2.3 Geleide diffusie

Thema 2: Stofwisseling tussen cellen en hun milieu
1. Inleiding
Transport van stoffen doorheen het celmembraan
 planten
 dieren
 mensen
→ cellen hebben voortdurend nood aan allerlei stoffen van buitenaf om optimaal te kunnen
functioneren
→ stoffen verschaffen de vellen de nodige energie en bouwmaterialen om ze in stand te houden
2 problemen bij stofwisseling
 volgens concentratiegradiënt bewegen
o = van hoge naar lage concentratie bewegen
o MAAR heel wat stoffen moeten tegen de concentratiegradiënt in getransporteerd
worden
 membranen zijn semipermeabel of halfdoorlatend
o laten kleine moleculen zoals water en gassen
Passief transport
↔
Met de concentratiegradiënt mee: van hoog
naar lage concentratie, geen energie nodig,
geen verbruik van ATP
Actief transport
Tegen de concentratiegradiënt in: van lage
concentratie naar hoge concentratie, energie
nodig, verbruik van ATP
2. Passief transport
Verschillende vormen
 diffusie: verplaatsing van opgeloste stof
 osmose: verplaatsing van water doorheen een selectief permeabel membraan
 geleide diffusie: verplaatsing van moleculen en ionen via transportproteïnen in de membranen
2.1 Diffusie
2.1.1 Wat is diffusie?
Diffusie = de verplaatsing van de opgeloste stof van een gebied met een hoge concentratie van de
opgeloste stof naar een gebied met een lage concentratie van de opgeloste stof.
Wanneer we een druppel kleurstof in een beker water laten vallen, merken we dat de kleurstof zich
ga verspreiden over heel de beker. Omwille van hun inwendige kinetische energie zijn de moleculen
van de kleurstof heel bewegelijk en gaan met elkaar botsen
→ de moleculen gaan de hele beschikbare ruimte innemen, zodat ze homogeen verspreid zijn
Het proces van diffusie stopt wanneer de concentratie in beide kanten gelijk is
(oplosmiddel = gas of vloeistof)
EN diffusie kan ook doorheen een membraan gebeuren MAAR het membraan moet permeabel zijn
voor de opgeloste stof.
vb. Een theezakje in een glas heet water, de theekruiden gaan doorheen het membraan, de stof gaat
zich verplaatsen van een hoge naar een lage concentratie
In heel wat gevallen treedt diffusie op als gevolg van ladingsverschillen. Ionen bewegen voortdurend
in en uit de vellen, waardoor er ladingsverschillen ontstaan.
→ ionen zullen zich verplaatsen tot er een evenwicht in ladingen is
2.1.2 Factoren die de diffusiesnelheid beïnvloeden
Diffusiesnelheid = de snelheid waarmee stoffen zich gaan verspreiden (snelheid tot een homogene
massa)
Factoren die invloed hebben
 de doorlaatbaarheid van het membraan
o hoe groter de poriën in je membraan hoe makkelijker de deeltjes er doorheen kunnen,
hoe sneller de diffusie
 de lading van de opgeloste deeltjes
o hoe groter het ladingsverschil, hoe sneller de diffusie
 de concentratiegradiënt
o hoe groter het verschil aan concentratie van de opgeloste stof aan beide kanten van het
membraan hoe sneller de diffusie
 de temperatuur
o hoe hoger de temperatuur hoe sneller de deeltjes zich gaan verdelen
 de grote van de deeltjes van de opgeloste stof
o hoe kleiner de deeltjes hoe makkelijker dat ze oplossen en door het membraan gaan
2.1.3 Voorbeelden van diffusie bij organismen
Voorbeeld 1:
Gasuitwisseling ter hoogte van de longblaasjes: O2 diffundeert van de longblaasjes naar de
bloedvaten en CO2 en waterdamp diffunderen in de omgekeerde richting
Gasuitwisseling ter hoogte van de weefsels: O2 diffundeert van de bloedvaten naar de omliggende
weefsels en CO2 diffundeert in de omgekeerde richting
Voorbeeld 2:
Gasuitwisseling ter hoogte van de placenta: O2 diffundeert van het bloed van de moeder naar het
bloed van het embryo via een systeem van membranen dat beide bloedvatenstelsels scheidt. CO2
diffundeert in de omgekeerde richting.
Voorbeeld 3:
De huid van amfibieën: water lost op in de slijmlaag en gaat via de huid naar de bloedvaten. CO2
diffundeert in de omgekeerde richting.
2.2 Osmose
Osmose = de verplaatsing van het oplosmiddel meestal water doorheen een semipermeabel
membraan van een gebied met een lage concentratie aan opgeloste stof naar een gebied met hoge
concentratie aan opgeloste stof. Het membraan is niet permeabel voor de opgeloste stof.
Osmotisch evenwicht = de verspreiding van het water is gelijk
Een suikermolecule kan niet door het semipermeabel membraan → geen diffusie
het water gaat zich verschuiven naar de kant met suiker → ongelijk niveau
2.2.1 Osmotische zuigkracht en osmotische druk van een oplossing
Er zijn 2 oplossingen een van suiker en een van water die gescheiden zijn door een semipermeabel
membraan. Het water gaat zich door osmose van vak 2 naar vak 1 verplaatsen met als gevolg dat het
waterniveau in vak 1 gaat stijgen en in vak 2 gaat dalen. Men zegt dat vak 2 een osmotische
zuigkracht heeft op vak 1. Het binnendringen van water kan verhindert woorden door tegendruk uit
te oefenen die even groot maar tegengesteld is = tegengestelde druk = osmotische druk
2.2.2 Osmotische waarde van een oplossing
Hoeveel water er zich door osmose zal verplaatsen, hangt af van de concentratie van de osmotische
werkzame deeltjes in de oplossing.
Osmotische werkzame deeltjes = het aantal deeltjes dat de osmotische zuigkracht veroorzaakt
→ een molecule zetmeel brengt minder osmotische zuigkracht teweeg dan alle afzonderlijke
glucosemoleculen
De concentratie aan osmotisch werkzame deeltjes = osmotische waarde van een oplossing
→ hoe geconcentreerder een oplossing, hoe hoger haar osmotische waarde
OW1 > OW2 : oplossing 1 is hypertonisch (= hoge concentratie aan opgeloste stof) t.o.v. oplossing 2
OW1 < OW2 : oplossing 1 is hypotonisch (= lage concentratie aan opgeloste stof) t.o.v. oplossing 2
OW1 = OW2 : oplossing 1 is isotonisch (= gelijke concentratie aan opgeloste stof) t.o.v. oplossing 2
2.2.3 Osmotische eigenschappen van de cel
Het celmembraan en de membranen binnenin de cel gedragen zich als selectief doorlatbare
membranen. Het cytosol en de inhoud van de vacuole kun je beschouwen als oplossingen met een
eigen osmotische waarde. De omgeving van de cel kan verschillende of eenzelfde osmotische waarde
hebben.
Hypertonische oplossing:
de concentratie aan opgeloste stof in de omgeving is hoger dus het water gaat naar buiten en de cel
krimpt
Hypotonische oplossing:
de concentratie aan de opgeloste stof in de cel is groter dan buiten de cel, dus de cel zwelt op
Isotonische oplossing
er is een evenwicht, dus er gebeurt niets
2.2.4 Turgor in plantencellen
De celinhoud van plantencellen is hypertonisch ten opzichte van de celomgeving. Wat gaat er dan
gebeuren?
Als de celinhoud hypertonisch is t.o.v. de omgeving wil dat zeggen dat de concentratie van de
opgeloste stof in de cel hoger is → het water gaat zich door middel van osmose verplaatsen naar
binnen de cel
Het water wordt opgenomen in de vacuole → de vacuole zwelt op en oefent druk uit tegen de
celwand = turgordruk
de celwand is opgebouwd uit cellulosevezels, die bieden weerstand aan de druk → tegengestelde
druk uitoefenen op de vacuole = wanddruk (= druk uitgeoefend door de celwand op de vacuole)
Als de wanddruk gelijk is aan de turgordruk dan bereikt de cel haar maximale gespannenheid =
turgescent.
2.2.5 Plasmolyse of deplasmolyse in plantencellen
Wanneer een blaadje in zuiver water ligt, een milieu dat hypotoon is ten opzichte van de celinhoud.
→ Water dringt in de cellen binnen, zodat de vacuole de hele ruimte binnen de celwand vult
Wanneer het blaadje in NaCl ligt, een milieu dat hypertoon is ten opzicht van de celinhoud
→ Door osmose treedt het water buiten de cel
we zien dat het cytoplasma van de celwand is losgekomen en zich bolvormig heeft samengetrokken =
plasmolyse
Als we het blaadje daarna weer in zuiver water leggen dan nemen de ellen opnieuw water op, zodat
het cytoplasma weer de hele ruimte binnen de celwand gaat vullen = deplasmolyse
2.3 Geleide diffusie
2.3.1 Wat is geleide diffusie
Geleide diffusie = een vorm van passief transport waarbij moleculen of ionen diffunderen via
gespecialiseerde transporteiwitten (die zich bevinden in de dubbele fosfolipide laag. Ze vormen daar
kanalen al dan niet permanent geopend en slecht doorlaatbaar voor bepaalde moleculen.) of carriers
met de concentratiegradiënt mee.
2.3.2 Geleide diffusie van moleculen
Sommige wateroplosbare moleculen kunnen via specifieke transportproteïnen doorheen het
celmembraan. Die transportproteïnen vormen met water gevulde kanaaltjes waarlangs moleculen
zich kunnen verplaatsen met de concentratiegradiënt mee.
Geleide diffusie van glucose bij rode bloedcellen:
Glucosemoleculen ter hoogte van de rode bloedcellen bewegen zich vanuit extracellulair milieu naar
het cytoplasma. De concentratie aan glucose is binnen altijd lager dan buiten, omdat de rode
bloedcellen glucosemoleculen verbruikt om energie op te wekken (ATP)
Geleide diffusie van water doorheen de dubbele fosfolipide laag:
water heeft geen transporteiwit nodig om door het celmembraan te bewegen, toch zijn er
aquaporines aanwezig.
Aquaporines dienen om water sneller te transporteren en zitten in cellen met een hoge water
productie.
2.3.3 Geleide diffusie van ionen
Ionen kunnen alleen in een waterig milieu getransporteerd worden. De transportproteïnen in het
celmembraan zorgen dan ook voor een met water gevuld kanaal langs waar de ionen kunnen
passeren van een hoge concentratie naar een lage concentratie.
Voorbeeld 1
geleide diffusie van ionen is essentieel wanneer een zenuwimpuls doorheen een zenuwcel loopt. Na+
- ionen en K+ - ionen verplaatsen zich doorheen transportproteïnen in het celmembraan.
Voorbeeld 2:
Ter hoogte van de synapsen-verbindingsplaatsen tussen twee zenuwcellen gebeurt geleide diffusie
van ionen.
Zenuwimpuls komt aan ter hoogte van de synaps, Ca2+ gaat in de synaps getransporteerd worden. De
hoge concentratie aan Ca2+ → actief bestandsdeel, wordt afgegeven in de synaptische spleet →
wordt opgevangen door receptor → Na+ kanalen gaan open en signalen worden doorgegeven
3. Actief transport
3.1 Pompen
Actief transport met pompen = het pompen van moleculen of ionen doorheen een membraan van
een gebied met lage concentratie naar een hoge concentratie met andere woorden tegen de
concentratiegradiënt in.
Natrium-kaliumpomp:
In de cel is de kaliumconcentratie 20x hoger dan in het extracellulair milieu. De natriumconcentratie
is veel hoger buiten dan in de cel.
Er gaat kalium uit de cel en natrium in de cel. De cel heeft een hoge kaliumconcentratie nodig en een
lage natriumconcentratie. De natriumkaliumpompen gaan het natrium (3) naar buiten sturen en het
kalium (2) naar binnen. Omdat dit tegen de concentratiegradiënt in is verbruikt dit veel energie.
3.2 Blaasjestransport
Sommige deeltjes zijn te groot om met behulp van transportproteïnen doorheen het celmembraan te
geraken, MAAR met behulp van transportblaasjes lukt het wel.
→ deeltjes worden doorheen het membraan vervoerd door middel van kleien blaasjes. Dit kan in
beide richtingen gebeuren.
3.2.1 Endocytose
Endocytose = transport van stoffen van buiten de cel naar binnen de cel
Instulpingen van het celmembraan gaan rond de stof en snoert blaasje af → endosoom
2 vormen
 Pinocytose
o opnemen van vloeibare of opgeloste stoffen
o bv. vetten, vitaminen
 Fagocytose
o opnemen van vaste deeltjes, blaasje versmelt met lysosomen en inhoudt wordt verteerd
o bv. macrofagen
3.2.2 Exocytose
Exocytose = transport van stoffen van binnen de cel naar buiten de vel via een blaasje
Voorbeeld 1:
Endocriene klieren: hormonen worden aangemaakt, verpakt in een blaasje, verder afgewerkt in het
Golgi-apparaat
→ blaasje versmelt met celmembraan → afgifte bloedbaan
Voorbeeld 2:
Exocriene klieren: in de cel geproduceerde stoffen opgeslagen in blaasjes versmelten met het
celmembraan → afgifte