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Frage zum Fluss und Änderungen des Nettoflusses von Molekülen durch eine Membran

Frage zum Fluss und Änderungen des Nettoflusses von Molekülen durch eine Membran


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Ich habe ein Buch mit dem Titel Principles of Human Physiology von Stanfield 5.

Es sagt: "Wird der Einwegfluss von Seite 2 zu Seite 1 im Laufe der Zeit zu- oder abgenommen oder bleibt er gleich?"

Ich konnte leider nicht nachvollziehen, warum und wie die Antwort "Zunahme" lautet. Ich würde vermuten, es bleibt gleich, oder? Es gibt keine Möglichkeit, dass ein Fluss auftritt, es sei denn, dass einzelne Moleküle (regelmäßig) jede Seite zu gleichen Teilen durchlaufen.

Es war ein Thema zur einfachen Verbreitung.

PS Wie ich bemerkt habe, hat dieses Buch einige Dinge nicht ganz klar erklärt, um es als Anfänger zu verstehen, und es enthält auch einige Fehler.


Diffusion ist nur die zufällige Bewegung von Teilchen. Im Laufe der Zeit verteilt sich der gelöste Stoff zufällig über das gesamte verfügbare Volumen. Unter Anfangsbedingungen befindet sich kein gelöster Stoff auf Seite 2 und kann sich daher nicht auf Seite 1 bewegen (daher ist der Fluss von Seite 2 zu Seite 1 0). Im Gleichgewicht ist der Nettofluss 0, aber es gibt immer noch einen Fluss von Seite 1 zu 2 und von Seite 2 zu 1 (was gleich und entgegengesetzt ist) aufgrund der zufälligen Bewegung des gelösten Stoffes. Der Fluss von Seite 2 zu Seite 1 geht also von 0 bei Anfangsbedingungen bis zu einem Wert ungleich Null im Gleichgewicht (dh er nimmt zu).


Dies wird auch als stationär bezeichnet. Oder dynamisches Gleichgewicht. Insgesamt ist der Nettofluss null, aber es gibt immer noch einen konstanten Fluss von Seite 2 zu Seite 1, umso mehr, wenn sich mehr gelöste Stoffe in Seite 2 befinden.


Crossflow-Filtration

CFF ist der schnellste Weg, Sammelproben zu verarbeiten, mit dem Ziel, eine bestimmte Fraktion der Probe zu isolieren, in diesem Fall die kolloidale Fraktion. Das Verfahren lässt sich leicht an verschiedene Anwendungen anpassen und Betriebsparameter können leicht geändert werden. Zum Beispiel kann der Konzentrationsfaktor (CF) geändert werden, um eine bessere Retention kleiner oder größerer kolloidaler Partikel zu erreichen. Die Variation von CF ist auch deshalb vorteilhaft, weil sie es erlaubt, ozeanische Proben mit geringer COM-Häufigkeit und Mündungsproben mit hoher COM-Häufigkeit mit den gleichen Geräten zu analysieren. CFF vermeidet die zeitaufwändige Vorreinigung von Ionenaustauscherharzen und ermöglicht auch die schnelle Entfernung von Partikeln, die größer als der Membran-Cutoff sind, ein langwieriger Prozess während der Dialyse. 42 Mit einer Reihe von Membranmaterialien, Oberflächen und Molekulargewichtsgrenzen wird die Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit der Methode weiter verbessert.

Die Verwendung von CFF zum Trennen von Kolloiden hat einige Nachteile. Erstens kann das Verfahren unter verschiedenen Problemen leiden, wie z. B. Kuchenbildung, Durchbruch und Konzentrationspolarisation, die alle die Ergebnisse dramatisch beeinflussen können. Es ist möglich, dass CFF-Membranen während der Verarbeitung große Mengen an organischem Kohlenstoff in eine Probe auslaugen. 53 Auch dies kann die Ergebnisse dramatisch beeinflussen. Daher ist es notwendig, strenge DOC-Tests durchzuführen, bevor das Gerät auf echte Umweltproben angewendet wird.

Ein weiterer Nachteil ist der langwierige Validierungsprozess. Es ist notwendig, jedes System und jede neue Membran gründlich mit Standardkolloiden und allen anderen in Verbindung mit dem System zu verwendenden Verbindungen (z. B. organische Verunreinigungen) zu validieren. CFF erfordert auch eine umfangreiche Reinigung vor und zwischen den Proben. Vor und nach Gebrauch muss das System mit sehr großen Mengen (>20 l) Reinstwasser gründlich gespült und mit Säuren und Laugen gereinigt werden.


I. Einleitung

Vakuolenfunktionen sind wichtig für die Anpassung von Pflanzen an ihre Umgebung. Zum Beispiel reichern mehrere Pflanzen während der Exposition gegenüber hohem Salz- oder Schwermetallgehalt toxische Elemente in der Vakuole an, um stoffwechselaktive Kompartimente zu erhalten (Martinoia, 2018). Interessanterweise ist die VM auch an den Translokationsmechanismen toxischer Spezies zwischen Pflanzenorganen beteiligt (Thomine et al., 2003 Cosio et al., 2004 Mai et al., 2005 Baetz et al., 2016). In Petunienblüten erzeugen spezifische Protonenpumpen in der VM der Blütenblattzellen einen extrem sauren vakuolären pH-Wert, der die Blütenfarbe beeinflusst (Verweij et al., 2008 Faraco et al., 2014). Die VM ist auch grundlegend für die Aktivität spezialisierter motorischer Zellen, die seismonale Blattbewegungen von . erzeugen Mimose pudica pulvini (Fleurat-Lessard et al., 1997a, b Hagihara & Toyota, 2020). Schließlich sind VM-Transporter an der Kontrolle der Spaltöffnungen in Schließzellen (GCs) beteiligt (Martinoia, 2018). In diesen Zellen sind die morphologischen Veränderungen der Vakuole während der Bewegung der Stomata mit der Transportaktivität der VM verbunden (Tanaka et al., 2007 Andrés et al., 2014 ) (Abb. 1b).

Die oben aufgeführten Beispiele zeigen die Bedeutung der spezialisierten Transportkapazitäten der Vakuole in der Pflanzenzellphysiologie. Für richtige zelluläre Antworten muss die VM jedoch mit den anderen Zellmembranen zusammenarbeiten, die die intrazellulären Kompartimente begrenzen. Daher sind die an der VM und anderen Zellmembranen ablaufenden Prozesse miteinander verbunden und koordiniert. Aufgrund ihrer Größe ist die VM ein zentrales Element des intrazellulären Transportnetzwerks und die vakuolären Transportprozesse müssen als in ein Netzwerk von sich gegenseitig beeinflussenden Flüssen integriert betrachtet werden.


II. Vakuolen- und Plasmamembrantransport in Schließzellen, eine Teamarbeit

GCs veranschaulichen perfekt die physiologische Verbindung der Vakuole mit den anderen Zellmembranen. Tatsächlich steuern in GCs massive Ionen- und Zuckerflüsse durch die VM und die Plasmamembran (PM) den intrazellulären Turgordruck als Reaktion auf Umweltreize (d. h. Licht, Trockenheit, CO2, Krankheitserreger). Die schnelle Änderung des Turgordrucks beruht auf der Bewegung von Ionen vom Apoplast zum Zytosol und dann zur Vakuole (Öffnung der Spaltöffnungen) und von der Vakuole zum Zytosol und dann zum Apoplast (Verschluss der Spaltöffnungen Abb. 1) (Roelfsema & Heinrich, 2005). Diese Ionenbewegungen induzieren das Anschwellen und Schrumpfen von GCs zum Öffnen bzw. Schließen von Stomata (Abb. 1). Aber wie viele Moleküle gelöster Stoffe passieren die PM und die VM während des Öffnens/Schließens der Stomata? Um dies abzuschätzen, haben wir Daten von Vicia Faba. Um das Öffnen der Stomata zu erreichen, wird eine Nettoerhöhung von 4–5 pmol an ionischen gelösten Stoffen pro GC, hauptsächlich K + , Cl − , NO ., erreicht3 − oder Malat 2− , ist notwendig (Allaway & Hsiao, 1973). Dieser Anstieg der Gehalte an gelösten Stoffen induziert einen Anstieg der intrazellulären Gesamtkonzentration auf zwischen 0,8 und 1 M in offenen Stomata. Bei einer Öffnungszeit von 60 min und a V. faba GC-Oberfläche von 1899 µm 2 (Meckel et al., 2007 ), einen Nettoeintrag von bis zu C. 7 × 10 8 Moleküle s −1 pro GC über die PM und dann über die VM berechnet werden (Abb. 1a). Wenn sich die Spaltöffnungen schließen, verlassen ionische gelöste Stoffe die Zelle in C. 20 min, erzeugt einen Nettofluss von C. 2 × 10 9 Moleküle s −1 pro GC zuerst über die VM und dann über die PM (Abb. 1a). Wenn VM und PM nicht koordiniert wären und Moleküle nicht in die Vakuole gelangen könnten, würde die zytosolische Konzentration auf 150 mM gelöste Stoffe min –1 ansteigen. Letzteres ist eine extreme und hypothetische Situation, veranschaulicht aber die Bedeutung der Flusskoordination zwischen Membranen. Insgesamt liefern diese Schätzungen die Größenordnung der in einem GC auftretenden Ionenflüsse.

Um abweichende Ionenkonzentrationen im Zytosol zu vermeiden und kohärente Reaktionen zu erzeugen, werden daher die Transportsysteme sowohl in der VM als auch in der PM von GCs koreguliert (Abb. 1). Die Koordination der Ionenflüsse durch die PM und die VM wurde in den 1990er Jahren in bahnbrechenden Arbeiten vorgeschlagen (zusammengefasst in MacRobbie, 2000). Aber welche Mechanismen ermöglichen eine Koordination? Wie werden Ionenflüsse zwischen PM und VM koordiniert? Die Transporteigenschaften von Zellmembranen können modifiziert werden, indem die Aktivität von Transportern verändert wird oder indem man auf den Pool von Transportern einwirkt, die sich in einer Membran befinden. Um die Flüsse zu koordinieren, ist eine erste Ebene die Regulierung der Konzentrationen gelöster Stoffe im Zytosol, eine zweite Ebene sind Signalwege, die auf die Transportsysteme in den verschiedenen Zellmembranen abzielen. Diese beiden Ebenen werden in den folgenden Abschnitten mit besonderem Fokus auf die Modellanlage diskutiert Arabidopsis thaliana.


VORTRAG 4: ZELLPHYSIOLOGIE 7/3/

Die Nernst-Gleichung kennen und sie (wenn die Werte der Konstanten gegeben sind) verwenden können, um Gleichgewichtspotentiale zu berechnen.

Membranpotential (Vm), bei dem die elektrischen und chemischen Triebkräfte für den Ionenfluss durch die Membran genau gleich sind.

K+ durch chemische Kraft herausgedrückt, K+ durch elektrische Kraft hineingezogen = keine Nettobewegung = Gleichgewicht.

Durch Einstellen der Membranpermeabilität für K+ und Na+ kann Vm irgendwo zwischen EK+ und ENa+ liegen. Z.B. Vm kann sich in einem „stationären Zustand“ befinden, in dem der K+-Ausfluss durch den Na+-Einfluss ausgeglichen wird. Keines der Ionen befindet sich im Gleichgewicht. Ein Beispiel ist das stationäre Membranpotential.

Beschreiben können, wie das Ruhemembranpotential erzeugt wird und wie Veränderungen des Membranpotentials auftreten (in Bezug auf Ionenflüsse)

ERZEUGUNG VON RUHIGEN MEMBRANENPOTENZIALEN

  • Ionen können sich über Ionenkanäle (Leak oder Gated) durch die Membran bewegen.
  • Ruhemembranpotential: o Alle erregbaren Zellen, normalerweise -60 bis -80 mV. o Normalerweise aufgrund von K+-Austritt durch ruhende oder undichte K+-Kanäle. o Hyperpolarisiert.
  • Höhere Konzentration von K+ in der Zelle.
  • Immer K+ Efflux/Leckage durch Hintergrundkanäle à negativer im Inneren à negatives Ruhemembranpotential

WIE VERÄNDERUNGEN IM MEMBRANEPOTENZIAL AUFTRETEN

  • Membranpotentiale treten aufgrund unterschiedlicher Ladungsverteilung über die Membran aufgrund unterschiedlicher Anzahl von Ionen auf.

Die grundlegenden zellphysiologischen Mechanismen (6 Schritte) kennen, wie pankreatische Betazellen Insulin sezernieren und die Rolle spezifischer Membrantransportprozesse und Ionenflüsse in diesem Prozess.

Depolarisation, Hyperpolarisation, elektrochemisches Gleichgewicht definieren.

  • Depolarisation: o Membranpotential weniger polarisiert o Vm wird weniger negativ, bewegt sich in eine positive Richtung. o Mehr Kationen im Inneren oder weniger Anionen im Inneren
  • Hyperpolarisation: o Das Membranpotential bewegt sich in eine negative Richtung. o Repolarisation (Hyperpolarisation nach einer Depolarisation)
  • Synaptische und sensorische Potenziale: o Depolarisation oder Hyperpolarisation aufgrund eines Reizes.
  • Aktivierungstor geschlossen
  • Inaktivierungstor offen
  • Keine Ionenbewegung
  1. Aktivierter Zustand
  • Aktivierungstor geöffnet
  • Inaktivierungstor offen
  • Ionen passieren durch
  1. Inaktivierter Zustand
  • Aktivierungstor geöffnet
  • Inaktivierungstor geschlossen
  • Keine Ionenbewegung

Beschreiben, was mit passiver und aktiver Ausbreitung gemeint ist und wie diese beiden Prozesse zur AP-Ausbreitung entlang eines Axons beitragen.

  1. Etwas Strom tritt an 1 Punkt ein, um an diesem Punkt eine Depolarisation zu verursachen, z.B. das Aktionspotential tritt am Axonhügel auf.
  2. Die Punktdepolarisation initiiert eine Stromverteilung entlang der Länge des Axons. Dadurch werden benachbarte Abschnitte des Axons passiv depolarisiert. Diese passive Stromverteilung entlang einer Faser = lokaler Stromfluss.
  3. Ein Teil dieses lokalen Stroms entweicht über die Zellmembran (über "Leck" oder andere Kanäle", und daher wird die Depolarisation immer kleiner, wenn man sich entlang des Axons bewegt.
  4. Aktive Ausbreitung ermöglicht es der Spannung, sich über längere Distanzen auszubreiten, z.B. ein Axon, ohne zu versagen. Das Aktionspotential wird an mehreren Punkten entlang eines Axons regeneriert.
  5. Schwelle wird an einem angrenzenden Abschnitt erreicht, die spannungsabhängigen Kanäle öffnen sich, transmembraner Strom (Na+-Einstrom) und das Aktionspotential wird regeneriert.
  • Die Na+-Kanäle hinter der Depolarisationswelle werden inaktiviert, wodurch der Nerv „refraktär“ wird.
  • Daher breitet sich das Aktionspotential nur in eine Richtung aus.

Um zu verstehen, was Myelin ist und wie es die Ausbreitungsgeschwindigkeit von AP beeinflusst.

  • Myelin: Mischung aus Proteinen und Phospholipiden, die eine isolierende Hülle um die Nervenfasern (zentrale und periphere Axone) bilden, die eine weitere Ausbreitung der passiven Spannung ermöglicht à die Geschwindigkeit der Impulsweiterleitung erhöht.
  • Die Myelinmenge und damit die Leitungsgeschwindigkeit können reguliert und je nach Zellfunktion fein abgestimmt werden.
  • Salzleitung: o Die springende Natur der Ausbreitung der Depolarisation o Ausbreitung von Aktionspotentialen entlang myelinisierter Axone von einem Knoten zum anderen.
  • Spannungsabhängige Na+-Kanäle und transmembraner Ioneneinstrom treten nur an den Ranvier-Knoten auf, die sich zwischen den Myelinscheiden befinden.

Bewegung von Molekülen durch mobile Membranen

Diffusion ist im Wesentlichen die Bewegung von Molekülen vom Ort des oberen Brennpunkts zu einem Bereich mit billigerem Brennpunkt als Ergebnis der thermischen Bewegung. Diffusion ist eine wichtige Methode in der menschlichen Physiologie. Insbesondere kann Diffusion der Mechanismus der Bewegung von Sauerstoff, Nährstoffen und anderen Molekülen durch die Kapillartrennwände und dann die Bewegung anderer Moleküle durch Membranen sein. Die Menge an Inhalt, die für jedes Gerät Ihrer Zeit eine Etage überquert, wird als Fluss bezeichnet und beruht auf dem Hauptunterschied in der Konzentration zwischen zwei Abteilungen, genau dort, wo sich Bewegung möglicherweise manifestieren wird. Wenn die Diffusion über zwei Kompartimente gleich ist, bedeutet dies keine Bahnbewegung, die Plattform hat ein Diffusionsgleichgewicht erreicht. Der Nettofluss ist null und es stehen keine weiteren Modifikationen mehr im Fokus. Große Unterschiede in Fokus, Temperatur und Diffusionsoberfläche sind alle positiv korreliert, wenn der Verlauf und die Größe des Nettoflusses verwendet werden. Obwohl die Masse der Moleküle alternativ negativ mit der Art und Größe des Bahnflusses korreliert ist. Genug Zeit, die es braucht, bis eine Diffusion auftritt, nimmt proportional zum Quadrat in der Entfernung zu, die größer ist, als die Moleküle diffundieren. Aus diesem Grund ist Diffusion nur für die Bewegung von Molekülen über geringe Distanzen hinweg hilfreich.

Die mögliche Membran ist sicherlich die Trennung von elektrischen Ladungen über eine Membran. Die Geschwindigkeitstrennung beeinflusst die Bewegung der Ionen durch die Membran. Dies könnte durchaus unabhängig oder neben oder entgegen der durch Konzentrationsunterschiede erzeugten Macht wirken. Der elektrochemische Gradient bezieht sich auf diese beiden Kräfte zusammen: den Druck aufgrund von Geschwindigkeiten und die Kraft aufgrund von Konzentrationsunterschieden.

Um dies zu erreichen, bindet sich ein gelöster Stoff (das transportierte Molekül) mit einem Transporter auf nur einer Etage Ihrer Membran an die jeweilige Online-Site. Der Transporter ändert dann seine Form, um den gebundenen gelösten Stoff mit der Rückseite für die Membran freizulegen. Der gelöste Stoff dissoziiert dann durch den Transporter und findet allein auf der anderen Seite genau dort, wo er begonnen hat. Basierend auf der Membran und den Anforderungen des mobilen Umfelds kann es viele Stile geben. Die Größe des gelösten Flusses mittels einer vermittelten Transportplattform ist positiv korreliert unter Berücksichtigung der Vielfalt der Transporter, der Geschwindigkeit der Konformationsanpassung während des Transporterproteins und der Gesamtsättigung von Transporterbindungswebsites und https://writing.wisc. edu/Handbook/thesis_def.html, die von der Konzentration des gelösten Stoffes und der Affinität des Transporters abhängt. Sie sind wesentliche Aspekte, die bei der Gewinnung riesiger Elemente durch eine Membran zu berücksichtigen sind. Jedes Mal, wenn ein System ein Gleichgewicht erreicht, sind die Osmolaritäten von intra- und extrazellulären Flüssigkeiten exakt gleich. Eine isotonische Alternative ist ein Heilmittel, durch das Zellen weder anschwellen noch schrumpfen, dies setzt sicherlich voraus, dass die Zellen direkt in eine Alternative von nicht durchdringenden gelösten Stoffen mit der ähnlichen Osmolarität wie die der extrazellulären Flüssigkeit gebracht werden. Der entscheidende Elementfaktor ist in der Regel, dass es innerhalb einer isotonischen Antwort keine Nettobewegung gibt. Bei einer sehr hypotonischen Behandlung besteht die Antwort aus viel weniger nicht durchdringenden gelösten Stoffen, außerdem nehmen die Zellen aus diesem Grund Trinkwasser auf und dann schwellen die Zellen an. Letztendlich ist eine hypertonische Option eine einzige, bei der die Lösung https://www.phddissertation.info/tips-in-writing-a-literature-review-phd/ zusätzliche nicht durchdringende gelöste Stoffe enthält und sich Wasser außerhalb der Zellen bewegt und sie schrumpfen. Es kann sehr wichtig sein zu erkennen, dass durchdringende gelöste Stoffe die Tonizität für die Auflösung nicht erhöhen.

Einige Zellen werden durch ein Verfahren, das allgemein als Phagozytose bekannt ist, beträchtliche internationale Partikel verschlingen.


Frage zum Fluss und Änderungen des Nettoflusses von Molekülen durch eine Membran - Biologie

Copyright ©Mark Nelson, 2002. Alle Rechte vorbehalten.
Kapitel 4: Das elektrische Potenzial eines ruhenden Neurons
Was du wissen musst

(Prüfungsfragen werden aus dieser Teilmenge des Materials gezogen)

Was ist die physikalische Grundlage des Membranpotentials? (S. 91)
das Membranpotential resultiert aus einer Trennung positiver und negativer Ladungen über eine Zellmembran

Welche Ladungsträger tragen dazu bei? (S. 91)
geladene Ionen, die kann die Zellmembran passieren Wenn die Ionen die Membran nicht passieren können, tragen sie nicht dazu bei
typische Beiträge sind: Na + , K + , Ca ++ und Cl -

Welche drei Faktoren können dazu führen, dass ein Ion die Membran passiert? (S. 91)
(1) Konzentrationsunterschiede, (2) elektrische Potenzialunterschiede, (3) Ionenpumpen
HINWEIS: (1) und (2) können nur beitragen, wenn es offene Ionenkanäle

Welche dieser drei Faktoren sind passiv (kein ATP) welche aktiv (benötigen ATP)? (S. 92)
Diffusion und elektrische Kräfte gelten als passive Ionenpumpen sind aktiv

Welche Bedingungen definieren die Gleichgewichtszustand für das Membranpotential? (S. 93)
stationärer Zustand tritt auf, wenn für jede Ionenart der Ionenfluss in eine Richtung durch einen gleichen Fluss in die entgegengesetzte Richtung ausgeglichen wird
in diesem Fall nimmt die intrazelluläre Konzentration für jeden Ionentyp weder zu noch ab (Steady State)

Wann ist das Membranpotential eines Neurons im Steady State? (S. 93)
wenn es NICHT aktiv an der elektrischen Kommunikation beteiligt ist, d.h. wenn es sich im ruhender Zustand
unter diesen Bedingungen wird das stationäre Membranpotential als bezeichnet Ruhepotential

Welche permeablen Ionen haben eine HOHE intrazelluläre Konzentration im Verhältnis zur extrazellulären Konzentration? (S. 95)
K +

Welche permeablen Ionen haben eine NIEDRIGE intrazelluläre Konzentration im Verhältnis zur extrazellulären Konzentration? (S. 95)
Na + , Cl - , Ca ++

Was ist das Gleichgewichtspotential für ein Ion? (S. 97)
das elektrische Potential über der Membran, bei dem der elektrische Gradient den Konzentrationsgradienten genau ausgleicht
beim Gleichgewichtspotential gibt es keine NET-Bewegung dieses Ions durch die Membran

Wie lautet die Nernst-Gleichung? (S. 98)
Die mathematische Formel zur Berechnung des Gleichgewichtspotentials für eine bestimmte Ionenart
Definieren Sie die verschiedenen Symbole und Terme in der Nernst-Gleichung. (S. 99)
siehe Tabelle 4-2

Was ist ein typisches Gleichgewichtspotential für K+, für Na+? (S. 98-99)
EK

+ 54 mV
TYPO: Die Einheiten des Membranpotentials sind in den Gleichungen in den rechten Spalten der Seiten 98 und 99 falsch
Membranpotential wird in mV (nicht mM) gemessen!

Ändert man die Größe der ionischen Gleichgewichtspotentiale, wenn man die Temperatur eines Neurons erhöht? (S. 99)
Ja, nach der Nernst-Gleichung erhöht eine Temperaturerhöhung den Betrag des Gleichgewichtspotentials
(positive Gleichgewichtspotentiale werden positiver negative Gleichgewichtspotentiale werden negativer)

Wenn Sie die Temperatur eines Neurons von 18 °C auf 36 °C verdoppeln, verdoppeln Sie dann die ionischen Gleichgewichtspotentiale? (S. 99)
Nein, die Temperatur in der Nernst-Gleichung ist in Grad Kelvin ( o K = 273 + o C)
eine Änderung von 18 o C auf 36 o C, würde das Gleichgewichtspotential um ca. 6 % (291 o K auf 309 o K ) verändern

Ändern sich die intra- und extrazellulären Konzentrationen merklich, wenn sich Ionen durch die Zellmembran bewegen? (S. 101)
Nein, normalerweise ist die Konzentrationsänderung unbedeutend (weniger als 0,0001 %),
Konzentrationsänderungen durch Ionenbewegung können (fast immer) bei der Nernst-Gleichung vernachlässigt werden

Wenn das Ruhepotential eines Neurons höher (positiv/negativ) als das Gleichgewichtspotential eines Ions ist, was wird dann der Nettoeffekt sein? (S. 101-102)
Wenn das Ion POSITIV GELADEN ist:
wenn die Ruhepotential ist positiver als die Gleichgewichtspotential,
der Netto-Passivfluss dieser Ionen ist AUSWÄRTS (Netto-Efflux)
wenn die Ruhepotential ist negativer als die Gleichgewichtspotential,
der Netto-Passivfluss dieser Ionen ist NACH INNEN (Netto-Zufluss)

Wenn das Ion NEGATIV GELADEN ist:
wenn die Ruhepotential ist positiver als die Gleichgewichtspotential,
der Netto-Passivfluss dieser Ionen ist NACH INNEN (Netto-Zufluss)
wenn die Ruhepotential ist negativer als die Gleichgewichtspotential,
der Netto-Passivfluss dieser Ionen ist AUSWÄRTS (Netto-Efflux)

HINWEIS: Für ein Neuron in Ruhe (d. h. im stationären Zustand) muss der GESAMT-Fluss für jede Ionenart NULL sein (per Definition).
der oben beschriebene passive Fluss wird durch einen aktiven Fluss über Ionenpumpen ausgeglichen

Wenn die Membran eines hypothetischen Neurons nur für K + -Ionen durchlässig wäre, welches Ruhepotential hätte das Neuron? (S. 103)
In diesem Fall wäre das Ruhepotential gleich dem K + Gleichgewichtspotential

Für welche Art von Ionen sind echte neuronale Membranen im Ruhezustand überwiegend durchlässig? (S. 103-104)
K +

Wie lautet die Goldman-Gleichung? (S. 103-104)
Die mathematische Formel zur Berechnung des Ruhepotentials eines Neurons unter Berücksichtigung der Permeabilitäten mehrerer Ionenarten.

Was hat einen größeren Einfluss auf das Ruhepotential eines Neurons, das sich extrazellulär [K + ] oder extrazellulär [Na + ] ändert? (S. 104)
die Veränderung des extrazellulären [K + ] hat einen viel größeren Effekt wegen des Verhältnisses von PK :PN / A ist groß (ca. 1 : 0,04)
Da die relative Permeabilität für Na + gering ist, hat eine Änderung des extrazellulären [Na + ] keinen großen Einfluss

Was ist Hyperkaliämie? (Nicht im Text)
Hyperkaliämie ist eine Erkrankung, die durch einen über dem Normalwert liegenden Kaliumspiegel im Blutkreislauf verursacht wird.
Fast das gesamte (98 %) Kalium im Körper befindet sich in den Zellen (intrazellulär). Nur etwa 2% kommt in den Flüssigkeiten außerhalb der Zellen (extrazellulär) vor.
Wenn der extrazelluläre Kaliumspiegel zu hoch wird, passieren schlimme Dinge, weil die Größe des Ruhepotentials in Nerven- und Muskelzellen reduziert wird.
Herzrhythmusstörungen, Herzstillstand, Muskelschwäche, .


Unterschiede: Hypotonisch, Hypertonisch, Isotonisch

isotonisch: eine Lösung, in der der gelöste Stoff und das Lösungsmittel gleichmäßig verteilt sind – eine Zelle möchte normalerweise in einer isotonischen Lösung bleiben, in der die Konzentration der Flüssigkeit darin gleich der Konzentration der Flüssigkeit außerhalb ist

Achten Sie bei der Beantwortung einer Frage zur Osmose auf diese:
1) hyper/ hypo/ iso
2) Wasserpotential
3) Nettobewegung der Wassermoleküle (Richtung)
4) über eine teilweise durchlässige Membran
5) den Zustand des Gewebes/der Zelle beschreiben

Tierzellen –
wenn sie in eine hypotonische Lösung gegeben wird – die tierische Zelle verliert an Volumen und schrumpft, sie wird “creniert”, die Membran der Zelle schrumpft nicht es ist der Zellinhalt – die Vakuole und das Zytoplasma die schrumpfen – aber hauptsächlich das Zytoplasma. (Dennoch sagen wir, dass die ganze Zelle kreniert.) Der Wasserverlust hört nur auf, wenn das Wasserpotential des Zytoplasmas dem Wasserpotential der umgebenden Lösung entspricht.
Wenn sie in eine hypertonische Lösung gegeben wird, gewinnt die tierische Zelle an Volumen und dehnt sich aus, es gibt eine Nettobewegung von Wassermolekülen in die Zelle durch Osmose. die Zelle gewinnt an Volumen und dehnt sich aus. die Zelle platzt, weil die Membran der Expansion nicht widerstehen kann, die Zelle platzt schließlich.

Pflanzenzellen (strukturell komplexer) –
sie sind von einer Zellwand aus Zellulose umgeben. sie enthalten eine große zentrale Vakuole, die eine Lösung aus Salz, Zucker und Ionen enthält. Zellsaft befindet sich in der Vakuole (Salz, Wasser usw.) die zentrale Vakuole ist durch eine teilweise durchlässige Membran gebunden und zeigt eine Wasserbewegung durch Osmose mit der die Zelle umgebenden Lösung. (Vakuolenmembran – Tonoplast)
hypotonische Lösung – Nettobewegung von Wassermolekülen in das Zellzytoplasma und die Vakuole durch Osmose. die Vakuole schwillt an und drückt das Zytoplasma gegen die starre Zellwand. die unelastische Zellwand widersteht der Ausdehnung und die Zelle wird geschwollen. es kann als ein Zustand des Turgors beschrieben werden. junge Pflanzen, die wenig Holzgewebe haben, sind auf Turgor angewiesen, um sich gegen Wind und Schwerkraft zu stützen. Deshalb müssen sie bewässert werden.
hypertone Lösung – Nettobewegung von Wassermolekülen aus dem Zytoplasma und der Vakuole der Zelle durch Osmose. das Zytoplasma/die Vakuole schrumpft und zieht die Zellmembran von der Zellwand weg. die Zelle ist jetzt plasmolysiert oder befindet sich in einem Zustand der Plasmolyse. die Zelle ist jetzt schlaff. (nur Pflanzenzellen sind schlaff, tierische Zellen sind gekerbt.)

isotonisch – Die Konzentration der gelösten Stoffe in der Lösung ist gleich der Konzentration der gelösten Stoffe in der Zelle. Dadurch bewegt sich das Wasser in beide Richtungen gleich und die Zelle bleibt gleich groß. dies wird dynamisches Gleichgewicht genannt.


Materialen und Methoden

Zellen, DNA-Konstrukt, Antikörper und Reagenzien

COS-7-Zellen (African Green Monkey American Type Culture Collection, Rockville, MD) wurden in allen Experimenten verwendet. Sie wurden in DME (Biofluids, Rockville, MD), ergänzt mit 10 % FBS, 2 mM Glutamin, 100 E/ml Penicillin und 100 µg/ml Streptomycin bei 37 °C in einem 5 % CO2 Inkubator. Klonierung und Expression von VSVG-GFP sind wie zuvor beschrieben (Presley et al., 1997). Kurz gesagt, der pCDM 8.1-Vektor, der VSVG-ts045 mit EGFP (Clontech, Palo Alto, CA) trägt, das direkt an den Carboxyterminus gebunden ist, wurde in COS-7-Zellen unter Verwendung von Elektroporation exprimiert. VSVG-GFP-exprimierende Zellen wurden entweder auf 13-mm-Glasdeckgläsern oder in gekammerten Deckgläsern (Lab Tek, Naperville, IL) gezüchtet. Sie wurden in 2–3 ml RPMI ohne Phenolrot (Biofluids) abgebildet, das 20 mM Hepes-Puffer, pH 7,4, 150 µg/ml Cycloheximid und 20 % fötales Kälberserum enthielt. Die Konzentration von Cycloheximid war ausreichend, um die Proteinsynthese um 90% zu hemmen (Cole et al., 1998). Alle Medikamente wurden von Sigma Chemical Co (St. Louis, MO) bezogen. Die folgenden Antikörper wurden verwendet: polyklonales Kaninchen-Antiserum gegen AP1 und Furin (J. Bonifacino, National Institute of Child Health and Human Development [NICHD], National Institutes of Health [NIH]) polyklonales Kaninchen-Antiserum gegen GM130 (G. Warren, Imperial Cancer .) Research Fund, London, UK) polyklonales Kaninchen-Antiserum gegen β-COP und monoklonale Maus-Antikörper gegen Hämagglutinin (HA) (HA.11 Berkeley Antibody, Richmond, CA). Rhodamin-konjugierte sekundäre Antikörper wurden von Southern Biotechnology (Birmingham, AL) bezogen.

Fluoreszenzmikroskopie und Bildverarbeitung

Die Zellen wurden bei 40 °C oder 32 °C unter Verwendung eines Zeiss LSM 410 (Carl Zeiss Inc., Thornwood, NY) mit einem 100× Zeiss PlanApochromat Ölimmersionsobjektiv NA 1.4 oder einem Zeiss aufrechten Fotomikroskop Modell 3 mit einem Nikon Planapo 60× . abgebildet Ölimmersionsobjektiv NA 1.4, ausgestattet mit einer Silizium-intensivierten Zielvideokamera (SIT) VE1000SIT (Dage-MTI, Michigan City, IN), die an einen Argus-10-Bildprozessor (Hamamatsu, Hamamatsu City, Japan) angeschlossen ist. Die Temperatur wurde mit einem Nevtek-Luftstrom-Inkubator (Burnsville, VA) kontrolliert. Im konfokalen Mikroskop wurden GFP-Moleküle mit der 488-Linie eines Krypton-Argon-Lasers angeregt und mit einem 515–540-Bandpassfilter abgebildet. Rhodamin-markierte Antikörper wurden mit der 568-Linie angeregt und mit einem Langpass-590-Filter abgebildet. Filtersätze für die konventionelle Fluorescein-Bildgebung und ein Neutraldichtefilter wurden verwendet, um VSVG-GFP-exprimierende Zellen auf dem SIT-Videomikroskopsystem abzubilden. Bilder von der SIT-Kamera wurden digitalisiert und direkt im RAM (8–15 Bilder/s) mit einem Apple Power Macintosh 9600/200, ausgestattet mit einer PCI-basierten LG-5-Videograbbing-Karte (Scion, Frederick, MD) und 768 MB von RAM-Speicherplatz. Die Bilderfassung, -verarbeitung sowie die automatische und manuelle Datenerfassung wurden mit NIH Image 1.62 (Wayne Rasband Analytics, Research Services Branch, NIH, Bethesda, MD) durchgeführt. Der Export in analoges Video wurde mit einem Targa 1000 Bilderfassungsboard (Truevision, Santa Clara, CA) durchgeführt.

Konfokale Bildaufnahme für die kinetische Analyse und Quantifizierung

Konfokale digitale Bilder (siehe Abb. 1–3) wurden mit einem Zeiss Plan-Neofluor 25× Ölimmersionsobjektiv NA 0,8 mit einer Lochblende von 150 (entsprechend einer Brennweite von ∼22 μm) aufgenommen, um die gesamte Zelle innerhalb des Bildes zu halten im Zentrum der Fokustiefe und damit zur Minimierung von Änderungen der Fluoreszenzeffizienz aufgrund der Verschiebung von VSVG-GFP von der Fokusebene. Zeitrafferbilder wurden in Intervallen von 30–120 s mit 30–50 % maximaler Laserleistung und 99 % Dämpfung aufgenommen. Die Kombination aus niedriger Energie, hoher Dämpfung und dem weniger konzentrierten Anregungslaserstrahl, der durch das Objektiv mit niedriger NA verursacht wird, führte zu einem vernachlässigbaren Photobleaching während der wiederholten Bildgebung über 3 h. So zeigten VSVG-GFP-exprimierende Zellen, die 20 h bei 40°C inkubiert und 3 h in Gegenwart von Brefeldin A (5 µg/ml) und Cycloheximid (150 µg/ml) abgebildet wurden, keine Veränderung der Gesamtfluoreszenzintensität. Die durchschnittlichen Intensitäten der gesamten zellulären Fluoreszenz und der Golgi-assoziierten Fluoreszenz wurden mit der Software NIH Image 1.62 nach Subtraktion des Hintergrunds außerhalb der Zelle gemessen. Die Überlappung von ER und Plasmamembran in Golgi-Regionen von Interesse (ROI) wurde berücksichtigt, indem die gemessenen Golgi-Fluoreszenzintensitätswerte gegen das Golgi-Kompartiment plus kleine Beiträge von ER plus Plasmamembran angepasst wurden. Die Größenordnungen dieser kleinen Beiträge wurden direkt durch die Methode der kleinsten Quadrate der experimentellen Daten geschätzt.

Umrechnung der Fluoreszenzintensität in die Anzahl der GFP-Moleküle

Die Anzahl der in einer einzelnen Zelle exprimierten VSVG-GFP-Moleküle wurde geschätzt, indem der gesamte zelluläre Pixelintensitätswert in digitalisierten Bildern mit einer Standardkurve verglichen wurde, die mit Lösungen bekannter Konzentrationen von rekombinant gereinigtem GFP (Clontech) bei identischer Leistung, Dämpfung, Kontrast, und Helligkeitseinstellungen am konfokalen Mikroskop (Lippincott-Schwartz et al., 1998). Die Fluoreszenz in einem 100-μm 2 -ROI wurde dann gegen die Anzahl der GFP-Moleküle aufgetragen, von denen geschätzt wurde, dass sie innerhalb des interessierenden volumetrischen Bereichs liegen, bestimmt durch das Produkt aus der 100-μm 2 -Fläche und dem Halbwertsmaximum der vollen Breite (FWHM). Die FWHM ist der Abstand in z-Richtung zwischen Ebenen, bei denen die Intensität 50% der in der Fokusebene beträgt. Es kann wie in der Gleichung berechnet werden (aus dem Handbuch für konfokale Mikroskope von Zeiss erhalten),

wo1 = Emissionswellenlänge (nm) λ2 = Anregungswellenlänge (nm) N / A = numerische Apertur m = Vergrößerung n = Brechungsindex des Immersionsmediums P = Pinhole-Einstellung in digitalen Einheiten. Während der Datenaufnahme für die kinetische Analyse wurde die Pinhole-Einstellung von 9,84 verwendet, was eine FWHM von 22 μm ergab. Diagramme von GFP-Molekülen gegen die Gesamtfluoreszenz (die Summe der Pixelwerte in einer Fläche) wurden in dieser Arbeit genau mit einer linearen Funktion im Bereich der GFP-Konzentrationen angepasst.

Beim Erzeugen der Standardkurve wurde angenommen, dass die FWHM die z-dimensionale Dicke der Probe annähert, die zum Fluoreszenzsignal beiträgt, und dass die Effizienz des Nachweises der Fluoreszenz innerhalb des Volumens konstant ist. The validity of these assumptions was confirmed by imaging spherical droplets of GFP solution in oil with diameters smaller then the FWHM but also within the range of analyzed cells and organelles. In applying the standard curve to living cells, we assumed that the fluorescence parameters (i.e., quantum yield, detection efficiency, and proportion of properly folded and fluorescent GFP molecules) were similar for GFP chimeras in cells and for GFP in aqueous solution (Piston et al., 1998).

Kinetic Modeling of the Secretory Pathway

To extract information from the time-lapse digital images, standard techniques of kinetic analysis were adapted to fluorescence microscopy. The model used is shown in Fig. 2,EIN, and contains seven parameters whose values could be determined from the fluorescence data. There are three independent rate constants: KER is the effective overall rate constant for a two-compartment ER which was used to approximate the lag associated with VSVG folding, sorting, and export Kg characterizes the rate-limiting steps between arrival in the Golgi and arrival in the PM, and KPN represents the rate-limiting steps between arrival at the PM and lysosomal degradation. There are also three sampling efficiencies, and one initial value for VSVG–GFP in the ER at the switch to permissive temperature. Values for the physiologically important parameters are given in Results (Table I). A small portion of the ER and PM is sampled in the Golgi ROI simply because a portion of these membranes overlays the Golgi region. These contaminating fractions were found to be 16.2 ± 8.8 (SD)% for ER contamination of the Golgi fluorescence and 15.5 ± 9.8 (SD)% for PM contamination of the Golgi fluorescence. These numbers were obtained by least squares fitting and represent the fractions of the ER and the PM that fell within the Golgi ROI outlined in Fig. 1 B. The sampling efficiency for Golgi fluorescence itself was found to be 86.5 ± 24.7 (SD)% and represents the efficiency with which light was collected from the Golgi compartment. We suspect this is less than 100% due to the complex geometry of the Golgi apparatus, the possibility that there is significant Golgi thickness flanking the focal plane, or because the fluorescent molecules are more tightly packed in the Golgi resulting in quenching of the fluorescence signal. In contrast, when the entire cell is taken as the region of interest, all the ER fluorescence was collected (sampling efficiency, 100%) and the resulting sampling efficiency for the plasma membrane was found to be 100% (measured over the entire cell, not just the Golgi) in nearly all cells analyzed (overall average: 97.8 ± 6.2 [SD]%).

These compartments and processes were translated to the corresponding system of mass-balance ordinary differential equations using the SAAM II (v 1.1) software (SAAM Institute, Seattle, WA) (Foster et al., 1994). The two data sets, total cell fluorescence and Golgi fluorescence, were fitted simultaneously using the generalized nonlinear least squares optimization procedure (Bell et al., 1996) in the SAAM II software to quantify the rate constants and sampling efficiencies for each cell. In other words, for each cell, the same rate constants and sampling efficiencies account for both data sets. This simultaneous fitting is essential it is impossible to estimate KER und Kg from the time course of Golgi fluorescence alone. Mean residence times reported in Results are calculated as reciprocals of the effective exit rate constant for the cellular compartment in question. Convergence was achieved for all data sets with only an occasional (10 out of 67 cells analyzed) requirement for inclusion of a Bayesian, a priori, term based on the entire population. All the individual cells' rate constants and sampling efficiencies were readily estimated from the experimental data. Summarizing for all the cells in Table I, the mean coefficients of variation were 2.1% for KER, 2.5% for Kg, 5.0% for KPN, 2.8% for the Golgi sampling efficiency, 4.3% for the contribution of ER to the Golgi ROI, and 3.5% for the contribution of the PM to the Golgi ROI. This means that all of the individual values, which contribute to the mean and standard deviations reported in Results, were determined with precision. Statistical significance of differences among the experimental groups (reported in Table I) was assessed using the standard T test for populations with unequal variance. Model hypothesis testing applying Michaelis– Menten rate laws was preformed using SAMMII (Foster et al., 1994).

Kinetic Modeling of PGCs

The same techniques and software were applied to the analysis of data on post-Golgi traffic via PGCs, shown in Fig. 7. In this case the model (see Fig. 7 C) contains four parameters whose values could be determined from the simultaneous fitting of PGC fluorescence and total fluorescence in the ROI. These parameters are the initial postbleach fluorescence in the Golgi compartment, the rate constant distributing VSVG–GFP to PGCs, the rate constant distributing VSVG–GFP to the other pathway, and the residence time for VSVG–GFP in PGCs. The least squares optimizer determined these parameters with coefficients of variation of 16.8, 19.6, 21.5, and 7.9%, respectively. Interestingly, the optimizer could not determine the residence time for VSVG–GFP arriving in the ROI by the other pathway, except to require that it be much (at least 17-fold) shorter than the residence time in PGCs. This suggests that the other pathway is not likely to represent post-Golgi intermediates that travel via microtubular tracks (since their residence times would be similar to PGCs), and may instead represent VSVG–GFP that has diffused into the ROI from regions of the PM outside the ROI. Derived parameters such as the fraction of post-Golgi traffic distributed to measured PGCs, the fraction distributed to the other pathway, and the residence time in the PGCs were determined with coefficients of variation of 5.2, 8.2, and 7.9%, respectively. Sampling efficiencies were taken as 100% for all structures in this ROI since they are in the most peripheral and flattened portion of the imaged cell.


Ergänzende Angaben

β-barrels comprise an even number of β-strands, ranging from 8 to 24, that are arranged in an antiparallel fashion.

Bacterial enzymes located in the periplasm of Gram-negative bacteria that cleave β-lactam antibiotics such as penicillins, cephalosporins and carbapenems.

Ion accompanying a charged amino acid to maintain charge neutrality. Whereas the amino acid is fixed, the counterion is solubilized in the aqueous phase and moves with the electric field.

Graphics processing units

Hardware components of a computer able to increase computational speed by performing parallel calculations. They are typically used for gaming, but their use has been extended to use by scientific software that runs much faster (a factor of 10–100) than on a normal central processing unit.

Electric dipole moment applied to compounds or molecules. It provides information on the distribution of charges in the scaffold. A zwitterionic molecule possesses a large dipole when the two charged groups are far apart.


Schau das Video: Allgemeines zu Rezeptoren in der Membran (Kann 2022).