2. הממברנה הציטופלסמטית

3. הקדמה מפרידה בין התא החי לבין סביבתו. מפרידה בין התא החי לבין סביבתו. 8 nm עובי. מבקרת את התנועה לתוך ומחוץ לתא. 8 nm עובי. מבקרת את התנועה לתוך ומחוץ לתא. חדירות סלקטיבית, מאפשרת לחומרים מסויימים לעבור חדירות סלקטיבית, מאפשרת לחומרים מסויימים לעבור בקלות יותר מאשר לאחרים. בנויה בעיקר משומנים, חלבונים ומעט סוכרים. בנויה בעיקר משומנים, חלבונים ומעט סוכרים. בנויה משתי שכבות של פוספוליפידים, בעלי ראשים פולריים hydrophilic וזנבות לא פולריים hydrophobic. בנויה משתי שכבות של פוספוליפידים, בעלי ראשים פולריים hydrophilic וזנבות לא פולריים hydrophobic.

4. מבנה Lipid bilayer- שתי שכבות של ליפידים ( פוספוליפידים )? Lipid bilayer- שתי שכבות של ליפידים ( פוספוליפידים )? מקיפה את התא ואת אברוני התא ( גרעין, מיטוכונדריה, כלורופלסט, ווקואולה,...). מקיפה את התא ואת אברוני התא ( גרעין, מיטוכונדריה, כלורופלסט, ווקואולה,...). מצויים בה חלבונים, ונעשית קשיחה באמצעות כולסטרול. מצויים בה חלבונים, ונעשית קשיחה באמצעות כולסטרול.

5. שומנים - Lipids משמשים לאיחסון אנרגיה לטווח ארוך משמשים לאיחסון אנרגיה לטווח ארוך מרכיבים מבניים ( כגון פוספוליפידים המהווים את יחידות המבנה העיקריות בממברנות התאיות ). מרכיבים מבניים ( כגון פוספוליפידים המהווים את יחידות המבנה העיקריות בממברנות התאיות ). מתווכים, בעלי תפקיד בקשר בתוך ובין התאים ( כגון הורמונים סטרואידיים ). מתווכים, בעלי תפקיד בקשר בתוך ובין התאים ( כגון הורמונים סטרואידיים ). וויטמינים מסיסים בשומן מתמוססים בהם. וויטמינים מסיסים בשומן מתמוססים בהם. מורכבים מ - 3 חומצות שומן ( בד " כ קשורות בקשר קוולנטי ל - 3 פחמנים בגליצרול ). מורכבים מ - 3 חומצות שומן ( בד " כ קשורות בקשר קוולנטי ל - 3 פחמנים בגליצרול ).

6. Lipid Triglycerides - are composed of three fatty acids (usually) covalently bonded to a 3-carbon glycerol. Triglycerides - are composed of three fatty acids (usually) covalently bonded to a 3-carbon glycerol. fatty acids - The fatty acids are composed of CH 2 units, and are hydrophobic/not water soluble. fatty acids - The fatty acids are composed of CH 2 units, and are hydrophobic/not water soluble. Phospholipid Phospholipid Glycolipid Glycolipid Steroids Steroids waxes waxes

7. Triglycerides - are composed of three fatty acids (usually) covalently bonded to a 3-carbon glycerol. are composed of three fatty acids (usually) covalently bonded to a 3-carbon glycerol.

8. Fatty acids Fatty acids - are composed of CH 2 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).

9. Phospholipids phosphate group is added to replace one of the fatty acids. phosphate group is added to replace one of the fatty acids. The addition of this group makes a polar "head" and two nonpolar "tails". The addition of this group makes a polar "head" and two nonpolar "tails".

11. Steroid - consisting of a system of fussed cyclohexane and cyclopentane rings hormones (estrogen, progesterone etc), hormones (estrogen, progesterone etc), some are vitamins (e.g. vit.D) some are vitamins (e.g. vit.D) an important constituent of the plasma membranes of certain animals is cholesterol. an important constituent of the plasma membranes of certain animals is cholesterol.

12. 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.

13. מהו פוספוליפיד ? זוהי מולקולת גליצרול הקושרת אליה 2 חומצות שומן ( האחת רוויה והשניה בלתי רוויה ) וקבוצת פוספט. זוהי מולקולת גליצרול הקושרת אליה 2 חומצות שומן ( האחת רוויה והשניה בלתי רוויה ) וקבוצת פוספט. הראש הפולרי ( המסיס במים ) – פונה כלפי חוץ, וחומצות השומן ( הלא פולריות ) פונות כלפי פנים. הראש הפולרי ( המסיס במים ) – פונה כלפי חוץ, וחומצות השומן ( הלא פולריות ) פונות כלפי פנים.

14. מולקולות אמפיפטיות הפוספוליפידים הם מולקולות אמפיפטיות : Amphipathic Amphipathic hydrophilic heads hydrophobic tails Phospholipid

15. חדירות הממברנה הבקרה על כניסת ויציאת חומרים לתא – נעשית באמצעות הפוספוליפידים (phospholipids) וחלבוני הטרנספורט(transport proteins). הבקרה על כניסת ויציאת חומרים לתא – נעשית באמצעות הפוספוליפידים (phospholipids) וחלבוני הטרנספורט(transport proteins). חדירות סלקטיבית חדירות סלקטיבית Transport protein

16. תנועתיות הממברנה רוב הליפידים ומספר חלבונים יכולים לנוע באופן רוחבי במישור הממברנה. רוב הליפידים ומספר חלבונים יכולים לנוע באופן רוחבי במישור הממברנה. תנועת flip-flop ממישור ממברנלי אחד לשני נעשית לעיתים רחוקות. תנועת flip-flop ממישור ממברנלי אחד לשני נעשית לעיתים רחוקות.

17. 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. Cholesterol כולסטרול - תקוע בין מולקולות הפוספוליפידים בממברנה של תאים אוקריוטים. הוא מגביל את תנועת הפוספוליפידים בממברנה בטמפרטורות גבוהות, ושומר על פלואידיות הממברנה בטמפרטורות נמוכות.

18. Fluid Mosaic 1972 - Singer and Nicolson 1972 - Singer and Nicolson הציגו את הממברנה כ- “ Fluid Mosaic Model ” Mosaic: חלבונים שונים משובצים בפוספוליפידים. Mosaic: חלבונים שונים משובצים בפוספוליפידים. Fluid: חלבונים ופוספוליפידים יכולים לנוע באופן חופשי בממברנה. Fluid: חלבונים ופוספוליפידים יכולים לנוע באופן חופשי בממברנה.

19. Fluid Mosaic הממברנה מוצגת כמודל של מוזייקה פלואידית. הממברנה מוצגת כמודל של מוזייקה פלואידית. זהו משטח פלואידי אשר טבועים בו חלבונים בעלי תפקידים שונים. זהו משטח פלואידי אשר טבועים בו חלבונים בעלי תפקידים שונים.

20. Fluid Mosaic - cont. מרכיבי הממברנה הפוספוליפידית : מרכיבי הממברנה הפוספוליפידית : 1. פוספוליפידים phospholipids 2. חלבונים proteins 3. גליקוליפידים glycolipids 4. גליקופרוטאינים glycoproteins 5. סוכריםcarbohydrates 6. כולסטרול cholesterol

22. תפקידי חלבוני הממברנה

23. חלבוני הממברנה Transporters Linkers Receptors Enzymes Adapted from ECB Fig 11-21 Different membranes express different proteins  function

24. Fig. 4.23

25. חלוקת החלבונים הממברנליים ל - 2 סוגים חלבונים פריפריאליים - Peripheral proteins - חלבונים פריפריאליים - Peripheral proteins - אינם טבועים בממברנה השומנית הדו - שכבתית, הם קשורים באופן רופף לשטח הפנים. חלבונים אינטגרליים - Integral proteins - חלבונים אינטגרליים - Integral proteins - חוצים את הממברנה לכל אורכה (a transmembrane protein) (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 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. כאשר חלבוני הממברנה באים במגע עם הציטופלסמה – יש להם איזור הידרופילי, עם חומצות אמיניות טעונות או פולריות.

26. חלבונים הקשורים לממברנה השומנית הדו - שכבתית Transmembrane  -helix  -barrel Lipid-linked Protein-attached Covalent link to lipid molecule Weak, non- covalent link to other membrane protein Integral Peripheral Adapted from ECB Fig 11-22

27. 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  helix: Hydrophobic side chains contact hydrophobic hydro- carbon tails of phospholipids Hydrophilic parts of polypeptide backbone form H bonds within interior of helix H bond Hydrophobic side chain Phospholipid  -helix Adapted from ECB Fig 11-24

29. 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 אוליגוסכרידים מסועפים עם כ - 15 יחידות סוכר. - משתנים בין יצור ליצור, בין מין למין ואפילו בין סוג תא אחד לאחר באותו יצור.

30. חציית הממברנה steady traffic of small molecules and ions moves across the plasma membrane in both directions 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 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. 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. 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 polar molecules. Proteins assist and control the transport of ions and polar molecules.

31. חלבוני טרנספורט יונים ומולקולות פולריות יכולים לחצות את הממברנה הליפידית הדו - שכבתית על ידי מעבר דרך חלבוני טרנספורט החוצים את הממברנה. 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. לחלק מחלבוני הטרנספורט יש תעלות הידרופיליות. חלבוני טרנספורט אחרים קושרים את המולקולות ונושאים אותם לרוחב הממברנה. חלבוני טרנספורט אחרים קושרים את המולקולות ונושאים אותם לרוחב הממברנה. כל אחד מחלבוני הטרנספורט הוא ספציפי כל אחד מחלבוני הטרנספורט הוא ספציפי ( לדוג. בתאי כבד, חלבוני טרנספורט של גלוקוז לא יכולים לשמש לטרנספורט של פרוקטוז ).

32. טרנספורט פסיבי אינו צורך אנרגיה מהתא. אינו צורך אנרגיה מהתא. חומרים עוברים על ידי דיפוזיה או אוסמוזה. חומרים עוברים על ידי דיפוזיה או אוסמוזה. דיפוזיה – זהו מעבר חומרים מריכוז גבוה לריכוז נמוך. דיפוזיה – זהו מעבר חומרים מריכוז גבוה לריכוז נמוך. אוסמוזה – זוהי התנועה של המים מריכוז גבוה לריכוז נמוך. אוסמוזה – זוהי התנועה של המים מריכוז גבוה לריכוז נמוך.

33. דיפוזיה של מומס אחד

34. מעבר פסיבי ( המשך...) חומרים יעברו דיפוסיה ממקום שבו הם מרוכזים יותר למקום שבו הם פחות מרוכזים, במורד מפל הריכוזים. 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, כל חומר עובר דיפוסיה בהתאם למפל הריכוזים שלו, ללא תלות במפל הריכוזים של חומר אחר.

35. אוסמוזה – תנועת מים תנועת מים מריכוז גבוה לנמוך. תנועת מים מריכוז גבוה לנמוך. 3 סוגי תמיסות : 3 סוגי תמיסות : solution with the higher concentration of solutes is hypertonic. solution with the higher concentration of solutes is hypertonic. solution with the lower concentration of solutes is hypotonic. solution with the lower concentration of solutes is hypotonic. Solutions with equal solute concentrations are isotonic Solutions with equal solute concentrations are isotonic direction of osmosis is determined only by a difference in total solute concentration direction of osmosis is determined only by a difference in total solute concentration

36. Osmosis Examples

37. Osmosis Example: Cell Survival Depends on Osmoregulation

38. Facilitated Diffusion Still diffusion so requires no energy or ATP 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. 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. passive movement of molecules down its concentration gradient via a transport protein is called facilitated diffusion.

39. Transport Proteins much in common with enzymes. much in common with enzymes. They can have specific binding sites for the solute. 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 become saturated when they are tmoving passengers as fast as they can. Transport proteins can be inhibited by molecules that resemble the normal “ substrate. ” Transport proteins can be inhibited by molecules that resemble the normal “ substrate. ”

40. Channel Proteins provide corridors allowing a specific molecule or ion to cross the membrane. provide corridors allowing a specific molecule or ion to cross the membrane. Allow for fast transport Allow for fast transport water channel proteins, aquaprorins, make possible massive amounts of diffusion water channel proteins, aquaprorins, make possible massive amounts of diffusion

41. Gated Channels open or close depending on the presence or absence of a physical or chemical stimulus. 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. Ex. neurotransmitters bind to specific gated channels on the receiving neuron, these channels open. This allows sodium ions into a nerve cell. This allows sodium ions into a nerve cell. When the neurotransmitters are not present, the channels are closed. When the neurotransmitters are not present, the channels are closed.

42. Active Transport Requires ATP, ENERGY. Requires ATP, ENERGY. move solutes against their concentration gradient, from the side where they are less concentrated to where they are more concentrated. 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. 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. done by specific proteins embedded in the membranes.

43. Sodium-Potassium Pumps. maintains the gradient of sodium (Na + ) and potassium ions (K + ) across the membrane. 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 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. sodium-potassium pump uses the energy of one ATP to pump three Na + ions out and two K + ions in against the gradient.

44. Example: Using ATP hydrolysis as energy source: The Na+/K+ pump This pump is inhibited by ouabain, a S.A. arrow poison

45. Sodium-Potassium Pump Action

46. Examples

47. Transport System Integration Consider interaction of: Consider interaction of: Na +,Ca 2+ antiporter Na +,Ca 2+ antiporter Na +,K + -ATPase Na +,K + -ATPase Na + Homeostasis Na + Homeostasis  Multiple interacting systems

48. Exocytosis and Endocytosis Ways of getting large molecules in and out of the cell. Ways of getting large molecules in and out of the cell. Phagocytosis is cell eating and involves solids. Phagocytosis is cell eating and involves solids. Pinocytosis is cell drinking and involves liquids. Pinocytosis is cell drinking and involves liquids.

51. Receptor Mediated Endo. Very Specific