bio about cell

46
Membrane Structure and Function

Upload: prapassri

Post on 24-Jun-2015

1.160 views

Category:

Documents


2 download

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