membrantransport….
*fasilitert diffusjon (ett stoff, ned konsentrasjonsgradient)
-eks: glukosetransportør (GLUT)
*koplet transport (pumper, kotransportører, utvekslere)
Transport via bærerproteiner3
• Selektiv• Sjelden/aldri åpen i begge ender• Kan frakte stoffer NED (passiv) eller MOT
konsentrasjonsgradient (aktiv)• Transport kan mettes• Transportproteinet forandrer form• Aktiv (bruker ATP som energikilde)• Passiv (drives av elektrokjemisk potensial)
Transport via bærerproteiner3
Na+/K+-ATPasen
Pumpe, utveksler, aktiv
Hvorfor er Na+/K+-ATPasen så viktig?
• Gjør cytosol fattig på Na+ og rik på K+
• Holder innsiden av cellen negativt ladet i forhold til utsiden (fjerner plussladninger fra cytosol)
• Lettere for Na+ å strømme inn i cellen via andre tranportproteiner (f.eks. Na+/glukose kotransport)
• Og lettere for +-ladninger å strømme inn i cellen
Aktiv og sekundær aktiv transport:
Transport kan bli mettet
Hva skjer her?
Hva betyr funn av glukose i urin?
Kotransportører/utvekslere
- Kotransport: Na+/glukose
kotransportør
- Utveksler:
Na+/K+-ATPasen
- Elektronøytral
(Na+,K+,2Cl- kotransportør, Na+/H+ utveksler) eller elektrogen
GlukoseNa+
utside
innsideNa+
K+
utside
innside
Oppsummering transport så langt:
• Diffusion uten kanal• Diffusjon med kanal/pore• Transport med bærerprotein (med/mot
gradient,aktiv/passiv/kotransportør/utveksler)
Endocytose
Fagocytose
(celledebris,
bakterier,
m.m.)
Pinocytose Reseptormediert
endocytose
(eks. kolesterol-
opptak)
……… mer i uke 9
Eksocytose
Eks: fordøyelsesenzymer fra bukspyttkjertel, slim fra spyttkjertler, nervetransmittor
Men hva er drivkraften???
• I cellen: mest K+ og organiske anioner
• Utenfor cellen: mest Na+, Cl- og Ca2+
• elektronøytralt på begge sider (like mange pluss- som minusladninger)
• K+ lekker stadig ut• + -ladninger forsvinner fra
innsiden• Innside av membran minus i
forhold til utside• Bygger opp spenningsforskjell
over membranen• = membranpotensial Spenningsforskjell = -60 mV
• Hva om membranen bare var permeabel for K+?
Diffusjon til vi har
elektrokjemisk likevekt
= likevektspotensial for K+
• http://lessons.harveyproject.org/development/nervous_system/cell_neuro/memb_potl/K_electrode/Nernst.html
I virkeligheten:
• Er cellen noe permeabel for andre uorganiske ioner (eks. Na+, Ca2+)
• Og siden – mer Na+ og Ca2+ på utsiden enn på innsiden– innsiden negativ i forhold til utsiden
• Så vil Na+ og Ca2+ diffundere inn i cytoplasma• Balanse opprettholdes av transportmekanismer i
cellemembranen
Så drivkraften er:
• Konsentrasjonsforskjeller• Elektriske spenningsforskjeller
• ELEKTROKJEMISK POTENSIAL (ioner)
Elektrokjemisk potensialΔμ(X+)=μi(X+)-μo(X+)=RTln[X+]i + zF(Ei-Eo)
Δμ = elektrokjemisk potensialforskjell R = ideelle gasskonstantT = absolutt temperatur[X+]i = konsentrasjon av X+ på innsiden av cellen[X+]o = konsentrasjon av X+ på utsidenz = ionets ladningF = Faradays konstantEi-Eo = elektrisk potensialforskjell over membranen
[X+]o
Ved elektrokjemisk likevekt:• skjer det ingen netto forflytning av ionet over
cellemembranen• konsentrasjonsforskjellen og den elektriske
potensialforskjellen for ionet er balansert
RTln[X+]i + zF(Ei-Eo) = 0
Ei-Eo = -RT ln[X+]i
zF [X+]o
Nernst-likningen
[X+]o
Walther Nernst (1864-1941)
Et eksempel der vi bruker Nernst-likningen:
Ei - Eo = -60 mV log [K+]i = -60 mV log 100 = -60 mV [K+]o 10z
\Ved likevekt må innsiden være -60 mV i forhold til utsiden. Dette er likevektspotensialet for K+ (i dette eksempelet).
+1
[K+]i=100 mM[K+]o=10 mM
Men hva kan vi bruke Nernst- likningen til?
• Til å forutsi hvilken retning ioner vil gå: inn eller ut av cellen
• Vi sammenlikner målt membranpotensial med det vi får fra Nernst-likningen
Hvert ion…
-vil prøve å nå elektrokjemisk likevekt
-summen av bevegelsene til disse ladete partiklene = membranpotensialet
-de ionene som membranen er mest permeabel for, vil ha størst effekt på membranpotensialet
• http://faculty.washington.edu/chudler/ap.html
Gibbs-Donnan likevekt: skjevfordeling av minusladninger• Negativt ladete partikler i cytoplasma som
ikke kan trenge gjennom cellemembranen• Bla. proteiner• Gjør innsiden av cellen litt mer negativt
ladet enn den ellers ville ha vært• Legger ca. -10 mV til membranpotensialet
Joshia Gibbs
1839-1903Frederick Donnan
1870-1956
Gibbs-Donnan likevekt
Membran gjennom-trengelig for K+, Cl- og vann; ikke Y-
Likevekt er nådd…..
A B
A B
[K+]=0,1 M[Y-]=0,1 M
[K+]=0,1 M[Cl-]=0,1 M
[Y-]=0,1 M[K+]=0,133.. M[Cl-]=0,033.. M
[K+]=[Cl-]=0,0666.. M
Fig. basert på illustrasjon i Berne og Levy, Physiology.
Gibbs-Donnan fortsatt: et osmotisk trykk utvikles….
*pga. skjevfordeling av ioner vil vann strømme til kammer A (osmose)
*hva vil dette si for en celle?
Hvordan motvirker cellene akutte volumforandringer?
Tid
Vol
um
celle
Begrep omkring osmotisk trykk:(vi sammenlikner to løsninger)
• iso-osmotisk: osmotisk trykk likt
• hypo-osmotisk: osmotisk trykk mindre
• hyper-osmotisk: osmotisk trykk større
Hva motvirker akutte forandringer i cellevolum?
3Na+
3Na+
3Na+
2K+
K+
Cl-
K+
Cl-
K+
Cl-
K+ 2Cl-Na+
aminosyrer
amino-syrer
svellet celleskrumpet celle
Kronisk cellevolumregulering
• Na/K ATPasen viktig (hemming med ouabain = cellesvelling)
• Akkumulering av nøytrale aminosyrer
• Oppregulering/nedregulering av vannkanaler
Følger av defekt volumregulering:
• nedsatt cellefunksjon
(eks. i nyrer og tarmtraktus der det foregår en stor transport av ioner og molekyler gjennom cellene)
• ødemdannelse (følger i hjerne?)• celleruptur