Chapter 6 A Tour of the Cell PDF

1|Page TEAM HORIZON BIOLOGY Chapter 6 A Tour of the CELL 2|Page Cell Structure and Function The Cell: the simplest collection of matter that can be alive (the smallest unit of life) |The basic structure for all living organisms...

1|Page TEAM HORIZON BIOLOGY Chapter 6 A Tour of the CELL 2|Page Cell Structure and Function The Cell: the simplest collection of matter that can be alive (the smallest unit of life) |The basic structure for all living organisms  All cells are a result of the division of another cell Organisms are: 1.Unicellular ---> composed of one cell (Bacteria) 2.Multicellular  Plants and Animals  Cells can vary significantly in structure and function while sharing fundamental features. The cell has 3 main functions: 1. Genetic information storage and transformation. 2. Energy and matter transformations. 3. Interaction with the environment..‫ وهي الوحدة اﻷساسية لبناء جميع الكائنات الحية‬،‫يكون حياة‬ ّ ‫الخلية هي ابسط شكل من أشكال المادة يمكن ان‬ .‫كل الخﻼيا هي نتيجة ﻻنقسام خلية أخرى‬ .‫( كائنات حية متعددة الخلية‬2‫( كائنات حية أحادية الخلية و‬1 :‫تقسم الكائنات الحية الى‬  ‫ اﻻ انها تتشارك جميعها في نفس السمات اﻷساسية‬،‫مع ان الخﻼيا قد تختلف في تراكيبها ومكوناتها بحسب نوعها‬  ‫( تحويل الطاقة المختزنة في المادة الى طاقة‬2.‫( تخزين ونقل المعلومات الوراثية‬1 :‫للخلية ثﻼث وظائف عامة‬ .‫( التواصل والتفاعل مع البيئة المحيطة بالخلية‬3.‫يمكن استعمالها والعكس‬  Concept 6.1: Microscopy   Cells are too small to be seen by the naked eye, that is why scientists use microscopes to study them.  In Microscopy there are three important parameters: 3|Page 1.Magnification: the ratio of an object’s image size to its real size 2. Resolution: the measure of the clarity of the image, or the minimum distance of two distinguishable points Low resolution 3. Contrast: visible differences in brightness between light and dark areas of the image.  Types of microscopes: 1. Light microscopes (LM): visible light is passed through a High resolution specimen and then through glass lens used to visualize cells.  can magnify effectively to about 1,000 times the size of the actual specimen  The resolution of standard light microscopy is too low to study organelles, it cannot resolve detail finer than about 0.2 (μm), or 200 nm (the size of a small bacterium), that’s because of something called Resolution barrier.  We can enhance contrast in different methods, Methods include staining or labeling or fluorescent markers. There have been some advancements in LM recently, such as: 1. Labeling individual cells with fluorescent markers to improve the level of detail that can be seen. 2. Confocal microscopy and deconvolution microscopy, providing sharper images of three-dimensional tissues and cells. 3. Super-resolution microscopy, which allows one to distinguish structures as small as 10–20 nm across. Phase Contrast: a light microscopy technique used to enhance the contrast of images of transparent and colorless specimens by amplifying the differences in density of cell components to enhance contrast In unstained cells, this technique is useful for examining living unstained cells. ‫تقنية مجهرية تستخدم لتعزيز‬ ،‫تباين الصور للعينات الشفافة‬ ‫عن طريق استغﻼل الفروق‬ ‫في كثافة أجزاء الخلية‬ ‫المختلفة وتعزيزها لزيادة‬ ‫التباين في الخﻼيا الحية غير‬ ‫المصبوغة‬ ‫تستخدم هذه التقنية لدراسة‬ ‫الخﻼيا الحية التي ﻻ يمكن‬ ‫صبغها‬ ‫‪4|Page‬‬ ‫هناك العديد من المعايير التي تحدد فعالية المجهر‪ ،‬أهمها‪:‬‬ ‫‪ ‬التكبير‪ :‬هو نسبة حجم صورة الجسم إلى حجمه الحقيقي‬ ‫‪ ‬الوضوح‪ :‬يعني مدى وضوح الصورة‪ ،‬أو أقل مسافة يمكننا التمييز فيها بين نقطتين‬ ‫‪ ‬التباين‪ :‬هو الفروق المرئية في السطوع بين المناطق الفاتحة والداكنة في الصورة‬ ‫أنواع المجاهر‬ ‫‪ ‬المجهر الضوئي‪ :‬حيث يمر الضوء المرئي عبر العينة ثم عبر عدسات زجاجية لنرى الخﻼيا‬ ‫يمكن أن تكبر حتى حوالي ‪ 1000‬مرة من حجم العينة الحقيقية‪.‬‬ ‫دقة المجهر الضوئي العادي منخفضة‪ ،‬فﻼ يمكنه دراسة التفاصيل الصغيرة جدًا‪ ،‬حيث ﻻ يمكنه تمييز ما هو أقل من ‪ 0.2‬مايكرومتر )‪ 200‬نانومتر(‪،‬‬ ‫وهو حجم بكتيريا صغيرة‪.‬وهذا يُعرف بحاجز الدقة‪.‬‬ ‫يمكننا تحسين التباين بطرق متعددة‪ ،‬مثل الصبغ أو الوسم أو استخدام عﻼمات فلوريسنت‪.‬‬ ‫تمت بعض التحسينات على المجاهر الضوئية حديثا‪ ،‬منها‪:‬‬ ‫‪ ‬صبغ خﻼيا فردية بعﻼمات فلوريسنت لتحسين مستوى التفاصيل المرئية‬ ‫صورا أوضح لﻸنسجة والخﻼيا ثﻼثية اﻷبعاد‬ ‫ً‬ ‫‪ ‬المجهر التداخلي والمجهر التفكيكي‪ ،‬اللذان يقدمان‬ ‫‪ ‬المجهر الفائق الدقة‪ ،‬الذي يسمح بتمييز هياكل صغيرة تصل إلى ‪ 20-10‬نانومتر‬ ‫‪2. Electron Microscopy (EM): microscopes which use electron beams that‬‬ ‫‪have wavelengths much shorter than those of the visible light, with resolution‬‬ ‫)‪that can reach 0.002 nm (0.000002 μm‬‬ ‫‪These microscopes have two types:‬‬ ‫‪1. Scanning electron microscopes (SEMs): focuses a beam‬‬ ‫‪of electrons onto the surface of a specimen, providing‬‬ ‫‪images that look 3-D. it used to scan the topography of a‬‬ ‫‪specimens surface, which is usually coated in a thin film of‬‬ ‫‪gold.‬‬ ‫‪2. Transmission electron microscopes (TEMs): focus‬‬ ‫‪a beam of electrons through a specimen (used to study‬‬ ‫‪internal structures of cells). here the specimen is stained‬‬ ‫‪with atoms of heavy metals, which attach to certain cellular‬‬ ‫‪structures‬‬ ‫‪  ‬مجاهر تستخدم حزمة موجية من اﻹلكترونات‪ ،‬التي لديها أطوال موجية أقصر بكثير من تلك‬ ‫الخاصة بالضوء المرئي‪ ،‬مع دقة يمكن أن تصل إلى ‪ 0.002‬نانومتر )‪ 0.000002‬مايكرومتر(‪.‬‬ ‫ولها نوعان‪:‬‬ ‫صورا تبدو ثﻼثية اﻷبعاد‪.‬يُستخدم‬ ‫ً‬ ‫‪  (SEMs).1‬يُركز شعاع من اﻹلكترونات على سطح العينة‪ ،‬مما يوفر‬ ‫لمسح طبوغرافية )التوزيع والخصائص الشكلية( سطح العينة‪ ،‬التي تكون عادة ً مغطاة بطبقة رقيقة من‬ ‫الذهب‬ ‫‪  (TEMs).2‬شعاع من اﻹلكترونات يمر خﻼل العينة )يستخدم لدراسة الهياكل الداخلية للخﻼيا(‪.‬ويتم‬ ‫تلوين العينة بذرات من المعادن الثقيلة‪ ،‬التي ترتبط بهياكل خلوية معينة‪.‬‬ ‫‪ Cell Fractionation: A method in which the centrifuge is used to separate cell‬‬ ‫‪components based on size and density after undergoing a process called homogenization.‬‬ ‫‪Homogenization: the breakdown of a tissue to prepare to be separated, it is‬‬ ‫‪usually made with a blender, or a device called homogenizer‬‬ 5|Page  The Centrifuges fractionates cells’ mixture (homogenate) into its component parts forming pellets by rotating at different speeds, at lower speeds it separates the bigger parts, and the higher the speed  the smaller the components separated.  Cytology (the study of the cell) and Biochemistry (the study of chemical processes in the cell) both help correlate cell function with its physical structure. Concept 6.2: Eukaryotic cells: Cells are of two distinct types: prokaryotic (Bacteria and Archaea) and eukaryotic (Protists, fungi, animals and plants). ‫ عملية يتم فيها استعمال جهاز الطرد المركزي لفصل مكونات الخﻼيا عن بعضها البعض‬:Cell fractionation homogenization ‫باﻻعتماد على حجمها وكثافتها بعد تحضير هذه الخﻼيا بعملية‬ ‫ طريقة لتحضير الخﻼيا لفصل مكوناتها عن طريق تحطيم النسيج الخلوي باستعمال الخﻼط لو‬Homogenization.‫باستخدام جهاز مخصص‬ ‫ عن طريق الدوران‬،‫( الى اﻻجزاء الخلوية اﻻساسية‬homogenate) ‫< يفصل جهاز الطرد المركزي مزيج الخﻼيا‬.‫ كانت اﻷجزاء المفصولة أصغر‬،‫ وكلما زادت السرعة‬،‫ تفصل اﻷجزاء اﻷكبر‬،‫ عند السرعات المنخفضة‬.‫بسرعات مختلفة‬  All cells show the same basic structures, including.  A selective barrier called the Plasma membrane.  A semifluid jelly-like substance called the Cytosol, where all cellular substructures are suspended.  Chromosomes which carry genes in the form of DNA.  Ribosomes which are the sites of protein synthesis.  Prokaryotic cells: these cells have distinct features, like:  Prokaryotic cells are much smaller than eukaryotic cells, they are typically 10-100 μm in diameter.  In a prokaryotic cell the DNA is concentrated in a region that is not membrane-enclosed, called the nucleoid.  membrane-bounded structures (organelles) are absent. 6|Page  Eukaryotic cells: this type of cells is characterized by having:  DNA in a nucleus that is bounded by a double lipid membrane.  Membrane-bound organelles.  Cytoplasm in the region between the plasma (: ‫نو ترجمة از نيدد بعد اﻻن‬ membrane and nucleus.  Eukaryotic cells are generally much larger than prokaryotic cells.  Cell structures:  Plasma membrane: a selective double layer lipid (phospholipid) barrier that allows sufficient passage of oxygen, nutrients, and waste to service the volume of every cell.  The hydrophobic layers of phospholipids or proteins are found in the interior of the membrane, while the hydrophilic parts are found outside facing the cell’s components.  The surface area to volume ratio of a cell is critical, that is because set upper limits on the size of cells. And as a cell increases in size, its volume grows proportionately more than its surface area.     