Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 1

What are the similarities of all cells?

CHAPTER 4 

1. Cell theory = states that all organisms are made of one or more cells, and the life  processes of metabolism and heredity occur within these cells ex

a. Cells are the smallest living things and the smallest things that can survive  on their own

b. Arise only via division of a previously existing cell

i. Ex = we come from a sperm and egg cell

c. Limited in size due to being only able to handle so much and retain a certain  amount of volume for efficient and optimal function

d. Similarities of all cells

i. Centrally located genetic material

1. Eukaryotes: DNA in a nuclear envelope

2. Prokaryotes: DNA in a nucleoid 

ii. Cytoplasm = semifluid that fills the interior of the cell and helps to  maintain the shape

What are the tail-like extensions for motility that some prokaryotes have?

iii. Plasma membrane = component of the cell that makes up the 

external boundary of the cell, contains everything inside, and controls  what can go in and out

1. Our plasma membranes are made of a phospholipid bilayer

2. Prokaryotic Cells (single­celled organisms i.e. bacteria and archae) a. Have ribosomes and a nucleoid region to contain DNA

i. Ribosomes make proteins

ii. Have a cytoskeleton for struction

iii. Flagella = tail­like extensions for motility that some prokaryotes  have Don't forget about the age old question of What are some examples of acidic and neutral substances?

1. Human cell with flagella = sperm

b. Organization from inside to outside: We also discuss several other topics like Why do animal cells have cholesterol in them?

Plasma membrane  cell wall        capsule

What is the function and location of chromatin?

c. Have a tough and rigid cell wall

i. Provides protection, shape, and is the target of antibiotics

1. Antibiotics function in a way that targets the differences 

between our cells and bacteria i.e. the cell wall of the 

prokaryotic cell

ii. Peptidoglycan = a carbohydrate that makes up the cell wall

3. Eukaryotic Cells (i.e. animals, plants, and fungi)

a. Contain a nucleus to store DNA with other organelles to specify functions to  certains regions (ER, golgi, and lisosomes) that are compartmentalized and  surrounded by membranes

i. Cells look different depending on their different specialization due to  structural and organizational variations

1. Ex = red blood cells (RBCs) get rid of their nucleus to be able to

carry more oxygen (O2) more efficiently

b. Chromosomes = consolidated and compact DNA

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 2

i. Formed from DNA winding around proteins

ii. Chromatin = large mass of chromosomes that they organize  themselves into; towards the center of the cell If you want to learn more check out What are the trends in entropy?

c. Nuclear envelope = a double­layer membrane that surrounds the nucleus;  made of phospholipids

i. Nuclear pores = small holes in the nuclear envelope that allows  small molecules to enter and exit the nucleus

1. Things that enter: nucleotides, enzymes, transcription factors  and hormones, building blocks of DNA

2. Things that exit: mRNA (messenger RNA)

d. Nucleolus = region within the nucleus where ribosomes are produced i. Ribosomes = small structures that can read and interpret mRNA to  make proteins (2 subunits—large and small)

1. Add the correct amino acid to the polypeptide chain after 

interpreting mRNA

2. Found free­floating within cytoplasm or attached to the ER e. Endoplasmic reticulum = ER = structure located right outside the nucleus that has extensive membrane folding and which synthesizes proteins, lipids,  and carbohydrates (2 kinds) If you want to learn more check out What refers to any substance that causes damage during the prenatal period?

i. Rough ER = ER that is studded with ribosomes and is the site of  protein synthesis; makes slight changes to the protein being made 1. Closer to the nucleus than the smooth ER

2. Makes “rough draft” of the protein

ii. Smooth ER = ER that has no ribosomes and is the site of lipid and  carbohydrate synthesis; also used for Ca2+ storage and is used to  detoxify

1. These kinds of ER are continuous

f. Golgi apparatus = golgi = structure located next to the ER that processes  and packages synthesized molecules of which are received within vesicles  (where the proteins are edited: things are added/rearranged/removed and  where they turn into 2°, 3°, or 4° structures)

i. Cisternae = stacks of membrane within the golgi

ii. Vesicles fuse with the golgi membrane on the cis face

iii. As the golgi makes changes to the molecules, they are sent from one  cisterna to the next via vesicles and eventually reach the trans face  (motor proteins assist in this process)

1. Trans face is closer to the plasma membrane of the cell 

therefore we are moving outward

2. The molecule is then either released from the cell via exocytosis or is remains within the cell Don't forget about the age old question of What does the navier-stokes equation govern?

g. Lysosomes = structures that bud off of the golgi and that contain digestive  enzymes of which help break down anything harmful to the cell, recycle cell  components (unneeded organelles)

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 3

i. These can be found in the liver to help with detoxifying alcohol, toxins, and meds

ii. Disorder that results from loss of function of lysosomal enzymes: Tay Sachs

iii. Have lipid bilayer

h. Peroxisomes = stronger versions of lysosomes that contain oxidative  enzymes and that make H2O2 as a by­product (of which is broken down to  water and oxygen)

i. Mitochondria = structure that makes ATP from glucose and thus provides  the cell with energy; divide as the cell divides and contains their own DNA  different from the DNA in our nucleus (2 membranes separated by  intermembrane space)

i. Outer membrane

ii. Inner membrane

1. Cristae = folds that are covered with proteins for oxidative  metabolism and ATP creation If you want to learn more check out When did the gunpowder revolution take place?

2. Matrix = where DNA and ribosomes are found

j. Chloroplasts = plants only; carry out photosynthesis and have own DNA i. Chlorophyll pigment = pigment within the chloroplast that give  them their green color

ii. 2 membranes

1. Inner membrane

a. Stroma = fluid within the inner membere

b. Grana = small, disk­shaped stacked compartments

i. Thylakoid = individual disk that contain 

photosynthetic pigments

2. Outer membrane

k. Central vacuole = site for storage of proteins, pigments, and wastes (i.e.  sugars, ions, water); 

i. Tonoplast = membrane; very large

ii. maintains tonicity of the cell so it is able to expand and contract;  responsible for cell growth

l. cytoskeleton = cell component made of structural proteins to provide shape  and structure in the cell (3 types of filaments that compose the cytoskeleton) i. actin filaments = microfilaments = long and thing filaments made  of 2 stands of actin proteins (in 3° structure) to allow the contraction  and crawling of the cell

1. involved in the division of the cell and in the creation of cell  extensions

2. regularly polymerize = become longer and depolymerize =  become shorter 

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 4

ii. microtubules = large hollow tubes that are made of individual 

tubulin proteins (13/ring) and are involved in cell division and 

endocytosis

1. regularly polymerize and depolymerize

iii. intermediate filaments = tough, fibrous proteins that provide cell 

stability 

1. ex = keratin (found in hair and nails)

m. extracellular matrix = ECM = protective layer on the outside surface of the cell that is made of glycoproteins and collagen for strength; contains elastin 

for flexibility

i. integrins = proteins that span the plasma membrane and which 

anchor the cytoskeleton inside the cell to the ECM outside of the cell

Plants

Animals

Central vacuole 

Vesicles = sacs that store various items;  “bubbles”

Vesicles = sacs that store various items;  “bubbles”

Cytoskeleton 

Cytoskeleton 

Mitochondria 

Chloroplasts 

Rough ER

Nucleus

Smooth ER

Mitochondria 

Golgi

cytoplasm

Peroxisome

Golgi 

Lysosome

Rough ER

Cytoplasm

Smooth ER

Nucleus 

Peroxisome 

Ribosomes 

Lysosome 

Extracellular matrix 

Plasmodesmata 

Cell wall

4. Symbiosis

a. Examples of symbiotic relationships

i. Termites eat wood and the microbes inside of them digest them to get 

food and also keep the termites alive

1. Mutualism = relationship in which both parties benefit

ii. Bacteria in our large intestine help us liberate vitamins we can 

naturally digest and they get fed and a get an envmt to live in

1. Mutualism 

5. Motor Proteins = proteins that use ATP as a source of energy to move materials  throughout the cell (2 main kinds)

a. Kinesin = motor protein that moves molecules towards the periphery of the  cell

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 5

b. Dynein = motor protein that moves molecules towards the interior of the cell i. Materials are loaded into vesicles and motor proteins bind to the  vesicle and walk along skeleton to transport

6.  Cell Movement

a. As actin polymerizes, it extends the cell membrane outward and myosin  helps by pulling the rest of the cell along

i. Important in inflammation, clotting, wound healing, and cancer  metastasis

ii. Cells know to do this primarily when there’s a detectable stimulus (i.e. infection) that is harmful to the cell

b. 2 extensions impt in cell movement

i. Flagella = lets the cell propel itself in a fluid environment

1. 9+2 arrangement of microtubules  of w hich slide past each 

other to allow the flagellum to move

a. 9 doublets in a circle and a central pair

2. ex = e.coli

ii. cilia = thin, hairlike extensions of a cell that are anchored to the  plasma membrane to help move things past the cell  

1. have a 9 + 2 arrangement of microtubules

2. ex = trapped dirt in mucus is moved by cilia up the throat to 

get it out

a. 2 situations in which cilia are helpless (mucus is too 

thick)

i. Cystic fibrosis

ii. Smoker’s cough

7. Plant cell walls = provide protection and support; made of cellulose (polymer of  glucose) in plants and protists and made of chitin in fungi

a. Primary cell wall = present in cell that are still growing 

i. Middle lamella = helps adhere the primary cell walls of other cells  b. Secondary cell wall = present in cells that aren’t growing anymore and is  found in between the primary cell wall and the plasma membrane; thick and  rigid

8. Cell­cell interactions

a. Identifying proteins

i. Glycolipids = identifying protein that determines blood type and is  specific to tissue types

ii. MHC proteins = allows the immune system to identify the cell as  “self” rather than “foreign”

1. Arranged in a certain pattern unique to each individual of 

which every cell in that individual has (identical twins have 

similar MHC protein patterns)

2. Auto­immune diseases are diseases in which the immune 

system labels the cell as “foreign”

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 6

b. Tissue = group of the same cells organized into a function unit (3 types) i. adhesive junctions = functional unit of which attaches the cell’s  cytoskeleton to the ECM or to the cytoskeleton of another cell; some 

components are able to get through them (2 kinds)

1. cadherin = a cell adhesion molecule that passes through the 

plasma membrane and attaches externall to the cadherins on 

another cell; helps anchor two neighboring cell

2. desmosomes = adhesion molecules made of cadherins that 

anchor cells within a tissue and provide support against 

mechanical stress

a. this is the reason cells are able to stay attached

ii. tight/separate junctions = functional unit of which adheres 

adjacent cells and blocks off the space in between cells used for 

molecule passage; doesn’t allow component to get through them (ex =  water and bacteria cannot get through skin)

1. tight junctions are found in vertebrates

2. separate junctions are found in vertebrates and invertebrates 

3. if molecules want to pass in between cells now they need some 

sort of carrier 

iii. communicating junctions = functional units of which allow cell to  communicate with each other through the passing of molecules and 

ions from one cell to the next 

1. gap junctions = six individual proteins in tertiary structure of

which for a tube (channel) in the plasma membrane of both 

cells to share nutrients, ions, and signals

a. moves small molecules

b. always present but not always open

2. plasmodesmata = plants only; only present where there are 

gaps in the cell wall; extensions of smooth ER and allow many 

molecules to pass through

CHAPTER 5 

1. Membranes

a. Phospholipid bilayer = 2 layers of phospholipids that make up the plasma  membranes of cells

i. Amphipathic = characteristic of phospholipid bilayers that describes  them as both polar (phosphate head group) and nonpolar (fatty acid 

tails)

1. Polar phosphate groups are oriented towards the exterior of the

cell, as they are more attracted to water

2. Nonpolar fatty acid tails are oriented towards the interior of 

the cell as they are shielded from water

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 7

ii. Fatty acids are packed together to be a solid and cholesterol keeps 

them from becoming a solid

iii. They are both saturated (straight, single carbon bonds) and 

unsaturated (bent, carbon­carbon double bonds)

iv. Movement within a layer but little movement between layers

2. Membrane Proteins 

Membrane Protein

Function

Transmembrane protein

span the plasma membrane; transportation and communication

Interior protein network

Maintain cell shape

Cell surface markers

Provide cell ID (ex = glycoproteins,  glycolipids, EMC proteins)

Transporter

Create a channel through which molecules  (ex = ions) pass into or out of the cell 

Enzymes

Carry out chemical reactions (can either be inside of the cell or on the plasma 

membrane to catalyze a rxn)

Cell­surface receptors

Sites on which chemical messengers can  bind and bring about rxns within the cell

Cell­to­cell adhesion proteins

Bind adjacent cells together (cadherins and desmosomes)

Attachments to the cytoskeleton

Provide anchors for the cell

a. Transmembrane domain = equal to each time in which the 

transmembrane protein spans the plasma membrane 

i. Amino acids composing these domains are composed of amphipathic 

amino acids

ii. Pores = beta­barrel = composed of beta sheets of which fold back 

and forth to create a cyclinder

3. Membrane Transport

a. Passive transport = membrane transport that doesn’t require energy input  and follows the molecule’s natural tendencies (natural tendencies include 

atoms spreading out from each other to avoid bumping into each other); 

movement of water is based on solute concentration

Solution type

Definition

Hypertonic

A solution that contains more solutes (and  thus less water) than the cell; when a cell is placed in a hypertonic solution, water goes 

from the cell into the solution to achieve  equilibrium creating cell shrinkage 

Hypotonic 

A solution that contains fewer solutes (and  thus more water) than the cell; when a cell 

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 8

is placed in a hypotonic solution, water goes from the solution into the cell to achieve  equilibrium creating the cell to possibly lyse

Isotonic

A solution in which the solute concentration is the same in the solution and the cell;  water moves in an out of the cell at an  equal rate

Ways to maintain osmotic balance

Definition

Extrusion

Contractile vacuoles collect water from the  cell via a small pore opening and the  vacuole contracting causing to force the  water out

isosmotic regulation

A method in which humans and others  animals tweak the concentrations of solutes in the blood so it’s the same as the cells

Turgor pressure

Pressure that presses the plasma 

membrane against the cell wall to maintain  shape

i. Diffusion = simple diffusion = passive transport in which there is  movement from an area of high concentration to an area of low 

concentration; requires no ATP

1. Equilibrium = the goal of simple diffusion

a. Ex = if there is an abundance of Na+ inside of the cell 

and not as much outside of the cell, diffusion acts to 

even this out

2. Molecules prefer to move to an area of lower concentration 

because there are fewer like charges and more space to lessen 

the collision of molecules

3. Examples of a molecule that can diffuse through the plasma 

membrane = cholesterol, lipids, steroids, O2, and CO2 

a. All of these substances are nonpolar (gases can pass 

through because theyre inert)

b. “like diffuses through like”

ii. Facilitated diffusion = diffusion in which molecules get help from  channels/carriers to diffuse through the plasma membrane; still no 

ATP required; ions move in the direction of high concentration to low  concentration

1. “channel” can be thought of as a tunnel going through plasma 

membrane and when open, ions can move through

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 9

2. “carrier” can be thought of as a door; changes shape so it faces  the opposite side of the membrane when a molecule binds

a. Movement can only happen if theyre unoccupied 

therefore diffusion slows when concentration is too high

iii. Osmosis = the movement of water from an area of low solute  concentration to an area of high solute concentration

1. Aquaporins = exclusive channels that water moves through to get across the membrane

2. Solutes = things being dissolved (sugar)

3. Solvents = things doing the dissolving (coffee)

4. This happens instead of diffusion when molecules cannot come  through but water still can

b. Active transport = energy (ATP) needs to be added to force molecules to  move against their natural tendencies

i. Primary active transport = active transport that forces a molecule  to move from an area of low solute concentration to an area of high  solute concentration; requires ATP (to act as a transporter) bc the  solute is moving up its concentration gradient

Transporter

Uniporters

Symporters

Antiporters

Function

Transports one molecule across the plmembrane at the same time 

Transports 2 molecules across the plasmembrane at the same time in the sadirection

Transports 2 molecules across the plasmembrane at the same time in the oppdirection (ex = sodium potassium pum

1. sodium­potassium pump = mechanism in which 3 Na+ molecules are pumped out of the cell while 2 K+ are pumped  into the cell; equilibrium is not the goal

a. this is used to correct leaky channels within animal cells that maintain a high Na+ concentration within the cells 

and a high K+ concentration inside the cells

ii. secondary active transport = transport in which ATP is used  indirectly; ATP is requires at some point but is not used by the  transporter moving the molecule  (2 carriers)

1. 1st carrier moves molecules using ATP and creates a gradiesnt 2. Gradient is used to force other molecules to move to a lower  concentration are

a. Involved symporters or antiporters

iii. Endocytosis = moving large amounts of molecules into a cell (3  methods)

Copyright: © Hannah Kennedy, Kent State University 10

Type of endocytosis

Phagocytosis

Pinocytosis

Receptor­mediated endocytosis

Function

Brings in small organisms or larger  fragments by sending out extensions twrap around the material and pull intcell

Brings in smaller solutes or fluids by  forming a pocket to contain the materiand pinching off to create a vesicle Materials bind to receptors on the cellsurface before being taken to the cell

iv. Exocytosis = moving large amounts of molecules out of a cell 1. Materials being released are packed into vesicles of which fuse  with the plasma membrane and release materials out of the  cell

References: