Transport an Membranen und Epithelien

Zellmembran und Epithel

Epithel : zwei Zellmembranen in Serie, reagiert komplizierter als eine Zellmembran

Auftretende Grundphänomene :

Passiver Stofftransport ( z.B. durch Osmose ) Aktiver Stofftransport Selektivität

Pathophysiologische Bedeutung :

Viele Regulationsvorgänge werden durch Kanäle, Carrier und ATPasen beeinflußt, wie z.B. Regulation von Gefäßtonus, zelluläre Volumenregulation, Regulation der Verdauungssaftsekretion, Hormonsekretion.

Viele Medikamente wirken direkt auf Ionenkanäle und Transporter, wie z.B. Antihypertonica, Antiarrhytmika, Diuretika, Antidiabetika, Herzgykoside, Spasmolytika, Psychopharmaka.

Histologische Daten :

Isotone Zellösung : 300 mosmol/kg

Toleranzbereich bis 185 mosmol/kg, darunter Hämolyse

Zellmembran ist permeabel für Harnstoff, d.h. bei einer reiner Harnstofflösung tritt Hämolyse ein, da der Harnstoff in die Zelle diffundiert und die anfängliche osmotische Isotonie somit zu einer Hypotonie wird.

Wichtige Wirkstoffe

Amilorid : Diuretikum

Blockiert apikale Na+-Kanäle ( Aldosteronantagonist )

Þ Blockierung des transepithelialen Transport von Na+ ( bei hohem c, werden auch die Na/H Carrier gehemmt )

Þ weniger Na-Resorption im distalen Tubulus (Þ weniger Wasserresorption)

Þ Anwendung als Diuretikum ( + wegen der geringeren Negativität im Lumen gehen weniger K+-Ionen verloren ).

[ Verwendung mit zusammen mit Hydrochlorthiazid (nicht K-Ionen-Sparendes Diuretikum) um die K-Bilanz auszugleichen ]

Actalzolamid : Diuretikum

Carboanhydratasehemmer, Angriffspunkt im proximalen Nephron

Verminderung der Spaltung von Bicarbonat

Þ weniger H+-Ionen Þ Na+/H+ Antiport wird gehemmt

Furosemid & Bumetanid : "Schleifendiuretikum"

Blockiert basolaterale Na+/2Cl-/K+ Carrier (wirken in der Hennleschleife Þ "Schleifendiuretikum")

Theophyllin : Diuretikum

Hemmung der Cl- Kanäle ( durch Hemmung der intrazellulären Signaltransduktion )

Hemmung der Phosphodiesterase Þ keine cAMP Produktion Þ Verringerung der Cl- Permeabilität ( ohne cAMP öffnen sich die Cl- Kanäle nicht )

Aldosteron : Anti - Diuretikum

(Nebennierenrindenhormon, hat eine Latenzzeit von 2 Stunden !!)

Stimulation des elektrogenen Na+ Transport (Na-Resorption, vor allem im Sammelrohr)

Ouabain : Diuretikum + Saluretikum

ATPase-Hemmer

Physikalische bzw. chemische Grundlagen

Ionenbeweglichkeit v

v = Lineargeschwindigkeit / angelegte elektrische Feldstärke [(cm/s) / (V/cm)]

z.B. vNa+ = 0,45 (cm/s)/(V/cm)

Diffusion :

Einfache : Durchmischung der Teilchen einer Substanz aufgrund ihrer ungeordneten Wärmebewegung Erleichterte : Diffusion, die durch Kanäle, Carrier oder vesikuläre Transporte beschleunigt wird

1. Ficksches Gesetz ( Diffusionsgesetz ) :

geflossene Substanzmenge = (Diffusionskonstante*Fläche*Konzentrationsdifferenz*Versuchsdauer )/ Schichtdicke

Substanzflux = Diffusionskonstante/(Konzentrationsdifferenz*Fläche)

2. Ficksches Gesetz : Integration des 1. Fickschen Gesetzes über der Zeit (und damit der Konzentration). Þ quadratische Abnahme der Diffusionsmenge mit der Zeit Þ Die Zeit für einen Konzentrationsausgleich hängt quadratisch von der Dicke der Diffusionsbarriere ab.

Filtration :

Auftrennung von flüssigen Gemischen nach der Partikelgröße durch Siebung. Treibende Kraft ist ein Druckunterschied

Gleichgewicht :

Statisches : Kompensation aller Kräfte Thermodynamisches : Kompensation aller Kräfte, nur Diffusion findet statt Stationärer Zustand : trotz Molekülbewegung bleibt der Zustand derselbe (RuhemembranPot)

Goldman-Hodgkin-Katz-Gleichung :

Beschreibt das Ruhemembrapotential an einer Zellmembran

U = -61mV*log[(PNa*c(Na)innen+ PK*c(K)innen+.... )/( PNa*c(Na)außen+ PK*c(K)außen +....)

Osmose :

Nettotransport eines Lösungsmittels von Ort niedrigerer Solutkonzentation zum Ort höherer Solutkonzentration.

Osmotischer Druck : Druck der den Lösungsmitteltransport bewirkt.

p =Konzentrationsunterschied*Reflexionskoeffiezient(wenn Barriere da, sonst =1)*R*T

Kolloidosmotischer Druck : Osmotischer Druck der durch Kolloide Teilchen hervorgerufen wird.

Permeabilität : P = Diffusionskonstante/Dicke

Reflexionskoeffizient :

Maß für die Selektivität einer Barriere a für eine Substanz.

s =(realer osmotischer Druck)/(osmotischer Druck ohne Barriere)

Solvent Drag :

Mitführung von Lösungsmittel beim Stofftransport

Biologische Grundlagen

Elektrogener Transport:

Jeder Transport, der eine elektrische Spannung erzeugt

Passiver Transport :

Transportprozesse, die durch "äußere Kräfte" angetrieben werden. (z.B. Druckgefälle)

Carrier :

Integrale Membranproteine, die bestimmte Solute durch die Membran transportieren, häufiger als Kanäle, weniger Durchsatz als Kanäle

Uniporter : Nur eine Substanz wird transportiert (H, Ca) Symporter : Die Substanzen werden in die gleiche Richtung transportiert ATPasen : primär aktiver Transport mit gleichzeitigem ATP Verbrauch Antiporter : Die Substanzsorten in entgegengesetzer Richtung transportieren Kotransporter : mehrere Substanzen werden transportiert

Beispiele für Transporte :

Primär aktiver Transport :

3Na/2K H: Oubain Ca H: Vanadat H/K H: Omeprazol

H H: Bifilomycin Medikamente-Resistenz ATPase H: Vanadat sekundär aktiver Transport :

Durch den aktiven Transport eines Stoffes wird ein elektrochemischer Gradient erzeugt der dann andere Stoffe "nachzieht", wie z.B. bei Na : H, K, Ca, Mg, Cl, J, PO4, Glucose, Aminosäuren tertiär aktiver Transport :

Beispiel für Symport : H / Dipeptide

Beispiel für Antiport : HCO3 / Cl

Ionenkanäle:

Transportproteine mit stochastischer Permeabilitätsverteilung. Fluktuierend : "Gating", seltener als Carrier

Wasserkanäle :

Aquaporin-1(ubiquitär) Aquaporin-2 (nur Sammelrohre der Nieren nach Stimulierung durch ADH = Vasopressin)

Durchlässigkeit von Epithelien

Lecke Epithelien : (z.B. proximaler Nierentubulus, Dünndarm, Gallenblase )

die Schlußleisten sind für Ionen durchlässiger als die Zellmembranen

Þ parazellulärer Transport>> Transzellulärer Transport, hohe Transportrate Mitteldichte Epithelien : ( z.B. distale Tubuli, Sammelrohre, Dickdarm )

die Schlußleisten sind für Ionen weniger durchlässig als die Zellmembranen

Þ parazellulärer Transport < Transzellulärer Transport, mäßiger Transport Dichte Epithelien : (z.B. Harnblase Epidermis )

die Schlußleisten sind wesentlich impermeabler als die Zellmembranen

Þ parazellulärer Transport << Transzellulärer Transport, wenig Transport

Gibbs-Donan-Gleichgewicht

Beschreibt die Gleichgewichtsverteilung von Ionen auf beiden Seiten einer Membran in einem System in dem auf einer Seiten zwei Ionensorten gleicher Ladungsvorzeichens vorliegen und die Membran nur für eine Permeabel ist. (z.B. imperable Proteinannionen und Clorid-Ionen)

Tonizität

Hyperton : Wasserstrom aus der Zell>Zellschrumpfung Isoton : Lösung gleicher osmotischer Drücke an einer Membran (kein Wassertransport) Hypoton : Wassereinstrom in die Zelle> Zellplatzen (Hämolyse)

Tyrodelösung : Physiologische Salzlösung

Ultafiltration : Filtration im zellulären Maßstab

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