Introduction: Life at the Edge حاجز / حد = Boundary النفاذية االختيارية = permeability selective The plasma membrane is the boundary that separates the living cell from its surroundings and controls traffic into and out of the cell it surrounds Like all biological membranes >> the plasma membrane exhibits selective permeability (it allows some substances to cross it more easily than others( Aquaporin: is a protein found within the lipid bilayer in the membrane one molecule of this protein enables billions of water molecules to pass through the membrane every second, many more than could cross on their own >> see the figure الغشاء البالزمي هو الحد الذي يفصل الخليه الحيه عن ما حولها كما انه ينظم دخول وخروج المواد منها الغشاء البالزمي هو كباقي االغشيه الحيويه يعتبر انتقائي )يتمتع بخاصية النفاذية االختيارية( >> اي انه يسمح بدخول مواد معينه بسهوله اكثر من غيرها من المواد االخرى ال Aquaporin هو بروتين يكون موجود داخل طبقة الليبيدات في الغشاء << جزيء واحد من هذا البروتين يسمح بمرور مليارات الجزيئات من الماء عبر الغشاء خالل الثانيه الواحدة Concept 8.1: cellular membranes are fluid mosaics of lipids and proteins Lipids and proteins are the staple ingredients of membranes, although carbohydrates are also important المكونات االساسية = ingredients staple The most abundant lipids in most membranes are >> phospholipids بالرغم من اهمية الكربوهيدرات اال ان البروتينات و الليبيدات هما المكونان الرئيسيان في االغشيه, و تعد ال phospholipids اكثر نوع من انواع الليبيدات وفره في االغشيه The ability of phospholipids to form membranes is inherent in their molecular structure >> A phospholipid is an amphipathic molecule >> meaning it has both a hydrophilic region and a hydrophobic region جزيء مكون من منطقتين منطقة محبه للماء و اخرى كارهه = molecule amphipathic قدرة ال phospholipid على تكوين االغشيه تاتي من شكلها الجزيئي >> حيث ان جزيء ال phospholipid amphipathic molecule اي انه مكون من منطقتين : منطقة محبة للماء و منطقة اخرى كارهه للماء يعتبر 1
A phospholipid bilayer can exist as stable boundary between two aqueous compartments >> because the molecular arrangement shelter the hydrophobic tails of the phospholipids from water while exposing the hydrophilic heads to water يمكن للطبقه الثنائيه من ال phospholipids ان تتواجد كحد فاصل بين بيئتين مائيتين حيث ان الترتيب الجزيئي لهذه الطبقة الثنائية يضمن تغطية االجزاء الكارهه للماء و ابقاءها بعيدة عن السائل و تعريض االجزاء المحبه للما للخارج How are phospholipids and proteins arranged in the membranes of cells? يغطي = Shelter The fluid mosaic model is the currently accepted model of the arrangement of molecules in the plasma membrane In the fluid mosaic model >> the membrane is a fluid structure with a mosaic of various proteins embedded in or attached to a double layer (bilayer) of phospholipids The proteins are not randomly distributed in the membrane >> Groups of proteins are often associated in long-lasting, specialized patches where they carry out common functions The lipids also appear to form defined regions as well نموذج الفسيفساء السائل = model fluid mosaic متصلة = embedded موزعة = distributed بقع متخصصة = patches specialized تقوم = out carry كيف تترتب البروتينات و ال phospholipids في اغشية الخاليا نموذج يدعى بال fluid mosaic model اي نموذج الفسيفساء السائل يعتبر بانه النموذج المقبول حاليا لتوضيح ترتيب الجزيئات في الغشاء البالزمي للخلية يظهر هذا النموذج ان الغشاء يكون على شكل تركيب فسيفسائي سائل يحتوي على العديد من البروتينات المتنوعة المتصلة بطبقة ال phospholipids الثنائية // و هذه البروتينات ال تكون موزعة بشكل عشوائي بل تكون مجموعات البروتينات مرتبة على شكل بقع متخصصة طويلة االمد و تقوم بوضائف مشتركة // كما ان الليبيدات ايضا تظهر و تترتب في مناطق 2 محددة
توضيح >> الغشاء البالزمي شبه بالفسيفساء و ذلك النه مثلها حيث انه يكون مكون من العديد من القطع المتصلة و المرتبطة مع بعضها لتعطي شكل و تركيب متجانس >> انطر للرسمات في االسفل (شكل الغشاء) Membrane structure (شكل الفسيفساء) mosaic structure S. J. Singer and G. Nicolson proposed in 1972 that >> membrane proteins reside in the phospholipid bilayer with their hydrophilic regions protruding تتواجد = Reside بروزات / امتدادات = Protruding الترتيب الجزيئي = orientation molecular Most membrane proteins are also amphipathic >> (their molecular orientation maximizes contact of hydrophilic regions of proteins with water in the cytosol and extracellular fluid while providing their hydrophobic parts with non-aqueous environment( افترض العالمان singer & Nicolson ان البروتينات الغشائية تكون موجودة في طبقة الليبيد الثنائية و تكون االجزاء المحبة للماء من البروتين بارزة من الغشاء>> حيث ان معظم هذه البروتينات الغشائية تعتبر ايضا amphipathic molecules اي انها تمتلك جزء محب للماء و جزء كاره حيث ان ترتيبها الجزيئي يجعل االجزاء المحبة على اتصال بالماء الموجود بالسايتوسول و بالسائل الخارج الخلوي بينما يضمن اختباء االجزاء الكارهه بعيدا عن البيئة المائية كما توضح الصورة في االعلى Freeze-fracture method: is a method of preparing cells for electron microscopy اظهرت = Demonstrated بالفعل = Indeed The freeze-fracture method has demonstrated visually that proteins are indeed embedded in the phospholipid bilayer of the membrane ال freeze-fracture method هي طريقة لتحضير الخاليا لرؤيتها تحت المجهر االلكتروني و اظهرت هذه الطريقة ان البروتينات بالفعل هي جزء ال يتجزأ من طبقة الليبيدات الثنائية المكونة لغشاء الخلية )اي ان هذه الطريقة تدعم ال )fluid mosaic model 3
Freeze-fracture splits a membrane along the middle of the bilayer When the membrane layers are viewed in the electron microscope >> the interior of the bilayer appears cobblestoned, with protein particles interspersed in a smooth matrix, in agreement with the fluid mosaic model يفصل / يقسم = Splits فيها حصى = Cobblestoned منثورة = Interspersed توافق = Agreement طريقة ال freeze-fracture تقوم بفصل الطبقة الثنائية للغشاء من المنتصف و عند رؤية هذه الطبقات تحت المجهر االلكتروني فان الجزء الداخلي من هذه الطبقة الثنائية ظهر و كأنه يوجد به حصى >> جزيئات الحصى هذه تمثل جزيئات البروتين المنثورة و المتوزعة في الغشاء و هذا يتوافق مع ما جاء في ال fluid mosaic model o The fluidity of membranes Membranes are not static sheets locked rigidly in place >> the Phospholipids in the plasma membrane can move within the bilayer >>: Most of the lipids and some of the proteins can drift about literally Very rarely, also a lipid may flip-flop across the membrane, switching from one phospholipid layer to the other صفائح ساكنة = sheets static مثبتة في مكانها باحكام = place locked rigidly in حركة جانبية = literally drift حركة انقالبية = flip-flop الغشاء ليس عبارة عن صفائح او طبقات ساكنة و مثبتة في مكانها بقوة >> بل يمكن للجزيئات ال phospholipids المكونة للغشاء ان تتحرك بداخل الطبقة الثنائية >> حيث ان معظم الليبيدات و بعض البروتينات تستطيع ان تتحرك بشكل جانبي // و نادرا ما يمكن لليبيدات ان تنقلب عبر الغشاء و تنتقل من احد طبقتي ال phospholipids الى الطبقة االخرى 4 المقابلة
The lateral movement of phospholipids within the membrane is rapid >> >> Adjacent phospholipids switch positions about 10 7 times per second Proteins are much larger than lipids and move more slowly, but some membrane proteins do drift >> (and this was proved by Larry Frye and Michael Edidin experiment when they fused a human cell with a mouse cell) Some membrane proteins seem to move in a highly directed manner, driven along cytoskeletal fibers in the cell by motor proteins However, many other membrane proteins seem to be held immobile by their attachment to the cytoskeleton or to the extracellular matrix الحركة الجانبية لل phospholipids داخل الغشاء تكون سريعة حيث تقوم جزيئات ال phospholipids المتجاورة بتبادل مواقعها عشرة ماليين مرة خالل الثانية الواحدة البروتينات اكبر حجما من الليبيدات لذلك فان حركتها تكون ابطئ و لكن و كما ذكرنا سابقا ان بعض البروتينات الغشائية تستطيع القيام بالحركة الجانبية >> و هذا ما اثبته العالمان Larry Frye & Michael Edidin من خالل التجربة التي قاموا فيهما بدمج خلية انسان مع خلية فائر بعض البروتينات الغشائية تتحرك بسرعة كبيرة على طول الياف الهيكل الخلوي و ذلك من خالل بروتينات حركية تكون متصلة بها العديد من البروتينات الغشائية االخرى تكون غير حركية و ذلك النها تكون متصلة بالهيكل او بالبيئة الخارجية )ال )extracellular matrix A membrane remains fluid as temperature decreases until the phospholipids settle into a closely packed arrangement and the membrane solidifies The temperature at which a membrane solidifies depends on the types of lipids it is made of: The membrane remains fluid to a lower temperature if it is rich in phospholipids with unsaturated hydrocarbon tails >> because of the kinks where double bonds are located the يبقى = Remains unsaturated tails cannot pack together closely like the saturated tails>> تتراص = Settle making the membrane more fluid غير متحرك = Immobile البيئة المحيطة بالخلية من الخارج = matrix extracellular يتصلب = Solidifies انثناءات = Kinks لزج = Viscous يبقى الغشاء سائل مع انخفاض الحراره الى ان تتراص جزيئات ال phospholipids مع بعضها فيتصلب الغشاء تعتمد درجة الحراره التي يتصلب عندها الغشاء على نوع الليبيدات التي يتكون منها هذا الغشاء << حيث ان الغشاء من الممكن ان يبقى سائال عند حراراه منخفضه اذا كانت جزيئات ال phospholipids المكونة له غنية بالذيول الهيدروكربونية الغير مشبعه >> حيث ان االنثناءات الموجوده عند الروابط الثنائيه تمنع تراص هذه الذيول مع بعضها و بالتالي تجعل الغشاء اكثر سيولة على عكس جزيئات ال phospholipids الغنية بالذيول المشبعة و التي تتراص مع 5 بعضها و تجعل الغشاء صلب و اكثر لزوجة و ذلك بسبب عدم وجود روابط ثنائية
The steroid cholesterol, which is wedged between phospholipids in the plasma membrane of animal cells has different effects on membrane fluidity at different temperatures >>: 1.At high temperatures (example 37 0 C the body temperature of humans) >> cholesterol makes the membrane less fluid by restraining phospholipid movement 2.Because cholesterol also hinders the close packing of phospholipids >> it lowers the temperature required for the membrane to solidify Thus cholesterol can be thought of as a fluidity buffer for the membrane resisting the changes in the membrane fluidity مثبت = Wedged يقيد / يمنع = Restraining يقيد = Hinders Summary >> At warm temperatures (such as 37 C) >> cholesterol restrains movement of phospholipids makes the membrane less fluid (solid) at cool temperatures >> it maintains fluidity by preventing tight packing (fluid) الكوليسترول الذي يكون مثبتا في غشاء الخاليا الحيوانيه له تأثيرات مختلفة على سيولة الغشاء عند درجات حرارة مختلفة: عند درجات الحراره العاليه يجعل الغشاء اقل سيولة من خالل اعاقة حركة جزيئات ال, phospholipids و ايضا الن الكوليسترول يعيق تراص جزيئات ال phospholipids فانه يقلل درجة الحراراه الالزمه لتصلب الغشاء لذلك يعتبر ك fluidity buffer حيث انه يقاوم التغير في سيولة الغشاء ملخص: عند درجات الحرارة العالية الكوليسترول يجعل الغشاء اقل سيولة و ذلك النه يعيق حركة ال // phospholipids ب عند درجات الحرارة الباردة فان الكوليسترول يحافظ على سيولة الغشاء من خالل منعه لتراص جزيئات ال phospholipids Membranes must be fluid to work properly >>: The fluidity of membranes affects both its1- permeability and the 2-ability of membrane proteins to move to where their function is needed When a membrane solidifies, its permeability changes, and enzymatic proteins in the membrane may become inactive if their activity requires movement within the membrane Membranes that are too fluid cannot support protein function either يجب ان تكون االغشيه سائله كي تستطيع العمل بشكل سليم << حيث ان سيولة الغشاء لها تاثير في نفاذيته و ايضا في قدرة البروتينات في الغشاء على ان تنتقل الى المكان الالزم للقيام بوظيفتها, لذلك عندما يتصلب الغشاء تتغير نفاذيته و تصبح البروتينات في الغشاء غير فعاله اذا كان دورها يتطلب ان تنتقل من مكان الخر في الغشاء االغشيه السائله اكثرمن الالزم ايضا ال تصلح ليعمل البروتين فيها بشكل سليم 6
o Evolution of differences in membrane lipid composition Variations in the cell membrane lipid compositions of many species appear to be evolutionary adaptations that maintain the appropriate membrane fluidity 1- fishes that live in extreme cold have membrane with high proportion of unsaturated hydrocarbon tails enabling their membranes to remain fluid تكيفات تطورية = adaptations evolutionary مناسب / مالئم = appropriate ينابيع حرارية ساخنة = springs thermal hot نبع ماء حار = geysers سيولة مفرطة = fluidity excessive 2- some bacteria and archaea thrive at temperatures greater than 90 0 C in thermal hot springs and geysers >> their membrane include lipids that may prevent excessive fluidity at such high temperatures هناك تنوع في مكونات غشاء الخليه من الليبيدات من نوع الخر من الخاليا و يظهر ذلك كتكيف يساعد على المحافظه على السيوله المناسبه للغشاء << مثال االسماك التي تعيش في البيئات البارده جدا يكون غشاء الخاليا فيها غني بنسبه عاليه من سالسل ال hydrocarbon الغيرمشبعه)روابط =( مما يمنع الغشاء من التصلب // بالمقابل في البكتيريا و االريكا التي تعيش في البيئات الحاره مثل الينابيع الساخنه يمتلك غشاء الخاليا ليبيدات تمنع الزيادة المفرطة في سيولة الغشاء في الحراره العاليه In organisms that live where temperature varies >> the ability to change the lipid composition of cell membranes in response to change temperatures has evolved In many plants that tolerate extreme cold, such as winter wheat the percentage of unsaturated phospholipids increase in autumn An adjustment that keeps the membranes from solidifying during winter تطورت = Evolved تتحمل = Tolerate القمح = Wheat Certain bacteria and archaea can also change the proportion of unsaturated phospholipids in their cell membranes, depending on the temperature at which they are growing الكائنات التي تعيش في بيئات تتنوع فيها الحراره ازدادت و تطورت قدرتها على تغيير محتوى االغشيه من الليبيدات كاستجابه لتغير الحراره, مثال في النباتات التي تتحمل البرد الشديد مثل القمح تزداد نسبة ال phospholipids الغير مشبعه في الخريف مما يمنع و يحمي الغشاء من التصلب في الشتاء, اما البكتيريا و االريكا فيمكنها تغيير نسبة ال phospholipids الغير مشبعه في غشائها على حسب درجة الحراره التي تنمو فيها o Membrane proteins and their functions In the plasma membrane of red blood cells alone, more than 50 kinds of proteins have been found so far Phospholipids form the main fabric of the membrane, but proteins determine most of the membrane s functions النسيج االساسي = fabric main تم العثور على اكثر من 50 نوع من البروتينات في الغشاء البالزمي لخاليا الدم الحمراء وحدها تشكل ال phospholipids النسيج االساسي الذي يتكون منه الغشاء و لكن البروتينات هي التي تحدد معظم وظائف الغشاء 7
different types of cells contain different sets of membrane proteins, and the various membranes within a cell each have a unique collection of proteins تمتلك االنواع المختلفه من الخاليا مجموعات مختلفه من البروتينات في اغشيتها, و حتى االغشيه المختلفه في الخليه الواحده لكل منها مجموعه معينه من البروتينات There are two major populations of membrane proteins >>: 1 integral proteins & 2 peripheral proteins يوجد نوعين رئيسيين من البروتينات الموجوده في االغشيه >> 1( بروتينات تخترق الغشاء 2( بروتينات طرفية على جانبي الغشاء 1) Integral proteins: penetrate the hydrophobic interior of the lipid bilayer >>The majority are transmembrane proteins which span the membrane >>Other integral proteins extend only partway into the hydrophobic interior >> see figure.1 The hydrophobic regions of an integral protein consist of one or more stretches of non-polar amino acids, usually coiled into α-helices // The hydrophilic regions are exposed to the aqueous solutions on either side of the membrane >> see figure.2 Some proteins also have one or more hydrophilic channels that allow passage through the membrane of hydrophilic substances >> see figure.3 figure.1 figure.2 figure.3 تخترق = Penetrate تخترق = Span لحد معين = Partway مرور = Passage ال integral proteins تخترق الجزء الداخلي من الطبقه الثنائيه من الليبيدات ذات الطبيعه الكارهه للماء, و معظم انواع هذا البروتين تكون transmembrane اي انها تخترق الغشاء بالكامل بينما االنواع االخرى ال تخترق الغشاء كامال و تصل الى المنتصف فقط المناطق الكارهه للماء من البروتينات ال integral تتكون من حموض امينيه غير قطبيه تلتف بشكل, α-helices بينما المناطق المحبه للماء تكون معرضه للبيئه المائيه على طرفي الغشاء 8 بعض البروتينات تمتلك واحدة او اكثر من القنوات التي تسمح بمرور المواد عبر الغشاء
2) Peripheral proteins: they are appendages loosely bound to the surface of the membrane (Are not embedded in the lipid bilayer at all) زوائد = Appendages بشكل حر = loosely اطار / هيكل = framework On the cytoplasmic side of the plasma membrane >> some membrane proteins are held in place by attachment to the cytoskeleton Integrin = a type of transmembrane proteins One the extracellular side >> certain membrane proteins are attached to fibers of the extracellular matrix These attachments combine to give animal cells a stronger framework than the plasma membrane alone could provide البروتينات الطرفية هي عباره عن امتدادات او زوائد تكون مرتبطه بسطح الغشاء بشكل حر و هي ليست متضمنة في طبقة الليبيدات من جهة السيتوبالزم بالنسبه لغشاء الخليه )الجهه الداخليه( تثبت بروتينات الغشاء في مكانها بارتباطها بهيكل الخليه, بينما في الجهه الخارجيه من الغشاء )الجهة الخارج خلوية( ترتبط بروتينات الغشاء بالياف من ال >> extracellular matrix وهذه الروابط تعمل معا لتعطي الخليه الحيوانيه نطاق او اطار اقوى >> )ال integrins المذكورة في الصورة هي نوع من ال )transmembrane proteins A single cell may have cell surface membrane proteins that carry out several different functions, such as: transport through the cell membrane, enzymatic activity, or attaching a cell to either a neighboring cell or the extracellular matrix A single membrane protein may itself carry out multiple functions Thus >> the membrane is not just a structural mosaic, but also a functional mosaic قد تمتلك الخليه بروتينات في غشائها تقوم بوظائف مختلفه مثل النقل خالل الغشاء, او وظائف انزيميه, او ربط الخليه بخليه مجاوره او بال, extracellular matrix و قد يقوم بروتين واحد في الغشاء بعدة وظائف, و بالتالي فان الغشاء ليس فقط هيكلي بل ايضا وظيفي Six major functions of membrane proteins >>: ❶ Transport ❷ enzymatic activity ❸ Signal transduction --- ❹ Cell-cell recognition >> (**some glycoproteins serve as identification tags) --- ❺ Intercellular joining --- ❻ Attachment to the cytoskeleton and extracellular matrix (ECM) هنالك 6 وضائف رئيسية للبروتينات الغشائية >>: 1( النقل ----- 2( نشاط انزيمي ----- 3( نقل االشارة ----- 4( تعمل بعض البروتينات السكرية sugar( )glycoproteins = protein + كهوية تعرف الخاليا على بعضها البعض ----- 5( االتصال و االرتباط بين الخاليا ---- 6( ربط الغشاء بالهيكل الخلوي و بالبيئة الخارجية المحيطة بالخلية 9
Proteins on the cell surface are important in the medical field >> for example: A protein called CD4 on the surface of immune cells helps the human immune deficiency virus (HIV) infect these cells leading to AIDS (acquired immune deficiency syndrome( خاليا المناعة = cells immune متالزمة نقص المناعة المكتسبة = AIDS التعرض لمرات عديدة = exposures multiple االشخاص المصابين = individuals infected االشخاص المقاومين للمرض = people resistant مستقبل مساعد = co-receptor Small number of people don t develop AIDS despite multiple exposures to HIV: Comparing their genes with genes of infected individuals, researchers learned that resistant people have an unusual form of a gene that codes for an immune cell-surface protein called CCR5 Although CR4 is the main HIV receptor, HIV must also bind to CCR5 as a co-receptor to infect most cells >> so the absence of the CCR5 on the cells of resistant individuals prevent the virus from entering the cells تعتبر البروتينات الموجودة على سطح الخليه مهمه طبيا >> مثال بروتين ال CD4 الموجود على سطح الخاليا المناعية يساعد فيروس ال HIV على اصابة هذه الخاليا مما يؤدي لمرض االيدز, لكن عدد من الناس بالرغم من تعرضهم لفيروس ال HIV اال انهم لم يصابوا بااليدز و تبين ان هؤالء االفراد الذين لم يصابوا بالمرض يفتقرون لبروتين ال CCR5 الذي يتواجد بشكل طبيعي على سطح خاليا المناعه, فبالرغم من ان CD4 هو المستقبل الرئيسي لفيروس HIV اال ان هذا الفيروس يجب ايضا ان يرتبط بمستقبل اخر مساعد يدعى بال CCR5 لتصاب الخاليا و بالتالي فان غياب هذا البروتين المساعد )غياب ال )CCR5 يمنع الفيروس من دخول الخاليا o The role of membrane carbohydrates in cell-cell recognition Cell-cell recognition: a cell s ability to distinguish one type of neighboring cell from another (it s crucial to the functioning of an organism) It s important, example >> in the sorting cells into tissues and organs in an animal embryo It is also the basis for the rejection of foreign cells by the immune system Cells recognize other cells by binding to molecules, often containing carbohydrates, on the extracellular surface of the plasma membrane Cell-cell recognition هو قدرة الخليه على تمييز االنواع المختلفة من الخاليا المجاوره و هو مهم جدا لوظائف الكائن, و هو مهم مثال في توزيع و تصنيف الخاليا الى انسجه و اعضاء في الجنين, و هو ايضا اساسي في عمل جهاز المناعة حيث يتم من خالله التعرف على الخاليا الغريبة و رفضها و مهاجمتها من قبل جهاز المناعة تتعرف و تميز الخاليا بعضها البعض من خالل االرتباط بجزيئات موجودة على السطح الخارجي من الغشاء البالزمي >> و 10 غالبا ما تحتوي هذه الجزيئات على كاربوهيدرات تميز = Distinguish خلية مجاورة = cell neighboring تصنيف = sorting جنين = embryo رفض = Rejection الخاليا الغريبة = cells foreign
Membrane carbohydrates are usually short, branched chains of fewer than 15 sugar units Some are covalently bonded to lipids, forming glycolipids Most are covalently bonded to proteins which are thereby glycoproteins الكاربوهيدرات في االغشيه تكون عباره عن سالسل قصيره و متفرعه تتكون من اقل من 15 وحدة من السكر, بعضها ترتبط بالليبيدات لتكون glycolipids )ليبيدات سكرية( و معظمها ترتبط بالبروتينات لتكون glycoproteins )بروتينات سكرية) The carbohydrates on the extracellular side of the plasma membrane vary from species to species, among individuals from the same species, and even from one cell type to another The diversity of the molecules and their location on the cell s surface enable membrane carbohydrates to function as markers that distinguish one cell from another Example >> the four human blood types designated A, B, AB and O reflect variation in the carbohydrate part of glycoproteins on the surface of red blood cells الكربوهيدرات في الجزء الخارجي side( )extracellular من الغشاء البالزمي تختلف من نوع الخر او حتى بين االفراد من النوع نفسه و ايضا من نوع من الخاليا الخر >> و بالتالي تنويع الجزيئات و تنوع اماكنها على سطح الخليه يتيح للكربوهيدرات لتعمل كعالمه تميز نوع الخليه عن االنواع االخرى, مثال: في االربعة انواع من فصائل الدم لدى االنسان يكون االختالف في جزء الكربوهيدرات من ال glycoproteins الموجود على سطح خاليا الدم الحمراء نوع = Species تنوع = Diversity يمكن = Enable عالمات = Markers تعكس = Reflect o Synthesis and sidedness of membranes Membranes have distinct inside and outside faces >> the two lipid layers may differ in lipid composition, and each protein has directional orientation in the membrane How membrane sidedness arises? -The asymmetrical arrangement of proteins, lipids and their associate s carbohydrates in the plasma membrane is determined as the membrane is being built by the (ER) and Golgi apparatus, components of the endomembrane system مختلف = Distinct غير متماثل = Asymmetrical لالغشيه وجهين داخلي و خارجي مختلفين --> حيث قد تختلف طبقتي الليبيدات في مكوناتهما من الليبيدات كما ان لكل بروتين اتجاه مختلف في الغشاء // وينشا هذا االختالف بين الوجهين بسبب الترتيب الغير متماثل للبروتينات و الليبيدات و الكاربوهيدرات المتصلة بهما في الغشاء البالزمي و الذي يتحدد اثناء بناء الغشاء من خالل ال ER و اجسام جولجي 11
شرح خطوات صناعة و توجيه مكونات الغشاء الموضحة في الرسمة في االعلى >>: تتم صناعة البروتينات الغشائية و الليبيدات بداخل الشبكة االندوبالزمية >> يتم اضافة الكاربوهيدرات على البروتينات لتصبح بروتينات سكرية >> لحد االن اصبح لدينا بروتينات سكرية و ليبيدات داخل اجسام غولجي >> بعض عمليات التعديل تحدث على الكاربوهيدرات المتصلة بالبروتينات و كذلك يتم هنا اضافة كاربوهيدرات على الليبيدات >> االن اصبح لدينا بروتينات سكرية معدلة و ليبيدات سكرية يتم وضع البروتينات السكرية و الليبيدات السكرية و كذلك بعض البروتينات االفرازية بداخل حويصالت تنتقل باتجاه الغشاء البالزمي تلتحم هذه الحويصالت بالوجه الداخلي )الوجه المقابل للسيتوبالزم( من الغشاء البالزمي >> بعد ذلك يتم اخراج البروتينات االفرازية نحو الخارج و كذلك يتم تثبت و ربط البروتينات السكرية و الليبيدات السكرية على الوجه الخارجي من الغشاء البالزمي )1 )2 )3 )4 12
Concept 8.2: membrane structure results in selective permeability A steady traffic of small molecules and ions moves across the plasma membrane in both directions Cell membranes are selectively permeable, and substances don t cross the barrier indiscriminately >> the cell is able to take up some small molecules and exclude others كميه ثابته من الجزيئات الصغيره و االيونات تمر من خالل الغشاء البالزمي في كال االتجاهين اغشية الخليه منفذه بشكل انتقائي, حيث ان المواد ال تمر بدون تمييز او بشكل عشوائي حيث ان للخليه القدره على ادخال بعض الجزيئات و منع جزيئات اخرى من الدخول o The permeability of the lipid bilayer Non-polar molecule (such as hydrocarbons, CO2, and O2 ) are hydrophobic >> They can therefore dissolve in the lipid bilayer of the membrane and cross it easily, without the aid of membrane proteins ثابت = Steady بدون تميز / عشوائيا = Indiscriminately يستبعد = Exclude الجزيئات الغير قطبيه مثل ال CO2 و ال O2 تعتبر كارهه للماء و لذلك يمكنها ان تعبر من طبقة الليبيدات الثنائيه في الغشاء بسهوله دون الحاجه لبروتينات ناقله الن هذه الطبقه هي ايضا بيئه كارهه للماء مساعدة = Aid Ions and polar molecules, which are hydrophilic >> The hydrophobic interior of the membrane impedes their direct passage through the membrane يعيق = Impedes تخترق / تمر = Penetrate Polar molecules such as glucose and other sugars >> pass only slowly through a lipid bilayer, and even water can t cross rapidly A charged atoms or molecules and its surrounding shell of water >> are even less likely to penetrate the hydrophobic interior of the membrane االيونات و الجزيئات القطبيه تعتبر محبه للماء و بالتالي فان البيئه الكارهه للماء في داخل الغشاء تعيق مرورهم-الغلوكوز و انواع السكر االخرى تعبر الغشاء ببطئ و حتى الماء ال يمكنه المرور بسرعه, الجزيئات او الذرات المشحونه و ما يحيط بها من ماء مرورها يكون اكثر صعوبة o Transport proteins Specific ions and a variety of polar molecules can t move through cell membranes on their own >> these hydrophilic substances can avoid contact with the lipid bilayer by passing through transport proteins that span the membrane بعض الجزيئات القطبيه و االيونات ال يمكنها المرورمن اغشية الخليه بمفردها >> حيث ان هذه المواد المحبه للماء تتجنب االتصال بطبقة الليبيدات الموجوده في الغشاء من خالل العبور بمساعدة بروتينات ناقلة تخترق الغشاء )تخترق طبقة الليبيدات( 13
Types of transport proteins: 1) Channel proteins: function by having a hydrophilic channel that certain molecules or atomic ions use as a tunnel through the membrane نفق = Tunnel مسهل = Facilitated Ex: aquaporins >> the passage of water molecules through the membrane in certain cells is greatly facilitated by these channel proteins Aquaporin allows entry of up to 3 billion water molecules per second. Without aquaporins, only tiny fraction of these water molecules would pass through the same area of the cell membrane in a second 1( ال >> channel proteins تمتلك هذه البروتينات قناة ذات طبيعه محبة للماء حيث ان بعض الجزيئات و االيونات المعينه تستخدم هذه القناة كنفق للمرور عبر الغشاء // و مثال ذلك ال aquaporins و هو بروتين يسهل مرور جزيئات الماء من خالل االغشيه في بعض الخاليا, حيث يسمح بمرور 3 مليارات جزيء ماء في الثانيه الواحده و بدونه لمرت كميه قليله من هذه الجزيئات الى الخليه في الثانيه 2) Carrier protein : they hold onto their passengers and change shape in a way that shuttles them across the membrane A transport proteins is specific for the substance it moves Allowing only a certain substance or a small group of related substances to cross the membrane >>Example: a specific carrier protein in the plasma membrane of red blood cells transports glucose across the membranes faster than glucose can pass through on its own >>> This glucose transporter is so selective that it even rejects fructose, a structural isomer of fructose 2( ال >> carrier proteins هذا النوع من البروتينات الناقلة يمسك بالماده التي سوف ينقلها و يتغير شكله بطريقه معينه ليؤدي الى مرور هذه المواد عبر الغشاء البروتين الناقل يكون محدد و مخصص فقط للماده التي سوف ينقلها و بالتالي يسمح فقط لماده معينه او لمجموعه محددة من المواد المتشابهه بالمرورعبر الغشاء >> مثال ذلك احد البروتينات الناقله من نوع channel proteins موجود في غشاء خاليا الدم الحمراء يسمح بمرور الجلوكوز بسرعه كبيره و لكنه انتقائي جدا لدرجة انه ال يسمح بمرور الفركتوز Thus, the selective permeability of a membrane depends on both >>: 1- the discriminating barrier of the lipid bilayer and 2- the specific transport proteins built into the membrane ينقل = Shuttles المتناظرات ) = isomer structural نفاذية الغشاء تعتمد على >> 1- الحاجز االنتقائي المكون من طبقة الليبيدات الثنائية كما ذكرنا سابقا 2- و ايضا البروتينات الناقله المحدده الموجوده في الغشاء 14
Summary for the previous 2 pages Permeability through lipid membrane --------------------------------------------l------------------------------------------- Polar molecules Non-polar molecules (Hydrophilic) (Hydrophobic) ----------------- l -------------------------- l Charged Uncharged Ex (O2,Co2,Hydrocarbonds) (Ions) (Glucose,H2O) Cross easily without the l l Aid of membrane proteins Even less likely pass only slowly through To penetrate membrane a lipid bilayer Transport proteins ------------------------------------------------l--------------------------------------------------------- Channel proteins Carrier proteins l. l Hydrophilic channel That certain molecules Can use L Ex: (Aquaporins) change shape and shuttles molecules (very selective) l glucose transporter 15