مواضيع المحاضرة: Plasma Membrane
background image

First stage 

Biology 

Lec-4

 

14/12/2015

 

  انعام

Cell Biology 

Plasma Membrane 

Structure of the Plasma Membrane 
     The cell membrane (or plasma membrane) surrounds all living cells. It 
controls how substances can move in and out of the cell and is responsible 
for many other properties of the cell as well. The membranes that surround 
the nucleus and other organelles are almost identical to the cell membrane. 
Membranes  are  composed  of  phospholipids,  proteins  and  carbohydrates 
arranged in a fluid mosaic structure, as shown in this diagram.

  

 

      The phospholipids form a thin, flexible sheet, while the proteins "float" 
in the phospholipid sheet

 

like icebergs, and the carbohydrates extend out 

from the proteins. 

The phospholipids are arranged in a bilayer, with their polar, hydrophilic 
phosphate heads facing outwards, and their non-polar, hydrophobic fatty 
acid tails facing each other in the middle of the bilayer.

 

The lipid bilayer is 

semi-permeable,  allowing  only  certain  molecules  to  diffuse  across  the 
membrane. Different kinds of membranes can contain phospholipids with 
different fatty acids, affecting the strength and flexibility of the membrane. 
Animal  cell  membranes  also  contain  cholesterol  linking  the  fatty  acids 
together and so strengthening

 

the membrane. 

(1)

 


background image

The proteins usually span from one side of the phospholipid bilayer to the 
other (integral proteins), but can also sit on one of the surfaces (peripheral 
proteins). Proteins comprise about 50% of the mass of membranes, and are 
responsible for most of the membrane's properties. 
 

Proteins found in plasma membrane serve different functions: 
 
1.  Channel Proteins - form small openings for molecules to diffuse 

through the membrane. 

2.  Carrier Proteins- binding site on protein surface "grabs"   certain 

molecules and pulls them into the cell.  

3.   Receptor Proteins - molecular triggers that set off cell responses 

(such as release of hormones or opening of channel proteins) 

4.  Cell Recognition Proteins, to identify cells to the body's immune 

system.  

5.  Enzymatic Proteins - carry out metabolic reactions 

 
   The carbohydrates are found on the outer surface of all eukaryotic cell 
membranes, and are attached to the membrane proteins or sometimes to the 
phospholipids.  Proteins  with  carbohydrates  attached  are  called 
glycoproteins,  while  phospholipids  with  carbohydrates  attached  are 
called glycolipids. The carbohydrates are short polysaccharides composed 
of a variety of different monosaccharides, and form a cell coat outside the 
cell membrane. The cell coat is involved in protection and cell recognition, 
and  antigens  such  as  the  ABO  antigens  on  blood  cells  are  usually  cell-
surface glycoproteins. 

 

Function 
   Jobs of the cell membrane 

 

Isolate the cytoplasm from the external environment 

 

Regulate the exchange of substances 

 

Communicate with other cells 

 

Identification 

 

The cell membrane also plays a role in anchoring the cytoskeleton 
to provide shape to the cell. 

 

 
 
 
 

(2) 


background image

Movement across Cell Membranes

 

     The cell membrane is selectively permeable and able to regulate what 
enters and exits the cell, thus facilitating the transport of materials needed 
for  survival.  The  movement  of  substances  across  the  membrane  can  be 
either  "passive",  occurring  without  the  input  of  cellular  energy,  or 
"active", requiring the cell to expend energy in transporting it.  

 

There are two ways in which substances can enter or leave a cell: 

  
 
1) Passive ways 
  a) Simple Diffusion 
  b) Facilitated Diffusion 
  c) Osmosis (water only) 
 
 2) Active ways 

a)  Active Transport  
b)  Vesicle Transport 

 

 
 
 
1) Passive ways 

a. 

Diffusion

  

     Diffusion  is  the  net  passive  movement  of  particles  (atoms,  ions  or 
molecules)  from  a  region  in  which  they  are  in  higher  concentration  to 
regions  of  lower  concentration  (down  a  concentration  gradient)  .  It 
continues until the concentration of substances is uniform throughout.  
An example: gas exchange for respiration — oxygen from blood to tissue 
cells, carbon dioxide in opposite direction.  
 

b. 

Facilitated  Diffusion  

     This  is  the  movement  of  specific  molecules  down  a  concentration 
gradient, passing through the membrane via a specific carrier protein. Each 
carrier has its own shape and only allows one molecule (or one group of 
closely related molecules) to pass through. Selection is by size; shape ; and 
charge. Common molecules entering/leaving cells this way include glucose 
and amino-acids. It is passive and requires no energy from the cell. 

 
 
 

(3) 


background image

 

Facilitated   Diffusion 

 

  

c. 

Osmosis  

     Osmosis is a special example of diffusion. It is the diffusion of water 
through a partially permeable membrane from a more dilute solution to a 
more concentrated solution – down the water potential gradient).  
Note: diffusion and osmosis are both passive, i.e. energy from ATP is not 
used.  

 

 

 

The Effects of Osmosis

 

    When an animal cell ( for example, the red blood cell) is placed in a 
medium, which is a water solution , the possible consequences are listed 
below: 
1.  If  the  water  concentration  inside  the  cell  is  the  same  as  that  in  the 

surrounding  medium  (the  medium  is  an  isotonic  solution)  there  will 
exist a dynamic equilibrium between the number of molecules of water 
entering and leaving the cell and so the cell will retain its original size. 

2.  If the water concentration of the cell is lower than that of the medium 

(the medium is a hypotonic solution) surrounding the cell then osmosis 
will result in the cell gaining water

.

 

 

(4)

 


background image

The water molecules are free to pass across the cell membrane in both 
directions, but more water molecules will enter the cell than will diffuse 
out with the result that water enters the cell, which will then swell up 
and could possibly burst. 

3.  If  the  water  concentration  inside  the  cell  is  higher  than  that  of  the 

medium ( the medium is a hypertonic solution) the number of water 
molecules  diffusing  out  will  be  more  than  that  entering  and  the  cell 
will shrink  due to osmosis. 

 

 

 
2) Active ways 

a. Active  Transport 

 

      Active transport is the energy-demanding transfer of a substance across 
a  cell  membrane  against  its  concentration  gradient,  from  lower 
concentration  to  higher  concentration.  Special  proteins  within  the  cell 
membrane act as specific protein ‘carriers’. The energy for active transport 
comes from ATP generated by respiration (in mitochondria).

 

An example: 

Sodium/potassium pump in cell membranes (especially nerve cells).

 

 

 
 
 

(5) 


background image

b. Vesicle Transport 
      Some  molecules  or  particles  are  just  too  large  to  pass  through  the 
plasma membrane 
or to move through a transport protein. So cells use two 
other  active  transport  processes  to  move  these  macromolecules  (large 
molecules) into or out of the cell. Vesicles or other bodies in the cytoplasm 
move  macromolecules  or  large  particles  across  the  plasma  membrane 
.There  are  two  types  of  transport,  endocytosis  and  exocytosis  .  Both 
processes are active transport processes, requiring energy. 

1.  Endocytosis is the process of capturing a substance or particle from 

outside  the  cell  by  engulfing  it  with  the  cell  membrane.  The 
membrane  folds  over  the  substance  and  it  becomes  completely 
enclosed by the membrane. At this point a membrane-bound sac, or 
vesicle, pinches off and moves the substance into the cytosol. There 
are two main kinds of endocytosis: 

 

  Pinocytosis (‘cell drinking’) This is the uptake of large molecules 

(DNA,  protein)  from  solution,  by  a  form  of  endocytosis  –  the 
vesicles formed are minute and short-lived.  

  Phagocytosis (‘cell eating’) This is the uptake of solid particles 

by a cell e.g., Phagocytes engulfing bacteria.  

 

2.  Exocytosis describes the process of vesicles fusing with the plasma 

membrane  and  releasing  their  contents  to  the  outside  of  the  cell. 
Exocytosis occurs when a cell produces substances for export, such 
as a protein, or when the cell is getting rid of a waste product or a 
toxin.  Newly  made  membrane  proteins  and  membrane  lipids  are 
moved by exocytosis. 

 

 
 
 
 
 

(6) 


background image

Cell membrane specialization. 

    The lateral of the cell membrane can show form "intercellular junction". 
Function of these junctions: 
  1-They are the sites of adhesion between adjacent cell, 
  2-They prevent the flow of materials through the intercellular 
  3- They help in the cellular communication. 
 
There are three types of junctions. 
 
1-Adhesion junctions (desmosomes): 
In  this  type,  the  internal  cytoplasmic  plaques  firmly  attached  to  the 
cytoskeleton with intercellular filaments. Bladder, adhesion junction hold 
cell together. 
 
2- Tight junctions: 
 Adjacent cells are even more closely  by  tight junctions in which plasma 
membrane proteins  actually attach to each other producing a zipper like 
fastening. These junctions between cells form an impermeable prevent the 
flow of materials in intercellular space .e.g., in the kidneys the urine stays 
within kidney tubules because the cells are joined by tight junctions. 
 
3- Gap junctions: 
It  allow  to  communicate,  and  is  formed  when  two  inidentical  plasma 
membrane channels joins.The channel of each cell is lined by six plasma 
membrane  proteins  (hexamears).Gap  junction  are  important  in  heart 
muscle  and  smooth  muscle  because  they    permit  a  flow  of  ions  that  is 
required for the cells to contact. 
 

 

 
 
 
 

(7) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 

Apical modification of plasma membrane: 
 

 

1.  Microvilli:  

Fingers  like  extensions  of  plasma  membrane  that  are  particularly 
abundant on the surface of the cells, involved in the absorption, such as 
the epithelial cells lining the intestine. 
 

2.  Stereocilia: 

Specialized form of microvilli. The stereocilia of auditory hair cells, are 
responsible for hearing by detecting sound vibrations. 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  (8) 




رفعت المحاضرة من قبل: Hasan Abdulmawjoud
المشاهدات: لقد قام 45 عضواً و 214 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