Cell Biology Essentials: Structure, Transport, and Division

HUMAN ANATOMY AND PHYSIOLOGY LECTURE  CHAPTER 3 - CELL BIOLOGY  CELL  •   Functions  o   Basic unit of life  o   Synthesis of molecules  o   Communication  o   Cell metabolism and energy release  o   Reproduction and inheritance (DNA)  •   Cell Structure  o   Organelles  - specialized structures in cells that  perform specific functions; Ex.  Nucleus, mitochondria, ribosomes, etc.  o   Cytoplasm  - jelly-like substance that holds  organelles; cytosol with organelles   o   Cytosol  - liquid portion   CELL MEMBRANE  •   Outermost component of a cell  •   Selective barrier    •   Encloses cytoplasm  •   Extracellular -  material outside cell   •   Intracellular -  material inside cell   •   Structure  o   Called Fluid Mosaic Model  o   Made of phospholipids and proteins  o   Phospholipids form a double layer or bilayer   o   Phospholipids contain 2 regions:  polar and  nonpolar  o   Polar regions:  ▪     “heads”  ▪   hydrophilic (H 2 O  loving)  ▪   exposed to H 2 O   o   Nonpolar regions:  ▪   “tails”  ▪   hydrophobic (H 2 O fearing)  ▪   away from H 2 O      •   Movement through Cell Membrane  o   Cell membrane selectively determines what can  pass in and out of the cell.  o   Enzymes, glycogen, and potassium are found in  higher concentrations inside the cell.  o   Sodium, calcium, and chloride are found in  higher concentrations outside the cell.  •   Ways Molecules Pass through Cell Membrane  o   Directly through (diffusion):  ▪   O 2  and CO 2  (small molecules)  o   Membrane channels:  ▪   proteins that extend from one side of cell membrane to other  ▪   size, shape, and charge (+/-) determine what can go through  ▪   Ex. Na +  passes through Na +  channels      o   Carrier molecules:  ▪   bind to molecules, transport them across, and drop them off  ▪   Ex. glucose   o   Vesicles:  ▪   can transport a variety of materials  ▪   fuse with cell membrane   DIFFUSION  •   Movement of molecules from areas of high to low concentration  •   Solution -  solid, liquid, or gas that contains one or  more solutes  •   Solute -  substance added to solvent that dissolves  •   Solvent -  substance such as H 2 O that solute is  being added to   •   Ex.  Add salt to   H 2 O. H 2 O =solvent, salt=solute,  mixture=solution  •   Concentration gradient  o   measures conc. difference at 2 points  o   greater the distance the faster the solute will travel  •   Filtration -  movement of fluid through a partition  with holes   MEDIATED TRANSPORT MECHANISMS  •   Facilitated diffusion:  o   diffusion with aid of a carrier molecule  o   requires no ATP   •   Active transport:  o   moves substances from low to high conc.  o   requires ATP  o   Ex.  Sodium-potassium pump  •   Osmosis   o   diffusion of water across a cell membrane  o   Osmotic pressure -  force required to prevent  movement of water across cell membrane   o   Types of Osmotic Solutions:   ▪   Hypotonic solution:   •   lower conc. of solutes outside cell  

•   higher conc. of H 2 O outside cell  •   H 2 O moves into cell  •   lysis   (burst)     ▪   Hypertonic solution:   •   higher conc. of solutes outside cell   •   higher conc. H 2 O inside cell  •   H 2 O moves out   •   crenation   (shrinks)  ▪   Isotonic solution:   •   equal   conc. of solutes  •   water doesn’t move  •   cell remains intact  •   Endocytosis   o   process that brings materials into cell using  vesicles  o   Phagocytosis -  cell eating (solid particles)  o   Pinocytosis -  cell drinking (liquid particles)    •   Exocytosis   o   process that carries materials out of cell using  vesicles    CELL STRUCTURES    •   Cytoplasm   o   Location:  inside cell  o   Characteristic: jelly-like fluid  o   Function: give cell shape and hold organelles in  place  •   Nucleus   o   center of cell  o   all cells contain nucleus at some point  o   houses DNA  •   Nuclear envelope:   o   edge of nucleus  •   Nuclear pores:   o   surface of nucleus  o   where materials pass in and out of nucleus    •   Chromosome:   o   inside nucleus  o   made of DNA and proteins  o   part of genetic makeup  •   Chromatin:   o   inside nucleus  o   loosely coiled chromosomes  •   Nucleolus   o   in nucleus  o   produce ribosomes  •   Ribosome   o   attached to RER or cytoplasm  o   produce proteins  •   RER (Rough Endoplasmic Reticulum)   o   cytoplasm  o   membranes with ribosomes attached  o   site of protein synthesis  •   SER (Smooth Endoplasmic Reticulum)   o   in cytoplasm  o   membranes with no ribosomes  o   site of lipid synthesis (Ex. Cholesterol)  •   Golgi apparatus   o   in cytoplasm  o   closely, packed stacks of membranes  o   collect, sort, package, and distribute proteins and lipids  •   Secretory vesicle   o   in cytoplasm  o   distributes materials out of cell  •   Lysosome   o   in cytoplasm  o   enzymes that digest foreign material  •   Mitochondria   o   in cytoplasm  o   contains folds (cristae)  o   produces ATP  •   Cilia   o   cell surface   o   many per cell  o   move materials across cell’s surface  •   Flagella   o   cell surface  o   1 per cell  o   move cell, Ex. sperm 

•   Microvilli   o   cell surface  o   shorter than cilia  o   increase surface area  •   Cytoskeleton   o   cell’s framework made of proteins   o   provide support  o   hold organelles in place  o   enable cell to change shape  o   Microtubules:   ▪   largest diameter  ▪   provide structural support   ▪   form cilia and flagella  o   Intermediate filaments:   ▪   medium diameter  ▪   maintain cell shape  o   Microfilaments:   ▪   smallest diameter  ▪   involved in cell movement  WHOLE CELL ACTIVITY  •   A cell’s characteristics are determined by the type of proteins produced  •   Proteins’ function is determined by genetics  •   Information in DNA provides the cell with a code for its cellular processes  •   DNA   o   double helix in nucleus  o   composed of nucleotides   o   contains 5 carbon sugar (deoxyribose, nitrogen  base, phosphate)  •   Flow of Genetic Information   o   Also called Central  Dogma  o   Occurs in three  stages:  ▪   DNA replication  ▪   Transcription  ▪   Translation  •   Gene Expression  o   information in DNA  directs protein synthesis  o   proteins provide code for gene expression  o   enzymes regulate chemical reactions  o   uses transcription and translation  o   Transcription   ▪   process by which DNA is “read”   ▪   occurs in ribosomes  ▪   produces mRNA (messenger RNA)  ▪   mRNA contains codons  ▪   codons -  set of 3 nucleotide bases that  code for a particular amino acid  o   Translation   ▪   process by mRNA is converted into amino acids (polypeptides)  ▪   produces proteins  ▪   codons pair with anticodons  ▪   anticodons -  3 nucleotide bases carried by  tRNA  CELL DIVISION  •   formation of 2 daughter cells from single parent cell  •   uses mitosis and meiosis  •   each cell (except sperm and egg) contains 46 chromosomes ( diploid)   •   sperm and egg contain 23 chromosomes  •   Mitosis  o   cell division occurs in all cells except sex cells  o   forms 2 daughter cells  o   Chromatid -  2 strands of chromosomes that are  genetically identical   o   Centromere -  where 2 chromatids are  connected  o   Centrioles -  small organelle composed of 9  triplets  o   Stages in Mitosis   ▪   Interphase:   •   time between cell divisions  •   DNA is in strands (chromatin)  •   DNA replication occurs  ▪   Prophase:   •   chromatin condenses into chromosomes  •   centrioles move to opposite ends  ▪   Metaphase:   •   chromosomes align  ▪   Anaphase:   •   chromatids separate to form 2 sets of chromosomes  •   chromosomes move towards centrioles  ▪   Telophase:   •   chromosomes disperse   •   nuclear envelopes and nucleoli form  •   cytoplasm divides to form 2 cells