DEEL 1 terreinstudie

van leven
DEEL 1 De cel: basiseenheid
Thema
3
STOFUITWISSELING
TUSSEN CELLEN EN
HUN OMGEVING
1
Transport van stoffen
in en uit cellen
 Stofuitwisseling tussen cel en omgeving is
noodzakelijk voor:
• opname van energierijke stoffen en bouwstoffen.
• afgave van afvalstoffen.
Gasuitwisseling door de
huid
Pantoffeldiertjes met
kloppende vacuole
Bij stofuitwisseling treden 2 problemen op:
 Volgens concentratiegradiënt bewegen: is van hoge
naar lage concentratie bewegen.
Maar: heel wat stoffen moeten tegen de
concentratiegradiënt in getransporteerd worden.
 Membranen zijn semi-permeabel of halfdoorlatend:
• laten kleine moleculen zoals water en gassen (O2,
CO2) door, maar is ondoorlatend voor andere
moleculen.
• het celmembraan is halfdoorlatend.
Verschillende transportmethoden:
Passief transport
Actief transport
Met de concentratiegradiënt mee:
van hoge naar lage concentratie
Tegen de concentratiegradiënt in: van
lage naar hoge concentratie
Geen energie nodig, geen verbruik
van ATP
Energie nodig, verbruik van ATP
1. Doorheen de fosfolipidelaag
• osmose
• diffusie
1. Doorheen speciale
transporteiwitten
2. via speciale transporteiwitten
• geleide diffusie
2. door blaasjestransport (grotere
deeltjes)
2
Passief transport
2.1 Diffusie
2.2 Osmose
2.3 Geleide diffusie
2.1 Diffusie
2.1.1 Wat is diffusie?
 Diffusie is een fysisch proces waarbij:
• opgeloste stoffen zich verplaatsen in een vloeistof of gas
• volgens de concentratiegradiënt (van hoge naar lage
conc.)
Diffusie van verf in water
 Diffusie kan gebeuren via een permeabel membraan
 Diffusie is passief transport.
Diffusie door permeabel
membraan
Diffusie van ionen volgens
ladingsverschil
2.1.2 Factoren die de diffusiesnelheid
beïnvloeden
 Temperatuur: hoe hoger de temperatuur, hoe sneller
de diffusie (zie labo osmose en diffusie)
 Grootte van de opgeloste deeltjes
 Viscositeit van de vloeistof waarin de deeltjes zich
bevinden
 Verschil in concentratie
 Ladingsverschil van de opgeloste deeltjes
 Grootte van het diffusieoppervlak
2.1.3 Voorbeelden van diffusie bij organismen
 Gasuitwisseling ter hoogte van de longblaasjes
O2 van longblaasjes naar bloedvaten
CO2 en H2O van bloedvaten naar longblaasjes
Gasuitwisseling t.h.v.
longblaasje
 Gasuitwisseling ter hoogte van de weefsels
O2 van bloedvaten naar omliggende weefsels
CO2 van omliggende weefsels naar bloedvaten
 Gasuitwisseling in de placenta (bij zoogdieren)
O2 van bloed moeder naar bloed foetus
CO2 van bloed van foetus naar bloed van moeder
 Gasuitwisseling ter hoogte van de huid (bv. amfibieën)
O2 van water, lost op in slijmlaag en via huid naar bloedvaten
CO2 van bloedvaten naar water
 Gasuitwisseling ter hoogte van de kieuwen (bv. vissen)
O2 van water naar bloedvaten
CO2 en H2O van bloedvaten naar water
Gasuitwisseling t.h.v. placenta
Alpenlandsalamder
 Gasuitwisseling ter hoogte van de huidmondjes
bij planten
O2 van atmosfeer via huidmondjes en intracellulaire ruimtes naar cellen
CO2 van cellen via huidmondjes en intracellulaire ruimtes naar atmosfeer
gebeurt deze
gaswisseling
overdag of
‘s nachts?
Dwarsdoorsnede blad
2.2 Osmose
2.2.1 Wat is osmose?
 Osmose is verplaatsing van water:
• doorheen semipermeabel membraan
• van lage naar hoge concentratie opgeloste stof
 Osmotisch evenwicht: verplaatsing van water in beide
richtingen is gelijk.
 Osmose is passief transport
Osmose door een semipermeabel membraan
2.2.2 Osmotische zuigkracht en osmotische
druk van een oplossing
 Osmotische zuigkracht van een oplossing: de
zuigkracht t.g.v. de concentratie
 Osmotische druk: druk t.g.v. de aanwezigheid van
opgeloste stoffen
Osmotische zuigkracht
2.2.3 Osmotische waarde van een oplossing
 Hypertonisch
Een oplossing is hypertonisch ten opzichte van een andere
oplossing als ze een grotere concentratie heeft aan opgeloste
stoffen.
 Hypotonisch
Een oplossing is hypotonisch ten opzichte van een andere
oplossing als ze een lagere concentratie heeft aan opgeloste
stoffen.
 Isotonisch
Een oplossing is isotonisch ten opzichte van een andere
oplossing als ze een gelijke concentratie heeft aan opgeloste
stoffen.
Vergelijking tussen diffusie en osmose
2.2.4 Osmotische eigenschappen van een cel
 Het celmembraan is een semipermeabel membraan.
 Als de celomgeving hypertonisch is zal de cel water
afscheiden door osmose.
 Als de celomgeving hypotonisch is zal de cel water
opnemen door osmose.
 Als de celomgeving isotonisch is zal de cel evenveel
water opnemen als afgeven (osmotisch evenwicht).
2.2.5 Turgor in plantencellen
 Planten cellen zijn hypertonisch t.o.v. de omgeving.
Ze nemen dus water op in hun vacuole.
De vacuole duwt de celinhoud tegen de celwand
turgordruk
 Celwand biedt weerstand aan deze druk: wanddruk
 Turgordruk = wandruk
cel gespannen: turgescent
 De turgor van de plant zorgt voor de stevigheid van de
cel en de plant in zijn geheel.
Plant met watertekort → cellen niet turgescent
Plant met voldoende water → cellen turgescent
 Celomgeving van planten moet hypotonisch zijn. Dat is
echter niet het geval in zoute milieus:
Halofyten overleven wel
in zoute milieus
slaan zouten op om
hypertonisch te blijven
Osmoregulatie
Zeekraal
2.2.6 Plasmolyse en deplasmolyse in
plantencellen
 Als de celomgeving hypertonisch t.o.v. plantencel
Er treedt plasmolyse op: loskomen van celmembraan, krimpen
van cytoplasma
Verklaring: celmembraan en celwand zijn semipermeabel, door
osmose wordt er water uit de cel getrokken
 Als de celomgeving hypotonisch t.o.v. plantencel
Er treedt deplasmolyse op: cytoplasma vergroot terug
Verklaring: celmembraan en celwand zijn semipermeabel, door
osmose wordt er water in de cel getrokken
Cellen van rode ui
Gebarsten kers
2.2.7 Voorbeelden osmose in dierlijke cellen
 Pantoffeldiertje
pantoffeldiertje is hypertonisch t.o.v. het zoetwater
door osmose zal er dus water in de cel getrokken worden
heeft een kloppende vacuole om het water buiten de cel te brengen
Pantoffeldiertje met kloppende vacuole
 Rode bloedcellen
in gedestilleerd water: rode bloedcellen nemen water op tot ze ontploffen
in hoge concentratie: rode bloedcellen geven water af, ze krimpen
Rode bloedcellen
 Hongeroedeem: opzwellen
van de buik
Bij voedseltekort worden eerst de
vetreserves en daarna de eiwitten
afgebroken
Eiwitten in bloed dalen, waardoor het
bloed hypotonisch wordt.
Water wordt uit het bloed gezogen naar
het weefsel door osmose.
Ophoping van weefselvocht zorgt voor de
opgezwollen buik.
2.3 Geleide diffusie
2.3.1 Wat is geleide diffusie?
 geleide diffusie is passief transport (geen energie
nodig)
 via gespecialiseerde transportproteïnen: kanalen die
welbepaalde moleculen of ionen doorlaten
 volgens de concentratiegradiënt
2.3.2 Geleide diffusie van moleculen
 Wateroplosbare moleculen getransporteerd via met
water gevulde kanalen
 Voorbeeld 1: Glucosemoleculen via carriers
Bij rode bloedcellen diffunderen glucosemoleculen
van bloedplasma naar cytoplasma
Carriers voor glucose
 Voorbeeld 2: Watermoleculen
aquaporines zorgen voor zeer snel watertransport
Aquaporines
2.3.3 Geleide diffusie van ionen
 Ionen kunnen niet door fosfolipiden laag
getransporteerd via met water gevulde kanalen
 Voorbeeld 1: zenuwimpuls
Na+ - ionen en K+ - ionen worden verplaatst via
transportproteïnen door geleide diffusie
Elektrische spanning bij ontstaan zenuwimpuls
Elektrische spanning bij zenuwcel in rust
Geleide diffusie van Na+ - ionen tijdens
depolarisatie
Geleide diffusie van K+ - ionen tijdens
repolarisatie
 Voorbeeld 2: geleide diffusie van ionen in synapsen
Geleide diffusie van ionen in synapsen
Geleide diffusie van
ionen in synapsen
3
Actief transport
3.1 Pompen
3.2 Blaasjestransport
3.1 Pompen
3.1.1 Natrium-kaliumpomp
 K+-concentratie is groter in de cel dan in het extracellulair
milieu
 Na+-concentratie is kleiner in de cel dan in het extracellulair
milieu
 Deze verschillen tussen cel en omgeving worden bekomen
door een Na+/K+-pomp
 Deze pompt telkens 3 Na+-ionen naar buiten en 2 K+-ionen
naar binnen
 Dit is tegen de concentratiegradiënt, dus is er energie (ATP)
voor nodig.
Mechanisme
Na+/K+-pomp
3.2 Blaasjestransport
3.2.1 Endocytose
 Opname van stoffen van buiten de cel door instulping
celmembraan. Celmembraan omringt de stoffen en
vormt zo een endosoom.
 Twee vormen:
• Pinocytose: opnemen van vloeibare of opgeloste stoffen,
bijvoorbeeld opname van vetdruppels
• Fagocytose: opnemen van vaste deeltjes, blaasje versmelt
met lysosomen en de inhoud wordt verteerd.
bijvoorbeeld: macrofagen (witte bloedcellen)
Opname vetdruppels door
endocytose
Macrofagen doen aan fagocytose.
Virussen dringen lichaamscellen binnen door endocytose
3.2.2 Exocytose
 Exocytose is een mechanisme om stoffen buiten de
cel te brengen via blaasjes.
 Voorbeelden: endocriene en exocriene klieren
Melkklier is een exocriene klier
Na fagocytose worden de nietafgebroken resten afgegeven aan
het extracellulair milieu door
exocytose.
Ligamenten van Cooper in de
borst bestaan uit
collageenvezels die
afgegeven zijn door
exocytose.
(zorgen voor de stevigheid)
4
Vergelijking tussen diffusie,
geleide diffusie
en actief transport