×
Log in to StudySoup
Get Full Access to University of Louisiana at Lafayette - BIOL 261 - Class Notes - Week 3
Join StudySoup for FREE
Get Full Access to University of Louisiana at Lafayette - BIOL 261 - Class Notes - Week 3

Already have an account? Login here
×
Reset your password

UNIVERSITY OF LOUISIANA AT LAFAYETTE / Biology / BIOL 261 / figure 2.7 compound light microscope

figure 2.7 compound light microscope

figure 2.7 compound light microscope

Description

School: University of Louisiana at Lafayette
Department: Biology
Course: General Microbiology
Professor: Professor antley
Term: Fall 2016
Tags:
Cost: 25
Name: General Microbiology 261
Description: These notes are from Chapter 2 and will be covered on the test.
Uploaded: 02/03/2017
20 Pages 303 Views 0 Unlocks
Reviews



What can you conclude from this experiment?




What molecular characteristics largely determine whether or not a substance can pass through the membrane?




∙ Given that the cytoplasmic membrane has a fluid dynamic nature, with phospholipids and proteins able to move about within the bilayer structure, what force or structure keeps the membrane from falling apart?



∙ Chapter 2: Microbial Cell Structure and Function ∙ Section 1.2: Discovering Cell Structure: Light MDon't forget about the age old question of What is the difference between inferential and desriptive statistics?
Don't forget about the age old question of unt bsc
If you want to learn more check out dr zachary farris
If you want to learn more check out What are the 3 stages of reconstruction?
If you want to learn more check out Name the fluid properties.
We also discuss several other topics like How will you define stamp act?
icroscopy ∙ Compound light microscopes uses visible light to illuminate cells and cell structures ∙ Many different types of light microscopy   o   Bright­field   o   Phase­contrast   o   Dark­field   o   Fluorescence ∙ Bright­Field Scope (Figure 2.1a) o Specimens are visualized because of differences in contrast (density)  Between specimen and surroundings (Figure 2.2) ∙ Two sets of lenses form the image (Figure 1.2b) o Objective lens and ocular lens o Total magnification=objective magnification X ocular magnification o Maximum magnification is ~2000X ∙ Magnification: the ability to make an object larger ∙ Resolution: the ability to distinguish two adjacent objects as separate and distinct o Resolution is determined by the wavelength of light used and numerical  aperture of lens o Limit of resolution for light microscope is about 0.2 microns ∙ Big Ideas: o Microscopes are essential for studying microorganisms. Bright­field  microscopy, the most common form of microscopy, employs a microscope  with a series of lenses to magnify and resolve the image. ∙ Section 2.2: Improving Contrast in Light Microscopy ∙ Improving contrast results in a better final image ∙ Staining improves contrast o Dyes are organic compounds that bind to specific cellular materials o Examples of common stains are methylene blue, safranin, and crystal violet  Basic dyes bind strongly to negatively charged cell components such  as nucleic acids and acidic polysaccharides. Because cell surfaces  tend to be negatively charged, these dyes also combine with high  affinity to the surfaces of cells, and hence are very useful general purpose stains.  Figure 2.3: ∙ Simple stain, heat a loop to make it sterile then put it in the  colony of bacteria in the Petri dish and then add water and  bacteria on slide, pass the slide over flame, the stain, add oil,  and look under microscope. ∙ Differential stains: The Gram stain∙ Differential stains separate bacteria into groups ∙ The Gram stain is widely used in microbiology (Figure 2.4a) o Bacteria can be divided into two major groups: gram­positive and gram negative [they react different because they have different cell wall structures] o Gram­positive bacteria appear purple­violet, and gram­negative bacteria  appear red/pink after staining (Figure 2.4b)  Staining kills cells and can distort their feature o Figure 2.4a:  1. Flood it in crystal violet then wash it off [all cells purple]  2. Add iodine solution for one minute [mordant; all cells purple]  3. Treat with alcohol [excellent solvent for greasy lipids] ∙ Differentiation ∙ If cell wall rich in lipid: it will poke holes in the cell wall, but if it is  not rich in lipid: the cell wall will stay the same ∙ Gram­positive cells are purple and gram­negative are colorless  4. Counterstain with safranin [gram­positive—purple; gram­negative— pink/red]  ∙ They do this to prove that there were cells there in the first place   ∙       Phase­Contrast Microscopy o Invented in 1936 by Frits Zernike o Phase ring amplifies differences in the refractive index of cell and  surroundings o Improves the contrast of a sample without the use of a stain o Allows for the visualization of live samples   ∙       Dark­field Microscopy  o Light reaches the specimen from the sides o Light reaching the lens has been scattered by specimen o Image appears light on a dark background (Figure 2.5) o Excellent for observing motility   ∙       Fluorescence Microscopy o Used to visualize specimens that fluoresce  Emit light of one color when illuminated with another color of light  (Figure 2.6) o Cells fluoresce naturally (auto­fluorescence) of after they have been stained  with a fluorescent dye such as DAPI o Widely used in microbial ecology for enumerating bacteria in natural samples ∙   Big Ideas: o An inherent limitation of bright­field microscopy is the lack of contrast between cells their surroundings. This problem can be overcome using stains or by  alternative forms of light microscopy, such as phase contrast or dark field.∙ Section 2.3: Imaging Cells in Three Dimensions ∙ Differential Interference Contrast (DIC) Microscopy o Uses a polarizer to create two distinct beams of polarized light o Gives structures such as endospores, vacuoles, and granules a three dimensional appearance (Figure 2.7) o Structures not visible by bright­field microscopy are sometimes visible by DIC ∙ Confocal Scanning Laser Microscopy (CSLM) o Uses a computerized microscope coupled with a laser source to generate a  three­dimensional image (Figure 2.8) o Computer can focus the laser on single layers of the specimen o Different layers can then be compiled for a three­dimensional image o Resolution is 0.1 micron for CSLM ∙ Big Ideas: o Differential interference contrast (DIC) microscopy and confocal scanning  laser microscopy allow enhanced three­dimensional imaging or imaging  through thick specimens. ∙ Section 2.4: Probing Cell Structure: Electron Microscopy ∙ Electron microscopes use electrons instead of photons to image cells and structures (Figure 2.9) ∙ Two types of electron microscopes: o Transmission Electron Microscopes (TEM) o Scanning Electron Microscopes (SEM) ∙ Transmission Electron Microscopy (TEM) o Used to examine cells and cell structure at very high magnification and  resolution o Electromagnets function as lenses o System operates in a vacuum o High magnification and resolution (0.2 nm) o Enables visualization of structures at the molecular level (Figure 2.10a & b) o Specimen must be very thin (20­60 nm) and be stained ∙ Scanning Electron Microscopy (SEM) o Specimen is coated with a thin film of heavy metal (ex: gold) o An electron beam scans the object o Scattered electrons are collected by a detector, and an image is produced  (Figure 2.10c) o Even very large specimens can be observed o Magnification range of 15X­100,000X∙ Big Ideas: o Electron microscopes have far greater resolving power than do light  microscopes, the limits of resolution being about 0.2 nm. The two major forms of electron microscopy are transmission, used primarily to observe internal  cell structure, and scanning, used to examine the surface of specimens. ∙ Section 2.5: Cell Morphology   ∙       Morphology—cell shape ∙   Major cell morphologies (Figure 2.11)   o   Coccus (pl. cocci): Spherical or ovoid   o   Rod: Cylindrical shape   o   Spirillum: Spiral shape ∙   Cells with unusual shapes o Spirochetes, appendaged bacteria, and filamentous bacteria ∙   Many variations on basic morphological types ∙   Morphology typically does not predict physiology, ecology, phylogeny, etc. of a  prokaryotic cell ∙   May be selective forces involved in setting the morphology o Optimization for nutrient uptake (small cells and those with high surface­to volume ratio) o Swimming motility in viscous environments or near surfaces (helical or spiral shaped cells) o Gliding motility (filamentous bacteria) ∙   Big Ideas: o Prokaryotic cells can have different shapes; rods, cocci, and spirilla are  common cell morphologies. Morphology is a poor predictor of other cell  properties and is a genetically directed characteristic that has evolved to best  serve the ecology of the cell. ∙ Section 2.6: Cell Size and the Significance of Being Small ∙ Size range for prokaryotes: 0.2 microns to >700 microns in diameter o Most cultured rod­shaped bacteria are between 0.5 and 4.0 microns wide and <15 microns long o Examples are very large prokaryotes  Epulopiscium fishelsoni (Figure 2.12a)  Thiomargarita namibiensis (Figure 2.12b) ∙ Size range for eukaryotic cells: 10 to >200 microns in diameter ∙ Surface­to­volume ratios, growth rates, and evolution o Advantages to being small (Figure 2.13)  Small cells have more surface area relative to cell volume than large  cells (ex: higher S/V) ∙ Support greater nutrient exchange per unit cell volume∙ Tend to grow faster than larger cells ∙ Lower limits of cells size o Cellular organisms <0.15 microns in diameter are unlikely o Open oceans tend to contain small cells (0.2­0.4 microns in diameter) ∙ Big Ideas o Prokaryotes are typically smaller then eukaryotes, although some very large  prokaryotes are known. The typical small size of prokaryotic cells affects their  physiology, growth rate, ecology, and evolution. The lower limit for the  diameter of a coccus­shaped cell is about 0.15 microns ∙ Section 2.7: Membrane Structure ∙ Cytoplasmic Membrane o Thin structure that surrounds the cell o Vital barrier that separates cytoplasm from environment o Highly selective permeable barrier; enables concentration of specific  metabolites and excretion of waste products ∙ Composition of membrane: o General structure is phospholipid bilayer (Figure 2.14)  Contain both hydrophobic and hydrophilic components ∙ Hydrophobic (Fatty Acid) ∙ Hydrophilic (Glycerol­phosphate) o Can exist in many different chemical forms because of variation in the groups  attached to the glycerol backbone o Fatty acids point inward to form hydrophobic environment; hydrophilic  portions remain exposed to external environment or the cytoplasm ∙ Cytoplasmic Membrane (Figure 2.15) o 8­10 nm wide o Embedded proteins (Integral Membrane proteins) o Stabilized by hydrogen bonds and     hydrophobic interactions o Mg 2+ and Ca 2+ help stabilize membrane by forming ionic bonds with  negative charges on the phospholipids o Somewhat fluid ∙ Membrane proteins o Outer surface of cytoplasmic membrane can interact with a variety of proteins that bind to substrates or process large molecules for transport o Inner surface of cytoplasmic membrane interacts with proteins involved in  energy­yielding reactions and other important cellular functionso Membrane proteins firmly embedded in the membrane are called integral  membrane proteins  o Peripheral membrane proteins are not membrane­embedded but  nevertheless remain associated with membrane surfaces  One portion anchored in the membrane  Peripheral membrane proteins typically interact with integral  membrane proteins in important cellular processes such as energy  metabolism and transport.   ∙       Archaeal Membranes o Ether linkages in phospholipids of Archaea (Figure 2.16) o Bacteria and Eukarya that have ester linkages in phospholipids o Archaeal lipids lack fatty acids; have isoprenes instead o Major lipids are glycerol diethers and tetraethers (Figure 2.17a & b) o Can exist as lipid monolayers, bilayers, or mixture (Figure 2.17) ∙ Big Ideas: o The cytoplasmic membrane is a highly selective permeability barrier  constructed of lipids and proteins that form a bilayer, hydrophobic inside and  hydrophilic outside. In contrast to Bacteria and Eukarya, where fatty acids are ester­linked to glycerol, Archaea contain ether­linked lipids and some form  monolayer instead of bilayer. ∙ Section 2.8: Membrane Function ∙ Permeability Barrier: (Figure 2.18)  Prevents passive leakage of solutes into or out of the cell  Anchor for many proteins o Polar and charged molecules must be transported o Transport proteins accumulate solutes against the concentration gradient ∙ The cytoplasmic membrane is a major site of energy conservation in the prokaryotic  cell ∙ The membrane can exist in an energetically charged form in which protons (H+) are  separated from hydroxyl ions (OH­) across the membrane surface.   ∙        Protein Anchor: o Holds transport proteins in place   ∙        Energy Conservation: o Generation of proton motive force  Proton motive force is responsible for driving many energy­requiring  functions in the cell, including many transport reactions, swimming  motility, and the biosynthesis of ATP.∙ The cytoplasm is a solution of salts, sugars, amino acids, nucleotides, and many  other substances. ∙ Although some small hydrophobic molecules pass the cytoplasmic membrane by  diffusion, polar and charged molecules do not diffuse but instead must be  transported ∙ Big Ideas: o The major functions of the cytoplasmic membrane are permeability, transport, and energy conservation. To accumulate nutrients against the concentration  gradient, transport systems are used that are characterized by their specificity and saturation effect. ∙ Section 2.9: Nutrient Transport ∙ Carrier­mediated transport system (Figure 2.19)  Very rapid increase against the concentration gradient  Show saturation effect  Highly specific ∙ Three major classes of transport systems in prokaryotes (Figure 2.20)   o   Simple Transport  Driven by the energy in the proton motive force   o   Group Translocation  Chemical modification of the transported substance driven by  phosphoenolpyruvate ∙ Modified at internal face membrane at expense of  phosphoenolpyruvate    o   ABC System  Periplasmic binding proteins are involved and energy comes from ATP ∙ Outside of inner membrane; Transport ATP—ADP + Pi [ATP is  burned] ∙ All require energy in some form, usually proton motive force or ATP ∙ Three transport events are possible: uniport, symport, and antiport (Figure 2.21) o Uniporters transport in one direction across the membrane o Symporters function as co­transporters o Antiporters transport a molecule across the membrane while simultaneously  transporting another molecule in the opposite direction   ∙       Simple Transport o Lac permease of Escherichia coli  Lactose is transported into E. coli by the simple transporter lac  permease, a symporter  Activity of lac permease is energy­driven∙ The phosphotransferase system in E. coli (Figure 2.22) o Type of group translocation: substance transported is chemically modified  during transport across the membrane o Best­studied system o Moves glucose, fructose, and mannose o Five proteins required o Energy derived from phosphoenolpyruvate  ∙ ABC (ATP­binding cassette) systems (Figure 2.23) lose 2 ATP  ABC Transporters are highly specific! o >200 different systems identified in prokaryotes o Often involved in uptake of organic compounds (ex: sugars, amino acids),  inorganic nutrients (ex: sulfate, phosphate), and trace metals o Typically display high substrate specificity o Gram­negative employ periplasmic­binding proteins and ATP­driven transport proteins  Alcohol—clear  o Gram­positives employ substrate­binding proteins and membrane transport  proteins  Alcohol—purple  ∙ Big Ideas: o At least three types of nutrient transporters are known: simple, group  translocation, and ABC systems. Transport requires energy from either an  energy­rich compound such as ATP or from the proton motive force in order  to accumulate solutes against the concentration gradient. ∙ Section 2.10: Peptidoglycan [true bacteria] o Mixture of sugar and proteins; extremely rigid ∙ Species of Bacteria separated into two groups based on Gram stain ∙ Gram­positives and gram­negatives have different cell wall structure (Figure 2.24)   o   Gram­negative cell wall  Two layers: LPS and peptidoglycan—(structural network)    o   Gram­positive cell wall  One layer: peptidoglycan ∙ Peptidoglycan (Figure 2.25) o Rigid later that provides strength to cell wall o Polysaccharide composed of:  N­acetylglucosamine and N­acetylmuramic acid  Amino acids  Lysine or diaminopimelic acid (DAP)  Cross­linked differently in gram­negative bacteria and gram­negative  bacteria (Figure 2.26) ∙ Gram­positive cell walls (Figure 2.27)o Can contain up to 90% peptidoglycan o Common to have teichoic acids (acidic substances) embedded in their cell  wall  Lipoteichoic acids: teichoic acids covalently bound to membrane lipids ∙ Prokaryotes that lack cell walls o Mycoplasmas  Group of pathogenic bacteria o Thermoplasma  Species of Archaea ∙ Big Ideas:  o Peptidoglycan is a polysaccharide found only in Bacteria that consists of an  alternation repeat of N­acetylglucosamine and N­acetylmuramic acid, the  latter cross­linked by tetrapeptides in adjacent strands. The enzymes  lysozyme and the antibiotic penicillin both target peptidoglycan, leading to cell lysis. ∙ Essay Question: ∙ Explain why microbial cells are excellent models for understanding cell function in  higher organisms. o Commonality of function o Biochemical and genetic similarities o Ease and speed with which they can be grown in large quantities ∙ Section 2.11: Gram Negative Cell Walls ∙  LPS (Lipopolysaccharides): The Outer Membrane ∙ Total cell wall contains ~10% peptidoglycan ∙ Most of cell wall composed of outer membrane, aka lipopolysaccharide (LPS) layer o LPS consists of core polysaccharide and O­polysaccharide (Figure 2.28) o LPA replaces most of phospholipids in outer half of outer membrane (Figure  2.29) o     Endotoxin: the toxic component of LPS ∙ Periplasm: space located between outer surface of the cytoplasmic membrane and  the inner surface of the outer cytoplasmic membrane (Figure 2.29) o ~15 nm wide o Contents have gel­like consistenc o Houses many proteins ∙ Porins: channels for movement of hydrophilic low­molecular­weight substances  (Figure 2.29c) o Function as channels for the entrance and exit of solutes∙ Structural differences between cell walls of gram­positive and gram­negative  Bacteria are responsible for difference in the Gram stain reaction ∙ Big Ideas: o Gram­negative Bacteria have an outer membrane consisting of LPS, protein,  and lipoprotein. Porins allow for permeability across the outer membrane. The gap between the outer and cytoplasmic membranes is called the periplasm  and contains proteins involved in transport, sensing chemicals, and other  important cell functions. ∙ Section 2.12: Archaeal Cell Walls o No peptidoglycan o Typically, no outer membrane o Pseudomurein  Polysaccharide similar to peptidoglycan (Figure 2.30)  Composed of N­acetylglusosamine and N­acetylalosaminuronic acid  Found in cell walls of certain methanogenic Archaea o Cell walls of some Archaea lack pseudomurein and instead contain other  polysaccharides  o S­Layers  Most common cell wall type among Archaea  Consist of interlocking molecules of protein or glycoprotein  Paracrystalline structure (Figure 2.31) ∙ The paracrystalline structure of the S­layer can form various  symmetries, including hexagonal, tetragonal, or trimeric,  depending upon the number and structure of the subunits of  which it is composed. S­layers have been found in  representatives of all major lineages of Archaea and in several  species of Bacteria. ∙ Big Ideas: o Cell walls of Archaea are of several types, including pseudomurein, various  polysaccharides, and S­layers, which are composed of protein or  glycoprotein. As for Bacteria, the walls of Archaea protect the cell from  osmotic lysis. ∙ Section 2.13: Cell Surface Structure ∙ Capsules and Slime Layers ∙ Capsules: if the layer is organized in a tight matrix that excludes small particles Adhere firmly to cell wall, and some are covalently linked to  peptidoglycan ∙ Slime Layer: if the layer is more easily deformed; it will not exclude particles and is  more difficult to see  Are loosely attached and can be lost from the cell surface o Polysaccharide layers (Figure 2.32)  May be thick or thin, rigid or flexible o Assist in attachment to surfaces o Protect against phagocytosis (engulfment) o Resist desiccation o *Besides attachment, outer surface layers can have other functions. These  include acting as virulence factors in certain bacterial diseases and  preventing the cell from suffering dehydration. o *Encapsulated cells of these bacteria avoid destruction by the host immune  system because the immune cells that would otherwise recognize these  pathogens as foreign and destroy them are blocked from doing so because of the bacterial capsule. In addition to this role in disease, outer surface layers of virtually any type bind water and likely protect the cell from desiccation in  periods of dryness. ∙ Fimbriae o Filamentous protein structures (Figure 2.33) o Enable organisms to stick to surfaces or form pellicles ∙ Pili o Filamentous protein structures (Figure 2.34) o Typically longer than fimbriae o Assist in surface attachment o Two very important functions in pili:  Facilitate genetic exchange between cells (conjugation)  Enabling the adhesion of pathogens to specific host tissues that they  subsequently invade o Type IV pili involved in twitching motility ∙ Big Ideas: o Many prokaryotic cells contain capsules, slime layers, pili, or fimbriae. These  structures have several functions, including attachment, genetic exchange,  and twitching motility. ∙ Section 2.14: Cell Inclusions ∙ Carbon storage polymers o     Poly­  β­hydroxybutyric acid (PHB): lipid (Figure 2.35) o Glycogen: glucose polymer∙ Polyphosphates: accumulations of inorganic phosphate (Figure 2.36a) ∙ Sulfur Globules: composed of elemental sulfur (Figure 2.36b) ∙ Carbonate Minerals: composed of barium, strontium, and magnesium (Figure 2.37) ∙ Magnetosomes: magnetic storage inclusions (Figure 2.38) ∙ Big Ideas: o Prokaryotic cells can contain inclusions of sulfur, polyphosphate, or carbon  polymers, or mineral that form magnetic particles (magnetosomes). These  substances function as storage materials or in magnetotaxis. ∙ Section 2.15: Gas Vesicles ∙ Gas Vesicles o Confer buoyancy in planktonic cells (Figure 2.39) o Spindle­shaped, gas­filled structures made of protein (Figure 2.40) o Impermeable to water, permeable to gasses ∙ Molecular Structure of Gas Vesicles o Gas vesicles are composed of two proteins, GvpA and GvpC (Figure 2.41) o Function by decreasing cell density—inflated gas vesicle is 1/10 the density of the overall cell ∙ Several other primarily aquatic prokaryotes have gas vesicles, and the property is  found in both Bacteria and Archaea but not microbial eukaryotes ∙ Big Ideas: o Gas vesicles are gas­filled structures that confer buoyancy on cells. Gas  vesicles are composed of two different proteins arranged to form a gas permeable but watertight structure. ∙ Section 2.16: Endospores ∙ Endospores o Highly differentiated cells—resistant to heat, harsh chemicals, and radiation  (Figure 2.42) o “Dormant” stage of bacterial life cycle (Figure 2.43) o Ideal for dispersal via wind, water, or animal gut o Present only in some gram­positive bacteria ∙ Endospore Structure (Figure 2.45) o Structurally complex o Contains dipicolinic acid o Enriched in Ca2+ o Core contains small acid­soluble spore proteins (SASP) ∙ Big Ideas: o The endospore is a highly resistant and differentiated bacterial cell produced  by certain gram­positive Bacteria. Endospores are dehydrated and contain  calcium dipicolinate and small acid­soluble proteins, absent from vegetative cells. Endospores can remain dormant indefinitely but can germinate quickly  when conditions warrant. ∙ Microbes are all over us o There are millions of microbes per square inch on your body o Thousands of different species on the skin alone; Some thrive on dry patches  of the elbow; others thrive in moist environment of armpit. o It is estimated that there are more microbes in your intestine than there are  human cells in your body! ∙ Microbe: tiny living organism, such as bacterium, fungus, protozoan, or virus ∙ Microbiome: collectively all the microbes in the human body; a community of  microbes ∙ Biofilm: a community of microbes that live together on a surface ∙ Bacteria: o Have no nucleus or membrane bound organelles o Often sphere (cocci) or rod (bacillus) shape, but others as well ∙ Archaebacteria: o Have no nucleus or membrane bound organelles o Can look like bacteria or drastically different shapes, such as flat and square o Have some metabolic similarities to eukaryotes ∙ Eukaryotes: o Have a true nucleus and membrane bound organelles o Wide variety of shapes. For this presentation, we will focus on fungi o Fungi are unique since they have a cell wall and form spores during  reproduction ∙ Some microbes are native, normally found in the body ∙ Some microbes are introduced, suddenly arriving at a new residence in the body ∙ MASTERING MICROBIOLOGY QUESTIONS: CHAPTER 2 ∙ A student observed a stained specimen of bacteria using bright­field microscopy. At  100x magnification, there appeared to be only one cell in the field of view, but at  1000x it was clear that there were two cells close together. The ability to distinguish  these two cells as separate entities is called __________. o Resolution ∙ Staining increases the visible contrast of cells compared with the background.  Because the Gram stain results in some types of bacteria staining purple, and other  types appearing pink, this is called a __________ stain. o Differential ∙ Which statement best illustrates the importance of a high surface­to­volume ratio  that is found in microorganisms?o If a cell has a high surface­to­volume ratio, there will be enough surface  area to get the needed nutrients in to support cellular metabolism and  the accumulated waste out. ∙ If an E. coli cell has a surface area­to­volume (S/V) ratio of 4.5, and a Pelagibacter  ubique has an S/V ratio of 22, which cell will be able to exchange nutrients and  wastes with the environment more efficiently? o Pelagibacter ubique, because its cells are smaller ∙ Which is valid cell morphology? o Spirochete ∙ Given that the cytoplasmic membrane has a fluid dynamic nature, with phospholipids and proteins able to move about within the bilayer structure, what force or structure  keeps the membrane from falling apart? o Hydrophilic/hydrophobic forces ∙ The cytoplasmic membrane is termed "semi­permeable" because some substances, like water and alcohols, can pass freely through while others, like sugars, amino  acids, and ions, cannot. What molecular characteristics largely determine whether or not a substance can pass through the membrane? o Size and hydrophobicity ∙ Identify which of the following is a major function of the cytoplasmic membrane. o Energy conservation ∙ Transport proteins (transporters) require energy expenditure for each molecule of  substrate transported. The reason for this energy requirement is __________. o The solute must be transported against a concentration gradient ∙ Teichoic acid molecules in Gram­positive cell walls include phosphate groups.  Therefore, they will __________. o Bind positive ions like Mg2+ and Ca2+ ∙ The main functions of the bacterial cell wall include all but the following __________. o Actively transporting solutes against the concentration gradient ∙ Explain why the presence of a capsule or slime layer would benefit a bacterial cell. o These outer layers can aid in attachment to solid surfaces ∙ Which list contains the correct components of a bacterial flagellum? o Filament, hook, basal body ∙ A bacterial cell is interpreted as gram­positive when it forms purple insoluble crystal  violet­iodine complexes within the cell during the Gram stain.  o True ∙ Which of the following types of microscopy could be used to visualize the layers of  the cell membrane and the cell wall? o TEM (Transmission Electron Microscope) ∙ Some membrane proteins are involved in bioenergetics reactions, while others are  involved in membrane transport. o True ∙ The lipopolysaccharide (LPS) layer is found ONLY in the cell walls ofo Gram­negative Bacteria ∙ You have discovered a new microorganism, but you want to know if it is a eukaryote  or a prokaryote. To investigate this question, you prepare a slide with a simple stain  and view it with a light microscope with a 40X objective lens and 10X ocular lens.  You also prepare a control slide using Saccharomyces cerevisiae (a  unicellular eukaryote). You can see the cells on your control slide, but you don't see  cells when you look at your unknown microorganism. What can you conclude from  this experiment? o The cells of the new unknown microorganism may be too small to see  with the objective and ocular lenses you used. ∙ You have discovered a new coccoid­shaped microorganism with no nucleus, a rigid  cell wall, and a diameter of 2 µm. Chemical tests reveal that its cell wall does NOT  contain peptidoglycan. The new microorganism is o Most likely an archaeon. ∙ In general, most cell inclusions function as energy reserves or as a reservoir of  structural building blocks. o True ∙ A major function of prokaryotic gas vesicles is to o Confer buoyancy on cells by decreasing their density. ∙ Predict why dipicolinic acid is only found in endospores and not vegetative cells. o It binds free water and aids in dehydration, which would be detrimental  to vegetative cells. ∙ In general, swimming is performed with flagella, whereas gliding uses other cellular  components such as pili o True ∙ Mitochondria and chloroplasts have their own DNA and ribosomes, which supports  the endosymbiosis hypothesis o True ∙ Using phase contrast microscopy on a wet mount of live cells, you observe motile  bacilli moving rapidly and randomly through the field of view, changing directions  after a brief tumble and taking off in a different direction. These cells are exhibiting  ________ motility. o Swimming ∙ Membrane­enclosed organelles, such as nuclei, lysosomes, endoplasmic reticulum,  mitochondria, and chloroplasts, o Form specialized compartments within eukaryotic cells for specific  functions to occur.∙ Research Topic for In­Class Discussion: ∙ What is Lysozyme? o Enzyme that is destructive of bacteria and functions as an antiseptic ∙ What does lysozyme do? o Cleaves glyosidic bond between NAG and NAM ∙ Where is, lysozyme found? o Egg whites—chicken egg whites, mucus, saliva, tears—source of lysozyme  for early studies, source of lysozyme for crystallography  ∙ Alexander Flemming (of penicillin fame) found that drops of nasal mucus onto a  plate of bacteria and noticed the organisms stop growing ∙ What is Lysozyme—is it found in humans? o Yes—part of the innate immune defense system (non­specific) o Found in tears, saliva, milk and mucous ∙ Chapter 2 CONTINUED… ∙ Section 2.17: Flagella and Swimming Motility ∙ Flagella: structure that assists in swimming (Figure 2.4 o Different arrangements: peritrichous, polar, lophotrichous (Figure 2.48) o Helical in shape ∙ Flagellar structure of Bacteria o Consists of several components (Figure 2.51) o Filament composed of flagellin o Move by rotation ∙ Flagellar structure of Archaea o Half the diameter of bacterial flagella o Composed of several different proteins o Move by rotation ∙ Flagellar synthesis o Several genes are required for flagellar synthesis and motility (Figure 2.53) o MS ring is made first o Other proteins and hook are make next o Filament grows from tip ∙ Flagella increase or decrease rotational speed in relation to strength of the proton  motive force ∙ Differences in swimming motions (Figure 2.54) o Peritrichously flagellated cells move slowly in a straight line o Polarly flagellated cells move more rapidly and typically spin around   Tumble—flagella pushed apart  ∙ Big Ideas: o Swimming motility is due to flagella. The flagellum is composed of several  proteins and is anchored in the cell wall and cytoplasmic membrane. In  Bacteria, the flagellum filament is made of the protein flagellin and rotates at the expense of the proton motive force. The flagella of Archaea and Bacteria differ in structure and how energy is coupled to rotation. ∙ Section 2.18: Gliding Motility   ∙       Gliding Motility o Flagella­independent motility (Figure 2.56) o Slower and smoother than swimming o Movement typically occurs along axis of cell o Requires surface contact o Mechanisms:  Excretion of polysaccharide slime  Type IV pili  Gliding­specific proteins ∙ Big Ideas: o Bacteria that move by gliding do not employ rotating flagella but instead creep along a solid surface by employing one of several different mechanisms  including polysaccharide excretion, twitching, or rotating glide proteins. ∙ Section 2.19: Chemotaxis and Other Taxes ∙ Taxis: directed movement in response to chemical or physical gradients o Chemotaxis: response to chemicals o Phototaxis: response to light o Aerotaxis: response to oxygen o Osmotaxis: response to ionic strength o Hydrotaxis: response to water ∙ Chemotaxis:  o Best studied in E. coli o Bacteria respond to temporal, not spatial, difference in chemical concentration o “Run and tumble” behavior (Figure 2.57) ∙ No attractant present: Random movement ∙ Attractant present: Directed movement o Attractants and receptors sensed by chemoreceptors ∙ Measuring chemotaxis (Figure 2.58) o Measured by inserting a capillary tube containing an attractant or repellent in  a medium of motile bacteria o Can also be seen under a microscope ∙ Big Ideas: o Motile bacteria respond to chemical and physical gradients in their  environment by controlling the lengths of runs and frequency of tumbles.  Tumbles are controlled by the direction of rotation of the flagellum, which in  turn is controlled by a network of sensory and response proteins. ∙ Section 2.20: The Nucleus and Cell Division∙ Eukaryotes: *(Figure 2.6 Know structures and the function!) o Contain a membrane­enclosed nucleus and other organelles (ex:  mitochondria, Golgi complex, endoplasmic reticula, microtubules, and  microfilaments) ∙ Nucleus: contains the chromosomes (Figure 2.61) o DNA is wound around histone  o Visible under light microscope without staining o Enclosed by two membranes o Within the nucleus is the nucleolus  Site of ribosomal RNA synthesis ∙ Mitosis: o Normal form of nuclear division in eukaryotic cells o Chromosomes are replicated and partitioned into two nuclei (Figure 2.62) o Results in two diploid daughter cells ∙ Meiosis: o Specialized form of nuclear division o Halves the diploid number to the haploid number o Results in four haploid gametes ∙ Big Ideas: o Microbial eukaryotes contain various organelles including the nucleus, which  is universal; mitochondria or hydrogenosomes; and chloroplasts. The nucleus contains the cell’s chromosomes in the form of linear DNA wrapped around  histone proteins. Microbial eukaryotes divide following the process of mitosis  and many undergo meiosis as well if a haploid/diploid life cycle occurs. ∙ Section 2.21: Mitochondria, Hydrogenosomes, and Chloroplast ∙ All specialize in energy metabolism o     Mitochondria (Figure 2.63)  Respiration and oxidative phosphorylation  Over 1,000 per animal cell  Surrounded by two membranes  Folded internal membranes called cristae ∙ Contain enzymes needed for respiration and ATP production  Innermost area of mitochondrion called matrix ∙ Contains enzymes for the oxidation of organic compounds ∙ Hydrogenosome (Figure 2.64) o Similar size to mitochondria; however, lack TCA cycle enzymes and cristae o Oxidation of pyruvate to H2, CO2, and acetate o Trichomonas and various protists have hydrogensomes  ∙ Chloroplast (Figure 2.65) o Chlorophyll­containing organelle found in phototrophic eukaryotes o Size, shape, and number of chloroplasts varyo Flattened membrane discs are thylakoids (Figure 2.65c) o Lumen of the chloroplast is called the stroma  Stroma contains large amounts of RubisCO  RubisCO is key enzyme in Calvin cycle ∙ Chloroplasts and mitochondria suggested as descendants of ancient prokaryotic  cells (endosymbiosis) ∙ Evidence that supports idea of endosymbiosis o Mitochondria and chloroplasts contain DNA  DNA is circular o Mitochondria and chloroplasts contain own ribosomes o Eukaryotic nuclei contain genes derived from bacteria ∙ Big Ideas: o The mitochondrion and hydrogenosome are energy­generating organelles of  eukaryotic cells. Mitochondria carry out aerobic respiration, whereas  hydrogenosomes ferment pyruvate to H2, CO2, and acetate. Chloroplasts are  the site of photosynthetic energy production of CO2 fixation in eukaryotic cells. These organelles were originally free­living Bacteria that established  permanent residence inside cells of Eukarya (endosymbiosis). ∙ Section 2.22: Other Major Eukaryotic Cell Structures  ∙ Endoplasmic Reticulum (ER) o Two types of ER; (smooth and rough)  Rough contains attached ribosomes; smooth does not  Smooth ER participates in the synthesis of lipids  Rough ER is a major producer of glycoproteins ∙ Golgi Complex (Figure 2.66): stacks of membrane distinct from, but functioning in  concert with the ER o Modifies product of the o ER destined for secretion ∙     Lysosomes: o Membrane­enclosed compartments o Contain digestive enzymes used for hydrolysis o Allow for lytic activity to occur within the cell without damaging other cellular  components ∙ Microtubules (Figure 2.67 a & b) o 25 nm in diameter; composed of α­ and β­tubulin o Function in maintaining cell shape, in motility, in chromosome movement, and in movement of organelles ∙ Microfilaments (Figure 2.67c) o 7 nm in diameter; polymers of actin o Function in maintain cell shape, motility by pseudopodia, and cell division   ∙       Intermediate Filamentso 8­12 nm in diameter; keratin proteins o Function in maintain cell shape and positioning of organelles in cell ∙ Flagella and Cilia (Figure 2.68) o Organelles of motility allowing cells to move by swimming o Cilia are short flagella o Structurally distinct from prokaryotic flagella o Bundle of nine pairs of microtubules surrounding the central pair o Dynein is attached to the microtubules and uses ATP o Propel the cell using a whip­like motion ∙ Big Ideas: o Endoplasmic reticula are membranous structures in eukaryotes that either  contain attached ribosomes (rough ER) or do not (smooth ER). Flagella and  cilia are means of motility while lysosomes specialize in breaking down large  molecules. Microtubules, microfilaments, and intermediate filaments function  as internal cell scaffolds.

Page Expired
5off
It looks like your free minutes have expired! Lucky for you we have all the content you need, just sign up here