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UNT - BIOL 3510 - Class Notes - Week 7

Created by: Marin Young Elite Notetaker

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UNT - BIOL 3510 - Class Notes - Week 7

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background image No charged molecules can move across a membrane by simple diffusion Examples include dissolved gases (generally small and often nonpolar), fatty acids (largely nonpolar), 
and steroid hormones (nonpolar)
This creates a net movement towards lower concentration (wherever there is currently less of 
that solute)
Molecules can move in and out at the same time, but more move down the concentration gradient A certain amount of water molecules will always be "busy" solvating other particles, so 
high concentration of solutes means low concentration of free (available) water
Put another way, water osmoses from low solute concentration to high solute 
concentration
Water moves down its concentration gradient, from high concentration of free water to low 
concentration of free water
Animal cells avoid this by having gel-like cytoplasm and maintaining an electrochemical 
gradient 
using ions, which we'll revisit later
Plant cells avoid this using turgor pressure, or physical pressure from the cell wall holding 
the cell to the correct volume
Protozoans avoid this using contractile vacuoles, which fill with water and then physically 
force it out of the cell by contracting the vacuole
Cells generally need to have higher solute concentrations than their environments, so more 
water will tend to diffuse into the cell, which can cause lysis (bursting) from being too full
This includes osmosis, the diffusion of water Simple diffusion is the passive movement of small and/or nonpolar molecules directly through the plasma 
membrane itself
At neuromuscular junctions, acetylcholine vesicles fuse with the membrane (and 
release acetylcholine)
A voltage-gated channel lets Ca 2+ enter a nerve cell, which relays a signal causing the  release of neurotransmitters into a synapse Voltage-gated channels open and close according to membrane potential, or the accumulation 
of a charge difference across a membrane
This makes acetylcholine an excitatory neurotransmitter; inhibitory 
neurotransmitters like GABA and glycine open Cl
- channels to make depolarization  even harder An acetylcholine-gated channel lets Na + enter a (postsynaptic) nerve cell to depolarize the  membrane (triggering many, many voltage-gated Na + channels to open and let in even  more sodium ions--an action potential) Ligand-gated channels open and close according to whether a ligand, like a hormone or 
neurotransmitter, is bound
Hair cells in the ear (tilting bundles) bend in response to sound waves and open stress-
activated ion channels to trigger a signal pathway
Stress-activated channels are literally pulled open by a mechanical stress They can change conformation from open to closed, and regulation affects whether they're open or 
closed (or, strictly speaking, whether they spend more time open or closed--they tend to open and 
close a bit randomly)
Channels do not change conformation when particles pass through them Channel proteins form a gated aqueous pore that allows particles to pass through when open Passive transport occurs in many ways without costing the cell energy Transport Across Membranes: Week 6: Chapters 12, 14 | BIOL 3510 Notes by Marin 
Young
Saturday, February 27, 2016 1:06 AM     Cell Biology Page 1    
background image This means many particles can pass at once, in single-file, like a line of people going through an 
open door
Channels do not change conformation when particles pass through them Molecules with the wrong charge are excluded by ionic repulsion: positively charged amino acid 
residues in a channel's pore will repel positively charged molecules
Too-big molecules or ions don't fit K + is stabilized by its attraction to four δ- (partial  negative) charged oxygen atoms Na + is too small to be stabilized by all four oxygens, so water molecules follow it and can't  pass through Too-small ions can be excluded by failing to be stabilized 
by the channel
, like in the case of K
+ channels Channels can selectively transport molecules of a certain charge and size When osmosis is too slow to allow water into the cell, aquaporins open to let water rush in "NPA regions" (sequences of N-P-A, or Asparagine-Proline-Alanine) help aquaporins stick 
together in tetramers/groups of four fully functional aquaporin monomers (they're more stable 
this way)
Remember transmembrane helices? Each aquaporin has six An important example of a channel protein is an aquaporin, or water pore Know that these are called transporters in the textbook Solute simply binds to an available site and dissociates shortly after that This causes a net movement towards lower concentration, just like simple diffusion and 
channel-facilitated diffusion
If more solute is present on one side of the membrane, solute molecules on that side are more 
likely to bind and cross the membrane
They change conformations (open to cytoplasm or open to outside the cell) independently of whether 
the solute is there
Carrier proteins, unlike channels, bind to a molecule, change conformation, and release it on the other side 
of the membrane
The rate of simple diffusion increases steadily with solute concentration outside the cell There's a theoretical maximum rate (v max ) representing  an infinite amount of substrate, where the mediating 
protein itself is the limiting factor
At a certain concentration, K m , v is half of v max A lower K m indicates higher affinity (lower  concentration of solute needed to get the same effect) For example, glucose uptake proteins have much lower K m values for D-glucose than L- glucose because cells prefer D-glucose K m is a measure of the enzyme's affinity for the  substrate, or the carrier's affinity for the solute The rate of facilitated diffusion follows Michaelis-Menten kinetics The kinetics of simple diffusion and facilitated (channel-mediated and carrier-mediated) diffusion are very 
different
This determines the direction of the electrochemical gradient, or the combination of concentration 
gradient and charge gradient
Know that the Nernst equation relates resting membrane potential to charge balance and concentration Ions travel through the channel due to the flow of electrons through the circuit Changes in voltage are recorded and analyzed to measure the rate of ion flow The patch-clamp technique is used to isolate a piece of a cell membrane containing an ion channel and 
make it a sort of switch in a circuit
The presence of electric charge is important to transport across membranes, especially active transport Coupled transport involves transporting something down its gradient (which is favorable) to generate the 
energy to move something else up its gradient
Active transport requires energy input in the form of coupled transport, ATP hydrolysis, or light absorption     Cell Biology Page 2    
background image This requires that one is moving high to low and one is moving low to high The sodium ion-binding site is nearly always occupied due to the high sodium 
concentration, so the protein is likely to change conformations as soon as glucose binds
This brings glucose from the intestine into the intestinal epithelium, and then passive 
uniport lets glucose continue into the bloodstream
An example is glucose uptake, which moves both sodium ions (down the gradient/high to low) 
and glucose (up the gradient/low to high) into the cell
Many plant, protist, and prokaryotic cells use H + instead of Na + for symport Symport moves two solutes the same direction Antiport moves two solutes in opposite directions Coupled transporters can be occluded, or closed to both sides, if neither substrate is present energy to move something else up its gradient Steps: binds Na + from cytosol, hydrolyzes ATP to phosphorylate itself, changes conformation,  releases Na + outside cell, binds K + , loses phosphate, changes conformation, and releases K + into  cell Ouabain blocks K + binding and inhibits the entire cycle, which is toxic in large doses but may  become a heart disease drug eventually The Na + /K + ATPase is a very important example; know that it pumps 3 Na + out for each 2 K + in This maintains a low concentration of calcium, which lets it efficiently act as a second messenger The Ca 2+ ATPase pumps calcium ions out of the cytosol and into the sarcoplasmic reticulum (in muscle  cells) or out of the cell ATP hydrolysis powers transport via ATPases, or ATP-hydrolyzing enzymes (which, in this case, also pump 
solutes)
The conformational change pumps protons out of the cell This creates a proton gradient used to power ATP synthesis Bacteriorhodopsin changes conformation when photon absorption isomerizes retinal This has been used to cause crazy aggression via the mouse hypothalamus, which 
was…interesting
It has promising applications for studying neural circuits If an organism is modified to express a channel rhodopsin, stimulating that rhodopsin with a fiber-
optic cable (delivering blue light straight to the channel) can trigger other signal pathways
Light-driven transport is most common in prokaryotes Cellular Energy Extraction:
This section can be approached two ways. You can learn what you need to learn by brute force, or you can look at the o 
chem and nomenclature that makes most of it make sense without rote memorization. Here, I'll facilitate both methods, 
or whatever combination is best for you. The light orange column on the left contains everything you need to know on 
test day, while the light blue column on the right clarifies and explains with o chem and biochem background 
information. I strongly recommend at least reading it: no matter how much o chem you understand, at least some of the 
enzyme names will make more sense.
    Cell Biology Page 3    

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School: University of North Texas
Department: Biology
Course: Cell Biology
Professor: Chapman
Term: Spring 2016
Tags: Cell Bio, Biology, metabolism, and biochem
Name: Week 6: Membrane Transport and Metabolism
Description: These notes cover membrane transport (from the substitute's lecture) and metabolism from glycolysis through the TCA Cycle. Biochemical details are included, and steps to memorize are separated from those not to stress over. I usually try to upload notes earlier than this, but I spent a long time making sure all the chemistry was as clear as possible. Hope this helps!
Uploaded: 02/29/2016
8 Pages 27 Views 21 Unlocks
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