Competency  4  Review    

Cells      

The  Cell  Theory  •  All  living  things  are  made  of  one  or  more  CELLS.  

•  Cells  are  the  basic  unit  of  structure  and  func@on  in  an  organism.    

•  New  cells  are  produced  from  exis@ng  cells.    

2  types  of  cells    

•  Prokaryotes  –  Cells  without  a  nucleus  or  organelles  surrounded  by  membranes    

 

•  Eukaryotes    –  Cells  with  a  nucleus  and  organelles  surrounded  by  membranes.    

 

Prokaryotes  

•  Single  celled  organism  •  Has  DNA  that  is  circular  floa@ng  all  around  in  the  cytoplasm  

•  Only  has  ribosomes  and  no  other  membrane  bound  organelles  

•  Most  common  =  bacteria  – Some  can  make  their  own  food,  most  get  food  from  other  sources    

Eukaryotes  •  There  can  be  singled  celled  eukaryotes  as  well  as  mul@cellular    

•  Highly  organized    •  More  complex  than  prokaryotes  

Cell  membrane  (plasma  membrane)  

•  Made  mainly  of  phospholipids  (2  layers)  and  proteins    

Outside of cell

Inside of cell (cytoplasm)

Cell membrane

Proteins

Protein channel Lipid bilayer

Carbohydrate chains

Cell  membrane  made  of:  

•  Phospholipids  have  hydrophobic  tails  made  of  lipids  and  hydrophilic  heads.    

3  kinds  of  proteins-­‐  •  channel-­‐provides  a  path  for  materials  to  move  in  and  out  

•  marker-­‐  used  for  recogni@on  

•  receptor-­‐  receive  signals  

Cell  membrane  

•  Acts  as  a  boundary  •  Controls  what  enters  and  leaves  cell  •  Fluid  (fluid  mosaic  model)  

– Molecules  in  cell  membranes  are  constantly  moving  and  changing  (ex.  cholesterol  and  carbohydrates)    

Nucleus  

•  LARGEST  organelle  in  animal  cells  •  Surrounded  by  nuclear  envelope  •  Contains  nuclear  pores  =  openings  that  allow  molecules  to  move  in  and  out  of  nucleus  

•  Contains  gene@c  material  (DNA)  •  Control  center  of  the  cell  

Nucleolus  

•  Dark  spot  in  nucleus  •  Assembles  RNA  and  also  ribosomes  

Cytoskeleton  

•  Helps  cell  maintain  shape  •  Help  move  organelles  around  •  Made  of  proteins    

– Microfilaments  – Microtubules  

Centrioles  

•  Made  of  microtubules  •  Only  seen  in  animal  cells  during  cell  division  •  Func@on:  Guide  chromosomes  during  PMAT  

Mitochondria  

•  “Powerplant  of  cell”  •  Site  of  cellular  respira@on  •  Burns  glucose  to  release  energy  •  Stores  energy  as  ATP    •  Surrounded  by  double  membrane  

–  Inner  membrane  =  cristae  

Ribosomes  

•  Can  be  free  in  cytoplasm  or  a[ached  to  rough  ER  

•  Made  of  rRNA  •  Func@on:  assembles  proteins    •  Called  the  site  of  protein  synthesis  

Endoplasmic  re@culum    (internal  network  of  membranes)  

•  Rough  ER  –  A[ached  ribosomes  make  proteins  which  are  modified  and  transported  to  Golgi  for  export  

•  Smooth  ER  – Makes  membrane  lipids  (steroids)  

–  Regulates  calcium  in  muscles  

–  Breaks  down  toxins  in  liver  

Golgi  Apparatus  

•  Looks  like  a  “stack  of  pancakes”    •  Made  of  membranes  •  Modify,  sort,  and  package  substances  from  ER  for  storage  or  export  out  of  cell    

Lysosomes  

•  Sac  containing  diges@ve  enzymes  

•  Digests  food  molecules  and  unwanted  cells/cell  parts  

•  Plays  a  role  in  apoptosis  “programed  cell  death”  –  Cell  suicide  for  the  good  of  the  organism    

Movement  •  Pseudopodia  =  “false  feet”  help    amoebas  with  movement  and  ea@ng  (phagocytosis)  •  Cilia  =  many  and  short            microtubules  (li[le  hairs)  

– Move  cells  – Move  substances  past  cells  

•  Flagella  =  few  and  long            microtubules  (like  a  tail)  

– Move  cells      

What’s  special  about  plant  cells?  

•  Cell  wall  •  HUGE  central  vacuole  •  Chloroplasts  •  No  centrioles!!  

Cell  wall  

•  Found  outside  the  cell  membrane  •  Provides  support  and  protec@on  •  Made  of  Cellulose  (carbohydrate)  makes  plant  sturdy  

•  Bacteria  have  cell  walls  made  of  pep@doglycan  instead  

•  Cell  walls  of  fungi  are  made          of  chi@n  

Vacuoles  

•  Storage  space  for:  proteins,  carbohydrates,  water,  waste  

•  Contrac@le  vacuoles  control  excess  water  in  a  paramecium  (homeostasis)    

•  Huge  in  plant  cells,  small  animal  cells,  not  in  bacteria    

Chloroplast  

•  Surrounded  by  double  membrane  •  Thylakoids  =  membrane  sacs  inside  •  Contains  chlorophyll  where  photosynthesis  happens  

•  Found  in  photosynthe@c  cells  (plants,  some          bacteria  and  protozoans)  

Molecule  Movement  and  Cells  

•  Passive  Transport  =  does  not  require  energy  by  the  cell  

 •  Ac@ve  transport  =  requires  energy!      

Passive  transport  

•  No  energy  required  •  Move  due  to  gradient  

– Differences  in  concentra@on,  pressure,  charge  •  Move  to  equalize  gradient  (equilibrium)  

– High  concentra@on  moves  toward  low  concentra@on    

•  3  Types  – Diffusion,  osmosis,  facilitated  diffusion    

Diffusion  

•  Molecules  move  to  equalize  concentra@on    

Osmosis  

•  Special  form  of  diffusion  •  Fluid  flows  from  lower  solute  concentra@on  •  Always  involves  movement  of  water  

–  Into  cell  – Out  of  cell    •  Water  will  move    From  High  to  Low  

Hypotonic  =  solutes  in  cell  more  than  outside,  fluid  will  flow  into  cell    

 Cell  will  swell  or  burst  

Isotonic  =  solutes  equal  inside  and  out  of  cell    

Hypertonic  =  solutes  greater  outside  cell,  fluid  will  flow  out  of  cell    

 Cell  will  shrink  

Facilitated  Diffusion  

•  Channels  (are  specific)  help  molecule  or  ions  enter  or  leave  the  cell  

•  Channels  usually  are  transport  proteins    

Ac@ve  transport  

•  Molecular  movement  •  Requires  energy  (against  gradient)  •  Example:  sodium-­‐potassium  pump  

Endocytosis-­‐the  taking  in  of  material  

•  Phagocytosis  –  cell  ea@ng(large  material)  

•  Pinocytosis  –  cell  drinking  (small  material)  

Exocytosis  

•  Reverse  of  endocytosis  •  Cell  discharge  material    

Cellular  reproduc@on  

•  5  ways  – 1.  Fission  – 2.  Budding  – 3.  Vegeta@ve  propaga@on  – 4.  Mitosis  – 5.  Meiosis    

 

Binary  Fission  

•  Prokaryotes  (bacteria)  •  Asexual  reproduc@on  •  Cell  makes  copy  of  DNA  and  grows  in  size  •  Membrane  will  divide  and  two  new  cells  formed  

 Budding    

•  Asexual  reproduc@on  •  Hydra  bud  to  form  new  hydra  •  Yeast  cells  undergo  budding    

Vegeta@ve  propaga@on  

•  Asexual  reproduc@on  in  plants  •  Runners  will  grow  off  from  the  parent  plant  and  root  to  form  a  new  iden@cal  plant.    

 

Cell  cycle    •  G1  phase  –  periods  of  cell  

growth  •  S  phase  –  DNA  

synthesized  •  G2  phase  –  organelles  

produced  and  get  ready  to  divide  

•  M  phase  (mitosis)  –  division  of  cell  nucleus    

•  Cytokinesis  –division  of  the  cell  cytoplasm  

Interphase    

•  Not  part  of  mitosis  •  “normal  cell  life”  •  Cell  division  does  NOT  occur  •  Chroma@ds  copy  themselves  during  S  phase  •  Covers  G1,  S,  and  G2    

Mitosis  

•  Division  of  cell  nucleus    •  Creates  daughter  cells  that  are  IDENTICAL  to  the  original  cell  

•  Have  the  en@re  set  of  chromosomes  exis@ng  in  pairs  –  diploid    

Mitosis    •  Prophase  –  chroma@d  coils  to  

form  chromosomes,  nuclear  membrane  dissolves,  centrioles  migrate  to  opposite  sides,  a[ach  to  spindle  fibers  

•  Metaphase  –  chromosome  pairs  line  up  at  the  equator  

•  Anaphase  –  chromosome  pairs  separate  and  are  pulled  apart  by  the  spindle  fibers    

•  Telophase  –  chromosomes  uncoil,  spindle  fibers  dissolve,  nuclear  membrane  reforms  

•  Cytokinesis  –  Division  of  the  cytoplasm  to  make  two  new  cells  

Uncontrolled  cell  growth  

•  Cancer  –  do  not  respond  to  signals  that  regulate  growth  of  most  cells.    

•  Form  masses  called  tumors    

Meiosis  

•  A  form  of  cell  division  by  which  gametes,  with  half  the  number  of  chromosomes,  are  produced.  

•  Diploid  (2n)  à  haploid  (n)  •  Sexual  reproduc@on  •  Two  divisions  (meiosis  I  and  meiosis  II)  

Interphase  I  

•  Similar  to  mitosis  interphase  •  DNA  replicates  in  the  S  phase  •  Each  duplicated  chromosome  consist  of  two  iden@cal  sister  chroma@ds  a[ached  at  their  centromeres.  

•  Centriole  pairs  also  replicate.  

Meiosis  1  –  spliing  homologous  chromosomes    

•  Cell  division  that  reduces  the  chromosome  number  by  one-­‐half  

•  Prophase  1  –  longest  and  most  complex,  chromosomes  form,  homologous  chromosomes  come  together  to  form  a  tetrad.    Crossing  Over  occurs  here!  

•  Metaphase  1  –  tetrads  align  on  the  equator    •  Anaphase  1  –  homologous  chromosomes  separate  and  go  to  opposite  ends  of  the  cell  

•  Telophase  1  –  a  nuclear  membrane  will  form  around  each  chromosome  set  

•  Cytokinesis  occurs  and  two  cells  are  formed.    

 

Crossing  over  

•  Crossing  over  may  occur  between  homologous  pairs.      

•  Segments  of  nonsister  chroma@ds  break  off  and  rea[ach  to  the  other  chroma@d  

•  Causes  gene@c  varia@on    •  Happens  in  Prophase  1  

Nonsister  chroma@ds   Tetrad    

Meiosis  II  –  spliing  sister  chroma@ds  

•  No  interphase  II  or  very  short,  no  DNA  replica@on,  very  similar  to  mitosis  

•  Prophase  II  –  nucleus  disappears,  chromosomes  condense,  spindle  forms  

•  Metaphase  II  –  chromosomes  (not  homologous)  line  up  at  equator  

•  Anaphase  II  –  sister  chroma@ds  separate  •  Telophase  II  –  nucleus  reforms,  spindle  disappears  

•  Cytokinesis  occurs      

Levels  of  organiza@on  •  Cells    

–  Basic  unit  of  structure  and  func@on  in  the  human  body.    –  Ex:  nerve  cells,  blood  cells,  bone  cells  

•  Tissues  –  Group  of  cells  that  work  together  to  perform  the  same  func@on  

•  Organs  –  A  group  of  two  or  more  different  types  of  @ssue  that  work  together  to  perform  a  specific  func@on  

–  Ex:  heart  (made  of  muscle  and  connec@ve  @ssue)  •  Systems  

–  Group  of  two  or  more  organs  that  work  together  to  perform  a  specific  func@on.  

–  Ex:  circulatory,  diges@ve,  nervous,  etc.  •  Organism    

From  simplest  to  complex:  

•  Cells  •  Tissues  •  Organs  •  Systems  •  Organism    

Plants  are  either  vascular  or  nonvascular  

•  Vascular  plants  form  @ssues  called  xylem  and  phloem  – Xylem  carries  water  throughout  the  plant  – Phloem  carries  nutrients  and  food  throughout  the  plant  

•  Nonvascular  plants  DO  NOT  have  xylem  or  phloem  or  true  roots,  stems,  or  leaves.    – Small  because  no  way  of  transpor@ng  water  around  the  plant.    

 

Why  is  xylem  bigger  than  phloem??  

Plant  adapta@ons  

•  Protec@on  –  thorns,  bad  taste,  poison,  spikes  •  Obtaining  food  –  larger  the  leaves,  the  more  sun  they  can  capture  

•  Seeds  –  they  are  formed  when  the  pollen  fer@lizes  the  egg.  Fruit  protects  seed.    

Seed  adapta@ons  

•  For  plants  to  survive,  seeds  have  to  be  dispersed  away  from  the  parent  plant.    – Carried  by  wind  – Carried  on  animal’s  fur  or  feathers  – Carried  by  water  – Eaten  by  animals  –  comes  out  in  the  feces  – Mechanically  propelled  –  the  plant  throws  the  seed