Cell Organelles Chapter 4 II Part.

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1 Cell Organelles Chapter 4 II Part

2 Cell walls The exterior surface cells of some plants, mushrooms and some protists have cell walls. Cell walls are made of polysaccarides like cellulose and quitin. The cell walls support and protect the cells. Since they are porous and fragile.

3 Cell walls Cell walls can have several layers:
The primary cell wall is in the extreme exterior. The secondary cell walls are in the middle between the primary cell wall and the plasma membrane. The primary cell walls bond to each other by intermediate lamella.

4 Plant cells FIGURA 4-5 Paredes de células vegetales
Las paredes celulares primaria y secundaria están hechas principalmente de celulosa. Las células en crecimiento tienen sólo una pared celular primaria flexible. Algunas células vegetales, cuando llegan a la madurez, secretan la pared celular secundaria, que es más rígida. Las células contiguas están unidas por una laminilla intermedia hecha de pectina. 4

5 Cytoskeleton The cytoskeleton forms a proteic fiber net inside the cytoplasm. It is composed of microtubules (thinner), intermediate filaments and microfilaments (thicker).

6 Cytoskeleton FIGURA 4-6a El citoesqueleto
a) El citoesqueleto le da forma y organización a las células eucarióticas; está formado por tres tipos de proteínas: microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos. 6

7 Cytoskeleton FIGURA 4-6b El citoesqueleto
b) Esta célula del revestimiento de la arteria de una vaca ha sido tratada con tinturas fluorescentes para observar los microtúbulos, los microfilamentos y el núcleo. 7

8 Cytoskeleton Main functions: Cell shape.
Cell movement (examples: sperm cells or contracting muscle cells). Organelle movement during endocytosis (when large particles are engulfed by the plasma membrane and pull the vesicles into the cell) and exocytosis (vesicles budded off the endoplasmic reticulum or Golgi apparatus). Cell division. In eukaryotic cells microtubules move the chromosomes and separate them. In animal cell division help the centrioles move.

9 Cilia and flagella They both are thin extensions of the plasma membrane. They both surge from a basal body. Basal bodies surge from centrioles. Cilia are numerous and smaller (10-25 microns). Flagella are unique and longer (50-75 microns).

10 Cilia and flagella FIGURA 4-7 Cilios y flagelos
Tanto los cilios como los flagelos contienen microtúbulos dispuestos en un anillo externo de nueve pares fusionados de microtúbulos que rodean a un par central no fusionado. Los pares externos tienen “brazos” hechos de proteína que interactúan con los pares contiguos para brindar la fuerza necesaria para la flexión. Los cilios y flagelos nacen de los cuerpos basales ubicados justo debajo de la membrana plasmática. 10

11 Cilia and flagella Microtubules slide together (using ATP), creating cillia and flagella´s movement. Functions: Cilia and flagella can move the cell or create liquid currents arround the cell. Cilia rows resembling the arm of a swimmer doing the breast stroke. (movement-cleaning) Flagella moves in a wavelike motion and helps straight ahead movement.

12 FIGURA 4-8 (parte 1) Cómo se mueven los cilios y flagelos
a) (Izquierda) Los cilios normalmente “reman”, impartiendo un movimiento paralelo a la membrana plasmática. Su movimiento se asemeja a los brazos de un persona cuando nada con brazada de pecho. (Derecha) Fotografía por SEM de los cilios que revisten la tráquea (la cual conduce aire a los pulmones); estos cilios expulsan el moco y las partículas atrapadas. b) (Izquierda) Los flagelos tienen un movimiento ondulatorio y dan propulsión continua perpendicular a la membrana plasmática. De esta forma, un flagelo unido a un espermatozoide puede impulsarlo hacia delante. (Derecha) Espermatozoide humano en la superficie de un óvulo. 12

13 FIGURA 4-8 (parte 2) Cómo se mueven los cilios y flagelos
a) (Izquierda) Los cilios normalmente “reman”, impartiendo un movimiento paralelo a la membrana plasmática. Su movimiento se asemeja a los brazos de un persona cuando nada con brazada de pecho. (Derecha) Fotografía por SEM de los cilios que revisten la tráquea (la cual conduce aire a los pulmones); estos cilios expulsan el moco y las partículas atrapadas. b) (Izquierda) Los flagelos tienen un movimiento ondulatorio y dan propulsión continua perpendicular a la membrana plasmática. De esta forma, un flagelo unido a un espermatozoide puede impulsarlo hacia delante. (Derecha) Espermatozoide humano en la superficie de un óvulo. 13

14 Nucleus The nucleus has 3 main parts: Nuclear envelope Cromatin
Nucleolus

15 Nucleus The nuclear envelope separates chromosomes from the cytoplasm.
It consists of a double membrane that has nuclear pores to transport organic and inorganic molecules (water, ions, proteins, ribosome pieces and RNA). The exterior nuclear membrane has ribosomes attached to it.

16 Nucleus FIGURA 4-9a El núcleo
a) El núcleo está delimitado por una doble membrana exterior. En el interior hay cromatina y un nucleolo 16

17 Nucleus FIGURA 4-9b El núcleo
b) Micrografía electrónica de una célula de levadura que se congeló y rompió para revelar sus estructuras internas. Se distingue con claridad el enorme núcleo y los poros que penetran su membrana nuclear. Las estructuras de color rosa son las “proteínas guardianes” que revisten los poros. 17

18 Nucleus The nucleus has DNA in different presentations:
As chromosomes easily seen with microscope light. Are composed of genes and provide the molecular code for a huge variety of proteins. As cromatin directs DNA´s reactions with RNA messenger to synthesize proteins.

19 Chromosomes and cromatin
FIGURA 4-10 Cromosomas Los cromosomas, visibles aquí en una micrografía óptica de una célula que se divide (a la derecha) en la punta de una raíz de cebolla, contienen el mismo material (DNA y proteínas), pero en un estado más compacto. Chromosomes and cromatin 19

20 Nucleus The region inside the nucleus that is usually seen in a darker color is called the nucleolus. The nucleolus is the place where ribosomes are synthesized. Ribosomes synthesize proteins (amino acids).

21 Ribosomes FIGURA 4-11 Ribosomas
Los ribosomas pueden encontrase libres en el citoplasma, ya sea solos o ensartados en moléculas de RNA mensajero, cuando participan en la síntesis de proteínas, como se observa en esta micrografía electrónica. También hay ribosomas incrustados al retículo endoplásmico rugoso. 21

22 Membrane system The membrane system includes the plasma membrane and other organelle membranes. Examples of organelles that have membranes: nucleus, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, lysosomes, vesicles and vacuoles).

23 Membrane system The plasma membrane isolates the cell and allows the transport regulation.

24 Membrane system The vesicles transport the membranes and its content between the separated regions of the membrane system (transport capsules). The ER forms channels inside the cytoplasm. There are 2 kinds of ER: smooth rough

25 Endoplasmic reticulum
FIGURA 4-12 Retículo endoplásmico Hay dos tipos de retículo endoplásmico: el RE rugoso y el liso. En algunas células los retículos rugoso y liso son continuos, como se muestra en la ilustración. En otras, el RE liso está más bien separado. La cara citoplásmica de la membrana del RE rugoso está salpicada de ribosomas (negro). 25

26 Endoplasmic reticulum
ribosomes vesicles FIGURA 4-12 (parte 1) Retículo endoplásmico Hay dos tipos de retículo endoplásmico: el RE rugoso y el liso. En algunas células los retículos rugoso y liso son continuos, como se muestra en la ilustración. En otras, el RE liso está más bien separado. La cara citoplásmica de la membrana del RE rugoso está salpicada de ribosomas (negro). Endoplasmic reticulum 26

27 Membrane system The Smooth Endoplasmic Reticulum (SER) has no ribosomes. Functions: It has enzymes that eliminate the toxicity of certain drugs (in the liver). It manufactures large quantities of lipids such as steroid hormones made from cholesterol. Ex: sex hormones in mammalian reproductive organs. It synthesizes lipids. It stores calcium ions.

28 Smooth endoplasmic reticulum
vesicles Smooth endoplasmic reticulum FIGURA 4-12 (parte 3) Retículo endoplásmico Hay dos tipos de retículo endoplásmico: el RE rugoso y el liso. En algunas células los retículos rugoso y liso son continuos, como se muestra en la ilustración. En otras, el RE liso está más bien separado. La cara citoplásmica de la membrana del RE rugoso está salpicada de ribosomas (negro). 28

29 Membrane system Functions:
The Rough Endoplasmic Reticulum (RER) has ribosomes attached to its exterior. Functions: It produces proteins like digestive enzymes and hormones. For example insulin (hormone that helps metabolic utilization of nutrients, mainly with carbs) Lack of it causes diabetes and too much insuline causes hypoglycemia. It produces all the components of new membranes.

30 Rough endoplasmic reticulum
FIGURA 4-12 (parte 2) Retículo endoplásmico Hay dos tipos de retículo endoplásmico: el RE rugoso y el liso. En algunas células los retículos rugoso y liso son continuos, como se muestra en la ilustración. En otras, el RE liso está más bien separado. La cara citoplásmica de la membrana del RE rugoso está salpicada de ribosomas (negro). Rough endoplasmic reticulum 30

31 Membrane system Functions:
The Golgi apparatus is a stack of flattened that are connected to each other. Functions: It gets proteins from the ER through the vesicles and classifies them. It modifies certain molecules. Example: proteins into glycoproteins. Glycoproteins are composed of 1 protein and carbohydrates. It packs material into vesicles to export it.

32 Golgi apparatus FIGURA 4-13 (parte 1) El aparato de Golgi
El aparato de Golgi es una pila de bolsas membranosas aplanadas que se derivan del retículo endoplásmico. Las vesículas se fusionan de manera continua y se separan del aparato de Golgi y del RE, transportando material del RE al aparato de Golgi y de regreso. La flecha larga indica la dirección del movimiento de los materiales dentro del aparato de Golgi conforme son modificados y separados. Las vesículas brotan del aparato de Golgi por una cara opuesta al RE; algunas producen lisosomas, y otras transportan sustancias a la membrana plasmática para la exocitosis. Golgi apparatus 32

33 The ER sends vesicles with proteins to the Golgi apparatus.
FIGURA 4-13 (parte 2) El aparato de Golgi El aparato de Golgi es una pila de bolsas membranosas aplanadas que se derivan del retículo endoplásmico. Las vesículas se fusionan de manera continua y se separan del aparato de Golgi y del RE, transportando material del RE al aparato de Golgi y de regreso. La flecha larga indica la dirección del movimiento de los materiales dentro del aparato de Golgi conforme son modificados y separados. Las vesículas brotan del aparato de Golgi por una cara opuesta al RE; algunas producen lisosomas, y otras transportan sustancias a la membrana plasmática para la exocitosis. The modified proteins leave the Golgi apparatus inside other vesicles. Golgi apparatus 33

34 Membrane system What happens with substances that are produced by the membrane system? Option 1: The proteins that are secreted by the RER, travle through the Golgi apparatus, and are then exported by the plasma membrane. On Figure 4-14 you can watch the process by which antibodies (proteins produced by white globules) attach to strange organisms and destroy them.

35 FIGURA 4-14 How a protein is synthesized and exported?
FIGURA 4-14 Fabricación y exportación de una proteína 35

36 Membrane system Option 2: The digestive proteins produced by the RER, travel through the Golgi apparatus and are packed like lisosomes to be used by the cell. The lisosomes mix with the food vacuoles and digest the food into basic nutrients.

37 FIGURA 4-15 Lisosome and food vacuole synthesis and fusion.
FIGURA 4-15 Formación y función de lisosomas y vacuolas alimentarias. 37

38 Memebrane system Option 3: The proteins and lipids that are produced in the ER flow through the Golgi apparatusand enlarge the plasma membranes and the organelle membranes.

39 Vacuoles They are cellular membrane bags that contain certain fluids.
Functions: The sweet water organism´s contractile vacuoles drain water. 39

40 Contractile vacuoles FIGURA 4-16 (parte 1) Vacuolas contráctiles
Muchos protistas de agua dulce contienen vacuolas contráctiles. a) El agua entra de forma continua en la célula por ósmosis. En la célula, el agua es captada por los conductos colectores y drenada hacia el depósito central de la vacuola. b) Una vez lleno, el depósito se contrae y expulsa el agua a través de un poro en la membrana plasmática. 40

41 Vacuoles Functions: The plant central vacuoles:
They participate in the hydric equilibrium in the cell. They store wastes, nutrients or toxic pigments. They provide the turgent or turgor pressure in the cytoplasm to keep the cell rigid. 41

42 Mitochondria The mitochondrias are rounded, oval or tubular organelles that have a pair of membranes. The interior membrane forms deep folds called cristae. The intermembrane compartment is located between the outer and inner membranes. The matrix is found between the interior membrane folds.

43 Intermembrane compartment
Outer membrane Inner membrane Intermembrane compartment FIGURA 4-17 (parte 1) Una mitocondria Las mitocondrias consisten en un par de membranas que encierran dos compartimientos de fluido: el compartimiento intermembranas ubicado entre la membrana externa e interna, y la matriz dentro de la membrana interior. La membrana exterior es lisa, pero la interior forma pliegues profundos llamados crestas. matrix cristae Mitochondria 43

44 Mitochondria The endosymbiotic hypothesis states that mitochondria could have evolved from prokaryotic bacteria.

45 Mitochondria They work like power plants inside the cell.
Mitochondria extract energy from the food molecules. This energy is stored like ATP. The process of energy extraction implies anaerobic and aerobic reactions.

46 Chloroplasts The chloroplasts are specialized organelles surrounded by a double membrane: - The outer membrane. The inner membrane; which locks a liquid called stroma. The bunch of membrane empty and interconnected sacks (granum) are inside the stroma. They are called thylakoids.

47 Chloroplast FIGURA 4-18 Un cloroplasto
Los cloroplastos están rodeados por una doble membrana, aunque por lo regular la membrana interna no se distingue en las micrografías electrónicas. La membrana interna encierra el estroma; dentro de éste hay pilas de bolsas que reciben el nombre de grana. La clorofila está embebida en la membrana de los tilacoides. 47

48 Chloroplast Outer membrane Inner membrane stroma thylakoid
Thylakoid interconnecting channel FIGURA 4-18 (parte 2) Un cloroplasto Los cloroplastos están rodeados por una doble membrana, aunque por lo regular la membrana interna no se distingue en las micrografías electrónicas. La membrana interna encierra el estroma; dentro de éste hay pilas de bolsas que reciben el nombre de grana. La clorofila está embebida en la membrana de los tilacoides. Granum 1 micra Chloroplast 48

49 Chloroplasts The tilacoid membranes contain chlorophil and other light-capturing pigments that capture the Sun light and synthesize sugar from CO2 and water (fotosynthesis).

50 Chloroplast Outer membrane Inner membrane stroma thylakoid Channel
FIGURA 4-18 (parte 1) Un cloroplasto Los cloroplastos están rodeados por una doble membrana, aunque por lo regular la membrana interna no se distingue en las micrografías electrónicas. La membrana interna encierra el estroma; dentro de éste hay pilas de bolsas que reciben el nombre de grana. La clorofila está embebida en la membrana de los tilacoides. Granum Chloroplast 50

51 Plastids Plastids are found only in plants and photosynthetic protists. They are surrounded by a double membrane.

52 Plastids Functions: They store starch (synthesized from sugars that were produced during photosynthesis). They store the molecules from the pigments that give fruits their color.

53 Plastid FIGURA 4-19 Un plástido
Los plástidos, presentes en las células vegetales y de protistas fotosintéticos, son organelos rodeados por una doble membrana externa. Los cloroplastos son el tipo más conocido de plástidos, otros tipos almacenan diversos materiales, como el almidón que llena estos plástidos de células de papa. 53

54 What are the major features of prokaryotic cells?
They are very small < 5 microns long. They have specialized surface features. They have less specialized structures in their cytoplasm. They usually have a rigid cell wall.

55 Prokaryotic cells FIGURA 4-20 Células procarióticas
a) Las células procarióticas son más sencillas que las eucarióticas. Algunas, como las que se muestran en esta ilustración, tienen forma de bastoncillos. b) Otras toman la forma de esferas o hélices. c) Una fotografía por TEM de una bacteria esférica con cápsula. d) Algunas bacterias fotosintéticas poseen membranas internas donde se efectúa la fotosíntesis. 55

56 Prokaryotic cells Chromosome Cell wall Plasma membrane ribosomes
FIGURA 4-20c Células procarióticas c) Una fotografía por TEM de una bacteria esférica con cápsula. capsule Prokaryotic cells 56

57 Prokaryotic cell They do not have a defined nucleus and many other organelles. Some of them move because they have a flagella. Some common shapes are: rod, sphere or helix.

58 Prokaryotic cells Bacteria that infect other organisms, posses surface features that help them stick to specific hot tissues. Examples: capsules, slime layers and pili (made of polyssacharides).

59 Prokaryotic cells FIGURA 4-20b Células procarióticas
b) Otras toman la forma de esferas o hélices. Prokaryotic cells 59

60 Prokaryotic cells They have only 1 chromosome composed of one long DNA fiber. This chromosome is located in the central region of the cell (nucleoid region). They also have small DNA rings called plasmids (cytoplasm).

61 Prokaryotic cells Some photosynthetic bacteria have internal membranes with light-capturing proteins and enzymes that catalyze the synthesis of high-energy molecules. Bacteria cytoplasm may contain ribosomes (contain proteins) and food granules that store energy-rich molecules.

62 Prokaryotic cell Photosynthetic membrane
FIGURA 4-20d Células procarióticas d) Algunas bacterias fotosintéticas poseen membranas internas donde se efectúa la fotosíntesis. Photosynthetic membrane 62