מנים והממברנה הציטופלסמטית
Download
Report
Transcript מנים והממברנה הציטופלסמטית
הממברנה
הציטופלסמטית
הקדמה
מפרידה בין התא החי לבין סביבתו.
8 nm עובי .מבקרת את התנועה לתוך ומחוץ לתא.
חדירות סלקטיבית ,מאפשרת לחומרים מסויימים לעבור
בקלות יותר מאשר לאחרים.
בנויה בעיקר משומנים ,חלבונים ומעט סוכרים.
בנויה משתי שכבות של פוספוליפידים ,בעלי ראשים
פולריים hydrophilicוזנבות לא פולריים
. hydrophobic
מבנה
-Lipid bilayer שתי שכבות של ליפידים
(פוספוליפידים)?
מקיפה את התא ואת אברוני התא (גרעין,
מיטוכונדריה ,כלורופלסט ,ווקואולה.)... ,
מצויים בה חלבונים ,ונעשית קשיחה
באמצעות כולסטרול.
שומנים Lipids -
משמשים לאיחסון אנרגיה לטווח ארוך
מרכיבים מבניים (כגון פוספוליפידים המהווים את יחידות
המבנה העיקריות בממברנות התאיות ).
מתווכים ,בעלי תפקיד בקשר בתוך ובין התאים (כגון הורמונים
סטרואידיים).
וויטמינים מסיסים בשומן מתמוססים בהם.
מורכבים מ 3 -חומצות שומן (בד"כ קשורות בקשר קוולנטי ל-
3פחמנים בגליצרול).
Lipid
Triglycerides - are composed of three fatty
acids (usually) covalently bonded to a 3-carbon
glycerol.
fatty acids - The fatty acids are composed of
CH2 units, and are hydrophobic/not water soluble.
Phospholipid
Glycolipid
Steroids
waxes
Triglycerides are composed of three
fatty acids (usually)
covalently bonded to a
3-carbon glycerol.
Fatty acids
- are composed
of CH2 units,
and are
hydrophobic/not
water soluble.
Fatty acids can be saturated (meaning they have as
many hydrogens bonded to their carbons as possible)
or unsaturated (with one or more double bonds
connecting their carbons, hence fewer hydrogens).
Phospholipids
phosphate group is
added to replace one
of the fatty acids.
The addition of this
group makes a polar
"head" and two
nonpolar "tails".
Steroid - consisting of a system of fussed
cyclohexane and cyclopentane rings
hormones (estrogen, progesterone etc),
some are vitamins (e.g. vit.D)
an important constituent of the plasma
membranes of certain animals is cholesterol.
Q. A major function of lipids is to act as energy
stores. What is the advantage of using lipids for
storage.
• They have a higher calorific value than carbohydrates,.
This is because lipids have a higher proportion of
hydrogen compared with carbohydrates.
• insoluble in water, osmotically inactive would not upset
osmotic conditions inside the cell
• also serve as an insulator.
• Oxidation of fats, metabolic water produced can be
very useful to desert animals.
מהו פוספוליפיד ?
זוהי מולקולת גליצרול הקושרת אליה 2חומצות
שומן (האחת רוויה והשניה בלתי רוויה) וקבוצת
פוספט.
הראש הפולרי (המסיס במים) – פונה
כלפי חוץ ,וחומצות השומן (הלא פולריות)
פונות כלפי פנים.
מולקולות אמפיפטיות
: הפוספוליפידים הם מולקולות אמפיפטיות
Amphipathic
hydrophilic heads
hydrophobic tails
Phospholipid
חדירות הממברנה
הבקרה על כניסת ויציאת חומרים לתא – נעשית באמצעות
הפוספוליפידים ) (phospholipidsוחלבוני
הטרנספורט).(transport proteins
חדירות סלקטיבית
Transport protein
תנועתיות הממברנה
רוב הליפידים ומספר
חלבונים יכולים לנוע באופן
רוחבי במישור הממברנה.
תנועת flip-flopממישור
ממברנלי אחד לשני נעשית
לעיתים רחוקות.
הכולסטרול
Cholesterol כולסטרול-
תקוע בין מולקולות
הפוספוליפידים בממברנה
של תאים אוקריוטים .הוא
מגביל את תנועת
הפוספוליפידים בממברנה
בטמפרטורות גבוהות,
ושומר על פלואידיות
הממברנה בטמפרטורות
נמוכות.
Fluid Mosaic
1972 - Singer and Nicolson
הציגו את הממברנה כ“Fluid Mosaic -
”Model
:Mosaicחלבונים שונים משובצים
בפוספוליפידים.
:Fluid חלבונים ופוספוליפידים יכולים לנוע
באופן חופשי בממברנה.
Fluid Mosaic
הממברנה מוצגת כמודל של מוזייקה פלואידית .
זהו משטח פלואידי אשר טבועים בו חלבונים בעלי תפקידים
שונים.
Fluid Mosaic - cont.
: מרכיבי הממברנה הפוספוליפידית
phospholipids פוספוליפידים.1
proteins
חלבונים.2
glycolipids
גליקוליפידים.3
glycoproteins גליקופרוטאינים.4
carbohydrates
סוכרים.5
cholesterol
כולסטרול.6
תפקידי חלבוני הממברנה
חלבוני הממברנה
Transporters
Linkers
Receptors
Enzymes
Adapted from ECB Fig 11-21
Different membranes express different proteins function
Fig. 4.23
סוגים
חלבונים פריפריאליים - Peripheral proteins -
אינם טבועים בממברנה השומנית הדו-שכבתית ,הם קשורים באופן
רופף לשטח הפנים.
חלבונים אינטגרליים - Integral proteins -
חוצים את הממברנה לכל אורכה
)(a transmembrane protein
כאשר חלבוני הממברנה באים במגע עם האיזור השומני של
הממברנה – יש להם איזור הידרופובי ,עם חומצות שומן לא
פולריות.
כאשר חלבוני הממברנה באים במגע עם הציטופלסמה – יש להם
איזור הידרופילי ,עם חומצות אמיניות טעונות או פולריות.
חלבונים הקשורים
שכבתית-לממברנה השומנית הדו
Integral
Transmembrane
-helix
Peripheral
Lipid-linked Protein-attached
-barrel
Covalent link to
lipid molecule
Adapted from ECB Fig 11-22
Weak, noncovalent link to
other membrane
protein
Why make an helix?
• Transmembrane portions of proteins comprised of
amino acids with hydrophobic side chains
• But peptide bonds joining amino acids to make protein
backbone are usually polar (ie hydrophilic)
• Because no water within bilayer, amino acids in
transmembrane sequence must form hydrogen bonds
• Most efficient hydrogen bonding achieved by adopting
Hydrophobic
helix:
H bond
side chain
• Hydrophobic side chains
contact hydrophobic hydrocarbon tails of phospholipids
• Hydrophilic parts of
polypeptide backbone form H
bonds within interior of helix
Phospholipid -helix
Adapted from ECB Fig 11-24
סוכרים בממברנה
משמשים להכרות בין תאים חשובים בהתמיינות תאים ובאירגונם ברקמות ובאברים. מהווים את הבסיס לתגובה החיסונית).(Ex. WBC and T-cell response
סוכרים ממברנליים בד"כ הינם אוליגוסכרידיםמסועפים עם כ 15 -יחידות סוכר.
משתנים בין יצור ליצור ,בין מין למין ואפילו בין סוגאחד לאחר באותו יצור.
תא
חציית הממברנה
steady traffic of small molecules and ions moves
across the plasma membrane in both directions
Ex, sugars, amino acids, and other nutrients enter
a muscle cell and waste products leave
membranes are selectively permeable so all this
traffic is under some control. Esp. the large
molecules.
Passage is controlled in part due to the hydrophobic
core of the membrane. So other hydrophobic
molecules cross easily while polar molecules and
ions have difficulty.
Proteins assist and control the transport of ions and
חלבוני טרנספורט
יונים ומולקולות פולריות יכולים לחצות את הממברנה הליפידית
הדו-שכבתית על ידי מעבר דרך חלבוני טרנספורט
החוצים את הממברנה.
לחלק מחלבוני הטרנספורט יש תעלות הידרופיליות.
חלבוני טרנספורט אחרים קושרים את המולקולות ונושאים
אותם לרוחב הממברנה.
כל אחד מחלבוני הטרנספורט הוא ספציפי
(לדוג .בתאי כבד ,חלבוני טרנספורט של גלוקוז לא יכולים לשמש
לטרנספורט של פרוקטוז).
טרנספורט פסיבי
אינו צורך אנרגיה מהתא.
חומרים עוברים על ידי דיפוזיה או אוסמוזה.
דיפוזיה – זהו מעבר חומרים מריכוז גבוה לריכוז נמוך.
אוסמוזה – זוהי התנועה של המים מריכוז גבוה לריכוז נמוך.
דיפוזיה של מומס אחד
מעבר פסיבי (המשך)...
חומרים יעברו דיפוסיה ממקום שבו הם מרוכזים יותר
למקום שבו הם פחות מרוכזים ,במורד מפל הריכוזים.
ללא צורך ב – .ATP
כל חומר עובר דיפוסיה בהתאם למפל הריכוזים שלו,
ללא תלות במפל הריכוזים של חומר אחר.
אוסמוזה – תנועת מים
. תנועת מים מריכוז גבוה לנמוך
: סוגי תמיסות3
solution with the higher concentration of solutes is
hypertonic.
solution with the lower concentration of solutes is
hypotonic.
Solutions with equal solute concentrations are
isotonic
direction of osmosis is determined only by a difference
in total solute concentration
Osmosis Examples
Osmosis Example: Cell Survival
Depends on Osmoregulation
Facilitated Diffusion
Still diffusion so requires no energy or ATP
Many polar molecules and ions that are normally
stopped by the lipid bilayer of the membrane diffuse
passively with the help of transport proteins.
passive movement of molecules down its
concentration gradient via a transport protein is called
facilitated diffusion.
Transport Proteins
much in common with enzymes.
They can have specific binding sites for the solute.
Transport proteins can become saturated when they
are tmoving passengers as fast as they can.
Transport proteins can be inhibited by molecules
that resemble the normal “substrate.”
Channel Proteins
provide corridors
allowing a specific
molecule or ion to
cross the membrane.
Allow for fast
transport
water channel
proteins,
aquaprorins, make
possible massive
amounts of diffusion
Gated Channels
open or close depending
on the presence or
absence of a physical or
chemical stimulus.
Ex. neurotransmitters
bind to specific gated
channels on the
receiving neuron, these
channels open.
This allows sodium ions
into a nerve cell.
When the
neurotransmitters are
not present, the
Active Transport
Requires ATP, ENERGY.
move solutes against their concentration gradient,
from the side where they are less concentrated to
where they are more concentrated.
Vital for a cell to keep up its internal concentrations of
small molecules that would normally diffuse away.
done by specific proteins embedded in the
membranes.
Sodium-Potassium Pumps.
maintains the gradient of sodium (Na+) and potassium
ions (K+) across the membrane.
Typically, animal cells have higher concentrations of K+
and lower concentrations of Na+ inside the cell
sodium-potassium pump uses the energy of one
ATP to pump three Na+ ions out and two K+ ions in
against the gradient.
Example: Using ATP hydrolysis as energy
source: The Na+/K+ pump
This pump is inhibited by ouabain, a S.A. arrow poison
Sodium-Potassium Pump Action
Examples
Integration
Na+
Homeostasis
Multiple
interacting systems
Consider interaction
of:
Na+,Ca2+ antiporter
Na+,K+-ATPase
Exocytosis and Endocytosis
Ways of getting large molecules in and out
of the cell.
Phagocytosis is cell eating and involves
solids.
Pinocytosis is cell drinking and involves
liquids.
Receptor Mediated Endo. Very
Specific