Download 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