LSB: smågruppe uke 11

  1. Forklar hvorfor cellemembraner utgjør en diffusjonsbarriere for enkelte typer molekyler men ikke andre.
    Fordi cellemembranen består av et dobbelt lipidlag og er lite gjennomtrengelig for b.la. polare molekyler. Det er derfor membranen trenger porer og kanaler for ioner, vann, store makromolekyler usw. 
  2. Gi eksempler på hvilke transportmekanismer som kan regulere cellens pH. Til kasuistikken:
    – Na+/H+ antiportør
    – Na+HCO3-/Cl- antiportør
    – Cl-/HCO3- antiportør
    Antiporters.jpg
  3. Hvilke konsekvenser ville det ha dersom de tilførte væskene hadde annen osmolalitet enn den fysiologiske?
    Væsken hadde forstyrret det osmotiske trykket (høyere osmolalitet: lekke ut, lavere osmolalitet: lekke inn).
  4. Hva er hensikten med å gi albumin?
    Albumin gjør at væsken holdes inne i blodårene. Det er viktig å opprettholde kroppens osmotiske trykk sånn at plasma ikke diffunderer inn i kroppen. Hvorfor vente til dag to? På dag en er porene i blodåremembranene så store at alt som renner inn i kroppen kommer til å renne ut igjen. Da er det først og fremst viktig å erstatte tapt natrium og holde pasienten hydrert. Det osmotiske trykket består ikke bare av ioner, men også proteiner usw. 

Oppbygning av cellens membraner

  • Dobbelt fosfolipidlag (e.g. glycolipider, sfingolipider)
  • Proteiner
  • Porer
    E.g. akvaporiner
  • Kanaler
  • Kolesterol
    Kolesterol gjør at lipidmembranen blir mer rigid og dermed elastisk; elastiske materialer er et stadie mellom de flytende og faste
  • Lipid drafts
    Områder med mye kolesterol og er viktig for å bl.a. regulere bevegelsen av membranproteiner
  • Glykolipidlag
    Utenpå cellemembranen. Beskytter mot farlige endringer i pH. Viktig også for cellesignalisering

Transportprosesser for ulike molekyler over cellemembranen
Passive mekanismer

  • Diffusjon
  • Fasilitert diffusjon (ved bærermolekyler)
    Med konsentrasjonsgradient

Aktive mekanismer

  • Primærtransport
    Virker mot konsentrasjonsgradienten
  • Sekundærtransport
    Symport: molekyler utnytter en åpning som allerede eksisterer (mindre resistanse)
    Antiport: et molekyl beveger seg med konsentrasjonsgradienten (passivt), mens et annet bruker åpningen til å bevege seg mot den

Endo(inn)cytose og ekso(ut)cytose

Årsakene til at det er en skjevfordeling av ioner over cellemembranen
Ujevn fordeling av lekkende ionekanaler. Lipidmembranen er en god isolator. Ioner trenger derfor kanaler eller transportører for å komme seg gjennom.

Osmotiske krefter og cellens volumkontroll
Akvaporiner er med på å regulere vanninnholdet i en celle. Eksperiment: et froskeegg som er genmanipulert til å ha flere akvaporiner i cellemembranen vil svelle unormalt mye i vann.

Cellers pH-regulering og bufferkapasitet
To måter (Avhengig / Uavhengig av Na+)

  • H+ ut
    Na+/H+-antiportør. Na+ pumpes inn og H+ ut.
  • Bikarbonat (base) inn
    Cl- ut. NaHCO3 inn. Na+ frigjøres. HCO3- binder seg til H+ i lumen og danner H2CO3 (karbonsyre) som igjen kan reagere videre til H2O og CO2.

Uavhengig av Na+
Antiport: Cl- inn og HCO3- ut (for å utjevne alkalinitet).
H+ produseres i cellen hele tiden. HCO3 tar opp H+. Når bikarbonatkonsentrasjonen faller, begynner H+ å binde seg hyppigere med OH-.

Lysosomer
H+ kan pumpes inn i lysosomer ved primærtransport (energikrevende, ATP). pH i et lysosom er ~5. I cytosol er pH ~7.2.

Faktorer som bestemmer transporthastigheten av molekyler over korte avstander, samt de vanligste transportveier gjennom membranen

  • Avstand
  • Brownske bevegelser
  • Affinitet
  • Størrelse
  • Stoffkonsentrasjoner
  • Membranens overflate

Usw.

Syre/base, buffere og eksempler på pH-forstyrrelser (acidose)
Ved nyresvikt vil syreholdig urea usw. bli værende i kroppen. Laktat, H+-nivået går opp o glikevekten forskyves. pH i blodet øker. Den naturlige reaksjonen er å hyperventilere, men det er ikke nok i seg selv.


Foreleser: Laura Trachsel Moncho

Oppgaver
Ressurser

Membrantransport

endoexo.png

  • Eksocytose
    Intracellulære vesikler smelter sammen med cellemembranen og frigjør innholdet sitt til ekstracellulært rom
    Eksocytose tilfører lipider og proteiner og gjør at cellemembranens areal øker.
  • Endocytose
    Opptak av innhold fra ekstracellulært rom ved innvaginering av cellemembranen
    Endocytose gjør at cellemembranens areal minker.

Kiss and run
Kiss and Run.gif

kiss-and-run1.png

Cellemembranens hvilespenning er på ~-70mv. Vi finner Na+ hovedsakelig utenfor og K+ innenfor. Det er flere K+ lekkekanaler enn for Na+. Når K+ lekker ut blir det mer negativt inni cellen enn utenfor (likevektspotensialet for K+ er ~-90mv). Hvilespenningen er ~-70mv på grunn av Na+ som lekker inn. Na+/K+-pumpen opprettholder hvilepotensialet.

  • Intracellulært
    K+ og andre organiske anioner
  • Ekstracellulært
    Na+, Cl-, Ca2+

Elektrokjemisk potensiale for et ion kan regnes ut ved:
μ = RTln(co/ci) + zFEm
μ= potensial
R = universell gasskonstant
T= absolut ttemperatur
C = konsentrasjon på innside (i) og utside (o)
z = ionets ladning
F = Faradays konstant
Em = elektrisk potensialforskjell over membran

Ved elektrokjemisk likevekt skjer det ingen netto forflytning av ionet

Nernst likning gir likevektspotensialet til ionet (Em)
nernst.png

  • Ionet vil diffundere mot en elektrokjemisk likevekt (gjennom ionekanaler)
  • Ioner med størst permiabilitet får størst effekt på membranpotensialet
    K+ som regel viktigst i kroppen (lekkasjestrøm)

Dersom likevekten var fordelt presist slik Gibbs-Donnan-modellen forutser ville vi fått et osmotisk trykk inn i cellen (pg.a. flere molekyler på innsiden). Dette får vi ikke fordi:

  • Cellen tåler ikke for stor innstrømning av vann.
  • Negativt ladde proteiner intracellulært balanseres av ekstracellulært Na+.
  • Lekkasje av Na+ over membranen pumpes ut igjen av Na+/K+-atpase (som er viktig for reguleringen av cellevolum).

Hvordan kan celler motvirke akutte volumforandringer?

  • Eksocytose
    Spleise direkte med cellemembranen (totalspleising, ikke kyss og bail)
    Om Na+/K+-ATPase hemmes, f.eks. av ouabain, vil cellene svelle
  • Akkumulering av nøytrale aminosyrer inni cellen
    Produseres ved cellemetabolisme og påvirker ikke enzymfunksjon slik økte Ca2+/Na+-nivåer gjør
  • Regulering av vannkanaler (akvaporiner)

Foreleser: Linda Hildegard Bergersen

Ressurser
Presentasjon

Cellens avgrensning, ekstracellulært miljø

I cellemembranen har vi rafts, områder bestående av proteiner, sfingolipider, kolesterol usw. som kan forflytte seg, men også være forankret. Disse har trolig signalfunksjoner. Proteiner i membranen kan flyte sidelengs i en “todimensjonal lipidsjø” og utøver de fleste funksjonene.

Ioner passerer nesten ikke gjennom membranen i det hele tatt (av seg selv) fordi de er polare. Hydrofobe molekyler som O2, CO2, N2, steroider, noen hormoner usw., samt. små (og noen store) uladde polare molekyler som vann, urea, og glyserol kommer gjennom.

I membranen finner vi:

  • Membranprotein
  • Transportører
  • Forankringsmolekyler
    Holder celler sammen, f.eks. epitelvev
  • Reseptorer
  • Enzymer

Membranproteiner er festet til membranen på ulike måter:

  • Transmembrane
  • Membrane-associated
  • Lipid-linked
  • Protein-attached

De er amfipatiske. Transmembrane proteiner har høyt innhold av hydrofobe aminosyrer som vender seg mot membranens indre. Aminosyrekjeden danner en alfa-heliks (spiral) med 3.6 aminosyrer per sløyfe. De kan flyte sidelengs, en egenskap som er viktig for fordelingen av membranproteiner med datterceller.

Hva begrenser forflytning av membranproteiner?
Cellekontakt

Cellens overflate er dekket av et lag med karbohydrater: glykokalyks (ganske tykt). Det har en beskyttende funksjon mot pH og mikrober.

Noen vev har mer ekstracellulær matriks enn celler: kollagenfibre i matriks kan gi vevet styrke. Proteiner danner en gelaktig grunnsubstans hvor næringsstoffer transporteres og diffunderer.

Celler forsøker hele tiden å opprettholde en homeostase, men til syvende og sist er det sirkulasjonssystemet (tilførsel av næringsstoffer og deponering av avfallsstoffer) som bestemmer (f.eks. hva denne er).

Av væske i kroppen har vi totalt 42L, hvorav 25L er i cellene og 17L i ekstracellulært rom. Med cellens nærmiljø menes det ekstracellulære rommet.


ForeleserErlend Arnulf Nagelhus

Ressurser
Presentasjon