Top Banner
Membrane Structure and Function
46

Bio About Cell

Jun 24, 2015

Download

Documents

prapassri
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Bio About Cell

Membrane Structure and Function

Page 2: Bio About Cell

Membranes Structure

Membrane มี�องค์�ประกอบที่� สำ��ค์�ญ ได้�แก�

Lipids

Protein

และ Carbohydrates

Page 3: Bio About Cell

Membrane models

นั�กวิ�ที่ย�ศ�สำตร�ได้�มี�แนัวิค์�ด้เร! อง membrane model ต��งๆ ซึ่$ งเปล� ยนัแปลงไปต�มีค์วิ�มีร%�ที่� เจร�ญก��วิหนั��ขึ้$)นั

Page 4: Bio About Cell

Artificial membranes (cross section)

Hydrophobic tail

Hydrophilic head

Page 5: Bio About Cell

Two generations of membrane models

Page 6: Bio About Cell

(a) The Davson-Danielli model (1935 –1970)

Page 7: Bio About Cell

(b) Current fluid mosaic model

Page 8: Bio About Cell

Freeze fracture and freeze-etch

Page 9: Bio About Cell

The fluidity of membranes

(a) Movement of phospholipids

(b) Membrane fluidity

Page 10: Bio About Cell

Cholesterol ลด้ก�รเค์ล! อนัที่� ขึ้องโมีเลก+ลขึ้อง phospholipids ที่��ให� membrane ค์งร%ปอย%�ได้�ในัที่� อ+ณหภู%มี�สำ%ง แต�ในัที่� อ+ณหภู%มี�ต� � cholesterol ลด้ก�รรวิมีต�วิก�นัขึ้อง phospholipids ที่��ให� membrane ไมี�แขึ้/งต�วิ

(c ) Cholesterol within the membrane

Page 11: Bio About Cell

โค์รงสำร��งขึ้องเย! อห+�มีเซึ่ลล�สำ�ตวิ�

Page 12: Bio About Cell

เย! อห+�มีล�อมีรอบเซึ่ลล� ประกอบด้�วิย phospholipid, membrane protein, carbohydrates และ cholesterols ป0จจ+บ�นัเชื่! อวิ��โค์รงสำร��งที่�งโมีเลก+ลขึ้อง membrane มี�ล�กษณะเป3นั Fluid Mosaic Model เสำนัอโด้ย Singer และ Nicholson ในัป4 ค์.ศ. 1972 มี�ล�กษณะด้�งนั�)

1. membrane ประกอบด้�วิย lipid bilayer ที่� ต�อเนั! องเป3นัแผ่�นั และมี�โปรต�นัชื่นั�ด้ต��งๆฝั0งอย%� โด้ยมี�ก�รเร�ยงต�วิแบบ mosaic (ค์ล��ยสำ� งนั%นัขึ้นั�ด้เล/กหล�ยชื่นั�ด้มี�เร�ยงต�ด้ต�อก�นั)

2. มี� peripheral protein ต�ด้อย%�ที่� ผ่�วิด้��นัในัขึ้อง membrane

3. สำ�วินัที่� ผ่�วิด้��นันัอกมี� oligopolysaccharide chains ขึ้อง glygoproteins และ glycolipids ย! นัย�วิออกมี�

Page 13: Bio About Cell

The structure of transmembrane protein

Page 14: Bio About Cell

Sidedness of plasma membrane

Page 15: Bio About Cell

ด้��นัขึ้อง membrane มี� 2 ด้��นัค์!อ cytoplasmic sides (ด้��นัภู�ยในั cytoplasm) และ extracellular sides (ด้��นัภู�ยนัอกเซึ่ลล� ) มี�ล�กษณะที่� แตกต��งก�นั ซึ่$ งค์วิ�มีแตกต��งนั�)เก�ด้ขึ้$)นัต�)งแต� membrane ถู%กสำร��งมี�จ�ก ER และ Golgi complex

ในัร%ปนั�)สำ�สำ�มีเป3นั membrane ขึ้อง organelles ด้��นัที่� อย%�ภู�ยในั organellles จะเป3นัด้��นั extracellular sides สำ�วินัอ�กด้��นัหนั$ งจะเป3นั cytoplasmic sides สำ�เขึ้�ยวิแที่นั carbohydrates ที่� สำร��งมี�จ�ก ER และ modified ที่� Golgi complex

Vesicles ที่� รวิมีก�บ plasma membrane นัอกจ�ก membrane ที่� ห+�มี vesicles จะเป3นัสำ�วินัขึ้อง plasma membrane แล�วิ ย�งเป3นัก�รหล� งสำ�รออกจ�กเซึ่ลล�ด้�วิย (สำ�มี�วิง)

Page 16: Bio About Cell

Some functions of membrane protein

Transport protein เป3นัที่�งให� ions และโมีเลก+ลต��งๆผ่��นัเขึ้��ออกเย! อห+�มีเซึ่ลล�

Page 17: Bio About Cell

Enzymes

Page 18: Bio About Cell

Signal transduction: โปรต�นัมี�หนั��ที่� เก� ยวิขึ้�องก�บก�รจด้จ��เพื่! อที่� จะจ�บก�บโมีเลก+ลขึ้องสำ�รอ! นัภู�ยนัอกเซึ่ลล�ที่��ให�เก�ด้กระบวินัก�รต��งๆได้� เชื่�นั ฮอร�โมีนั

Page 19: Bio About Cell

Intercellular junctions เป3นัองค์�ประกอบขึ้อง tight junction ที่� อย%�บร�เวิณด้��นัขึ้��งขึ้องเซึ่ลล�ที่� อย%�ต�ด้ก�นั

Page 20: Bio About Cell

Cell-cell recognition

Page 21: Bio About Cell

Attachment to the cytoskeleton and extracellular matrix (ECM)

Page 22: Bio About Cell

เย! อห+�มีเซึ่ลล�มี�สำมีบ�ต�ที่� ยอมีให�สำ�รบ�งอย��งผ่��นัเขึ้��ไปในัเซึ่ลล�ได้�ง��ยกวิ��สำ�รบ�งอย��งชื่นั�ด้อ! นั เร�ยกวิ�� selective permeability ด้�งนั�)นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�จะค์วิบค์+มีชื่นั�ด้และอ�ตร�ก�รล��เล�ยงโมีเลก+ลขึ้องสำ�รผ่��นัเขึ้��และออกจ�กเซึ่ลล�

ก�รล��เล�ยงสำ�รผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�

(Traffic Across Membranes)

Page 23: Bio About Cell

Selective permeability ขึ้องเย! อห+�มีเซึ่ลล�ขึ้$)นัอย%�ก�บ

1. Phospholipid bilayer

   1.1 โมีเลก+ลไมี�มี�ขึ้�)วิไฟฟ;� (nonpolar (hydrophobic) molecules) เชื่�นั hydrocarbons และ O2 ซึ่$ งสำ�มี�รถูละล�ยได้�ในัเย! อห+�มีเซึ่ลล�จะผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�ได้�ง��ยกวิ��สำ�รอ! นั

และเมี! อเปร�ยบเที่�ยบระหวิ��งสำ�ร 2 ชื่นั�ด้ที่� ละล�ยในัไขึ้มี�นัได้�เที่��ก�นัสำ�รที่� มี�ขึ้นั�ด้เล/กกวิ��สำ�มี�รถูผ่��นัไปได้�ด้�กวิ��  

Page 24: Bio About Cell

1.2 โมีเลก+ลมี�ขึ้�)วิไฟฟ;� (polar (hydrophilic) molecules)

 โมีเลก+ลขึ้นั�ด้เล/กที่� มี�ขึ้�)วิไฟฟ;�แต�ไมี�มี�อ�ออนั (small, polar uncharged molecules)เชื่�นั H2O, CO2 สำ�มี�รถูผ่��นัเย! อห+�มีสำ�งเค์ร�ะห� (synthetic membranes) ได้�ง��ย โมีเลก+ลขึ้นั�ด้ใหญ�ที่� มี�ขึ้�)วิไฟฟ;�แต�ไมี�มี�อ�ออนั (large, polar uncharged molecules) เชื่�นั นั�)�ต�ลกล%โค์สำ ผ่��นัเย! อห+�มีสำ�งเค์ร�ะห�ได้�ไมี�ง��ย สำ�รที่� มี�อ�ออนั (ions) ที่+กชื่นั�ด้ถู$งแมี�วิ��จะมี�ขึ้นั�ด้เล/ก เชื่�นั Na+, H+ ผ่��นัชื่�)นั Hydrophobic bilayer ได้�ย�ก

Page 25: Bio About Cell

-         2. Specific integral transport proteins

โมีเลก+ลขึ้องนั�)� CO2 และ สำ�รที่� ไมี�มี�ขึ้�)วิไฟฟ;� (nonpolar molecules) สำ�มี�รถูผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�ได้�ง��ยเชื่�นัเด้�ยวิก�บเย! อห+�มีสำ�งเค์ร�ะห�เย! อห+�มีเซึ่ลล�ต��งจ�กเย! อห+�มีสำ�งเค์ร�ะห�ค์!อมี�สำมีบ�ต�ยอมีให�สำ�รบ�งอย��งที่� มี�อ�ออนัและสำ�รที่� มี�ขึ้�)วิไฟฟ;�ขึ้นั�ด้กล�งผ่��นัได้� โด้ยสำ�รเหล��นั�)ผ่��นัเขึ้��ไปที่� transport proteins

Page 26: Bio About Cell

Diffusion and Passive transport

ก�รแพื่ร� (diffusion) หมี�ยถู$ง ก�รเค์ล! อนัที่� ขึ้องโมีเลก+ลขึ้องสำ�รจ�กบร�เวิณที่� มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัขึ้องสำ�รมี�กกวิ��ไปย�งบร�เวิณที่� มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัขึ้องสำ�รนั�อยกวิ�� จนักวิ��จะอย%�ในัสำภู�พื่สำมีด้+ล (dynamic equilibrium) เมี! ออย%�ในัสำภู�พื่สำมีด้+ลแล�วิ โมีเลก+ลขึ้องสำ�รย�งค์งเค์ล! อนัอย%�แต�เค์ล! อนัที่� ด้�วิยอ�ตร�เร/วิเที่��ก�นัที่�)งสำองบร�เวิณ

Page 27: Bio About Cell

ก�รแพื่ร�ขึ้องโมีเลก+ลขึ้องสำ�รผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล� เร�ยกวิ�� passive transport เซึ่ลล�ไมี�ต�องใชื่�พื่ล�งง�นัที่� จะที่��ให�เก�ด้ก�รแพื่ร�ขึ้$)นั และเย! อห+�มีเซึ่ลล�มี�สำมีบ�ต� selective permeable ด้�งนั�)นัอ�ตร�ก�รแพื่ร�ขึ้องสำ�รชื่นั�ด้ต��งๆจะไมี�เที่��ก�นั

นั�)�จะสำ�มี�รถูแพื่ร�ผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�ได้�อย��งอ�สำระซึ่$ งมี�ค์วิ�มีสำ��ค์�ญมี�กสำ��หร�บก�รด้��รงอย%�ขึ้องเซึ่ลล�

Page 28: Bio About Cell

ก�รแพื่ร�ขึ้องโมีเลก+ลขึ้องสำ�รผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�

(a) โมีเลก+ลขึ้องสำ�รเค์ล! อนัที่� จ�กบร�เวิณที่� มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัมี�กกวิ��ไปย�งบร�เวิณที่� มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นันั�อยกวิ�� จนักระที่� งอย%�ในัสำภู�พื่สำมีด้+ล (dynamic equilibrium) เมี! ออย%�ในัสำภู�พื่สำมีด้+ลแล�วิโมีเลก+ลขึ้องสำ�รย�งค์งเค์ล! อนัที่� อย%�แต�อ�ตร�ก�รเค์ล! อนัที่� ขึ้องสำ�รจ�กที่�)งสำองด้��นัขึ้องเย! อห+�มีเซึ่ลล�เที่��ก�นั

Page 29: Bio About Cell

(b) ในักรณ�นั�) แสำด้งสำ�รละล�ยขึ้องสำ� 2 ชื่นั�ด้ ที่� อย%�ค์นัละด้��นัขึ้องเย! อห+�มีเซึ่ลล� โมีเลก+ลขึ้องสำ�รสำ�เขึ้�ยวิจะเค์ล! อนัที่� ไปย�งด้��นัซึ่��ย ที่�)งๆที่� ตอนัเร� มีต�นัค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัขึ้องสำ�รในัด้��นัซึ่��ยสำ%งกวิ��

Page 30: Bio About Cell

ต�วิอย��งก�รแพื่ร�ในัสำ� งมี�ชื่�วิ�ตได้�แก� ก�รห�ยใจขึ้องสำ�ตวิ� ขึ้ณะ

ห�ยใจเขึ้��ก<�ซึ่ออกซึ่�เจนัจ�กอ�ก�ศที่� ผ่��นัเขึ้��ไปในัถู+งลมีในัปอด้มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัสำ%งกวิ��ในัเสำ�นัเล!อด้ฝัอย ออกซึ่�เจนัจ$งแพื่ร�จ�กถู+งลมีเขึ้��ไปในัเสำ�นัเล!อด้ฝัอย และในัขึ้ณะเด้�ยวิก�นัค์�ร�บอนัได้ออกไซึ่ด้�จะแพื่ร�จ�กเสำ�นัเล!อด้เขึ้��สำ%�ถู+งลมี

Page 31: Bio About Cell

Osmosis

Osmosis หมี�ยถู$งก�รแพื่ร�ขึ้องโมีเลก+ลขึ้องนั�)�จ�กบร�เวิณที่� มี�โมีเลก+ลขึ้องนั�)�หนั�แนั�นัมี�กกวิ��หร!อสำ�รละล�ยที่� เจ!อจ�งกวิ�� (hypoosmotic solution)ไปย�งบร�เวิณที่� มี�โมีเลก+ลขึ้องนั�)�นั�อยกวิ��หร!อสำ�รละล�ยที่� เขึ้�มีขึ้�นักวิ�� (hyperosmotic solution) โด้ยผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�

Page 32: Bio About Cell

The water balance of living cells

ล%กศรแสำด้งที่�ศที่�งก�รเค์ล! อนัที่� ขึ้องโมีเลก+ลขึ้องนั�)�ผ่��นัเซึ่ลล�สำ�ตวิ�ซึ่$ งไมี�มี�ผ่นั�งเซึ่ลล� และเซึ่ลล�พื่!ชื่ซึ่$ งมี�ผ่นั�งเซึ่ลล�

Page 33: Bio About Cell

The contractile vacuole of Paramesium : an evolutionary adaptation for osmoregulation

Filling vacuole

Contracting vacuole

Page 34: Bio About Cell

Facilitated diffusion

Transport proteins ชื่�วิยในัก�รนั��โมีเลก+ลขึ้องสำ�รผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�จ�กบร�เวิณที่� มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัขึ้องสำ�รสำ%งไปย�งบร�เวิณที่� มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัต� �กวิ�� เร�ยกกระบวินัก�รนั�)วิ�� facilitated diffusion โด้ยเซึ่ลล�ไมี�ต�องใชื่�พื่ล�งง�นั

Page 35: Bio About Cell

Active transport

บ�งค์ร�)งเซึ่ลล�ต�องก�รล��เล�ยงสำ�รจ�กที่� มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัต� �ไปย�งที่� มี�ค์วิ�มีเขึ้�มีขึ้�นัสำ%งกวิ�� กระบวินัก�รนั�)เร�ยกวิ�� active transport ซึ่$ งต�องก�รพื่ล�งง�นัค์!อ ATP

ต�วิอย��งเชื่�นั เซึ่ลล�ขึ้�บ NA+ ออกนัอกเซึ่ลล�และนั�� K+ เขึ้��ไปในัเซึ่ลล� ซึ่$ งเร�ยกวิ�� Sodium-potassium pump

Page 36: Bio About Cell

The sodium-potassium pump

Page 37: Bio About Cell

Sodium-potassium pump

กระบวินัก�รเร� มีต�นัจ�ก Na+ จ�บก�บโปรต�นัซึ่$ งเป3นั transport protein แล�วิ ATP ให�พื่ล�งง�นัแก�โปรต�นัที่��ให�โปรต�นัเปล� ยนัร%ปร��งและปล�อย Na+ ผ่��นัเย! อห+�มีเซึ่ลล�ออกไป ขึ้ณะเด้�ยวิก�นั K+ เขึ้��จ�บก�บโปรต�นั ที่��ให�โปรต�นัเปล� ยนัแปลงร%ปร��งอ�กค์ร�)งหนั$ ง ที่��ให� K+ ถู%กปล�อยเขึ้��ไปในัเซึ่ลล� แล�วิโปรต�นักล�บมี�ร%ปร��งเหมี!อนัเด้�มีอ�กพื่ร�อมีที่� จะเร� มีต�นักระบวินัก�รใหมี�ต�อไป

Page 38: Bio About Cell

Diffusion

Facilitated transport

Active transport

Passive transport

Page 39: Bio About Cell

An electrogenic pump

Electrogenic pump เป3นั transport protein ที่� ที่��ให�เก�ด้ค์วิ�มีต��งศ�กด้�=ที่� เย! อห+�มีเซึ่ลล�

Page 40: Bio About Cell

An electrogenic pump

ต�วิอย��งเชื่�นั Na+/K+ pump เป3นั electrogenic

pump ที่� สำ��ค์�ญขึ้องเซึ่ลล�สำ�ตวิ� Proton pump เป3นั electrogenic

pump ที่� สำ��ค์�ญขึ้องเซึ่ลล�พื่!ชื่ แบค์ที่�เร�ย และพื่วิกเห/ด้ร� รวิมีที่�)ง mitochondria และ chloroplasts ใชื่� proton pump ในัก�รสำ�งเค์ร�ะห� ATP

Page 41: Bio About Cell

Cotransport

ต�วิอย��งเชื่�นั ในัเซึ่ลล�พื่!ชื่ใชื่� proton pump ร�วิมีก�บ transport protein ที่� นั�� sucrose–H+ เขึ้��ไปในัเซึ่ลล�

เป3นักระบวินัก�รร�วิมีที่� เก�ด้จ�ก ATP pump ต�วิเด้�ยวิที่��ง�นัแล�วิมี�ผ่ลไปที่��ให� transport protein ต�วิต�อไปที่��ง�นัเพื่! อนั��สำ�รเขึ้��สำ%�เซึ่ลล�

Page 42: Bio About Cell

Exocytosis and endocytosis transport large molecules

สำ�รที่� มี�โมีเลก+ลขึ้นั�ด้ใหญ� เชื่�นั โปรต�นั และ ค์�ร�โบไฮเค์รต ผ่��นัออกนัอกเซึ่ลล�ด้�วิยกระบวินัก�ร exocytosis และเขึ้��ไปในัเซึ่ลล�ด้�วิยกระบวินัก�ร endocytosis

Page 43: Bio About Cell

Endocytosis มี� 3 แบบ ได้�แก�       1. Phagocytosis

       2. Pinocytosis

       3. Receptor-mediated endocytosis

Page 44: Bio About Cell

Phagocytosis เป3นัก�รนั��สำ�รที่� เป3นัขึ้องแขึ้/งเขึ้��เซึ่ลล� โด้ยเซึ่ลล�ย! นัสำ�วินั cytoplasm ไปโอบล�อมีสำ�รขึ้องแขึ้/งนั�)นั แล�วิเขึ้��ไปในัเซึ่ลล� เป3นั food vacuole แล�วิ food vacuole นั�)นัจะไปรวิมีก�บ lysosome ซึ่$ งภู�ยในัมี� hydrolytic enzymes ที่� จะย�อยสำล�ยสำ�รนั�)นัต�อไป อมี�บ�ก�นัแบค์ที่�เร�ยด้�วิยวิ�ธี�นั�)

Phagocytosis

Page 45: Bio About Cell

Pinocytosis

Pinocytosis เป3นัก�รนั��สำ�รที่� เป3นัขึ้องเหลวิเขึ้��เซึ่ลล� โด้ยเย! อห+�มีเซึ่ลล�เวิ��เขึ้��ไปเพื่! อนั��สำ�รเขึ้��ไป กล�ยเป3นัถู+งเล/กๆอย%�ในั cytoplasm

Page 46: Bio About Cell

Receptor-mediated endocytosis

Receptor-mediated endocytosis เป3นัก�รนั��สำ�รเฉพื่�ะบ�งชื่นั�ด้เขึ้��ไปในัเซึ่ลล� โด้ยที่� ผ่�วิเซึ่ลล�มี� receptor เฉพื่�ะสำ��หร�บสำ�รบ�งอย��งเขึ้��มี�จ�บ แล�วิถู%กนั��เขึ้��ไปในัเซึ่ลล�เป3นัถู+งเล/กๆ เมี! อผ่��นัก�รย�อยแล�วิ receptor สำ�มี�รถูถู%กนั��มี�ใชื่�ใหมี�ได้�อ�ก