Сборник текстов на казахском, русском, английском

506 

Mitochondria are the powerhouses of the cell 

-  they  release  all  the  energy  it  needs.  Glucose  enters  the  mitochondria  and 

combines with oxygen. This process gives off energy in the form of a chemical called 

ATP. Carbon dioxide and water are the waste products. The term «respiration» means 

the  exchange  of  gases  (oxygen  and  carbon  dioxide)  which  takes  place  between  the 

living organism and the environment. One must consider that in higher organisms this 

exchange  takes  place  at  several  different  levels.  An  initial  exchange  must  occur 

between the air in the lungs, from which the oxygen is being continually taken up and 

into  which  carbon  dioxide  is  being  continually  poured,  and  the  external  air.  This  is 

the process of external respiration. 

The  composition  of  the  air  inside  the  lungs  is  different  from  that  of  the  air 

which  we  inhale.  The  content  of  alveolar  air  is  very  constant,  especially  the  one  of 

carbon  dioxide,  the  partial  pressure  of  which  is  normally  40  mm  of  mercury.  This 

constancy  is  the  result  of  a  self-regulating  mechanism  by  which  the  respiratory 

activity is governed by the amount of carbon dioxide which has been eliminated from 

the organism. 

The  exchange  of  gases  varies  according  to  the  size  and  activity  of  the 

organism. In  man at rest the absorption of oxygen reaches about 0.25 liter a minute 

and  the  elimination  of  carbon  dioxide  0.2  liter.  At  a  time  of  maximum  muscular 

activity, the consumption of oxygen and the production of carbon dioxide may both 

exceed  4  liters  a  minute.In  physiology,  respiration  is  defined  as  the  movement  of 

oxygen  from  the  outside  air  to  the  cells  within  tissues,  and  the  transport  of  carbon 

dioxide in the opposite direction. 

The  physiological  definition  of  respiration  should  not  be  confused  with  the 

biochemical  definition  of  respiration,  which  refers  to  cellular  respiration:  the 

metabolic  process  by  which  an  organism  obtains  energy  by  reacting  oxygen  with 

glucose  to  give  water,  carbon  dioxide  and  38ATP  (energy).  Although  physiologic 

respiration  is  necessary  to  sustain  cellular  respiration  and  thus  life  in  animals,  the 

processes  are  distinct:  cellular  respiration  takes  place  in  individual  cells  of  the 

organism,  while  physiologic  respiration  concerns  the  bulk  flow  and  transport  of 

metabolites between the organism and the external environment. 

 

Isolation 

 

In  microbiology,  the  term  isolation  refers  to  the  separation  of  a  strain  from  a 

natural,  mixed  population  of  living  microbes,  as  present  in  the  environment,  for 

example in water or soil flora, or from living beings with skin flora, oral flora or gut 

flora,  in  order  to  identify  the  microbe(s)  of  interest.  Historically,  the  laboratory 

techniques  of  isolation  first  developed  in  the  field  of  bacteriology  and  parasitology 

(during the 19th century), before those in virology during the 20th century. Methods 

of  microbial  isolation  have  drastically  changed  over  the  past  50  years,  from  a  labor 

perspective with increasing mechanization, and in regard to the technology involved, 

and hence speed and accuracy. 

The laboratory techniques of isolating microbes first developed during the 19th 

century  in the  field of  bacteriology  and parasitology  using light  microscopy.  Proper 

507 

isolation techniques of virology did not exist prior to the 20th century. The methods 

of  microbial  isolation  have  drastically  changed  over  the  past  50  years,  from  a  labor 

perspective  with  increasing  mechanization,  and  in  regard  to  the  technologies 

involved, and with it speed and accuracy. 

In  order  to  isolate  a  microbe  from  a  natural,  mixed  population  of  living 

microbes, as present in the environment, for example in water or soil flora, or from 

living  beings  with  skin  flora,  oral  flora  or  gut  flora,  one  has  to  separate  it  from  the 

mix. This can be achieved in two ways; 

Traditionally microbes have been cultured in order to identify the microbe(s) of 

interest  based  on  its  growth  characteristics.  Depending  on  the  expected  density  and 

viability  of  microbes  present  in  a  liquid  sample,  physical  methods  to  increase  the 

gradient  as  for  example  serial  dilution  or  centrifugation  may  be  chosen.  In  order  to 

isolate  organisms  in  materials  with  high  microbial  content,  such  as  sewage,  soil  or 

stool, serial dilutions will increase the chance of separating a mixture. 

In  a  liquid  medium  with  few  or  no  expected  organisms,  from  an  area  that  is 

normally  sterile  (such  as  CSF,  blood  inside  the  circulatory  system)  centrifugation, 

decanting  the  supernatant  and  using  only  the  sediment  will  increase  the  chance  to 

grow and isolate bacteria or the usually cell-associated viruses. 

If  one  expects  or  looks  for  a  particularly  fastidious  organism,  the 

microbiological culture and isolation techniques will have to be geared towards that 

microbe. For example, a bacterium that dies when exposed to air, can only be isolated 

if  the  sample  is  carried  and  processed  under  airless  or  anaerobic  conditions.  A 

bacterium that dies when exposed to room temperature (thermophilic) requires a pre-

warmed  transport  container,  and  a  microbe  that  dries  and  dies  when  carried  on  a 

cotton swab will need a viral transport medium before it can be cultured successfully. 

More  recently,  microbes  have  been  isolated  without  culturing  them.  Samples 

are  inoculated  into  microtiter  plates  or  cartridges  extracting  their  particular  genetic 

material (DNA or RNA) which can be used to identifying them. 

In  all  living  organisms’  plants  and  animals,  physiological  processes  are 

continually taking place in their bodies. In order to sustain life, these processes must 

be kept going on for which the materials required, must be constantly transported to 

and from all parts of the body right down to the individual cells. Materials are also to 

be  transported  between  the  cell  organism  and  external  environment.  In  unicellular 

and  simple  multicultural  organisms,  the  distribution  of  materials  can  be  adequately 

brought  about  by  diffusion  and  streaming  movements  of  the  cytoplasm.  

 

Movement 

 

All  living  things  have  the  ability  to  move  without  outside  help.  This  makes 

them different from non-living things that only move if they are pushed or pulled by 

something else e.g. a stone that is thrown, a stream that flows, paper blowing about. 

No outside force has to ‘push-start’ growth of a green shoot towards sunlight or a dog 

to  scratch,  or  YOU  to  move….  as  you  are  doing  right  now!  All  these  things  are 

living, so they move by themselves!  

You should be able to: state the difference between movement and locomotion. 

508 

explain  the  importance  of  movement  to  plants  describe  the  different  types  of 

movements  in  plants  distinguish  between  growth  movements  in  plants  and 

movements in animals.  

Movement  is  rhythmical  progression,  resulting  in  a  change  of  pace,  posture, 

position or place. All living organisms show movement of one kind or another. They 

have  the  innate  ability  to  move  substances  from  one  part  of  their  body  to  another  - 

called  internal  movement.  Many  living  organisms  also  show  external  movement  as 

well  --  they  can  move  various  body  parts,  or  move  their  entire  body  from  place  to 

place, i.e. locomotion.  

Find  water/soil  nutrients,  and  hold  leaves  to  get  maximum  sunlight  Seek  and 

capture food Obtain support  

Protect  themselves  from  damage  from:  touch/pressure,  or  sudden  temperature 

change Disperse seeds  

Unlike  many  animals,  plant  movement  is  non-  locomotor.  Movement  is 

confined to specific plant parts (e.g. Stems/roots) and is not always obvious because 

it is very slow. Plant movements are often related to growth. Tropisms are directional 

growth  responses  to  an  external,  unilateral  stimulus.  Tropic  growth  movements 

cannot be reversed! Tropic growth movements are caused by chemicals called auxins 

that are produced in stem and root tips and cause selective cell growth and elongation 

which will result in either overall growth or growth curvatures of plant parts affected 

by the auxins.  

 Plant movement can also be a non-directional response to a stimulus, called a 

nastic movement. Plant parts (e.g. leaves and leaf structures, flowers, fruits) respond 

to touch, light, temperature changes and humidity e.g. by opening/closing/folding or 

bursting to disperse seeds etc.  

 Like  plants,  invertebrate  animals  such  as  sea  anemones,  adult  sponges  and 

corals,  move  body  parts  only  and  are  non-  locomotor.  These  movements  are 

somewhat  like  nastic  movements  in  plants  since  they  are  temporary  and  reversible. 

For  example,  below  left  -sea  anemones  can  open/close  tentacles.  Like  plants,  many 

invertebrates  move  in  response  to  light,  moisture,  chemicals,  temperature  changes 

and, additionally, to magnetic and electrical fields. Their movement differs from that 

of  plants,  because  the  animal’s  entire  body  moves  about  from  place  to  place  = 

locomotion. Such animals move about with the aid of cilia, flagella, false ‘legs/feet’, 

hydrostatic  pressure  against  their  body  wall,  or  they  may  have  an  exoskeleton  that 

enables muscle attachment for locomotion.  

If we want to now if an organism is a living animal, we usually observe it or 

prod  it  to  see  if  it  moves.  This  is  because,  in  response  to  stimuli,  all  animals  move 

various  body  parts  and  many  can  also  carry  on  locomotion.  In  animals,  movement 

and locomotion usually involves the action of muscles (contractile tissue).  

You  should  be  able  to:  discuss  the  importance  of  locomotion  in  animals. 

Describe  movement  in  animals.  differentiate  between  growth  movements  in  plants 

and locomotion in animals.  

Locomotion  is  a  common  response  to  all  kinds  of  stimuli.  Animals  to:  move 

about Escape danger Protect themselves from damage from pressure, pain, or sudden 

temperature changes Find a mate and to reproduce 

509 

Why else would the ability to move about be important to animals? Seek and 

capture  food  CHECK  •To  seek  shelter,  a  suitable  habitat/climate;  •To  avoid 

competition  for  food/water,  living  space  etc.  Muscles  help  animals  such  as  dogs, 

whales,  spiders,  snakes,  worms,  flies  and  humans  to  move  from  place  to  place. 

Muscles also move body parts and things inside the animal’s body. In fact, no animal 

could move anything inside or outside of its body if there were no muscles. Without 

muscles, you wouldn't be alive for very long!  

 

Сoordination And Regulation 

 

1. The  Coordination  System  Coordination  systems  work  together  to  process 

information  received  from  stimuli  and  to  produce  appropriate  responses.  Animals 

have two coordination systems:• the nervous system and• the endocrine system. 

2. The Nervous System• The nervous system regulates the body’s activities and 

responses.  It  works  by  means  of  specialized  cells  called  neurons  which  transmit 

information in the form of nerve impulses. 

3. Nervous System Responses 

4.  The Endocrine System• The endocrine system regulates and coordinates the 

body  functions  by  means  of  chemical  substances  called  hormones.  The  endocrine 

system  regulates  functions  which  require  maintained  responses.  These  include 

changes  during  the  metamorphosis  of  some  animals,  growth,  and  the  production  of 

milk in mammals. 

5.  Endocrine System Responses 

6.  Summary•  The  coordination  system  tells  the  body  how  to  respond  to  a 

stimulus.  The body  can  coordinate a  response quickly  with  a nerve  impulse or over 

time as chemicals build up and break down in the blood stream. 

Essential Knowledge 

Timing  and  coordination  of  specific  events  are  necessary  for  the  normal 

development  of  an  organism,  and  these  events  are  regulated  by  a  variety  of 

mechanisms 

Transcription  factors  are  molecules  that  control  gene  expression.  They  are 

considered  "trans"  (as  opposed  to  "cis")  because  they  are  not  part  of  the  DNA 

sequence  directly  adjacent  to  the  gene  itself.  Generally  proteins,  they  can  either 

decrease or increase expression depending on how they interact with the locus. 

Homeotic Genes 

Homeotic  genes  are  genes  which  regulate  the  development  of  anatomical 

structures in various organisms such as insects, mammals, and plants. 

Determine the direction of developmental fates of groups of cells in a segment 

of the embryo. 

Include  a  DNA  sequence  called  the  home  box  that  is  similar  in  all  homeotic 

genes. 

Apoptosis 

Programmed  cell  death  is  part  of  a  normal  process  in  development, 

metamorphosis and homeostasis. It is responsible for sculpting away cells that are no 

longer required in the developmental process or have become ‘life-expired’ and need 

510 

to be replaced. Examples of this include the removal of tail cells during tadpole/frog 

metamorphosis;  the  removal  of  ‘webbing’  that  occurs  between  digits  in  human 

embryo development, and the removal of brain cells that have not ‘linked up’ during 

development  –  about  half  the  original  number.  Many  chemotherapy  treatments  for 

cancer work by inducing cancer cells to undergo apoptosis. 

 

Reproduction 

 

 Reproduction  (or  procreation,  breeding)  is  the  biological  process  by  which 

new  individual  organisms  –  "offspring"  –  are  produced  from  their  "parents". 

Reproduction  is  a  fundamental  feature  of  all  known  life;  each  individual  organism 

exists as the result of reproduction. There are two forms of reproduction: asexual and 

sexual. 

In asexual reproduction, an organism can reproduce without the involvement of 

another  organism.  Asexual  reproduction  is  not  limited  to  single-celled  organisms. 

The  cloning  of  an  organism  is  a  form  of  asexual  reproduction.  By  asexual 

reproduction, an organism creates a genetically similar or identical copy of itself. The 

evolution of sexual reproduction is a major puzzle for biologists. The two-fold cost of 

sex is that only 50% of organisms reproduce and organisms only pass on 50% of their 

genes. 

Sexual reproduction typically requires the sexual interaction of two specialized 

organisms, called gametes, which contain half the number of chromosomes of normal 

cells and are created by meiosis, with typically a male fertilizing a female of the same 

species to create a fertilized zygote. This produces offspring organisms whose genetic 

characteristics are derived from those of the two parental organisms. 

The process by which cells and organisms produce other cells and organisms of 

the same kind. Cell reproductionusually involves division of a cell into two identical 

parts by means of mitosis or into four different parts by meiosis. The reproduction of 

organisms by the union of male and female reproductive cells (gametes) is  

called sexualreproduction. Most multicellular animals reproduce sexually. 

Reproduction  in  which  offspring  are  produced  by  asingle  parent,  without  the 

union  of  reproductive  cells,  is  called  asexual  reproduction.  The  fission  (splitting) 

ofbacterial cells is a form of asexual reproduction. Many plants and fungi are  

capable of reproducing both sexually andasexually, as are some animals, such 

as sponges. 

 

Cell Cycle 

 

Have you ever watched a caterpillar turn into a butterfly? If so, you’re probably 

familiar  with  the  idea  of  a  life  cycle.  Butterflies  go  through  some  fairly  spectacular 

life  cycle  transitions—turning  from  something  that  looks  like  a  lowly  worm  into  a 

glorious creature that floats on the breeze. Other organisms, from humans to plants to 

bacteria, also have a life cycle: a series of developmental steps that an individual goes 

through from the time it is born until the time it reproduces. 

The cell cycle can be thought of as the life cycle of a cell. In other words, it is 

511 

the  series  of  growth  and  development  steps  a  cell  undergoes  between  its  “birth”—

formation by the division of a mother cell—and reproduction—division to make two 

new daughter cells. 

Stages of the cell cycle 

To divide, a cell must complete several important tasks: it must grow, copy its 

genetic  material  (DNA),  and  physically  split  into  two  daughter  cells.  Cells  perform 

these  tasks  in  an  organized,  predictable  series  of  steps  that  make  up  the  cell  cycle. 

The cell cycle is a cycle, rather than a linear pathway, because at the end of each go-

round,  the  two  daughter  cells  can  start  the  exact  same  process  over  again  from  the 

beginning. 

In  eukaryotic  cells,  or  cells  with  a  nucleus,  the  stages  of  the  cell  cycle  are 

divided into two major phases: interphase and the mitotic (M) phase. 

- During interphase, the cell grows and makes a copy of its DNA. 

-  During  the  mitotic  (M)  phase,  the  cell  separates  its  DNA  into  two  sets  and 

divides its cytoplasm, forming two new cells. 

 

 

Image  of  the  cell  cycle.  Interphase  is  composed  of  G1  phase  (cell  growth), 

followed  by  S  phase  (DNA  synthesis),  followed  by  G2  phase  (cell  growth).  At  the 

end  of  interphase  comes  the  mitotic  phase,  which  is  made  up  of  mitosis  and 

cytokinesis  and  leads  to  the  formation  of  two  daughter  cells.  Mitosis  precedes 

cytokinesis, though the two processes typically overlap somewhat. 

 

Growth And Development 

 

The  spatial  and  temporal  regulation  of  interactions  between  molecules  is 

fundamental to life. Growth & Development is dedicated to understanding how these 

coordinated  interactions  lead  to  cell  growth,  cell  division  and  the  development  of 

living organisms. 

Life  is  more  complicated  than  a  binary  interaction  of  two  factors  and  its 

regulation; various processes need to occur in parallel for a cell to function normally. 

For  this  reason,  this  research  area  covers  a  broad  range  of  aspects  from  signal 

transduction,  gene  regulatory  networks,  cell  division  and  cell  cycle  control  to 

membrane  transport,  protein  and  mRNA  transport,  in  a  variety  of  experimental 

organisms such as bacteria, yeasts, worms, flies, fish and mammals. 

жүктеу/скачать 8,9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: