Ch 6  A Tour of the Cell

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Microscopes Light microscope­ uses light resolving power­measure of  clarity of image (min. distance two points can be separated and still seen as two points) Electron­beam of electrons, instead of  light Scanning electron­looks at surface  of organism, film of gold, beam  excites electrons of gold and collected to show image transmission electron­ looks inside  cell,beam aimed at thin section, uses  magnets to bend and focus electrons

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rabbit trachea

Transmission electron micrograph       scanning electron micrograph

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How do you think scientists study the  components of cells?

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Cell Fractionation­ takes cells apart uses ultracentrifuge ­ 130,000 rpm

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Prokaryotic cell

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Escherichia coli (E. coli)­ gram negative rod

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At a minimum, what structures or components must a cell  contain to be considered alive?

Out of the cells living today, which types of cells have the  above components?

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Prokaryotic

circular DNA

Eukaryotic

DNA in strands

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Surface Area to volume Ratio higher the ratio, the easier it is for cells to exchange materials

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Plasma membrane

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Animal Cell

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Plant Cell

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Importance of membranes • partition cell into compartments • help in cell metabolism ­have enzymes in membranes ­specific metabolic reactions happen here • allows for many reactions to happen at once in cell • each membrane has unique make­up of lipids, proteins  depending on the function ex. mitochondria for cell respiration

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• double membrane (each a  lipid bilayer) ­ separated by  space • at pore, membranes are fused • pore complex­lines pores  and regulates what goes in and  out (large molecules) • nuclear lamina­ net­like  protein filaments, keeps shape  of nucleus

Nucleus

• chromatin ­ DNA strands,  uncoiled • nucleolus ­ where ribosomes  made

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Ribosomes­ ribosomal RNA and  protein

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The Endomembrane system ­made up of many internal membranes ­the membranes are connected to each other or via vessicles (sacs of  membrane) ­Each membrane is unique in function ­Includes nuclear envelope endoplasmic reticulum Golgi Apparatus lysosomes vacuoles plasma membrane

Inside cell

outside cell

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Endoplasmic reticulum

­is half of all membranes in eukaryotic cell ­includes tubules and cisternae (fluid filled  spaces) ­continuous with nuclear envelope ­cisternae is continuous with nuclear envelope  space

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Smooth ER ­no ribosomes attached ­lots of enzymes located here  ­synthesize lipids (oils, phospholipids, steroids) ­catalyzes a key step in moving glucose from stored glycogen  in liver ­allows glucose to leave cell ­other enzymes of liver detoxify drugs/poisons ­muscles cells rely on these enzymes to move calcium for a  contraction

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Rough ER ­contains ribosomes attached to it ­found in cells that secrete proteins ­polypeptides made by ribosomes go into cisternal space  ­makes membranes by making the membrane proteins and then  inserting them directly into the membrane ­has enzymes that make phospholipids from materials in  cytosol ­when membrane gets larger, part can become vesicles  and  travel to other parts of the endomembrane system

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Golgi apparatus

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­ "packaging and shipping part of a factory" ­flattened membranous cisternae ­cis side = receives material (fusing of vesicle) ­trans side = giving off side, vesicles leave from this side ­going from cis to trans sides ­ products get modified due to  enzymes ­manufactures pectin, and other noncellulose polysaccharides ­packages materials into vesicles to go to other places

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Lysosomes

­membrane bound sac filled with digestive enzymes ­hydrolyzes all organic compounds ­enzymes work at pH 5

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­"Suicide sac" ­ if many  ruptured, can kill cell (autodigestion) ­lysosomal enzymes and its membrane are made by the rough ER  and then moved to Golgi

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­fuse to food vacuoles (from phagocytosis) to digest the food ­monomers then pass to cytosol to be used by cell ­can also fuse to other parts of cell (orgnanelles/cytosol) ­helps keep cell new ­some inherited diseases affect  lysosomal metabolism ­Tay­Sachs  in brain ­Pompe's disease in liver

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Vacuoles

= large vesicles ­membrane bound Types: food vacuoles ­ from phagocytosis contractile vacuoles ­ in freshwater protists, pump water  out of cell Central vacuoles­ in plant cells

tonoplast = membrane around  central vacuole (selective) stores proteins, ions, stores  pigments, defense compounds  against herbivores

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Review of endomembrane system

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Mitochondria • sites of cellular respiration, make ATP from sugars, fats, and  other fuels  • not part of the endomembrane system ­ their proteins come from  free ribosomes and their own ribosomes • contain a small amount of DNA (circular like prokaryotes) • can grow and reproduce by themselves • eukaryotic cells may have one large mitochondria or many small  mitochondria • move around in cell on tracks of cytoskeleton

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• have smooth outer membrane and a folded inner membrane (cristae) • cristae increase surface area for cell respiration to happen • fluid is between the membranes • inside inner membrane = mitochondrial matrix ­ contains DNA,  ribosomes, enzymes, fluid

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Chloroplasts • found in plants and eukaryotic algae • sites of photosynthesis • not part of endomembrane system • has own DNA (circular), ribosomes • its protein comes from free ribosomes  and from their own  ribosomes

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• type of plastid  amyloplasts store starch in roots and tubers chromoplasts store pigments for fruits and flowers chloroplasts contain green pigment chlorophyll ­ produce sugar  via photosynthesis • has two membranes inside inner membrane fluid = stroma (Contains DNA, ribosomes &  enzymes) also contains membranous sacs = thylakoids (stacked as grana ­ where  light reactions happen)

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Peroxisomes • contain enzymes to transfer hydrogen from substrates to oxygen ­intermediate = hydrogen peroxide (poisonous) ­has another enzyme that converts hydrogen peroxide to water and oxygen gas • functions: ­breakdown fatty acids used in mitochondria for fuel ­detoxify alcohol and other harmful compounds ­glyoxysomes ­ convert fatty acid in seeds to sugars • have a single membrane • not from endomembrane system • divide when get to a certain size

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Cytoskeleton = network of fibers throughout  cytoplasm function ­ organizes structures and  activities of cell

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Cytoskeleton Support • •

provides anchorage for organelles and cytosolic enzymes can come apart in one part of cell and reassemble in another part   helps to change shape of cell

Cell motility • interacts with motor proteins

• •

­cilia/flagella motor proteins pull cytoskeleton past each  other ­happens in muscle cells too motor molecules also act like "monorails" carrying vesicles or  organelles cytoskeleton and motor proteins move materials via streaming

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How motor proteins and cytoskeleton move  other things in cell

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Three types of fibers of cytoskeleton 1. microtubules ­thickest fibers, hollow rods ­made of globular protein ­ tubulin ­ can grow or shrink  based on # or tubulin molecules ­function:  a. move chromosomes during cell division b. guide motor proteins that carry organelles to  different places in cell c. structural support for cilia and flagella cilia ­ hairlike structures, move like oars, many flagella ­ one or few, long, whiplike structure

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­grow out of a centrosome near nucleus ­ in animals cells has pair of centrioles with  9 triplets of  microtubules in a ring ­during cell  division centrioles replicate 

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Flagella vs. cilia

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­Both cilia and flagella have same structure ­core of microtubules covered in plasma membrane ­nine doublets of microtubules around a pair at center = "9 + 2"pattern ­anchored by basal body ­ structure is like centriole

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­cilia and flagella  are driven by motor protein called dynein ­dynein grabs, moves and releases the outer microtubules

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II. Microfilaments • =thinnest of cytoskeletal fibers • made of solid rods of actin • designed to resist tension • form a network just inside   membrane • actin  is also found in muscle tissue with myosin, myosin  walks along actin so contraction can happen • actin/myosin divides cytoplasm of animal cells in cell  division • also causes amoeboid movement (pseudopodia)

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Actin and myosin in plants cause cytoplasmic streaming =circular flow of cytoplasm, helps move materials

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III. Intermediate filaments function: bear tension made from keratins reinforce cell shape and fix organelle position

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Cell Surfaces and Junctions Cell walls ­ prokaryotes, fungi, some protists ­protects cell, maintains shape, prevents lots of water from  coming into cell ­support against gravity composition changes depending on species

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Extracellular matrix function: support, adhesion, movement and regulation ­made of glycoproteins (collagen fibers), proteoglycans ­integrin proteins connect extracelluar matrix to plasma  membrane cell behavior ­ can influence genes  via signaling pathways helps embryonic tissue orient  its microfilaments with  ECM

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Types of Cell Junctions Plasmodesmata ­channels between adjacent plant cells ­cytosol goes through here In animals tight junctions ­ membranes of adjacent cells are fused ­form "belts' prevent leakage of extracellular fluid Desmosomes ­ anchoring junctions, fasten cells together ­keratin reinforces desmosomes Gap Junctions­ communicating junctions ­membrane proteins surround pores ­salt ions, sugar, amino acids, small molecules pass  through here ­ in embryos ­ communication for development here

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Animal junctions

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