Study Guides (247,982)
Canada (121,201)
Biology (29)
BIOL 120 (14)

Bio notes entire year.docx

29 Pages
Unlock Document

BIOL 120
Neil Hibbert

Bio notes Sept 10/12 ­ goals of biology ­ create life.  ­ Recreate the origin of life.  ­ Explain how the human brain works ­ identify every species of organism on earth ­ determine how stable ecosystems are established and maintained ­ use this knowledge to advance medicine, agriculture, public health ­why start with biomolecules? ­Bio is study of living things. All living things are made up of complex biomolecules Water ­ important for doing biological reactions at biological temperatures ­ oxygen – partially negative. Hydrogen partially positive ­ form a hydrogen bond (weak bond) ­ causes surface tension ­ allows efficient water transport in plants ­ plants can move water from ground to top with no input of energy. No pump. ­ Like drinking through a straw ­ Hydrogen bonding keeps the water column intact ­ Hydrogen bonds are stronger at lower temperatures ­ Water is less dense with frozen ­ Polar substance can dissolve in water which is polar (hydrophilic) salt, sugar ­ Non polar substances cannot (hydrophobic) oil, fats, lipids ­ Emulsifier can make water and oil more compatible ­ Cohesion – water surface pressure, things float in water ­ Heat Capacity ­ amount of heat energy you put into water to raise its temperature.  Water has a high heat capacity. Hot water gives off lots of heat energy when  cooling down. ­ Density Changes – Water is more dense at higher temp ­ Solvent – salt, sugar etc dissolve in water Carbon ­ very versatile ­ 4 bonding possibilties (see slide 15) ­ bonds easily with other carbon atoms ­ single double and triple bonds ­ froms large and diverse compounds ­ carbon compounds can be further modified by other atoms these include… ­ alcohol (OH) ­ Amino (NH3) ­ Phosphate (PO4) ­ Changes physical,chemical and biological properties ­ Tends to increase polarity Organic, biological in nature (living) Inorganic (non­living) ­ adding oxygen, alcohol, nitrogen, amino, phosphate make compounds more polar ­ isomers, same number of carbon, oxygen, hydrogen, different structure ­ trans= cross, hydrogen across from each other ­ cis= same side hydrogens on same side of carbon Macromolecules – Carbon Compounds of the Cell ­ Cabohydrates ­ Fats/Lipids ­ Proteins ­ Nucleic Acids ­ (Most join through dehydration synthesis) Carbohydrates ­ Monosaccharides – 1 sugar (glucose, galactose) ends in ose = sugar ­ Disaccharides – 2 sugars (glucose+fructose = sucrose) form in dehydration  reaction (Glucose+fructose = sucrose+water) ­ Trisaccharides – 3 sugars (sucrose + glucose) joined by glycosidic bond  (dehydration reactions) ­ Polysaccharides – 4 or more sugars (sucrose + sucrose) includes di and tri  saccharides and glycogen, cellulose Carbohydrate functions ­ Structure – Cellulose to form plant wall. Exoskeleton of small bugs (Chitin).   Glycogen stored I liver and muscle for use as fuel. ­ Energy Storage – Can store sunlight in the form of sugar to use later ­ Starch – Long moderately branched sucrose molecules formed by glycosidic  bond(s) easily digested by animals used for energy storage. A­1,4 and A­1,6  (branched bonds) ­ Glycogen ­ more A­1,6 bonds (branch bonds) made by animals and used for energy  storage ­ Cellulose – Unbranched B­1,4 glycosidic bonds made by plants for structural sugar  not digestible by animals (fiber). ­ Polymer – whole bunch of monomers put together Lipids ­ Monoglyceride – one fatty acid bonded to a glycerol molecule ­ Triglyceride – three fatty acids bond to a glycerol molecule ­ Fatty acids are hydrophobic (non­polar) and glycerol molecules are hydrophilic  (polar) ­ Polar heads (glycerol head) join together and leave non polar acid tails on inside ­ Saturated fatty acids – no double bonds, full of hydrogen ­ Unsaturated fatty acids – has double bonds and less hydrogen then it could ­ Hydrogenation – adding hydrogens to unsaturated fatty acids to make them solid  at room temp ­ Trans fats – hydrogenated fats (sat fats) that over time become unsaturated again  creating a trans fat. ­ Omega Fatty acids – humans cannot make them so they are essential (must be  obtained through food).  ­ Steroids – same basic structure as fats but have small changes (cholesterol) Sept 14/12 Proteins & Amino Acids ­ make up skin, hair ­ Carbon molecule forms 3 key bonds 1. Carbon bonds with nitrogen to make amino group 2. Carbon bonds with another carbon to make carboxyl group 3. Carbon bonds with the “R Group” determines polarity and function. “r Group”  determines which amino acid it will be Can be as simple as a hydrogen. May  be polar, non­polar or charged ­ 20 amino acids ­ Essential Amino Acids (EAA’s) ­ Peptide bonds join individual amino acids to from proteins (polypeptide) ­ Amino Acids joined by peptide bonds form long chains. Don’t stay as long  chains. They “fold” ­ Polarity of side chains is what causes folding ­ Fodling can be caused by Hydrogen bonding, hydrophilic and hydrophobic  interactions and even covalent bonds 4 Steps of Protein folding Primary structure – mostly straight line Secondary Structure – Alpha Helix – stabilized by hydrogen bonds along  length of helix (see diagram). Side chain (R group) inside is polar. Outisde is  non­polar The Beta Sheet ­ stabilized by hydrogen bonds between strands of polypeptide  backbond. Side chain (R group) orientation inside is polar and outside is non­ polar. The Random Coil – certain regions of polypeptides do not have correct  sequences to form alpha helix or beta sheets Tertiary Structure – beta sheets, alpha helixs and random coils put together in  specific ways based on different factors (see diagram) Quaternary Structure – some proteins are only active when they are attached  to other proteins (see diagram) ­ Proteins are only functional when they are properly folded and fully  assembled Diseases Caused by improper protein folding: Alzheimers, Mad Cow disease  (BSE), Sick Cell Anemia, Cystic Fibrosis Protein Denaturing – Proteins unfold and become non­functional. May re­fold in a  different way. Nucleic Acids – encode all information that makes us up. 3 billion nucleic acids to make  DNA in cells 3’ to 5’ connections (see slide 54) DNA is found as a duplex A will hydrogen bond to T C will hydrogen bond to G Has reverse complimentary Will become double helix ATP is also a source of energy but only in Ribonucleotide Form RNA – similar to DNA but single stranded. Thymine (T) replaced by Uracil. Sugar­ phosphate is Ribose. RNA is translated by the Ribosome to produce proteins. Does not form a double helix but it does fold on itself via hydrogen bonding What is the complement DNA strand to 5’­ATTCGGTGA­3’? It is 3’ –TAAGCCACT­5’ Interconnection of Macromolecules Glycoproteins – Protein + Sugar Glycoplipids – Lipid + Sugar – Important for blood type Lipoproteins – Lipid + Protein – Important in signaling All seen in lipid bilayer of the membrane of a cell The Cell 1. How might organic molecules have arisen? 2. What steps are hypothesized to have led to cellular life as we know it? What is a cell? 1. All living things are made up of one or more cells 2. Cells are smallest units of living things 3. New cells only come from existing cells by cell division Earth is 4.5 billion years old Fossils date back 3.5 billion years ago Between 4 and 3.5 billion years ago is when life is thought to have originated Sept 19/12 Atmosphere mad e up of: CO,CO2,N2,H20 These were needed to make biomolecules Stanley Miller and Harold Urey hypothesized that the conditions of primitive atmosphere  enabled spontaneous production of organic molecules Solution is Stanley­Miller experiment began to turn pink and cloudy/purple after a week Produced cyanide, formaldahyde, amino acids, sugars. Conclusion said simple organic molecules could form under conditions of primitive earth Deep­Sea Vent Hypothesis (see notes) Outer Space Carbon came from space on comets/meteors Once simple bimolecules were present how did they become more complex and self­ replicating? 30­60 polymer units are needed for a system to become self replicating simple clays/soils acted as a polymerization catalyst clays are negatively charged so they attract positively charged ions in the soil this gave rise to nucleic acids amphipatic molecules (lipids and maybe proteins) could have formed primitive cell  membrane due to water turbulence protein and carbohydrates may have attracted water to form compartments in experiments these compartments supplied with enzymes made starch to become living cells, these particles needed to become self replicating Theory suggests that RNA molecules inside of a primitive compartment may have  randomly achieved the ability to enhance the rate of adding one RNA molecule onto  another Once primitive particles could speed up their own replication, it was only a matter of time  until simple bacteria evolved What is a protobiont? Systems that are considered to possibly be precursors to  prokaryotic cells Why is RNA a good molecule to explain the cells ability to self replicate? Miller­Urey experiment suggests that simple nucleotides could form spontaneously. Clay  particles could give rise to stable nucleic acid polymers.  (check page 485­489) Sept 21/12 RNA is duplicated much like DNA is Light Mircroscopy ­ Light micrograph ­ Fluorescence microscopy ­ Confocal laser scanning microscope (3 dimensional) Transmission Electron Microscopy (TEM) ­ less versatile ­ samples must be sliced thinly ­ high res ­ allows magnification 100000x ­ soaked in lead or uranium Scanning Electron Microscope (SEM) ­ objects coated with electron dense material ­ sample is dehydrated, then sprayed with gold (electron dense) ­ can see structure very easily (outside) Sept 24/12 Three aspects to think about when choosing microscope Magnification: how much bigger can you make an object appear dependent upon the lens  system Resolution: measure of the clarity of the image or ability to differentiate between two  dots dependent upon the wavelength of light used View: inside or outside of the cell Prokaryotes ­ the smallest cells (bacteria and archea) ­ simple structure ­ no sub cellular compartments (no mitochondira, chloroplasts) Eukaryotes ­ most evolutionary advanced ­ compartmentalized for function ­ generally bigger ­ components of animals and plants The Plasma Membrane ­ made up of lipid molecules, lipid bilayer (see notes) ­ selectively permeable ­ separates what’s outside from cytosol Green Fluorescent Protein (GFP) ­ made up of beta sheets ­ when blue light is shined on it, gives off green light ­ Osamu Shimomura: studied glowing jellyfish at Harvard ­ Extracted GFP and studied it ­ Douglas Prasher: identified GFP gene, cloned it ­ Roger Tsien: U of Cali, changed amino acids in sequence of GFP to change colour  (red, orange etc) Cytoskeleton ­ made up of: microtubules, intermediate filaments and actin filaments (see notes) ­ Kinesin (motor protein) “walks” along a microtubule track (see notes) ­ Flagellum is made up of microtubules Sept 26/12 Cytoskeleton ­ microtubules are built of proteins called tubulin ­ tubulin monomers form dimers than polymerize into the long microtubules fibers ­ microtubules only grow from one end (the + end) but can shrink from either end Eukaryotic Flagella and Cilia/ Bacterial Flagella ­ one role of MT’s in the cell is for cell movement ­ MT’s are arranged in a “9+2” pattern to form flagella or cilia ­ the basal body which anchors the flagellum ha s a set of 9 MT triplets ­ flagella bending is done by dynein motor proteins ­ the dynein proteins are anchored on one MT, then “walk” along a neighbor ­ like muscle flexing with different proteins (actin and myosin vs. dynein and  myosin) ­ motor proteins take blobs of tubulin and walk along the inside of flagellum and  add it on to the end to make it longer (polymerize) Actin Fibers ­ actin filaments are also long polymers of proteins ­ actin subunits are added to the + end ­ actin filaments can be very dynamic in their formation and destruction ­ the movement of an amoeba cell occurs as a result of actin filament  polymerization and depolymerization ­ how could we test whether the hypothesis that amoeboid movement id due to  changes in the cytoskeleton? ­ we could design a controlled experiment ­ and see if the results support out hypothesis ­ motor proteins interacting with the cytoskeleton can cause movement in different  ways What does actin do? What do microtublues do? Why is ATP needed for movement of  myosin along actin filaments? (look up flagella bending in textbook) 3 main parts of motor protein: head, hinge and tail the head is the site where ATP binds and is hydrolyzed to ADP and a molecule of  inorganic phosphate (Pi). ATP binding and hydrolysis cause a bend in the hinge, which  results in the movement when the tail region is attached to other proteins to other kinds of  cellular molecules. To promote cellular movement, the head region of a motor protein  interacts with a cytoskeletal filament. When ATP binds and is hydrolyzed, the motor  protein attempts to “walk” along the filament. The head of the motor protein is initially  attached to the filament. To move forward, the head detaches from the filament, cocks  forward, binds to the filament, and cocks backward. Like your leg lifting up moving  forward and cocking back. Moving you forward. Ground is cytoskeletal filament, your  leg is is the head of motor protein and your hip is your hinge. 3 different types of motor protein movement 1. tail region is attached to cargo so that the motor protein moves the cargo from one  place to another along cytoskeletal filament 2. a motor protein can remain in place and cause the cytoskeletal filament to move  (occurs during muscle contraction) 3. both motor protein and cytoskeletal filament are restricted in their movement. In  this case when motor protein attempts to walk it exerts a force that causes  filament to bend (occurs in cilia and flagella to make them whip). In cilia/flagella there is microtubules, motor protein (dynein) and linking proteins.  Bending occurs because dynein is activated to walk toward the basal body of the  microtubules. ARP hydrolysis is required for this process. How ever microtubules and  dynein are not free to move because of linking proteins. Therefore the pressure creates a  whipping movement.  In amoeba (protists) actin filaments and motor proteins (myosin) create movement. Actin  filaments are formed near leading edge of cell to create projection. The rest of the cell is  pulled toward this projection using motor proteins (myosin) which tugs of actin  filaments.  Sept 28/12 The Nucleus and Nucleolus Nucleolus – ribosome assembly Nucleus disappears in cell division, does have double membrane Endoplasmic Reticulum (ER) ­ close to nucleus ­ inside is called lumen ­ rough er is studded with ribosomes ­ smooth er is not ­ cisternae is edge where inside turns to outside (see notes) Smooth ER ­ site of lipid and steroid biosynthesis ­ metabolism of foreign chemicals (eg. Drugs) ­ primary site of detoxification (prominent in liver cells) ­ site of glycogen hydrolysis in mammals ­ can make lipid proteins Rough ER ­ studded with ribosomes ­ membrane protein synthesis ­ protein modification and folding (makes glycoproteins) Ribosomes ­ NOT organelles, they are ENZYMES Endoplasmic Reticulum (see slide 53 in notes) Golgi (see slide 54 for cell diagram) ­ made of lipid membranes ­ main function is secretion of wastes to outside of cell or proteins for use in other  cells through vesicles that take the stuff outside the cell ­ linked to ER via vesicles (transport packages in little bubbles) ­ vesicles move along actin and microtubule fibers by motor proteins ­ sorts protein export packages ­ synthesis of some cells wall material ­ information in folded protein tells golgi what to do with it Chloroplasts (look at this in textbook) ­ placed in cytoplasm toward outside of plant cell (in between plasma membrane  and large central vacuole) ­ have chromosomes (DNA) ­ stroma is like cytoplasm for the chloroplast contains ribsomes and proteins ­ thylakiod membranes form little bundles like ER where photosynthesis occurs and  where carbon fixation occurs ­ stroma is where sugar gets made Other Plastids (slide 62) ­ Etioplasts = chloroplast that hasn’t been exposed to light ­ Amyplast = Leucoplast (banana) stores starch and sometimes lipids ­ Chromoplast pigments in peppers (red, green, yellow) ­ Proplastid = less complex ­ Chloplasts turn into chromoplasts when fruit ripens (eg. Tomato turning red) Mitochondria ­ similar shape to choloplasts ­ double membrane bound ­ cristae = folds in mitochondrial membrane ­ have own chromosome (DNA), ribosomes and proteins ­ breaks down sugars from chloroplasts to produce NRG (ATP) Oct 1/12 Midterm Oct 15/12 polar – dissolves in water. adding oxygen, alcohol, nitrogen, amino, phosphate make  compounds more polar. Generally in shorter chains. non polar – does not dissolve in water. Only made up of OXYGEN, CARBON and  HYDROGEN in long chains hydrophobic = hydrocarbon chains (tail) hydrophilic = glycerol head (define semiautonomous and understand endosymbiotic theory of evolution) proteins that are made in ER can have an carb or lipid added and send to Golgi for  transport out of cell or somewhere else like vacuole (in plants) rough  ▯smooth  ▯golgi Endosymbiosis ­ How did Eukaryotes evolve? ­ Bacteria cells can carry out metabolism without oxygen. Evolved to have the  ability to perform photosynthesis to make sugars. As response to production of  oxygen through photosynthesis, some died and some adapted and survived off  oxygen. Oxygen sensitive cell eats oxygen using cell. Creates internal  homeostasis because the oxygen using cell inside it does the task of ridding it’s  body of oxygen. ­ Serial endosymboitic theory suggests that this cell described above then ate a cell  that can perform photosynthesis and thus had all it needed. ­ Evidence for a bacterial origin of mitochondria and chloroplasts (they divide just  like cells do, have ribosomes similar to those of bacteria) ­ Organelle DNA – packaged like bacterial DNA ­ Bacterial ribosomes ­ Lipid biosynthetic pathway ­ Organelle inheritance and division ­ Benefits? ­ Compartmentalization of metabolism, first protoeukaryote could live in oxygen  rich areas and survive ­ Many ancient cells were sensitive to oxygen “mitochondria” use oxygen ­ Chloroplasts provided a continuous source of energy Oct 3/12 (google endocytosis vs. phagocytosis) phago is a part of endo. Organism wraps up the molecule then engulfs it Lysosome ­ produced by Rough ER and Golgi ­ digestive compartment ­ has hydrolyses which degrade macromolecules ­ it’s like the stomach ­ digests damaged cellular compartments ­ digests particles ingested by endocytosis ­ lysosome + food = food vacuole Vacuole ­ in plants it maintains tugor pressure ­ accounts for most volume of cell in plants ­ can also act as cellular garbage can ­ in protists the vacuole helps maintain water balance (contractile vacuole for  osmoregulation) ­ food vacuoles carry objects from cell membrane ­ protect rest of cell from digestive enzymes Subcellular Fractionism ­ isolating different parts of cell is called fractionation ­ step 1. Break cell open without destroying insides ­ now all the stuff Is broken up but still mixed together ­ they can be separated by a process called centrifugation ­ separates fragments by size/density ­ (see notes for centrifugation) ­ nucleus is generally heaviest molecule in cell ­ all cells come from existing cells also true for some organelles ­ all the cells in an organism have the same DNA ­ bacterial ribosomes in mitochondria and chloroplasts semiautonomous – mitochondria and chloroplasts are this because they have their own  ribosomes and DNA but they don’t live on their own endosymbiotic theory – (text) The Cell Cycle Interphase ­ takes up most of cells life (90%) ­ the other 10% is where stuff goes down G1 Phase ­ grows (eg skin cell protects inside of body) ­ gets signal saying its time to divide ­ checks to see if everything is good to go to divide S Phase ­ creates an identical copy of each chromosome ­ now has one chromosome with two chromatids ­ second centrosome is made ­ then enters G2­phase G2 Phase ­ resting period ­ checks to see if DNA got copied properly ­ checks to see if cell is damaged Mitotic Phase (shortest) ­ sister chromatids are pulled apart ­ cell contents (mitochondria, chloroplasts etc) are divided up ­ the two cells split apart (cytokinesis) Cell Cycle (see slide 7) Int (G1)S(G2)PMAT Prophase ­ condensation of chromosomes ­ breakdown of nuclear envelope ­ nucleoli disappear ? Late Prophase/Prometaphase ­ nuclear envelope is gone ­ sister chromatids attach to mitotic spindle ­ spindle microtubules bind to the kinetochore structure (see slide 13) ­ chromosome is attached to each spindle pole through microtubules Metaphase ­ centrioles are polarly localized ­ centromeres of the choromosomes line up at the equator of cell ­ mitotic spindle anchors at kinetochoreto each pole Anaphase ­ chromosomes are split apart and pulled to the poles of the cell by kinetochore  microtubles (see slide 16­17) Telophase ­ cleavage furrow (animals)/cell plate starts to form (plants) ­ nuclei form ­ chromatin unfold ­ nucleoli reappear ­ mitotic fibers disappear Cytokinesis ­ in animals cells a cleavage furrow is formed by contractile ring ­ as this ring shrinks it pinches off connection between two cells until they separate  completely ­ in plant cells, cell plate is formed between two daughter cells ­ this creates a new cell wall between two cells then they split apart see slide 22 for cell cycle diagram Cyclins and Cyclin­Dependant Kinases (CDKs) ­ CDKs tell the cell to pass the checkpoint ­ Cyclins bind to CDKs to turn them on Will we have to know Miller­Urey diagram? Oct 10/12 Bring pencil and ID to midterm I write in Arts 143 Centriole – pair of centrosomes Centrosome – two poles Centromere – middle of chromatids. Split apart during anaphase Oct 12/12 G1(S)G2 are IN interphase? Look up slide 24­30 C/CDK Chemotherapy Taxol ­ from bark of Pacific Yew Tree ­ used to treat ovarian and breast cancer ­ works on microtublues ­ binds to tubulin giving the cell inability to divide after mitosis ­ makes cancer cells divide much slower as well as all other cells in patient. This is  why chemotherapy can often make people sick Vinblastine ­ binds to tubulin to stop formation of microtubules ­ cells cannot form spindle fibers needed to move chromosomes Meiosis ­ produces haploid (1n) cells for sexual reproduction ­ keeps the number of chromosomesconstant from generation to generation ­ similar to mitosis ­ Homologous Chromosomes contain different versions of the same information ­ One set of information is inherited from each parent (1n from each) ­ Homologous pairs are also called a tetrad ­ Homologous pairs are exactly identical (sorta) they have the same gene but  different allele? ­ Meiosis replicates DNA once but has TWO cells divisions (one diploid cell  eventually turns into 4 haploid cells) Prophase 1 ­ long process ­ in human sperm cells this can take a week while Meiosis takes a month ­ in human egg cells it begins during fetal development and Meiosis completes just  prior to egg release ­ when homologous pairs line up in prophase to form tetrads, synapsis occurs ­ DNA segments can interact and pieces of DNA can be swapped from one  chromatid to another ­ Bivalents form, then crossing over occurs (see slide 22­28) ­ They separate slightly but still held together at point of crossing over by Chiasma  during late prophase (fig 16­5) Metaphase 1 ­ tetrads line up together at cell equator then chromosome paris separate ­ sister chromatids stay together as pairs are separated Anaphase 1 ­ tetrads are pulled apart with one member of each group pulled to the poles Telophase 1 ­ nuclear membrane begin to reform and cleavage furrow starts to form Cytokenisis ­ Prophase 2 ­ following brief pause duplicated chromosomes will coil and  Metaphase 2 ­  Anaphase 2 ­ sister chromatids pulled apart to each pole Telophase 2 ­  Cytokinesis ­ 4 haploid cells are formed and this completes process of meiosis ­ each cell has only one copy of each chromosome Diploid cells in testes undergo mitosis THEN meiosis to create haploid cells that are  sperm Meiosis and Heredity ­ in humans with 23 pairs of chromosomes independent assortment means that  there are many different genetic outcomes ­ 2^23 (8.3 million) possibilities ­ that does not account for crossing over Mammals have a diploid dominant life cycle Haploid cells are only produced for reproduction Fungi and Algae are haploid dominant They go through short diploid zygote cycle for reproduction Oct 19/12 List 3 ways in which Meiosis 1 is different than mitosis 1. crossing over occurs 2. homologous pairs line up to form tetrad/bivalents 3. homologous pairs of chromosomes separate What does this means for new cells resulting from Meiosis? 1. they will be haploid 2. Not genetically identical The genetic constitution of each cell after telophase 2 is different from the others. What  two processes 
More Less

Related notes for BIOL 120

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.