مواضيع المحاضرة: Cell membranes
background image

Lec. : 2                                                      Physiology 

 

Cell membranes 

    The cell  membrane is  an  extremely  pliable  structure  composed  primarily  of 
back-to-back  phospholipids  (a  ―bilayer‖).  Cholesterol  is  also  present,  which 
contributes  to  the  fluidity  of  the  membrane,  and  there  are  various  proteins 
embedded within the membrane that have a variety of functions. 
    A  single  phospholipid  molecule  has  a  phosphate  group  on  one  end,  called  the 
―head,‖ and two side-by-side chains of fatty acids that make up the lipid tails. The 
phosphate group is  negatively  charged,  making the  head polar and  hydrophilic  or 
―water  loving.‖  A hydrophilic molecule  (or  region  of  a  molecule)  is  one  that  is 
attracted to water. The phosphate heads are thus attracted to the water molecules of 
both  the  extracellular  and  intracellular  environments.  The  lipid  tails,  on  the  other 
hand,  are  uncharged,  or  nonpolar,  and  are  hydrophobic—or  ―water  fearing.‖ 
hydrophobic molecule (or region of a molecule) repels and is repelled by water. 
Some lipid tails consist of saturated fatty acids and some contain unsaturated fatty 
acids.  This  combination  adds  to  the  fluidity  of  the  tails  that  are  constantly  in 
motion. Phospholipids are thus amphipathic molecules. An amphipathic molecule 
is one that contains both a hydrophilic and a hydrophobic region.  

 

 

1.  Intracellular fluid (ICF) is the fluid interior of the cell.  
2.  Extracellular fluid (ECF) is the fluid environment outside the enclosure of the 

cell membrane.  


background image

Lec. : 2                                                      Physiology 

 

3.  Interstitial  fluid  (IF) is  the  term  given  to  extracellular  fluid  not  contained 

within blood vessels.  

Membrane proteins 
   The  lipid  bilayer  forms  the  basis  of  the  cell  membrane,  but  it  is  peppered 
throughout  with  various  proteins.  Two  different  types  of  proteins  that  are 
commonly  associated  with  the  cell  membrane  are  the  integral  proteins  and 
peripheral  protein.  As  its  name  suggests,  an integral  protein is  a  protein  that  is 
embedded  in  the  membrane.  A channel  protein is  an  example  of  an  integral 
protein that selectively allows particular materials, such as certain ions, to pass into 
or out of the cell. 

 

     Peripheral  proteins are  typically  found  on  the  inner  or  outer  surface  of  the 
lipid  bilayer  but  can  also  be  attached  to  the  internal  or  external  surface  of  an 
integral  protein.  These  proteins  typically  perform  a  specific  function  for  the  cell. 
Some  peripheral  proteins  on  the  surface  of  intestinal  cells,  for  example,  act  as 
digestive enzymes to break down nutrients to sizes that can pass through the cells 
and into the bloodstream. 
Transport across the cell membrane 
   One  of  the  great  wonders  of  the  cell  membrane  is  its  ability  to  regulate  the 
concentration of substances inside the cell. These substances include ions such as 
Ca

++

, Na

+

, K

+

, and Cl

; nutrients including sugars, fatty acids, and amino acids; and 

waste products, particularly carbon dioxide (CO

2

), which must leave the cell. 

     The  membrane’s  lipid  bilayer  structure  provides  the  first  level  of  control.  The 
phospholipids  are  tightly  packed  together,  and  the  membrane  has  a  hydrophobic 
interior.  This  structure  causes  the  membrane  to  be  selectively  permeable.  A 


background image

Lec. : 2                                                      Physiology 

 

membrane  that  has  selective  permeability  allows  only  substances  meeting  certain 
criteria to pass through it unaided.   
1.  Passive  transport:  is  the  movement  of  substances  across  the  membrane 

without the expenditure of cellular energy. In contrast,  active transport is the 
movement  of  substances  across  the  membrane  using  energy  from  adenosine 
triphosphate (ATP). 

A. Simple  diffusion  across  the  cell  (plasma)  membrane:  The  structure  of  the 

lipid  bilayer  allows  small,  uncharged  substances  such  as  oxygen  and  carbon 
dioxide,  and  hydrophobic  molecules  such  as  lipids,  to  pass  through  the  cell 
membrane, down their concentration gradient, by simple diffusion. 

 

B. Facilitated diffusion of substances crossing the cell (plasma) membrane takes 

place with the help of proteins such as channel proteins and carrier proteins.  

+

 


background image

Lec. : 2                                                      Physiology 

 

    Water also can move freely across the cell membrane of all cells, either through 
protein  channels  or  by  slipping  between  the  lipid  tails  of  the  membrane  itself. 
Osmosis is the diffusion of water through a semipermeable membrane. 

 

    The  movement  of  water  molecules  is  not  itself  regulated  by  cells,  so  it  is 
important  that  cells  are  exposed  to  an  environment  in  which  the  concentration  of 
solutes outside of the cells (in the extracellular fluid) is equal to the concentration 
of  solutes  inside  the  cells  (in  the  cytoplasm).  Two  solutions  that  have  the  same 
concentration  of  solutes  are  said  to  be  isotonic  (equal  tension).  When  cells  and 
their extracellular environments are isotonic, the concentration of water molecules 
is the same outside and inside the cells, and the cells maintain their normal shape 
(and function). 
    Osmosis  occurs  when  there  is  an  imbalance  of  solutes  outside  of  a  cell  versus 
inside  the  cell.  A  solution  that  has  a  higher  concentration  of  solutes  than  another 
solution  is  said  to  be  hypertonic,  and  water  molecules  tend  to  diffuse  into  a 
hypertonic solution. Cells in a hypertonic solution will shrivel as water leaves the 
cell  via  osmosis.  In  contrast,  a  solution  that  has  a  lower  concentration  of  solutes 
than another solution is said to be hypotonic, and water molecules tend to diffuse 
out  of  a  hypotonic  solution.  Cells  in  a  hypotonic  solution  will  take  on  too  much 
water and swell, with the risk of eventually bursting.  

 


background image

Lec. : 2                                                      Physiology 

 

2. Active transport: During active transport, ATP is required to move a substance 
across a membrane, often with the help of protein carriers, and usually against its 
concentration gradient. 
A. Endocytosis is a form of active transport in which a cell envelopes extracellular 

materials  using  its  cell  membrane.  (a)  In  phagocytosis,  which  is  relatively 
nonselective, the cell takes in a large particle. (b) In pinocytosis, the cell takes 
in  small  particles  in  fluid.  (c)  In  contrast,  receptor-mediated  endocytosis  is 
quite selective. When external receptors bind a specific ligand, the cell responds 
by endocytosing the ligand. 

 

B. Exocytosis: is much like endocytosis in reverse. Material destined for export is 

packaged into a vesicle inside the cell. The membrane of the vesicle fuses with 
the cell membrane, and the contents are released into the extracellular space. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: IRAQ land
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 134 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل