slides_voets

Report
Passieve diffusie doorheen membraan
membraan
Ca
Cin
Cb
Cout
L
Ca=CinK
dC

Cb=CoutK
Cb  Ca
dx
J  D

L
dC
dx
K
L

(C out  C in )
DK
L
(C out  C in )   P (C out  C in )
P: permeabiliteitsconstante = DK/L
Passieve diffusie doorheen membraan
Lineair verband tussen flux en concentratieverschil.
J
P
P
P
(Cout-Cin)
Snelheid van Glucose transport
 
V max
1
Km
C
Voorbeeld 1
[K+]o = 5 mM
[K+]i = 150 mM
K+
 G   G c   Gm
 G  R T ln
G
Ci
Co
 zF E m
= +8484 J mol-1 –7720 J mol-1
= +764 J mol-1
Energetisch ongunstig
Em
=-80 mV
R = 8.315 J K-1 mol-1
F = 96500 C mol-1
z: valentie (+1 voor K+)
Voorbeeld 2
[Na+]o =150 mM
[Na+]i = 10 mM
Na+
 G   G c   Gm
 G  R T ln
G
Ci
Co
 zF E m
= -6755 J mol-1 –7720 J mol-1
= -14475 J mol-1
Energetisch zeer gunstig
Em
=-80 mV
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
Evenwichtspotentiaal voor ionen
Permeabel voor  +
Em = EK
Ca2+-ATPases
[Ca2+]o ~1-2 mM
1Ca2+
[Ca2+]i ~100nM
ATP ADP + Pi
ATP ADP + Pi
ATP ADP + Pi
2Ca2+
golgi
PMCA:
SERCA:
SPCA:
SR/ER
2Ca2+
plasma membrane Ca2+-ATPases
sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPases
secretory pathway Ca2+-ATPases
Na+ influx gaat gepaard met een daling
van de vrije energie (G<0)
 G c  R T ln
12
  6 . 4 kJ m ol
145
 G m  zF E m   6 . 75 kJ m ol
GNa = -13.15 kJ mol-1
Remember: 1 kcal = 4.184 kJ
-1
-1
Voorbeeld: twee Na+/glucose
cotransporter (symporter)
 G  2  (  G c ,N a   G m ,N a )   G c ,G lu
Stel:
[Na+]i = 10 mM
[Na+]o = 150 mM


[ Na ] i
 G  2 x  RT ln
 zFE

[ Na ] o

m
Em = -80 mV

[ Glu ] i
  RT ln

[ Glu ] o

Bij evenwicht (G = 0):
0   29000 J  mol
1
 RT ln
[ Glu ] i
[ Glu ] i
[ Glu ] o
[ Glu ] o
 110000 ! ! !
Na+ -glucose cotransporters
• SGLT1,3:
2 Na – 1 Glucose cotransporter
• SGLT2:
1 Na – 1 Glucose cotransporter
Effect van stoichiometrie op transport
2 Na – 1 Glucose cotransporter (SGLT1,SGLT3)
1 Na – 1 Glucose cotransporter (SGLT2)
Stel GNa = -13.15 kJ mol-1
2 Na – 1 Glucose cotransporter
 G  2 x  G N a  R T ln
1 Na – 1 Glucose cotransporter
[G lu ] i
[G lu ] o
 G  1 x  G N a  R T ln
[G lu ] i
[G lu ] o
Bij evenwicht (G = 0) :
2 x  G N a   R T ln
[G lu ] i
[G lu ]o
e
  2  GNa 


RT


[G lu ] i
1 x  G N a   R T ln
[G lu ] o
e
10 . 2
 27000
[G lu ] i
[G lu ]o
e
   GNa 


 RT 
[G lu ] i
[G lu ] o
e
5 .1
 165
Glucosurie door insufficiente reabsorptie
Glucose-debiet (mM per minuut)
4
Gefilterd
3
2
Gereabsorbeerd
1
Gesecreteerd
0
0
10
20
[Glucose] in bloed (mM)
30
Na+/ Ca2+-uitwisselaar (NCX)
[Ca2+]o ~1-2 mM
3 Na+
1 Ca2+
[Ca2+]i ~100nM
3 Na+o + 1 Ca2+i

3 Na+i + 1 Ca2+o
« Elektrogeen! »
Evenwicht van Na+/Ca2+-uitwisselaar

3 Na+o + 1 Ca2+i
G = 3x GNa - GCa
3 Na+i + 1 Ca2+o

Na i

 3   RT ln
 FE m
Na o


Ca i
  RT ln
 2  FE m

Ca o

golgi
SR/ER
Bij welke membraanpotentiaal is NCX in evenwicht?
E NCX  2 
RT
2F
ln
Ca i
 3
Ca o
RT
F
ln
Na i
Na
o
 3  E Na  2  E Ca
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
G1
G1
G2
G2
Gtot = G1 + G2
Rtot = R1 + R2
Rtot = 1/(1/R1+ 1/R2)
Gtot = 1/(1/G1+ 1/G2)
Ladingsverplaatsing bij elektrische
stroom
Q   I  dt
time (ms)
0
20
40
60
80
0
-20
I (pA)
-40
-60
-80
-100
Q=I•t
100
120
140
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)
Lading van een Na+-ion = 1 elementaire lading = 1.6  10-19 C
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.
Equivalent circuit voor een ionenkanaal
Em
X
10
iX = X•(Em- EX)
i (pA)
8
6
EK

4
y
x
2
Em (mV)
-120
-100
-80
-60
-40
-20
20
-2
40
60
 rico
Stroom doorheen N identieke ionenkanalen
IX = N  Popen  iX
IX = N  Popen  X•(Em- EX)
Enkelvoudige
kanaaltjes
IX = gX•(Em- EX)
Met gx= N  Popen  X
Ensemble
Open probabiliteit van een ionenkanaal
topen
topen
topen
open
closed
ttotaal
Popen 
t open
t totaal

t open
t open  t closed
Oefening
Oefening
Selectiviteit op basis van lading
Positief
CLC
Cl- kanaal
Negatief
KcsA
K+ kanaal
Oorsprong van de actiepotentiaal
I
-100
-50
50
100
Em (mV)
EK
IK=gK•(Em-EK)
Achtergrond gK (vb. Lekkanalen)
Oorsprong van de actiepotentiaal
I
-100
-50
50
100
Em (mV)
1.0
ENa
0.8
gNa
0.6
INa=gNa•(Em-ENa)
0.4
gNa= N  Popen  Na
0.2
0.0
-100
-50
0
Em (mV)
50
Spanningsgeschakelde Na+-kanalen
Oorsprong van de actiepotentiaal
I
-100
-50
50
100
Em (mV)
Membraanstroom i.f.v. Em : Itotaal = IK+ INa
Oorsprong van de actiepotentiaal
I
-100
-50
50
100
Em (mV)
drempelpotentiaal
rustpotentiaal
piek van
actiepotentiaal
Oorsprong van de actiepotentiaal
-100
-50
50
100
Heropname van in de presynaptische cell
Na+/GABA cotransporter
Na+/dopamine cotransporter
Na+/serotonine cotransporter
Na+/noradrenaline cotransporter
Uitzondering: Acetylcholine!
Acetylcholine
Acetaat + choline
Acetylcholinesterase
AchE
Na+/choline cotransporter
Actiepotentiaal voor activatie van GABA-R
-100
-50
50
100
IK
INa
ECl  EK
Itotaal
Actiepotentiaal na activatie van GABA-R
gCl = 3gK
-100
-50
50
100
IK
INa
ICl
ECl  EK
Itotaal
Itotaal zonder Cl
Actiepotentiaal na activatie van GABA-R
gCl = 7gK
-100
-50
50
100
IK
INa
ECl  EK
ICl
Itotaal
Itotaal zonder Cl
Ligand-receptor binding
[R L ]
R
to ta a l
=
1
1+
K
m et R
d
[L ]
Kd >> [L]rust
to ta a l
 [R ]+ [R L ]
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 !
Signaalmoleculen binden aan
tyrosine-fosfaat in geactiveerde receptor
SH-2
Tyrosine-fosfaat: specifieke aandokplaats voor eiwitten
- SH2-domein (src homology)
- PTB-domein (phosphotyrosine-binding)
Signaaltransductie na cytokine-binding:
2) STAT
STAT: Signal Transducer and Activator of Transcription proteins
Gebrek aan STAT5 anemie
Cytokine receptoren versus
receptor tyrosine kinasen (RTK)
Cytokine receptor
Tyrosine kinase (JAK)
gebonden aan receptor
RTK
Tyrosine kinase domein
maakt deel uit van 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!!!

similar documents