Transport van stoffen in/uit cellen

Het doorlaten van stoffen de cel in/uit gebeurt op verschillende manieren. Sommige moleculen worden door diffusie verplaatst, anderen door actief transport. Wanneer welke transport methode gebruikt wordt hangt af van het molecuul en van de omstandigheden. Hieronder staan de verschillende eisen voor elke methode beschreven.

Diffusie

Stoffen verplaatsen zich in de richting waar de concentratie en/of lading het laagst is, opdat er een evenwichtssituatie ontstaat.

Osmose

Water stroomt van een plek met een lagere zoutconcentratie naar een plek met hogere zoutconcentratie, opdat de concentraties gelijk worden. Om je osmotische waarde op peil te brengen kan je het beste water met zouten toedienen. De extra zouten compenseren voor het gebrekkige ionentransport.

Simple diffusion: kleine, apolaire moleculen zonder lading verplaatsen zich zonder hulp in de richting waar de concentratie van die stof het laagst is. Simpele diffusie hangt af van:

• Grootte: hoe kleiner de moleculen, des te beter is de diffusie (moleculen tot 100 Dalton worden doorgelaten)
• Polariteit: hoe apolairder de moleculen, des te beter is de diffusie. Apolaire deeltjes lossen nl. beter op in de hydrofobe fase van de lipide bilaag. De partitie-coëfficiënt is een maat voor de permeabiliteit
• Lading: ongeladen deeltjes komen veel beter door de bilaag heen, ionen worden nl. door water gehydrateerd. Om door het membraan heen te komen, moeten de verbindingen tussen de watermoleculen en het ion verbroken worden, wat veel energie kost

Facilitated diffusion: grotere, meer polaire (on)geladen moleculen verplaatsen zich m.b.v. specifieke eiwitten die fungeren als transportenzym in de richting waar de concentratie en/of lading van de stof het laagst is (transporteiwitten).

• Carrier proteins (transporters): zijn selectief, ze binden een molecuul en ondergaan dan een verandering van vorm dat er voor zorgt dat het molecuul de cel kan. Het eiwit vormt als ware een schild om polaire deeltjes voor de apolaire binnenkant van het membraan.
• uniport: er wordt maar 1 stof getransporteerd
• coupled transport: transport vindt alleen plaats als beide stoffen aanwezig zijn
• symport: de 2 stoffen in dezelfde richting getransporteerd
• antiport: de 2 stoffen worden in tegengestelde richting getransporteerd
• Channel proteins: hydrofiele kanalen door het membraan. Sommige kanalen zijn relatief groot en aselectief, de zogenaamde poriën

Het verplaatsen van deeltjes door kanalen gaat sneller dan m.b.v. carrier proteins, kanalen hoeven zich namelijk niet te transformeren.

Actief transport

Deeltjes bewegen zich m.b.v. eiwitten die fungeren als transportenzymen tegen de concentratie en/of lading in, d.w.z. ze verplaatsen zich in richting waar de concentratie en/of lading hoog is (evenwicht verstoren).

• Direct active transport: energie wordt geleverd door hydrolyse van ATP (of een andere energierijke stof), vb. Na+/K=-pomp.
• Indirect active transport: de energie die nodig is om de cel in te komen wordt geleverd door energie die vrijkomt bij deeltjes die de cel uitkomen(symport en antiport).

in de fosfolipidenlaag bevinden zich eiwitten die werken als transportenzym. Deze helpen ionen door het membraan heen. Dit transport kost een cel energie. Door dit transport is de concentratie ionen in een cel anders dan erbuiten. Dit veroorzaakt een elektrisch spanningsverschil tussen de binnenkant en buitenkant van het membraan membraanpotentiaal. Je zenuwstelsel maakt daar gebruik van impulsgeleiding door zenuwcellen.
Het verschil tussen facilitated diffusion en actieve transport is dat bij facilitated diffusion deeltjes zich bewegen in de richting waar de concentratie/elektrochemisch potentiaal het laagst is.

Functies actief transport

• Essentiële stoffen opnemen in de cel, ook al is de concentratie buiten de cel hoger
• Afvalstoffen e.d. kunnen uit de cel verwijderd worden, ook al is de concentratie buiten de cel hoger
• Stelt de cel in staat om een constante, niet-evenwichtige concentratie ionen te behouden (K+, Na+, Ca2+, H+)

Het membraanoppervlak kan bewegen en zo deeltjes (macromoleculen) verplaatsen:

• endocytose: opname van grote moleculen en voedseldeeltjes m.b.v. membraan: de cel trekt membraan naar binnen, er ontaat een inham wat zich uiteindelijk ontwikkelt tot een membraanbolletje (vesicle) met daarin stoffen die zijn opgenomen.
• exocytose: membraanbolletje in het cytoplasma verplaatst zich naar de buitenkant en versmelt met het celmembraan. De binnenzijde van de versicle vormt dan de buitenkant van het celmembraan, en de buitenzijde van de versicle de binnenzijde van het celmembraan. De inhoud van het bolletje komt zo vrij.

De beweging van een ion door het membraan wordt bepaald door zijn elektrochemische potentiaal; de som van de concentratie-gradiënt en de ladings-gradiënt. Er kan sprake zijn van facilitated diffusion en van actief transport