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 (O 2 : , CO 2 ) 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 2. via speciale transporteiwitten • geleide diffusie 1. Doorheen speciale transporteiwitten 2. door blaasjestransport (grotere deeltjes)

2

2.1 Diffusie 2.2 Osmose 2.3 Geleide diffusie

Passief transport

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

bevinden van de vloeistof waarin de deeltjes zich 

Verschil

in

concentratie



Ladingsverschil

van de opgeloste deeltjes 

Grootte

van het

diffusieoppervla

k

2.1.3 Voorbeelden van diffusie bij organismen

 Gasuitwisseling ter hoogte van de longblaasjes O 2 CO 2 van longblaasjes naar bloedvaten en H 2 O van bloedvaten naar longblaasjes

Gasuitwisseling t.h.v. longblaasje

 Gasuitwisseling ter hoogte van de weefsels O 2 CO 2 van bloedvaten naar omliggende weefsels van omliggende weefsels naar bloedvaten  Gasuitwisseling in de placenta (bij zoogdieren) O 2 CO 2 van bloed moeder naar bloed foetus van bloed van foetus naar bloed van moeder  Gasuitwisseling ter hoogte van de huid (bv. amfibieën) O 2 CO 2 van water, lost op in slijmlaag en via huid naar bloedvaten van bloedvaten naar water  Gasuitwisseling ter hoogte van de kieuwen (bv. vissen) O 2 CO 2 van water naar bloedvaten en H 2 O van bloedvaten naar water

Gasuitwisseling t.h.v. placenta

Alpenlandsalamder

 Gasuitwisseling ter hoogte van de huidmondjes bij planten O 2 CO 2 van atmosfeer via huidmondjes en intracellulaire ruimtes naar cellen 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

afscheiden door osmose.

is zal de cel water  Als de celomgeving

hypotonisch

opnemen door osmose.

is zal de cel water  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 Er treedt

plasmolyse

van cytoplasma hypertonisch t.o.v. plantencel op: loskomen van celmembraan, krimpen 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

nodig) (geen energie  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:

aquaporines Watermoleculen

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 niet afgebroken 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