Passieve diffusie doorheen membraan

Cin

Cout

membraan

L

P: permeabiliteitsconstante = DK/L

Ca=CinK

Ca

Cb

Cb=CoutK

b aout in

dC C C K(C C )

dx L L

out in out in

dC DKJ D (C C ) P(C C )

dx L

Passieve diffusie doorheen membraan

(Cout-Cin)

J P

P

P

Lineair verband tussen flux en concentratieverschil.

Snelheid van Glucose transport

CK

V

m

max

1

Voorbeeld 1

c mG G G

K+Em

[K+]i = 150 mM

[K+]o = 5 mM

=-80 mV

ln im

o

CG RT zFE

C

R = 8.315 J K-1 mol-1

F = 96500 C mol-1

z: valentie (+1 voor K+)

G = +8484 J mol-1 –7720 J mol-1

= +764 J mol-1

Energetisch ongunstig

c mG G G

Na+Em

[Na+]i = 10 mM

[Na+]o =150 mM

=-80 mV

ln im

o

CG RT zFE

C

G = -6755 J mol-1 –7720 J mol-1

= -14475 J mol-1

Energetisch zeer gunstig

Voorbeeld 2

R = 8.315 J K-1 mol-1

F = 96500 C mol-1

z: valentie (+1 voor Na+)

Evenwichtspotentiaal voor ionen

niet permeabel

Em = 0 mV

Evenwichtspotentiaal voor ionen

Permeabel voor

Em = ENa

Em = EK

Evenwichtspotentiaal voor ionen

Permeabel voor

Ca2+-ATPases

SR/ERgolgi

1Ca2+

ATP ADP + Pi

PMCA: plasma membrane Ca2+-ATPasesSERCA: sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPasesSPCA: secretory pathway Ca2+-ATPases

2Ca2+

ATP ADP + Pi

2Ca2+

ATP ADP + Pi

[Ca2+]o ~1-2 mM

[Ca2+]i ~100nM

Na+ influx gaat gepaard met een daling van de vrije energie (G<0)

Remember: 1 kcal = 4.184 kJ

126 4

145-1ln . kJ molcG RT

6 75 -1. kJ molm mG zFE

GNa = -13.15 kJ mol-1

Voorbeeld: twee Na+/glucose cotransporter (symporter)

c,Na m,Na c,GluG 2 ( G G ) G

Stel: [Na+]i = 10 mM [Na+]o = 150 mM Em = -80 mV

o

im

o

i

]Glu[

]Glu[lnRTzFE

]Na[

]Na[lnRTxG

2

Bij evenwicht (G = 0):

o

i

]Glu[

]Glu[lnRTmolJ 1290000 !!!

]Glu[

]Glu[

o

i 110000

Na+ -glucose cotransporters

•SGLT1,3: 2 Na – 1 Glucose cotransporter

•SGLT2: 1 Na – 1 Glucose cotransporter

Effect van stoichiometrie op transport

2[ ]

ln[ ]

iNa

o

GluG x G RT

Glu

2 Na – 1 Glucose cotransporter

Stel GNa = -13.15 kJ mol-1

Bij evenwicht (G = 0) :

2[ ]

ln[ ]

iNa

o

Glux G RT

Glu

2

10 2 27000.[ ]

[ ]

NaG

RTi

o

Glue e

Glu

1 Na – 1 Glucose cotransporter

1[ ]

ln[ ]

iNa

o

GluG x G RT

Glu

1[ ]

ln[ ]

iNa

o

Glux G RT

Glu

5 1 165.[ ]

[ ]

NaG

RTi

o

Glue e

Glu

2 Na – 1 Glucose cotransporter (SGLT1,SGLT3)

1 Na – 1 Glucose cotransporter (SGLT2)

0 10 20 300

1

2

3

4

Gesecreteerd

Gereabsorbeerd

Glu

cose

-de

bie

t (m

M p

er

min

uu

t)

[Glucose] in bloed (mM)

Gefilterd

Glucosurie door insufficiente reabsorptie

Na+/ Ca2+-uitwisselaar (NCX)

[Ca2+]o ~1-2 mM

[Ca2+]i ~100nM 1 Ca2+

3 Na+

3 Na+o + 1 Ca2+

i 3 Na+i + 1 Ca2+

o

« Elektrogeen! »

SR/ERgolgi

3 Na+o + 1 Ca2+

i 3 Na+i + 1 Ca2+

o

G = 3x GNa - GCa mo

im

o

i FECa

CaRTFE

Na

NaRT

23 lnln

Bij welke membraanpotentiaal is NCX in evenwicht?

CaNa

o

i

o

iNCX

EE

Na

Na

F

RT

Ca

Ca

F

RTE

23

32

2 lnln

Evenwicht van Na+/Ca2+-uitwisselaar

Als Em < ENCX : forward mode (Ca2+ naar buiten)

Als Em > ENCX : reverse mode (Ca2+ naar binnen)

Stroom over een weerstand

Wet van Ohm: V = IR = I/G

Weerstanden in parallel of serie

Gtot = G1 + G2

Rtot = 1/(1/R1+ 1/R2)

G1 G2

G1

G2

Rtot = R1 + R2

Gtot = 1/(1/G1+ 1/G2)

0 20 40 60 80 100 120 140

-100

-80

-60

-40

-20

0

I (p

A)

time (ms)

Ladingsverplaatsing bij elektrische stroom

dtIQ0 20 40 60 80 100 120 140

-100

-80

-60

-40

-20

0

I (p

A)

time (ms)

Q=I•t

Voorbeeld: stroom door een enkel Na+- kanaaltje

i = 1.6 pA = 1.6 x 10-12 A = 1.6 x 10-12 C/s

(A = C/s)

Natriumflux: Na = 1.6 x 10-12 (C/s) /1.6 10-19 C

= 107 Na+ ionen/s

Dus ongeveer 10000 Na+ ionen per opening van 1 ms.

Lading van een Na+-ion = 1 elementaire lading = 1.6 10-19 C

Equivalent circuit voor een ionenkanaal

XEm

-120 -100 -80 -60 -40 -20 20 40 60

-2

2

4

6

8

10

Em (mV)

i (pA)

EK

iX = X•(Em- EX)y

ricox

Stroom doorheen N identieke ionenkanalen

Enkelvoudigekanaaltjes

Ensemble

IX = N Popen iX

IX = N Popen X•(Em- EX)

IX = gX•(Em- EX)

Met gx= N Popen X

Open probabiliteit van een ionenkanaal

open

closed

topen topen topen

ttotaal

closedopen

open

totaal

openopen tt

t

t

tP

Oefening

Oefening

Selectiviteit op basis van lading

Cl- kanaal K+ kanaal

CLC KcsA

Positief

Negatief

EK

IK=gK•(Em-EK)

Oorsprong van de actiepotentiaal

Achtergrond gK (vb. Lekkanalen)

-100 -50 50 100

I

Em (mV)

-100 -50 50 100

ENa

INa=gNa•(Em-ENa)

gNa= N Popen Na-100 -50 0 50

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

gN

a

Em (mV)

Oorsprong van de actiepotentiaal

Spanningsgeschakelde Na+-kanalen

I

Em (mV)

-100 -50 50 100

Membraanstroom i.f.v. Em : Itotaal = IK+ INa

I

Em (mV)

Oorsprong van de actiepotentiaal

-100 -50 50 100

I

Em (mV)

Oorsprong van de actiepotentiaal

drempelpotentiaal

piek van actiepotentiaal

rustpotentiaal

-100 -50 50 100

Oorsprong van de actiepotentiaal

Heropname van in de presynaptische cell

Na+/GABA cotransporterNa+/dopamine cotransporterNa+/serotonine cotransporterNa+/noradrenaline cotransporter

Uitzondering: Acetylcholine!

Acetylcholine Acetaat + choline

AcetylcholinesteraseAchE

Na+/choline cotransporter

-100 -50 50 100

IK

INa

Itotaal

Actiepotentiaal voor activatie van GABA-R

ECl EK

-100 -50 50 100

IK

INa

ICl

Itotaal

Itotaal zonder Cl

gCl = 3gK

Actiepotentiaal na activatie van GABA-R

ECl EK

-100 -50 50 100

IK

INa

ICl

Itotaal

Itotaal zonder Cl

gCl = 7gK

Actiepotentiaal na activatie van GABA-R

ECl EK

totaaldtotaal

[RL] 1= met R [R]+[RL]

KR 1+[L]

Ligand-receptor binding

Kd >> [L]rust

Rekenvoorbeeld

EPO stimuleert vorming van rode bloedcellen uit erythroide progenitorcellen. Binding van EPO aan 100 EPO-receptoren volstaat voor dit effect. Kd van de receptor is 100 pM.

Vraag: welke EPO-concentratie is nodig voor het stimuleren van een cel met 1000 EPO-receptoren? En een andere cel met 120 EPO-receptoren?

Conclusie: het aantal receptoren per cel is bepalend voor de cellulaire reactie !

Tyrosine-fosfaat: specifieke aandokplaats voor eiwitten- SH2-domein (src homology)- PTB-domein (phosphotyrosine-binding)

SH-2

Signaalmoleculen binden aan tyrosine-fosfaat in geactiveerde receptor

Signaaltransductie na cytokine-binding:2) STAT

STAT: Signal Transducer and Activator of Transcription proteins

Gebrek aan STAT5 anemie

Cytokine receptoren versusreceptor tyrosine kinasen (RTK)

Tyrosine kinase domein maakt deel uit van receptor

RTK Cytokine receptor

Tyrosine kinase (JAK) gebonden aan receptor

Actief MAP-kinase stimuleert genexpressie

SRE: serum response element

SRF: serum response factor

TCF: ternary complex factor

Expressie van ‘early genes’*

* >100 genen die een rustende cel ‘wakker schudden’ en doen prolifereren

Motorwerking: (1) ATP binding

Motorwerking: (2) ATP hydrolyse

De boog wordt opgespannen!!!

Motorwerking: (3) binden aan myosine

Motorwerking: (4) power stroke

Motorwerking: (5) ADP vrijgave

En we zijn een stap verder!!!