1. Cell membrane structure and function
Teresa Audesirk • Gerald Audesirk • Bruce E. Byers
Chapter 5
Cell membrane structure and function
Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

2. A brown hermit spider and a rattlesnake ready to attack.
Introducción al capítulo 5
Una serpiente de cascabel lista para atacar.

3. Plasma membrane FIGURA 5-1 La membrana plasmática
La membrana plasmática es una capa doble de fosfolípidos que forman una matriz fluida en la que están incrustadas diversas proteínas (en azul). Muchas de éstas tienen carbohidratos unidos para formar glucoproteínas. Aquí se ilustran tres de los cinco tipos principales de proteínas de la membrana: de reconocimiento, receptoras y de transporte.
Plasma membrane

4. Proteins Protein categories according to their function:
Receptor proteins
Recognition proteins
Enzymes
Attachment proteins
Transport proteins

5. Receptor proteins Recognition proteins
They trigger a sequence of chemical reactions with specific molecules. Example: hormones.
Recognition proteins
They select the different molecules of substances and tag them.

6. Receptor protein activation
(exterior)
FIGURA 5-5 Activación de los receptores
(interior)
reactions
Receptor protein activation

7. Enzymes Attachment proteins
They catalyze chemical reactions that synthesize or break up biological molecules.
Attachment proteins
They bond the plasma membrane with the cytoskeleton filaments.

8. Transport proteins
There are 2 kinds of transport proteins: channel proteins and carrier proteins.
They regulate the movement of hydrophilic molecules.

9. How do substances move across membranes?
Molecules in fluids move in response to gradients.
The transport through membranes could be active or passive.
Passive tranport do not requiere energy, and it includes: simple difusion, facilitated difusion, and osmosis.
Active transport requires energy to move molecules against concentration gradient. It includes: endocytosis and exocytosis.

10. Dye in water diffusion gota de colorante molécula de agua
Las moléculas de colorante se difunden en el agua; las moléculas de agua se difunden en el colorante
Las moléculas
de agua y de colorante están dispersas de manera uniforme
Una gota
de colorante se coloca en agua
gota
de colorante
molécula
de agua
FIGURA 5-6 (parte 3) Difusión de un colorante en agua

11. Passive transport:
Diffusion of substances through cell membranes occur down concentration gradients.
The phospholipids and the proteic channels of the plasma membrane control which ions or molecules can cross, but do not control the movement direction.
Active transport:
Substances travel through the cell membrane against the concentration gradient.

12. Kinds of passive transport
Simple diffusion includes lipid-soluble molecules(vitamins A y E), dissolved gasses and water.

13. Gases like CO2 and Oxygen can pass through the phospholipidic bilayer.
FIGURA 5-7a Difusión a través de la membrana plasmática
a) Difusión simple: gases como el oxígeno y el dióxido de carbono y moléculas solubles en lípidos pueden difundirse directamente a través de los fosfolípidos.
Gases like CO2 and Oxygen can pass through the phospholipidic bilayer.

14. Kinds of passive transport
Facilitated diffusion includes water, ions, and water soluble molecules (like sugars or AA) via channel or carrier proteins.

15. FIGURA 5-7b (parte 2) Difusión a través de la membrana plasmática
b) Difusión facilitada a través de un canal proteico: los canales (poros) permiten el paso a algunas moléculas solubles en agua, principalmente iones, que no pueden difundirse directamente a través de la bicapa.
This protein pores let some water soluble molecules, and mainly ions pass through the membrane.

16. (fluido extracelular)
c) Difusión facilitada a través de un portador
aminoácidos
azúcares
proteínas pequeñas
(fluido extracelular)
Proteína portadora
con sitio de unión para la molécula
(Citosol)
proteína portadora
La molécula entra en el sitio de unión.
La proteína portadora cambia de forma, transportando la molécula al otro lado de la membrana.
La proteína portadora recupera su forma original.
FIGURA 5-7c (parte 4) Difusión a través de la membrana plasmática
c) Difusión facilitada a través de una proteína portadora.
AA and sugars getting inside the cell by facilitated diffusion.

17. Kinds of passive transport
Osmosis includes water from regions of higher concentration to regions of lower concentration.

18. Isotonic solution There is no water flow.
FIGURA 5-8 Solución isotónica
Isotonic solution

19. [ ] comparison Isotonic solutions have the same [] .
Hypertonic solutions have more [] .
Water flows inside hypertonic solutions.
Hypotonic solutions have less [] .

20. Hypotonic solution outside, hypertonic
solution inside the bag. The bag swells and bursts.
FIGURA 5-9 Solución hipotónica

21. Equal movment of water into and out of cells.
a) Isotonic solution
Figura 5-10a Efectos de la ósmosis
a) Si los glóbulos se sumergen en una solución isotónica de sal, no habrá movimiento neto de agua a través de la membrana plasmática. Los glóbulos rojos conservarán su forma característica de discos con depresión en el centro.
Equal movment of water into and out of cells.
Osmosis effects: Red blood cells in salty water.

22. Water moves out of the cells.
Figura 5-10b Efectos de la ósmosis
b) Una solución hipertónica, con mayor cantidad de sal que la que hay en las células, hace que salga agua de estas últimas, provocando que se encojan y arruguen.
b) Hypertonic solution
Water moves out of the cells.

23. Water moves inside the cells.
c) Hypotonic solution
Figura 5-10c Efectos de la ósmosis
c) Una solución hipotónica, con menos sal que la que hay en las células, hace que entre agua a éstas, las cuales, por consiguiente, se hinchan y corren el riesgo de reventar.
Water moves inside the cells.

24. Kinds of passive transport
Osmosis explains why sweet water protists have contractile vacuoles.
Water filters continuously because the cytosol is hypertonic in relation to the sweet water they live in.
The salts are pumped to the vacuoles and that makes them hypertonic in relation to the cytosol.
Water, by osmosis fills the vacuole and then its expelled by contractions.

25. Water gets inside the protist by osmosis
Water gets inside the protist by osmosis. Inside the cell, water is trapped by colector conducts and drained to the central vacuole.
When the deposit si full, it contracts and water is expelled by a pore in the plasma membrane.
Figura 4-16 (parte 1) Vacuolas contráctiles
Muchos protistas de agua dulce contienen vacuolas contráctiles. a) El agua entra de forma continua en la célula por ósmosis. En la célula, el agua es captada por los conductos colectores y drenada hacia el depósito central de la vacuola. b) Una vez lleno, el depósito se contrae y expulsa el agua a través de un poro en la membrana plasmática.

26. Active transport
In active transport, proteins from the plasma membrane cross using ATP.
Proteins that help in active transport (transport proteins) usually have 2 active spots, one is attached to the molecule and the otherone is attached to an ATP molecule. They are called pumps.

27. FIGURA 5-12 Transporte activo
El transporte activo utiliza energía celular para pasar moléculas de un lado al otro de la membrana plasmática, en contra de un gradiente de concentración. Una proteína de transporte (azul) tiene un sitio de unión para ATP y un sitio de reconocimiento para las moléculas que van a ser transportadas, en este caso, iones calcio (Ca2+). Observa que cuando el ATP dona su energía, pierde su tercer grupo fosfato y se convierte en ADP + P.
Active transport works against concentration gradient. The transport protein (blue) has an ATP binding site and a recognition site for the molecules that need to be transported. Example: (Ca2+). When ATP donates its energy, it looses its third phosphate group and becomes ADP + P.

28. Endocytosis
Cells can get fluids or particles from its environment by endocytosis.
Kinds of endocytosis:
Pinocytosis
Receptor-mediated endocytosis
Phagocytosis

29. Pinocytosis FIGURA 5-13a Pinocitosis
Los números encerrados en un círculo corresponden tanto al diagrama como a la micrografía de electrones.
Pinocytosis

30. Pinocytosis FIGURA 5-13b Pinocitosis
Los números encerrados en un círculo corresponden tanto al diagrama como a la micrografía de electrones.
Pinocytosis

31. FIGURA 5-14 (parte 1) Endocitosis mediada por receptores
Los números encerrados en un círculo corresponden tanto al diagrama como a la micrografía de electrones.
1 There are receptor proteins for specific molecules located in coated pits. 2
2 In the cytosol there is a vesicle released (“recovered vesicle”) that contains attached molecules.
3 The coated pit region encloses the molecules that are attached to the receptors.
4 The receptors are attached to the molecules in the membrane and they get inside the cell.

32. FIGURA 5-14 (parte 2) Endocitosis mediada por receptores
Los números encerrados en un círculo corresponden tanto al diagrama como a la micrografía de electrones.

33. FIGURA 5-15a Fagocitosis

34. An Amoeba (a sweet water protist) eats a Paramecium
by phagocytosis.
FIGURA 5-15b Fagocitosis
Phagocytosis

35. A white blood cell ´eats´ bacteria by phagocytosis.
FIGURA 5-15c Fagocitosis
Phagocytosis

36. FIGURA 5-16 Exocitosis
La exocitosis es, funcionalmente, el proceso inverso de la endocitosis.
Exocytosis is the opposite process to endocytosis. In exocytosis the vesicle expells the material out of the cell.

37. Cell size and shape
The exchange of fluids affects the size and shape of the cell.
When spherical cells grow, their internal regions get farther from the plasma membrane.
A very big cell has a relatively smaller area to exchange nutrients than a small cell. Example: skin of a teenage boy and the skin of an obese man.

38. Volume and surface area relations.
FIGURA 5-17 Relaciones de área de superficie y volumen

39. How do specialized junctions allow cells to connect and communicate?
Desmosomes are tight unions that join certain animal cells.
The tight unions make cell attachments leakprof. (leaky skin or leaky bladder)
Gap-junctions are cell to cell channels that connect their interior. They accept hormone traffic.
Plasmodesmata are openings in the walls of adjacent plant cells, lined with plasma membrane and filled with cytosol.

40. Desmosome Thin intestine Cells that cover the small intestine
microvilli
Figura 5-18a (parte 1) Estructuras de unión de las células
a) Las células que revisten el intestino delgado están unidas firmemente unas a otras mediante desmosomas. Filamentos proteicos unidos a la superficie interior de cada desmosoma se extienden hacia el citosol y se sujetan a otros filamentos dentro de la célula, lo que fortalece la conexión entre las células. .

41. Proteic filaments in the cytosol Proteic fibers the connect cells
Small intestine cells
microvilli
Plasma membrane
desmosome
Figura 5-18a (parte 2) Estructuras de unión de las células
a) Las células que revisten el intestino delgado están unidas firmemente unas a otras mediante desmosomas. Filamentos proteicos unidos a la superficie interior de cada desmosoma se extienden hacia el citosol y se sujetan a otros filamentos dentro de la célula, lo que fortalece la conexión entre las células.
Proteic filaments in the cytosol
Proteic fibers the connect cells

42. Urinary bladder Urinary bladder cells
Figura 5-18b (parte 1) Estructuras de unión de las células
b) Las uniones estrechas evitan las fugas entre células, como sucede en las células de la vejiga urinaria.

43. FIGURA 5-18b (parte 2) Estructuras de unión de las células
Células que revisten la vejiga
FIGURA 5-18b (parte 2) Estructuras de unión de las células
membranas plasmáticas
(corte)
Figura 5-18b (parte 2) Estructuras de unión de las células
b) Las uniones estrechas evitan las fugas entre células, como sucede en las células de la vejiga urinaria.
Las uniones estrechas, formadas por fibras proteicas, sellan las membranas de las células

44. FIGURA 5-19 Estructuras de comunicación celular
a) Las uniones en hendidura o abiertas, como las que hay entre las células del hígado, contienen canales intercelulares que conectan el citosol de células adyacentes. b) Las células vegetales se interconectan mediante plasmodesmos, que forman puentes citosólicos a través de las paredes de células adyacentes.

45. Caribous´ technique not to freeze
Caribou legs have cells with a plasma membrane adapted to very cold conditions.
Their plasma membranes are more fluid to avoid freezing.They also have unsaturated fats.

46. Figura 5-20 Caribúes pastando en la congelada tundra de Alaska
La composición lipídica de las membranas celulares en las patas del caribú varía según la distancia al tronco del animal. Los fosfolípidos insaturados predominan en la parte inferior de la pata; en la parte superior hay fosfolípidos más saturados.
Alaskan caribous

47. Vicious venoms
Spider and snake venoms have certain enzymes that beakdown phospholipids and destroy cell membranes.
When cell membranes are destroyed, cells are destroyed.
When cells die, the tissue around the bite is destroyed.

48. FIGURA 5-21a Las fosfolipasas en los venenos destruyen las células
a) Picadura de una araña ermitaña café en el antebrazo de una persona.
Hermit spider bite.

49. FIGURA 5-21b Las fosfolipasas en los venenos destruyen las células
b) Picadura de una serpiente de cascabel en un antebrazo. En ambos casos se observa la extensa destrucción de tejido provocada por las fosfolipasas.
Rattlesnake bite.