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UA / Biological Sciences / BSC 215 / What is robert hook's contribution to cell theory?

What is robert hook's contribution to cell theory?

What is robert hook's contribution to cell theory?

Description

School: University of Alabama - Tuscaloosa
Department: Biological Sciences
Course: Human Anatomy & Physiology I
Professor: Jason pienaar
Term: Fall 2016
Tags: anatomy, Physiology, Biology, Science, Nursing, and medicine
Cost: 25
Name: BSC 215 Week 5 Notes
Description: These notes cover lectures from Tues 9/6 and Thurs 9/8, on the topics of Organic Molecules, Cell Membranes, Organelles, and Cytoskeleton. Good luck! Also, keep an eye out for the in-depth Study Guide for our first midterm! I'll send out an email 4 days before the test, when it's posted.
Uploaded: 09/09/2016
12 Pages 169 Views 1 Unlocks
Reviews


9/6


What is robert hook's contribution to cell theory?



CQ 

1. Cmpd has 120 carbons, 240 hydrogens, 2 oxygens. It is most likely a… Lipid (C, H, O)

NOT protein/ nucleic acid, bc no N, or carbohydrates bc no 1:2:1 ratio

2. monomers of proteins are…

d. amino acids

LO1: Understand “cell theory” and the scientific discoveries that led to it Know a few names…

Robert Hook

 1st tenet of life/ cell theory: all living things have cells

Anton Van Leeuwenhoek

Discovered bacteria We also discuss several other topics like Functionalism theory is the theory of what?

Louis Pasteur

Spontaneous generation of life

 2nd tenet of life: all life comes fr life; all cells come from cells


What is anton van leeuwenhoek's contribution to cell theory?



• 3 tenets of cell theory 

1. All living organisms are composed of cells 

2. The cell is the most basic unit of life 

everything above cell level is life; everything below is not

cellular processes 

3. All cells come from preexisting cells 

LO2: Understand variation in and limits on cellular morphology Don't forget about the age old question of What is the structure and function of a cuticle?

Morphology: shape and size

Shape variation 

Skin cells—no cell wall

Bacterial cells –no nucleus

Nerve cells –no cell wall; axons/ dendrites as projections

Egg cell 

Plant cells—cell wall 

Size variation 

Egg cell (100 μm diameter) –big, not microscopic


What is louis pasteur's contribution to cell theory?



Most human cells 10­15 μm diameter 

Some nerve cells (>1m long) 

LO2: Understand variation in and limits on cellular morphology  If you want to learn more check out What is habituation in psychology?

Surface to Volume ratio Becomes TOO SMALL 

10μm v. 30μm cube hypothetical cells

Surface 102 = 100; Volume 103 =1000; Ratio S/V = 0.1 

Surface 302 = 900; Volume 303 =27000; Ratio S/V = 0.03 

much lower S/V ratio—not ideal bc lots rxns happen on surface

want smaller size  smaller vol

cannot sustain chemistry

CQ 

3. Cell 1 has 10um width; cell 2 has 50 um width.  Which cell has larger S/V ratio? A) cell 1

LO3: Know the three basic components of cells and the terminology used to describe  them 

Extracellular space/ fluid

Intracellular space/ fluid:

Plasma membrane (3rd domain)

Cytoplasm (2nd domain)

cytoplasmic organelles 

many are membranous—increase Surface Area (SA) of cell

cytoskeleton—gives structure

Nucleus (3rd domain)

Nuclear envelope (bilayer

Nucleus (houses genetic material)

Only in eukaryotes; bacteria don’t have nuclei

LO4: Describe how lipids, carbohydrates and proteins are distributed in a cell membrane  and explain their respective functions If you want to learn more check out There are many ways that you may know thing?

Lipids

• 98% of membrane molecules are lipids 

• 75% phospholipids 

• Amphipathic –

hyrophillic side (charged, phosphate)   and 

hydrophobic side (noncharged, fatty acid (FA) )

• Form bilayers—largest component of cell membrane

spontaneous formation of micelle (hydrophilic heads protect fatty 

acids)

liposome = larger version of micelle

phospholipid bilayer = larger version of liposome

FA’s interact w/ one another; phosphates interact w/ water 

on each side

• 20 % cholesterol 

• Stiffen membrane 

steroid molecule (cholesterol in cell membrane; hormone when seen  elsewhere)

• 5% glycolipids 

• Form part of the glycocalyx

Proteins

• 2% of membrane molecules are protein (but 50% of mass) 

• Two major classes 

• Integral (embedded): integrated/ embedded in membrane; spans 

membrane

• peripheral: float around in extracellular or intracellular fluid We also discuss several other topics like What is the instrument that produces sound by the vibration of the body of the instrument?

Receptors: Bind specific chemical messengers and transmit the signal into the  cytoplasm 

Often transmit signal from hormones all the way to genes

Alter gene expression

Enzymes: Catalyze various metabolic reactions 

Channels: Allow hydrophilic molecules & water through membrane  Ligand channels: molecule must bind to receptor to open channel

Voltage channels: requires charge difference

Mechanically gated channels: need physical change to open 

Identity markers: Glycoproteins distinguish “self” from “non self” Part of immune response

 Cell adhesion molecules (CAMS): provides strong chemical linkages btwn cells  cell­cell binding and mechanical connections to extracellular matrix  linking cytoskeletons

Glycocalyx

• Glycolipids 

• Glycoproteins 

• Unique identifier  Don't forget about the age old question of What does alexander hamilton known for?

• Guides embryonic cells to destinations (mailing addresses) 

• Immune functions: know not to attack own cells; recognize lack in  pathogens 

• Adhesion functions: sugar is sticky

LO5: Understand passive transport mechanisms across cell membranes  Passive transport: Does NOT require external energy 

Using term loosely; no transport protein involved

2 ways to transport across membrane w/o energy

but both ACTUALLY THE SAME—both involve particles down conc.  gradient

1. Diffusion: Movement of solutes (particles)down a concentration  gradient

Why? 

• kinetic energy of random motion 

• Less particles to bump into at lower concentration, travel further 

In life, interested in diffusion across a membrane (bidirectional in/out  of cell)

• Cell membranes are selectively permeable 

ex. ethanol will go in, Na won’t—not lipid soluble

• Selectivity based on: 

• Size: lipid soluble but can’t fit btwn molecules

• Charge: small enough, but charge repels 

• Membrane protein specificity  

ex. membrane channel made just for Na—other 

molecs can’t

BUT  Still just diffusion

Simple V facilitated diffusion

Simple diff: particles thru membrane

Facilitated diff: carrier protein or channel

Still with concentration gradient

Factors affecting membrane diffusion rate 

• Temperature • Higher kinetic energy of motion

• Molecular mass  • Smaller molecules diffuse faster

• Concentration gradient 

higher concentration  faster diffusion to low conc area

• Membrane surface area 

rate measured with respect to size of cell

greater surface area  greater rate

• Membrane permeability  faster diffusion

2. Osmosis: Movement of solvent down a concentration gradient  • Diffusion of Solvent (e.g. water) molecules across a membrane 

• I.e. water flows DOWN a concentration gradient 

• Dissolved solutes determine water concentrations 

• Hydration spheres also help 

water slightly charged; surrounds ions

CQ 

4. Which of following factors affect diffusion rates of small hydrophobic molecules? b. temperature, conc. gradient

NOT ATP, bc then energy required

Aquaporins 

• Some water always diffuses across the plasma membrane 

• H20 is a small, partially charged molecule 

• Many cells embed Aquaporin channel proteins in membranes that allow water to diffuse easily 

ex. kidney cells

• Control osmotic rate by varying Aquaporin number

LO6: Understand active transport mechanisms across cell membranes Diffusion summary 

• Diffusion, whether simple or facilitated is always passive transport  • Always down / with a concentration gradient 

• No additional energy required

Active transport 

∙ always requires energy 

o Primary active transport:  Membrane protein uses ATP energy directly  to “pump” against concentration gradient

o Secondary active transport: Membrane protein uses concentration  gradient energy created by a different ATP dependent “pump”  

o Vesicular transport: Membrane vesicles bud off membrane to transport  molecules wholesale

∙ Transport up / against a concentration gradient

9/8/16

Active transport 

∙ always requires energy 

o Primary active transport:  Membrane protein uses ATP energy (via  hydrolysis)directly to “pump” against concentration gradient

o Secondary active transport: Membrane protein uses concentration  gradient energy created by a different ATP­dependent “pump”  

 Transport is one­step removed

o Vesicular transport: Membrane vesicles bud off membrane to transport  molecules wholesale *or* move big molecules

 Vesicle made from/ derived from cell membrane

∙ Transport up / against a concentration gradient

Membrane protein pumps 

Uniport: moves one substance one way

Cotransport:

Symport: 2 substances in same direction

Antiport: 2 substances in opposite direction

The Sodium Potassium pump  

All animal cells have them

Necessary for …

nerve cell signaling

Skeletal (skinetal)muscle contraction 

Heart beat 

Osmotic balance 

Also lots bacteria

Antiporter­like activity (2ndary active transport)

**MANTRA: 2 K’s into, 3 Na’s leave (like Mad Max: 2 man into, 1 man leave) more Na’s going out than K’s in—both pos

more unpaired Cl’s inside cell

outside cell more pos; inside cell more neg

Na more concentrated

create electrical polarity electrical current

ATPase (primary active transport)

Up to 30% of cellular energy used for Na/K pumps 

Sodium potassium pump  

Diagram: NOT the Na/K pump; describes what happens after—channels open, and  then…

arrows rep diffusion

Green: K; orange: Na

1. Na binds to pump by ATP phosphorylation

2. phosphorylation  shape change

3. Shape change  good for binding K ions (2)

4. release phosphate ions  shape change back

5. K released 

Primary & secondary active transport  

• Sodium potassium pump is an example of primary active transport  • Uses ATP as an energy source 

• Secondary active transport uses concentration gradients of co­transported molecules as  an energy source • e.g. Sodium gradient 

Secondary active transport: Glucose symporter  

1. Na/K pump creates ion gradient

2. 2nd protein: Na­glucose symport transporter loading glucose from ECF Na/K pump uses so much E bc used for so many processes

Vesicular transport 

• Movement of large particles or many molecules simultaneously through membranes in  membrane derived vesicles 

• Endocytosis (vesicular transport into cell) 

•Phagocytosis (“cell eating”) 

“eats” bacterial or cancer cell

internalize w/ vesicle

destroy w/ lysosome

• Pinocytosis (“cell drinking”)

if cells don’t get water fast enough, bring in lots water wholesale

 • Receptor mediated endocytosis (“specific molecule transport”)  most prevalent type

proteins good at recognizing shape; informs this mechanism

only molecules w/ correct shape enter (ex. hormones)

• Exocytosis (vesicular discharge out of cell) 

Receptor mediated transport: e.g. Low Density Lipoprotein (LDL) uptake from  bloodstream 

∙ Molecules bind to specific receptors on plasma membrane. 

∙ Receptors cluster 

∙ Receptors sink inwards to form Clathrin­coated pit 

∙ Clathrin­coated pit containing molecules separates from membrane to form  clathrin coated vesicle

o Complete internalization

o Part of membrane internalized; need to keep replenishing membrane

Cytoskeleton and Organelles

Learning Outcomes 

Endomembrane system means all connected

Dynamic cytoskeleton—can be reorganized/ remodeled

Essential for cellular motion

Centrioles; microvilli, cilia, flagella—3 stick out; all dependent on cytoskeleton

Cellular Ultrastructure 

Able to start learning w/ advent of electron microscopy

Major advances in resolution of 1­cell imgs

Plasma membrane

Nucleus—largest organelle; 

Nuclear envelope

Ribosomes—some free, some embedded in rough ER

Translate genetic material  protein

If it’s alive, it has ribosomes—viruses don’t have them to translate gen code Mitochondria

**fav test question: what’s evidence that mitochondria were once free­living? Endosymbiant theory

Ev #1

Outer membrane has lipids sim to eurkaryotes

Inner membrane has lipids sim to bacteria

Tells us that ancient endocytosis

Inner = orig

Outer = remnant of vesicle

Golgi complex: modify protein

Endoplasmic reticulum: creates SA to embed proteins/ ribosomes Translate/ encode

“hydrophobic highway”

LO1: Describe the structure and function of each organelle 

Most ATP made btwn inner and outer membrane

Folds: cristae

Don’t confuse w/ cistanae—

**Mitochondrial DNA: evidence #2

remnants of bacterial genome

Ev #3: has own ribosomes

Ev #4 in genetic sequencing—don’t need to know

Much more like bact

Mitochondria 

• Powerplant of the cell 

• Specialized for ATP synthesis 

• Double membrane 

• Inner membrane forms cristae (folds) 

• Surrounds matrix 

• DNA, ribosomes 

• Endosymbiotic theory = reason for own dna/ ribosomes

remnants of original bacterial ancestor

LO1: Describe the structure and function of each organelle 

• Ribosomes 

• Specialized for protein synthesis

using mRNA and tRNA

• Large and small protein subunits 

• Free in cytosol or bound to rough ER and nuclear membranes

fixation in ER imp­­mRNA knows where to go (fixed address)

Endoplasmic reticulum 

nucleus has inner membrane and outer membrane

continuous w/ rough Er then smooth ER

ribosomes lost along the way

• Network of cisternae (tubules) continuous with outer nuclear membrane  • Rough ER

 • Studded with ribosomes 

• Protein folding 

• Membrane factory 

• Combines integral proteins and lipids in “prefabricated” cell membrane  sections 

fairly constant cell function, despite cell type variation

• Smooth ER 

• No ribosomes 

• main job: Calcium ion storage 

function varies dep on cell type

Calcium ion storage (e.g. muscles) 

• Detoxification reactions (e.g. liver) 

adapts to manage substance abuse

• Lipid synthesis (phospholipids, cholesterols) 

LO1: Describe the structure and function of each organelle 

Golgi apparatus 

• Small system of cisternae 

• job: Synthesizes carbohydrates 

• Adds carbohydrates to proteins received from ER (glycoproteins) enclose proteins in transport vesicles

lipid­derived membrane fr membrane enclosing protein

Specialized Associated Structures 

Goal: understand difference btwn peroxisomes and lysosomes

Peroxisomes 

Diff #1: Produced by rough ER 

Contains oxygen free radicals 

Dangerous to cell; OK in enclosed organelle

Oxidizes toxic substances (like ethanol) to hydrogen peroxide (H2O2)  Functions: 

Breaks down fatty acids 

Reincorporate products into phospholipids­­recycling

Synthesizes some phospholipids 

Lysosomes 

Diff #1: Produced by Golgi apparatus 

Functions: 

Contain acid hydrolases to digest bacteria & worn out cell components Relatively large

Diff #2: peroxisomes break down small things; lysosomes break down larger things

LO2: What is the endomembrane system and how does it function? Smooth ER: detox, store Ca, add lipids to growing proteins

Peroxisomes = accessory struct

Golgi apparatus: add carbs to growing proteins

Lysosomes = accessory sruct

LO2: What is the endomembrane system and how does it function? SER: lipid synth

some degraded by peroxisomes

RER: folding/ modification

SER and RER proteins  Golgi apparatus

Some degraded by lysosomes

Packaged in transport vesicles  PM

Some exocytosized

LO3: Describe the structure and function of the cytoskeleton 

Fluorescent protein used for tagging in imgs

Actin and tubulin = main cytoskeleton components

Blue = cell nucleus

Most cells have one nuc; count nuceli to count # cells (7 in img)

Actin

Lots concentrated directly beneath cell membranes

Used to tell cell shape—cuboidal in this figure

Tubulin

Can rearrange

Forms mitotic spindle, dragging DNA to new cells

shifts mitochondria

Microtubule highway

LO3: Describe the structure and function of the cytoskeleton 

Cytoskeletons crucial to cell existence

Shape  function

Experiments to synthesize cell failed until 3D print cytoskeleton

Gives cells characteristic shape & size (e.g. artificial cells)

Provides structural support for membrane, nucleus & organelles 

(e.g. holds mitochondria in place)

Perform specialized functions

 (e.g. phagocytosis—restructuring to grab molecules to be phagocytosized) Allows for movement of whole cells, and movement of organelles within cells  (e.g. mitosis, cilia & flagella)

cytoskeleton allows flagella to beat

LO3: Describe the structure and function of the cytoskeleton 

3 types of protein filaments make up animal cell cytoskeletons (know funct and diameter) • Microfilaments (red) 

• Protein = actin 

7­9 nm = d

• Intermediate filaments (blue) 

• Protein depends on tissue (e.g. keratin in hair & nails) 

keratin makes you waterproof

reason for fingers wrinkling in water: nerves activating muscles to increase grip if nerves severed, no wrinkles (ev for muscle contraction)

10 < d < 25 nm—gives intermediate name

• Microtubules (green) 

• Protein = tubulin

20 nm = d

LO3: Describe the structure and function of the cytoskeleton 

Microfilaments (Actin) 

• Form terminal web 

• Extend into microvilli (support & “milking”) 

can pull microvilli and whatever’s attached into cell

• Intermediate filaments (Various proteins) 

• Give cell shape (stiff) 

• Purely structural role 

• Microtubules (Tubulin) 

• Radiate from centrosomes, hold organelles in place 

centrosomes controlle microtubules’ movements

• Act as “railway tracks” for organelle movement 

• Axonemes (motors) of cilia & flagella, mitotic spindles (special instance of  microtubules)

• Some remodel (spindles)

dragging chromosomes

 some don’t (axonemes for beating flagella)

depending on function

Cellular Extensions 

Microvilli v cilia

Microvilli:

Increase SA

Find actin

Cilia: 

bigger, more mobile

Find tubulin protein

Cross­section of axoneme in bottom left of cilia pic

Flagellum (only in sperm cell)

Structure almost exactly like cilia axoneme

Pseudopodia: 

Actin filaments extend cell surface

Directed by tubulin

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