46
Membrane Structure and Function

ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์ cell transport

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์ cell transport ศึกษาเนื้อหาอื่นๆได้ที่ facebook SUK KEE BIO

Citation preview

Page 1: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Membrane Structure

and Function

Page 2: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Membranes Structure

Membrane มองคประกอบทส าคญ ไดแก

Lipids

Protein

และ Carbohydrates

Page 3: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Membrane models

นกวทยาศาสตรไดมแนวคดเรอง membrane model ตางๆ ซงเปลยนแปลงไปตามความรทเจรญกาวหนาขน

Page 4: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Artificial membranes (cross section)

Hydrophobic tail

Hydrophilic head

Page 5: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Two generations of membrane

models

Page 6: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

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

Page 7: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

(b) Current fluid mosaic model

Page 8: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Freeze fracture

and freeze-etch

Page 9: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

The fluidity of membranes

(a) Movement of

phospholipids

(b) Membrane

fluidity

Page 10: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Cholesterol ลดการเคลอนทของโมเลกลของ phospholipids ท าให membrane คงรปอยไดในทอณหภมสง แตในทอณหภมต า cholesterol ลดการรวมตวกนของ phospholipids ท าให membrane ไมแขงตว

(c ) Cholesterol within the membrane

Page 11: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

โครงสรางของเยอหมเซลลสตว

Page 12: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

เยอหมลอมรอบเซลล ประกอบดวย phospholipid,

membrane protein, carbohydrates และ cholesterols ปจจบนเชอวาโครงสรางทางโมเลกลของ membrane มลกษณะเปน Fluid Mosaic Model เสนอโดย

Singer และ Nicholson ในป ค.ศ. 1972 มลกษณะดงน

1. membrane ประกอบดวย lipid bilayer ทตอเนองเปนแผน และมโปรตนชนดตางๆฝงอย โดยมการเรยงตวแบบ

mosaic (คลายสงนนขนาดเลกหลายชนดมาเรยงตดตอกน)

2. ม peripheral protein ตดอยทผวดานในของ membrane

3. สวนทผวดานนอกม oligopolysaccharide chains

ของ glygoproteins และ glycolipids ยนยาวออกมา

Page 13: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

The structure of transmembrane protein

Page 14: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Sidedness of

plasma

membrane

Page 15: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

ดานของ membrane ม 2 ดานคอ cytoplasmic sides (ดานภายใน cytoplasm) และ extracellular sides (ดานภายนอกเซลล) มลกษณะทแตกตางกน ซงความแตกตางนเกดขนตงแต membrane ถกสรางมาจาก ER และ Golgi complex

ในรปนสสมเปน membrane ของ organelles ดานทอยภายใน organellles จะเปนดาน extracellular sides สวนอกดานหนงจะเปน cytoplasmic sides สเขยวแทน carbohydrates ทสรางมาจาก ER และ modified ท Golgi complex

Vesicles ทรวมกบ plasma membrane นอกจาก membrane ทหม vesicles จะเปนสวนของ plasma membrane แลว ยงเปนการหลงสารออกจากเซลลดวย (สมวง)

Page 16: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Some functions of membrane protein

Transport protein เปนทางให ions และโมเลกลตางๆผานเขาออกเยอหมเซลล

Page 17: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Enzymes

Page 18: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Signal transduction: โปรตนมหนาทเกยวของกบการจดจ าเพอทจะจบกบโมเลกลของสารอนภายนอกเซลลท าใหเกดกระบวนการตางๆได เชน ฮอรโมน

Page 19: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Intercellular junctions เปนองคประกอบของ tight

junction ทอยบรเวณดานขางของเซลลทอยตดกน

Page 20: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Cell-cell recognition

Page 21: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Attachment to the

cytoskeleton and

extracellular

matrix (ECM)

Page 22: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

เยอหมเซลลมสมบตทยอมใหสารบางอยางผานเขาไปในเซลลไดงายกวาสารบางอยางชนดอน เรยกวา selective permeability ดงนนเยอหมเซลลจะควบคมชนดและอตราการล าเลยงโมเลกลของสารผานเขาและออกจากเซลล

การล าเลยงสารผานเยอหมเซลล

(Traffic Across Membranes)

Page 23: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Selective permeability ของเยอหมเซลลขนอยกบ

1. Phospholipid bilayer

1.1 โมเลกลไมมขวไฟฟา (nonpolar (hydrophobic)

molecules) เชน hydrocarbons และ O2 ซงสามารถละลายไดในเยอหมเซลลจะผานเยอหมเซลลไดงายกวาสารอน

และเมอเปรยบเทยบระหวางสาร 2 ชนดทละลายในไขมนไดเทากนสารทมขนาดเลกกวาสามารถผานไปไดดกวา

Page 24: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

1.2 โมเลกลมขวไฟฟา (polar (hydrophilic)

molecules)

โมเลกลขนาดเลกทมขวไฟฟาแตไมมอออน (small, polar

uncharged molecules)เชน H2O, CO2 สามารถผานเยอหมสงเคราะห (synthetic membranes) ไดงาย

โมเลกลขนาดใหญทมขวไฟฟาแตไมมอออน (large, polar

uncharged molecules) เชน น าตาลกลโคส ผานเยอหมสงเคราะหไดไมงาย

สารทมอออน (ions) ทกชนดถงแมวาจะมขนาดเลก เชน Na+, H+ ผานชน Hydrophobic bilayer ไดยาก

Page 25: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

- 2. Specific integral transport proteins

โมเลกลของน า CO2 และ สารทไมมขวไฟฟา (nonpolar

molecules) สามารถผานเยอหมเซลลไดงายเชนเดยวกบเยอหมสงเคราะห

เยอหมเซลลตางจากเยอหมสงเคราะหคอมสมบตยอมใหสารบางอยางทมอออนและสารทมขวไฟฟาขนาดกลางผานได โดยสารเหลานผานเขาไปท transport proteins

Page 26: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Diffusion and Passive transport

การแพร (diffusion) หมายถง การเคลอนทของโมเลกลของสารจากบรเวณทมความเขมขนของสารมากกวาไปยงบรเวณทมความเขมขนของสารนอยกวา จนกวาจะอยในสภาพสมดล (dynamic

equilibrium) เมออยในสภาพสมดลแลว โมเลกลของสารยงคงเคลอนอยแตเคลอนทดวยอตราเรวเทากนทงสองบรเวณ

Page 27: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

การแพรของโมเลกลของสารผานเยอหมเซลล เรยกวา passive transport เซลลไมตองใชพลงงานทจะท าใหเกดการแพรขน และเยอหมเซลลมสมบต selective permeable ดงนนอตราการแพรของสารชนดตางๆจะไมเทากน

น าจะสามารถแพรผานเยอหมเซลลไดอยางอสระซงมความส าคญมากส าหรบการด ารงอยของเซลล

Page 28: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

การแพรของโมเลกลของสารผานเยอหมเซลล

(a) โมเลกลของสารเคลอนทจากบรเวณทมความเขมขนมากกวาไปยงบรเวณทมความเขมขนนอยกวา จนกระทงอยในสภาพสมดล (dynamic

equilibrium) เมออยในสภาพสมดลแลวโมเลกลของสารยงคงเคลอนทอยแตอตราการเคลอนทของสารจากทงสองดานของเยอหมเซลลเทากน

Page 29: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

(b) ในกรณน แสดงสารละลายของส 2 ชนด ทอยคนละดานของเยอหมเซลล โมเลกลของสารสเขยวจะเคลอนทไปยงดานซาย ทงๆทตอนเรมตนความเขมขนของสารในดานซายสงกวา

Page 30: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

ตวอยางการแพรในสงมชวต

ไดแก การหายใจของสตว ขณะหายใจเขากาซออกซเจนจากอากาศทผานเขาไปในถงลมในปอดมความเขมขนสงกวาในเสนเลอดฝอย ออกซเจนจงแพรจากถงลมเขาไปในเสนเลอดฝอย และในขณะเดยวกนคารบอนไดออกไซดจะแพรจากเสนเลอดเขาสถงลม

Page 31: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Osmosis

Osmosis หมายถงการแพรของโมเลกลของน าจากบรเวณทมโมเลกลของน าหนาแนนมากกวาหรอสารละลายทเจอจางกวา (hypoosmotic solution)ไปยงบรเวณทมโมเลกลของน านอยกวาหรอสารละลายทเขมขนกวา (hyperosmotic solution) โดยผานเยอหมเซลล

Page 32: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

The water balance of living cells

ลกศรแสดงทศทางการเคลอนทของโมเลกลของน าผานเซลลสตวซงไมมผนงเซลล และเซลลพชซงมผนงเซลล

Page 33: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

The contractile vacuole of Paramesium : an

evolutionary adaptation for osmoregulation

Filling vacuole

Contracting vacuole

Page 34: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Facilitated diffusion

Transport proteins ชวยในการน าโมเลกลของสารผานเยอหมเซลลจากบรเวณทมความเขมขนของสารสงไปยงบรเวณทมความเขมขนต ากวา เรยกกระบวนการนวา facilitated diffusion โดยเซลลไมตองใชพลงงาน

Page 35: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Active transport

บางครงเซลลตองการล าเลยงสารจากทมความเขมขนต าไปยงทมความเขมขนสงกวา กระบวนการน เรยกวา active transport ซงตองการพลงงานคอ ATP

ตวอยางเชน เซลลขบ NA+ ออกนอกเซลลและน า K+ เขาไปในเซลล ซงเรยกวา Sodium-potassium

pump

Page 36: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

The sodium-potassium pump

Page 37: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Sodium-potassium pump

กระบวนการเรมตนจาก Na+ จบกบโปรตนซงเปน transport protein แลว ATP ใหพลงงานแกโปรตนท าใหโปรตนเปลยนรปรางและปลอย Na+ ผานเยอหมเซลลออกไป ขณะเดยวกน K+ เขาจบกบโปรตน ท าใหโปรตนเปลยนแปลงรปรางอกครงหนง ท าให K+ ถกปลอยเขาไปในเซลล แลวโปรตนกลบมรปรางเหมอนเดมอกพรอมทจะเรมตนกระบวนการใหมตอไป

Page 38: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Diffusion

Facilitated

transport

Active

transport

Passive

transport

Page 39: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

An electrogenic pump

Electrogenic pump เปน transport protein ทท าใหเกดความตางศกดทเยอหมเซลล

Page 40: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

An electrogenic pump

ตวอยางเชน

Na+/K+ pump เปน electrogenic pump ทส าคญของเซลลสตว

Proton pump เปน electrogenic pump ทส าคญของเซลลพช แบคทเรย และพวกเหดรา รวมทง mitochondria และ chloroplasts ใช proton

pump ในการสงเคราะห ATP

Page 41: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Cotransport

ตวอยางเชน ในเซลลพชใช

proton pump รวมกบ

transport protein ทน า sucrose–H+ เขาไปในเซลล

เปนกระบวนการรวมทเกดจาก ATP pump ตวเดยวท างานแลวมผลไปท าให transport protein ตวตอไปท างานเพอน าสารเขาสเซลล

Page 42: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Exocytosis and endocytosis

transport large molecules

สารทมโมเลกลขนาดใหญ เชน โปรตน และ คารโบไฮเครต ผานออกนอกเซลลดวยกระบวนการ exocytosis และเขาไปในเซลลดวยกระบวนการ endocytosis

Page 43: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Endocytosis ม 3 แบบ ไดแก

1. Phagocytosis

2. Pinocytosis

3. Receptor-mediated endocytosis

Page 44: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Phagocytosis เปนการน าสารทเปนของแขงเขาเซลล โดยเซลลยนสวน cytoplasm ไปโอบลอมสารของแขงนน แลวเขาไปในเซลล เปน food vacuole แลว food vacuole นนจะไปรวมกบ lysosome ซงภายในม hydrolytic enzymes ทจะยอยสลายสารนนตอไป อมบากนแบคทเรยดวยวธน

Phagocytosis

Page 45: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Pinocytosis

Pinocytosis เปนการน าสารทเปนของเหลวเขาเซลล โดยเยอหมเซลลเวาเขาไปเพอน าสารเขาไป กลายเปนถงเลกๆอยใน cytoplasm

Page 46: ชีววิทยา เรื่อง การลำเลียงสารระหว่างเซลล์  cell transport

Receptor-mediated endocytosis

Receptor-mediated endocytosis เปนการน าสารเฉพาะบางชนดเขาไปในเซลล โดยทผวเซลลม receptor เฉพาะส าหรบสารบางอยางเขามาจบ แลวถกน าเขาไปในเซลลเปนถงเลกๆ เมอผานการยอยแลว receptor สามารถถกน ามาใชใหมไดอก