Exam 2

What is Cell Diversity?

Cell Diversity: Cell features of different groups of organisms; links to evolution and health  ­Know what features all living cells share.

∙ Nucleic acids (store genetic info for protein synthesis)

∙ Proteins (perform diverse tasks)

∙ Outer cell membrane (maintain suitable internal environment)

∙ Ability to acquire energy (from environment for ATP formation and 3 types of cellular  work)

­Use presence or absence of certain cell components to predict to which domain of life an  organism belongs.

∙ Prokaryotic cell (bacterium)

o Smaller simpler structure 

o DNA concentrated in nucleoid region (not enclosed by membrane) o Lacks most organelles

o Unique biochemical pathways

o No mitochondria

o No chloroplasts 

∙ Eukaryotic cell

o Larger 

o More complex structure 

o Nucleus enclosed by membrane

What is the role of Chloroplasts?

o Contains many types of organelles 

­Use cell features to predict whether a given cell is an animal cell or a plant cell. ∙ Most basic component and functions are same

∙ Plant cells: chloroplasts (for photosynthesis) cell wall and central vacuole (for structural  support)

­Relate mitochondria and chloroplasts to their principal metabolic roles and to the  organisms in which they occur.

∙ Mitochondria: Eukaryotic powerhouses 

o Role: burn energy rich molecules with O2 to gain lots of ATP energy for cellular  work

o Plants, animals, fungi and protists have mitochondria for making lots of ATP ∙ Chloroplasts: solar energy collectors/converters 

o Role: convert solar energy into energy rich sugars in photosynthesis 

o Only in plants and algae

­Relate the endosymbiont theory to the evolution of eukaryotes.

What is Endosymbiont theory?

∙ Endosymbiont theory: explains how eukaryotic cells may have evolved from prokaryotic  cells; symbiosis is close relationship between 2 different organisms 

∙ Mitochondria and chloroplasts….

o Are each surrounded by a double membrane Don't forget about the age old question of mutiplying exponents

o Have their own DNA and ribosomes and divide within the eukaryotic cell

Carbohydrates: Principles; links to energy metabolism, energy flow in ecosystems; links to  health and metabolic programming 

­Identify a hexose as a 6­carbon monosaccharide.

∙ Simple sugars glucose, fructose, and galactose are hexose sugars with 6 carbons  (C6H12O6)

∙ All carbs consist of multiple CHOH units 

­Know the examples of mono­, di­, and polysaccharides from lecture. ∙ Monosaccharides: glucose, fructose, galactose 

∙ Disaccharides: table sugar = sucrose; milk sugar = lactose

∙ Polysaccharides: starch, glycogen, cellulose 

­Identify what features make sugars an energy source.

∙ CH bonds 

­Identify the reason why sugars (and not ATP) are used for longer­term storage of energy. ∙ ATP is so unstable 

∙ CH bonds in energy rich molecules like sugars store energy 

∙ Sugars are broken down again later to fuel formation of ATP as needed for cellular work  We also discuss several other topics like es 300 class notes

­Predict the formula of sugars composed of more than one monosaccharide. List examples from class and explain principles involved

­Relate high fructose corn syrup (HFCS) to human sugar transporters and to fructose mal absorption.

∙ HFCS can cause flatulence and diarrhea: for some people, sugar transporters in human  gut are slow in taking up extra fructose 

∙ Diarrhea (i) removes essential, protective intestinal microflora, (ii) can lead to mineral  deficiencies (iron, magnesium, calcium and zinc), (iii) interferes with oral contraceptive  efficiency  We also discuss several other topics like agamemnon study guide

­Relate differences in lactose intolerance among human populations to their diets over  evolutionary history.

∙ Lactose intolerance: different from allergy to milk; cause by lack of lactase 

­Relate the structures of starch, glycogen, and cellulose to their respective digestibility,  their functions, and the organisms and tissues in which they occur.

∙ Starch: energy storage carbohydrate in plants; glycogen: energy storage carbohydrate in  animals; cellulose: cell wall for structural support in plants (3 polymers made of glucose) ∙ Starch and glycogen: easy to digest

∙ Cellulose: hard to digest; make up tightly packed fiber structure of plant cell walls  ­Relate the structures of the starches amylose and amylopectin to the respective speed of  their breakdown.

∙ Amylose: long, digested slowly, in beans 

∙ Amylopectin: highly branched; digested quickly Don't forget about the age old question of precalculus chapter 5 study guide

­Relate different carbohydrates to their roles in the programming of human metabolism. ∙ Glycogen: quickly mobilized and quickly exhausted: good for sprint/mental tasks ∙ Fat: slowly mobilized and more lasting: good for extended exercise/marathon Photosynthesis: Principles; energy flow in ecosystems

 ­Follow the flow of energy between producers and consumers.

∙ Sun  solar energy converted to chemical energy by producers via photosynthesis  chemical energy from food is used by consumers to power body functions  energy  leaves system as heat 

­Identify the energy donor ATP and the H shuttle NADPH as the link between light  reactions and carbon conversion reactions of the Calvin cycle in photosynthesis. ∙ Light and water enter the chloroplast and are used in the light  reactions associated with thylakoids to form ATP, NADPH, and oxygen.  ATP and NADPH are used to power this process (Carbon dioxide enters  the chloroplast and is converted to sugars in the biochemistry of the  Calvin Cycle in the stroma (the fluid-filled space around the thylakoid  membranes)) in the Calvin Cycle. Once used in sugar production, ATP  becomes ADP and a phosphate group  Don't forget about the age old question of psyc 311 textbook notes
Don't forget about the age old question of geoffrey robinson ucla

∙ NADPH turns to NADP+, all of which return to the light reactions to be  recycled to ATP and NADPH.

­Locate light reactions and Calvin cycle to chloroplast grana and stroma, respectively. ∙ Same answer as above 

­Know the source of oxygen produced in photosynthesis.

∙ Where formed: chlorophyll 

∙ How: light absorbed  an electron is energized and given up to an electron acceptor (1st component of an electron transport chain)  chlorophyll replaces its lost electron with an  electron extracted from a water molecule (water molecule is split into 2 electrons 2 H+  and 1 Oxygen Atom 

∙ Why: to be used in next steps of photosynthesis 

­Apply the model of the hydroelectric dam to photosynthetic ATP formation by ATP  synthase, and identify active and passive transport of H+ in chloroplasts. Make table of which parts of the model correspond to the parts of the ATP­making machinery in  the chloroplast and which movements of protons are passive and active, respectively ∙ Water stands for: protons (H+)

∙ The turbine stands for: ATP synthase

∙ Lit up light bulb stands for: ATP produced

­Identify the following as energy­rich states in photosynthesis: Excited electrons; H+ gradient; ATP and NADPH; Sugars.

∙ Excited electrons: (energy input) sunlight energizes electrons to high energy electrons  ∙ H+ gradient: (energy input) energy lost by electrons fuels active uphill transport of H+  from low H+ in stroma to high H+ within thylakoid space

∙ ATP: (energy release) H+ flowing downhill from high H+ within thylakoid space to low  H+ in stroma through the ATP synthase lose their energy 

∙ NADPH: reducing agent 

∙ Sugars: output

Respiration: Principles; energy flow in ecosystems; aerobic cellular respiration  ­Place cellular respiration into the context of energy and carbon flow between producers  and consumers; identify the overall inputs and outputs of cellular respiration. ∙ Inputs: 

o Sunlight energy 

∙ Outputs: 

o ATP, sugars, and O2

­Predict changes in the binding capacity of hemoglobin for O2 and CO2. ∙ Hemoglobin binds O2 in the lungs and releases O2 in the muscle 

∙ The binding capacity of hemoglobin for O2 is high in the lungs and low in the muscle  region 

­Place cellular respiration (and ATP formation) into the context of cellular work. ∙ ADP and phosphate are combined to ATP with the help of energy from food ∙ ATP used during exercise 

­Locate glycolysis, the citric acid cycle, and electron transport to cytosol, mitochondrial  matrix, and inner mitochondrial membranes, respectively.

∙ Cytosol: glycolysis; mitochondria 

∙ Mitochondrion: pyruvate; citric acid cycle  makes ATP

∙ Electron transport chain: electrons extracted form glucose and pyruvate  ­Identify the H shuttle NADH as the link between carbon conversion reactions (glycolysis  and citric acid cycle) and mitochondrial ATP formation in cellular respiration. Make table of locations/reactions where NADH is formed and where it goes next

∙ Glycolysis in the Cytosol yielding 2 NADH that go into mitochondrial electron  transport chain

∙ Glycolysis produces 2 ATP t

∙ Mitochondria: 2 pyruvic acid result from splitting glucose in glycolysis into 2 acetyl  CoA and an additional 2 NADH are created and transported to electron transport chain ∙ 2 acetyl CoA move into citric acid cycle in matrix of mitochondrion where 6 NADH  are produced and transported to electron transport chain and 2 ATP are produced  ∙ In electron transport chain: 28 ATP are synthesized by ATP synthase ­Identify the terminal electron acceptor of the mitochondrial electron transport chain and  its essential role in energy metabolism.

∙ Oxygen is terminal electron acceptor 

∙ Essential role in energy metabolism: oxygen used to convert nutrients to carbon dioxide  and ATP

­Identify the following as energy­rich states in cellular respiration: C­H bonds in food  molecules; NADH; H+ gradient; ATP.

Review and describe summary slide with energy conversions in respiration

∙ C­H bonds in food molecules: electrons from food provide energy delivered to  mitochondrial electron transport chain  

∙ NADH: electrons transported by NADH lose their energy when flowing along electron  transport chain

∙ H+ gradient: energy input; energy lost by electrosn fuels active transport of H+ from  low H+ in matrix to high H+ in intermembrane space; energy release: H+ flowing from  high H+ in intermembrane space to low H+ in matrix through the ATP synthase lose their energy 

∙ ATP: energy input; energy given up by H+ turns the ATP synthase and energizes ATP  formation

­Relate the link between mitochondrial electron transport and ATP synthesis to the model  of the hydroelectric dam, and identify active and passive transport of H+ in mitochondria. ∙ ATP synthase “turbine” acts like a water driven mill grinding grain in intermembrane  space

­Relate heat loss in metabolism to energy flow through ecosystems.

∙ Solar energy enters  converted to chemical energy  chemical energy used by  consumers  energy leaves system as heat back into atmosphere

­Explain why mitochondria generate heat (as a form of energy) in endothermic organisms  and how the uncoupling protein enhances heat generation.

∙ The mitochondrial uncoupling protein provides a channel across the membrane through  which protons (H+) flow right back downhill w/out piling up or making ATP, releasing  all energy as heat