A-Level Biology (9700) starts at the cell and works outwards: membranes and transport, the mitotic cell cycle, nucleic acids and protein synthesis, then transport in plants and mammals, gas exchange, infectious disease and immunity. A2 adds respiration, photosynthesis, homeostasis, inheritance, selection and evolution.
Biology is called the memorising science, and that is exactly what catches people out. The command word does most of the work: "explain" wants a mechanism, "describe" does not. A perfect description scores nothing when the question said explain.
Answers are marked against specific scheme points. One vague sentence covering three ideas usually earns one mark, not three.
make temporary preparations of cellular material suitable for viewing with a light microscope
draw cells from microscope slides and photomicrographs
calculate magnifications of images and actual sizes of specimens from drawings, photomicrographs and electron micrographs (scanning and transmission)
use an eyepiece graticule and stage micrometer scale to make measurements and use the appropriate units, millimetre (mm), micrometre (µm) and nanometre (nm)
define resolution and magnification and explain the differences between these terms, with reference to light microscopy and electron microscopy
한국어
광학 현미경으로 관찰하기에 적합한 세포 물질의 temporary preparations을 만듭니다
현미경 슬라이드에서 세포를 draw하고 photomicrographs를 얻습니다
drawing, photomicrographs 및 electron micrographs (scanning 및 transmission)에서 이미지의 magnifications와 시료의 실제 크기를 계산합니다
eyepiece graticule 및 stage micrometer scale을 사용하여 측정을 수행하고 적절한 단위인 밀리미터(mm), 마이크로미터(µm), 나노미터(nm)를 사용합니다
해상력(resolution) 및 배율(magnification) 을 정의하고, 광학 현미경 및 전자 현미경을 참고하여 이 용어들의 차이를 설명합니다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Cells 细胞 are very small, so you cannot see them with your eyes alone. You use a microscope 显微镜 to make a bigger picture of them. The first kind you meet is the light microscope 光学显微镜. It shines light through a thin specimen 标本 (the material you look at) and uses glass lenses to enlarge the view.
Making a slide and drawing what you see
To look at living material, you make a temporary preparation 临时装片. You put a small, thin piece of material on a glass slide 载玻片, add a drop of stain 染色剂 (a coloured liquid that makes parts easier to see), then lower a thin cover slip 盖玻片 on top to flatten it and keep out air.
When you draw cells from a slide or a photograph, follow simple rules:
use a sharp pencil and clear, single lines (no shading).
draw only what you can really see, with the parts in the correct sizes.
label the parts with straight lines that do not cross.
Magnification and actual size
Magnification 放大倍数 tells you how many times bigger the image is than the real object. It has no unit. You find it with one equation:
$$\text{magnification} = \frac{\text{size of image}}{\text{actual size of object}}$$
You can rearrange this to find any one value from the other two:
$$\text{actual size} = \frac{\text{size of image}}{\text{magnification}}$$
The top and the bottom of the fraction must use the same unit. Cells are tiny, so you work in small units:
$1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ 微米 (µm)
$1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$ 纳米 (nm)
so $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$.
Worked example. In a photomicrograph at magnification $5000$, a chloroplast 叶绿体 measures $25\ \text{mm}$ across. Its actual size is
The same equation works for drawings, photomicrographs 显微照片 (photos taken through a light microscope) and electron micrographs 电子显微照片 (the most detailed photos, explained below). Always convert to the same unit first, then divide.
Eyepiece graticule and stage micrometer
To measure a real cell under the microscope, you use an eyepiece graticule 目镜测微尺 — a tiny scale inside the eyepiece. Its divisions have no fixed size, so first you must calibrate 校准 them (work out what one division is worth).
You calibrate using a stage micrometer 载物台测微尺 — a special slide with an accurate scale on it (often $1\ \text{mm}$ split into $100$ parts, so each part is $10\ \text{µm}$). You line up the two scales, count how many graticule divisions fit a known length, and divide. Once calibrated, you can swap in your specimen and measure it with the graticule.
Resolution and magnification
These two words are easy to mix up. The examiner gives marks for the difference.
Magnification is how many times bigger the image is than the object.
Resolution 分辨率 is the smallest distance between two points that still lets you see them as two separate points.
Making an image bigger does not always show more detail. Past a certain point you just get a bigger, blurry image. Resolution sets the real limit on detail.
A light microscope has lower resolution because light has a fairly long wavelength 波长. An electron microscope 电子显微镜 uses beams of electrons 电子 instead of light. Electrons have a much shorter wavelength, so the resolution is far higher and you can see very small structures inside the cell. There are two kinds: scanning 扫描 (shows the surface in 3D) and transmission 透射 (passes electrons through a thin slice to show inside detail).
한국어
세포는 매우 작아 눈으로는 직접 볼 수 없습니다. 더 큰 이미지를 만들기 위해 현미경을 사용합니다. 처음 접하는 유형은 광학 현미경입니다. 이는 얇은 시료(관찰 대상 물질)를 통해 빛을 비추고 유리 렌즈를 사용하여 시야를 확대합니다.
광학 현미경: 빛이 시료를 지나 대물렌즈와 접안렌즈라는 두 개의 렌즈를 통해 확대됨
슬라이드 제작 및 관찰 도화
생체 재료를 관찰하려면 **임시.table preparation(임시 표본制备)**를 만듭니다. 유리 슬라이드 위에 얇고 작은 재료를 올리고, 염색액(부분을 더 잘 보이게 하는 색소 용액) 한 방울을 떨어뜨린 뒤, 공기 기포를 막고 평평하게 하기 위해 얇은 덮개유리를 경사지게 내려놓습니다.
임시 습식 mount 제작 — 공기 기포가 갇히지 않도록 덮개유리를 경사지게 내려놓음
슬라이드나 사진에서 세포를 그릴 때 다음 규칙을 따르십시오:
뾰족한 연필을 사용하고 선명한 단일 선을 그리십시오(그림자 처리 금지).
실제로 보이는 것만, 부분들의 크기가 올바르게 표현되도록 그리십시오.
직선으로 부분을 표시하되, 선들이 서로 교차하지 않게 하십시오.
확대율 및 실제 크기
확대율은 이미지가 실제 물체보다 몇 배 커지를 나타냅니다. 단위가 없습니다. 다음 공식으로 구할 수 있습니다:
확대율 = 상의 크기 ÷ 실제 크기
$$\text{magnification} = \frac{\text{size of image}}{\text{actual size of object}}$$
이 식을 변형하여 두 값 중 나머지 하나를 구할 수 있습니다:
$$\text{actual size} = \frac{\text{size of image}}{\text{magnification}}$$
분수의 위와 아랫부분 반드시 동일한 단위를 사용해야 합니다. 세포는 미미하므로 작은 단위로 계산합니다:
$1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ (µm)
$1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$ (nm)
즉 $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$.
풀이 예제. 확대율 $5000$인 전자현미경 사진에서 클로로플라스트의 지름이 $25\ \text{mm}$로 측정되었습니다. 실제 크기는
동일한 공식은 그림, 전자현미경 사진(광학 현미경으로 촬영한 사진) 및 전자 현미경 사진(아래에서 설명할 가장 상세한 사진)에도 적용됩니다. 반드시 먼저 동일한 단위로 변환한 후 나누십시오.
접안눈금과 스테이지 미터법
현미경 아래 실제 세포를 측정하려면 접안눈금을 사용합니다. 이는 접안렌즈 내부에 있는 미세한 눈금판입니다. 눈금의 간격이 고정되어 있지 않으므로, 먼저 이를 **보정(calibrate)**해야 합니다(한 눈금이 실제 몇 길이에 해당하는지 파악).
스테이지 미터법을 사용하여 보정합니다. 이는 정확한 눈금이 새겨진 특수 슬라이드로, 보통 총 $1\ \text{mm}$를 $100$등분하여 각 구간이 $10\ \text{µm}$에 해당하도록 되어 있습니다. 두 눈금을 정렬하여 알려진 길이에 눈금판의 몇 칸이 맞는지 세고 나누어 계산합니다. 보정이 완료되면 시료를 교체하여 눈금판으로 측정할 수 있습니다.
접안눈금을 스테이지 미터법의 알려진 눈금과 정렬하여 보정함
해상도와 확대율
이 두 단어는 혼동하기 쉽습니다. 시험관은 이 차이를 구분하는 데에 점수를 부여합니다.
확대율은 이미지가 실제 표본보다 몇 배 더 큰지를 나타냅니다.
해상도는 두 점을 여전히 두 개의 서로 다른 점으로 식별할 수 있는 최소 거리를 의미합니다.
이미지를 크게 한다고 해서 항상 더 많은 디테일이 보이는 것은 아닙니다. 특정 지점을 넘어서면 단순히 커지고 흐릿한 이미지만 생성됩니다. 디테일의 실제 한계는 해상도가 결정합니다.
광학 현미경은 빛의 파장이 상대적으로 길기 때문에 해상도가 낮습니다. 전자 현미경은 빛 대신 전자빔을 사용합니다. 전자는 훨씬 짧은 파장을 가지므로 해상도가 훨씬 높아져 세포 내부의 매우 미세한 구조를 볼 수 있습니다. 두 가지 유형이 있습니다: 스캐닝(표면을 3D로 표시) 및 전사(얇은 절편을 통과시켜 내부 디테일을 보여줌).
해상도: 광학 현미경은 매우 가까운 두 점을 하나로 흐릿하게 만드지만, 전자 현미경은较短한 파장으로 이를 두 점으로 분리하여 가시화함
Explore · 탐색하기
Microscope decision lab · 현미경 선택 실험실
Choose the right microscopy idea from what the student wants to see. · 학생이 보고 싶은 것을 고려해 적절한 현미경 개념을 선택하세요.
Eukaryotic cells and their organelles · 진핵세포와 그 소기관
Syllabus
English
recognise organelles and other cell structures found in eukaryotic cells and outline their structures and functions, limited to: • cell surface membrane • nucleus, nuclear envelope and nucleolus • rough endoplasmic reticulum • smooth endoplasmic reticulum • Golgi body (Golgi apparatus or Golgi complex) • mitochondria (including the presence of small circular DNA) • ribosomes (80S in the cytoplasm and 70S in chloroplasts and mitochondria) • lysosomes • centrioles and microtubules • cilia • microvilli • chloroplasts (including the presence of small circular DNA) • cell wall • plasmodesmata • large permanent vacuole and tonoplast of plant cells
describe and interpret photomicrographs, electron micrographs and drawings of typical plant and animal cells
compare the structure of typical plant and animal cells
state that cells use ATP from respiration for energy-requiring processes
outline key structural features of a prokaryotic cell as found in a typical bacterium, including: • unicellular • generally 1–5 μm diameter • peptidoglycan cell walls • circular DNA • 70S ribosomes • absence of organelles surrounded by double membranes
compare the structure of a prokaryotic cell as found in a typical bacterium with the structures of typical eukaryotic cells in plants and animals
state that all viruses are non-cellular structures with a nucleic acid core (either DNA or RNA) and a capsid made of protein, and that some viruses have an outer envelope made of phospholipids
한국어
**진핵세포(eukaryotic cells)**에서 발견되는 organelles 및 기타 세포 구조를 인지하고, Defaults로 제한된它们的结构及功能进行概述: • cell surface membrane • nucleus, nuclear envelope 및 nucleolus • rough endoplasmic reticulum • smooth endoplasmic reticulum • Golgi body (Golgi apparatus 또는 Golgi complex) • mitochondria (작은 원형 DNA 존재 포함) • ribosomes (cytoplasm 내 80S, chloroplasts 및 mitochondria 내 70S) • lysosomes • centrioles 및 microtubules • cilia • microvilli • chloroplasts (작은 원형 DNA 존재 포함) • cell wall • plasmodesmata • plant cells의 large permanent vacuole 및 tonoplast
typical plant and animal cells의 photomicrographs, electron micrographs 및 drawings를 describe하고 interpret합니다
typical plant and animal cells의 구조를 compare합니다
세포가 에너지 요구 과정에 respiration으로부터 생성된 ATP를 use함을 명시합니다
일반적인 세균에서 발견되는 원핵세포의 주요 구조적 특징을 서술하시되, 다음 사항을 포함할 것: • 단세포 • 일반적으로 지름 1–5 μm • 펩티도글리칸 세포벽 • 원형 DNA • 70S 리보솜 • 이중 막으로 둘러싸인 소포체의 부재
일반적인 세균에서 발견되는 원핵세포의 구조와 식물 및 동물에서 발견되는 typical 진핵세포의 구조를 비교하시오
모든 바이러스는 핵산 코어(DNA 또는 RNA)와 단백질로 구성된 캡시드를 가진 비세포성 구조이며, 일부 바이러스는 인산지질로 된 외부 막(엔벨로프)을 가짐을 명시하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Plant and animal cells are eukaryotic cells 真核细胞: their DNA is kept inside a nucleus 细胞核. Inside the cell are many small parts called organelles 细胞器, each with its own job. The jelly-like fluid around them is the cytoplasm 细胞质.
In a photomicrograph or electron micrograph you identify organelles by their shape, size and position; in a drawing you show their outlines and label them.
Organelle
Structure
Function
cell surface membrane 细胞膜
thin layer around the cell
controls what enters and leaves the cell
nucleus
large, surrounded by a nuclear envelope 核膜 (a double membrane with holes); contains a nucleolus 核仁
holds the DNA; controls the cell; the nucleolus makes ribosomes
rough endoplasmic reticulum 粗面内质网 (rough ER)
sheets of membrane with ribosomes on the surface
makes and transports proteins 蛋白质 (for example antibodies 抗体)
smooth endoplasmic reticulum 滑面内质网 (smooth ER)
sheets of membrane, no ribosomes
makes lipids 脂质
Golgi body 高尔基体
stack of flat membrane sacs
changes and packs proteins and lipids into vesicles 囊泡 for secretion 分泌
mitochondria 线粒体
oval, with a folded inner membrane; has small circular DNA
site of respiration 呼吸作用 — releases energy 能量 as ATP
ribosomes 核糖体
very small; $80\text{S}$ in the cytoplasm, $70\text{S}$ in chloroplasts and mitochondria
join amino acids 氨基酸 to synthesise 合成 proteins
lysosomes 溶酶体
small sacs of enzymes 酶
break down old organelles and waste
centrioles 中心粒 and microtubules 微管
small tubes made of protein
help move chromosomes and form the cell's "skeleton"
cilia 纤毛
tiny hairs on the cell surface that beat
move fluid or move the cell
microvilli 微绒毛
tiny folds of the cell surface membrane
increase surface area for absorption 吸收
chloroplasts (plants)
green, with stacked membranes; has small circular DNA
site of photosynthesis 光合作用
cell wall 细胞壁 (plants)
strong outer layer of cellulose 纤维素
supports and protects the cell; stops it bursting
plasmodesmata 胞间连丝 (plants)
tiny channels through the cell walls
link the cytoplasm of neighbouring cells
large permanent vacuole 液泡 (plants)
big sac of watery fluid, with a membrane called the tonoplast 液泡膜
stores water and keeps the cell firm
Cells use ATP made in respiration as their energy supply for every job that needs energy, such as making proteins, moving things and dividing.
Comparing plant and animal cells
Feature
Plant cell
Animal cell
cell wall
present (cellulose)
absent
chloroplasts
present
absent
large permanent vacuole
present
absent (only small, temporary ones)
centrioles
absent in most
present
shape
fixed and regular
rounder and more flexible
Both have a cell surface membrane, cytoplasm, a nucleus, mitochondria, ribosomes, ER and a Golgi body.
한국어
식물과 동물 세포는 진핵세포입니다: DNA가 핵 안에 보관됩니다. 세포 내에는 각자 고유한 기능을 수행하는 작은 부분들인 소기관들이 많이 존재하며, 그 주변을 둘러싸고 있는 젤리 같은 액체가 세포질입니다.
일반화된 동물 세포와 그 소세포기들
*식물 세포는 또한 세포벽, 엽록체, 그리고 큰 액포를 가지고 있습니다
현미경 사진이나 전자 현미경 사진에서 소기관은 모양, 크기, 위치를 통해 식별하며, 그림에서는 윤곽을 그리라 라벨링합니다.
소기관
구조
기능
세포 표면 막
세포를 둘러싼 얇은 층
세포로 들어오고 나가는 물질을 조절
핵
크며, 핵막(구멍이 있는 이중 막)으로 둘러싸여 있음; 핵소체 포함
DNA를 보유; 세포를 통제; 핵소체는 리보솜을 생성
거친 내질막(rough ER)
표면에 리보솜이附着한 막의 판
단백질(예: 항체)을 합성하고 운반
매끄러운 내질막(smooth ER)
리보솜이 없는 막의 판
지질 합성
골지체
평평한 막 주머니가 쌓인 구조
단백질과 지질을 분비를 위한 囊泡로 수정 및 포장
미토콘드리아
타원형이며 안쪽 막이 접혀 있음; 작은 원형 DNA 보유
호흡 부위 — 에너지를 ATP 형태로 방출
리보솜
매우 작음; 세포질에 $80\text{S}$개, 엽록체와 미토콘드리아에 $70\text{S}$개
아미노산을 연결하여 단백질을 합성함
리소좀
효소가 담긴 작은 주머니
낡은 소기관과 노폐물을 분해
중심체 및 세관
단백질로 된 작은 튜브
염색체 이동 보조 및 세포의 '골격' 형성
섬모
세포 표면의微小的毛状结构,会摆动
유체 이동 또는 세포 자체 이동
微绒毛
细胞表面膜的微小褶皱
흡수를 위한 표면적 증가
엽록체(식물)
녹색이며, 적층된 막이 있음; 작은 원형 DNA 보유
光合作用 부위
세포벽(식물)
셀룰로스로 된 단단한 외부 층
세포를 지지하고 보호하며, 파열 방지
플라스모데스마타(식물)
세포벽을 관통하는 미세 채널
인접 세포의 세포질을 연결
큰 영구 액포(식물)
톤oplast라는 막이 있는 물성액이 가득 찬 큰 주머니
물을 저장하고 세포를 단단하게 유지
세포는 호흡过程中产生的ATP를 모든 에너지가 필요한 작업(단백질 합성, 물질 이동, 분열 등)의 에너지원으로 사용합니다.
식물 세포와 동물 세포 비교
특징
식물 세포
동물 세포
세포벽
있음 (셀룰로스)
없음
엽록체
있음
없음
큰 영구 액포
있음
없음 (작고 일시적인 것만 있음)
중심체
대부분 없음
있음
형태
고정되고 규칙적
더 둥글고 유연함
양쪽 모두 세포 표면 막, 세포질, 핵, 미토콘드리아, 리보솜, 내질막, 골지체를 가지고 있습니다.
Explore · 탐색하기
Explore an animal cell · 동물 세포 탐구
Tap each numbered part to check you know its job — the same organelles as the table above. · 각 번호 매긴 부분을 클릭하여 그 기능을 확인하세요 — 위 표와 동일한 소기관입니다.
A prokaryotic cell 原核细胞, such as a bacterium 细菌, is much smaller and simpler than a eukaryotic cell. Its key features are:
unicellular 单细胞 — it is a single cell.
generally $1$–$5\ \text{µm}$ across.
a cell wall made of peptidoglycan 肽聚糖 (not cellulose).
circular DNA lying free in the cytoplasm — there is no nucleus.
$70\text{S}$ ribosomes (smaller than the $80\text{S}$ ones in the cytoplasm of eukaryotes).
no organelles surrounded by a double membrane — so no nucleus, no mitochondria and no chloroplasts.
Comparing prokaryotic and eukaryotic cells
Feature
Prokaryotic cell
Eukaryotic cell
size
about $1$–$5\ \text{µm}$
about $10$–$100\ \text{µm}$
DNA
circular, free in cytoplasm
linear, inside a nucleus
nucleus
none
present
double-membrane organelles
none
mitochondria (and chloroplasts in plants)
ribosomes
$70\text{S}$
$80\text{S}$ (with $70\text{S}$ inside mitochondria and chloroplasts)
cell wall
peptidoglycan
cellulose (plants) or none (animals)
한국어
박테리아와 같은 원핵세포는 진핵세포보다 훨씬 작고 단순합니다. 주요 특징은 다음과 같습니다:
단일 세포 — 단일 세포로 구성됨.
일반적으로 $1$–$5\ \text{µm}$ 직경.
펩티도글리칸(셀룰로스 아님)으로 된 세포벽.
세포질 내에 자유롭게 떠 있는 원형 DNA — 핵이 없음.
$70\text{S}$ 리보솜 (진핵세포의 세포질에 있는 $80\text{S}$ 리보솜보다 작음).
이중 막으로 둘러싸인 소기관이 없음 — 즉, 핵, 미토콘드리아, 엽록체가 없습니다.
원핵세포: 원형 DNA(핵상)는 자유롭게 떠 있으며, 핵과 이중 막 소기관이 없음
원핵세포와 진핵세포 비교
특징
원핵세포
진핵세포
크기
약 $1$–$5\ \text{µm}$
약 $10$–$100\ \text{µm}$
DNA
원형이며 세포질 내에 자유롭게 존재함
직선 형태이며 핵 내부에 위치함
핵
없음
존재함
이중막 세포소기관
없음
미토콘드리아 (식물에서는 엽록체 포함)
리보솜
$70\text{S}$
$80\text{S}$ (미토콘드리아 및 엽록체 내부에는 $70\text{S}$ 존재)
세포벽
펩티도글리칸
셀룰로오스 (식물) 또는 없음 (동물)
Explore · 탐색하기
Explore a bacterial cell · 세균 세포 탐구
A prokaryote is smaller and simpler. Tap each part — notice there is no nucleus and no double-membrane organelles. · 원핵생물은 더 작고 단순합니다. 각 부분을 클릭해 보세요 — 핵이나 이중 막 소기관이 없음을 알 수 있습니다.
1.2
Viruses · 바이러스
English
All viruses 病毒 are non-cellular 非细胞 — they are not made of cells at all. Each virus is built from just two or three parts:
a core of nucleic acid 核酸, which is either DNA or RNA (never both).
a protein coat around the core called a capsid 衣壳.
in some viruses, an outer envelope 包膜 made of phospholipids 磷脂.
A virus has no cytoplasm, no organelles and no ribosomes. It cannot respire or make its own proteins. It can only copy itself inside a living host 宿主 cell, so it sits at the edge of what we call "living".
한국어
모든 바이러스는 비세포적입니다. 즉, 세포로 구성되어 있지 않습니다. 각 바이러스는 오직 두 세 가지 부분으로 이루어져 있습니다:
DNA 또는 RNA 중 하나(두 가지가 동시에 존재하지 않음)인 핵산의 중심부.
중심부를 감싸고 있는 캡시드라고 불리는 단백질 껍질.
일부 바이러스에 있어 인산지질로 구성된 외부 외피(엔벨로프).
실제 바이러스를 크게 확대한 모습. 둥근 머리는 핵산 중심부를 감싸고 있는 단백질 캡시드이며, 꼬리는 이 핵산을 박테리아 주입합니다. 눈금 막대를 참고하십시오. 전체 바이러스 크기는 약 100 nm로, 어떤 세포보다 훨씬 작습니다.일반화된 바이러스: 단백질 캡시드 내부에 핵산이 있으며, 일부 바이러스에는 지질 외피가 있음
바이러스는 시toplasm, 세포소기관, 리보솜을 모두 가지고 있지 않습니다. 호흡하거나 자체적으로 단백질을 합성할 수도 없습니다. 오직 살아있는 호주 세포 내에서만 복제할 수 있으므로, 우리가 '생명'이라고 부르는 영역의 경계에 위치합니다.
Explore · 탐색하기
Explore a virus · 바이러스 탐구
A virus is non-cellular — just a few parts. Tap each one: there is no cytoplasm, no organelles and no ribosomes. · 바이러스는 세포가 아님 — 몇 가지 부분만 있습니다. 각 부분을 클릭해 보세요 — 세포질, 소기관, 리보솜이 없음을 알 수 있습니다.
Magnification $=$ image size $\div$ actual size — convert units first ($\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$), then rearrange for whichever is unknown.
Distinguish magnification (how many times larger) from resolution (smallest distance still seen as two points); electron microscopes resolve more because electrons have a shorter wavelength.
Give each organelle a structure + function pair (e.g. mitochondrion: folded inner membrane → aerobic respiration).
State the prokaryote vs eukaryote differences exactly: no nucleus, smaller (70S) ribosomes, no membrane-bound organelles, circular DNA.
Viruses are non-living — describe them only by capsid, genetic material and (sometimes) an envelope.
한국어
배율 $=$ = 이미지 크기 $\div$ / 실제 크기 — 단위를 먼저 변환하여 ($\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$), 구해야 하는 값에 맞게 식을 변형하십시오.
배율(얼마나 큰지)과 해상력(두 점을 여전히 별개의 점으로 구분할 수 있는 최소 거리)을 명확히 하십시오. 전자 현미경은 더 높은 해상력을 가지는 데, 이는 전자의 파장이 더 짧기 때문입니다.
각 세포소기관마다 구조 + 기능 쌍을 제시하십시오. (예: 미토콘드리아: 접힌 내막 → 유산소 호흡).
원핵생물 vs 진핵생물의 차이를 정확하게 서술하십시오: 핵의 부재, 작음(70S 리보솜), 막으로 둘러싸인 세포소기관의 부재, 원형 DNA.
바이러스는 비생명체입니다. 캡시드, 유전 물질, 그리고 (때로는) 외피만으로 설명하십시오.
describe and carry out the Benedict’s test for reducing sugars, the iodine test for starch, the emulsion test for lipids and the biuret test for proteins
describe and carry out a semi-quantitative Benedict’s test on a reducing sugar solution by standardising the test and using the results (time to first colour change or comparison to colour standards) to estimate the concentration
describe and carry out a test to identify the presence of non-reducing sugars, using acid hydrolysis and Benedict’s solution
한국어
감수성 당에 대한 베네딕트 시약 시험, 전분에 대한 요오드 시험, 지질에 대한 유화 시험 및 단백질에 대한 비우레트 시험을 설명하고 수행한다.
표준화된 시험과 결과(첫 색 변화까지의 시간 또는 색상 표준과의 비교)를 사용하여 감수성 당 용액에 대한 반정량적 베네딕트 시험을 설명하고 수행하며, 농도를 추정한다.
산 수해와 벤펠트 시약을 사용하여 비환원성 당의 존재를 확인하는 시험을 설명하고 수행한다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Living things are built from four main kinds of large molecule 分子: carbohydrates 碳水化合物, lipids 脂质, proteins 蛋白质 and nucleic acids 核酸. You can use simple chemical tests to find out which kinds are present in a sample.
Benedict's test: blue turns green, then orange, then brick-red as more reducing sugar is present
Test
What it finds
Method
Positive result
Benedict's test
reducing sugar 还原糖
add Benedict's solution and heat in a water bath
blue changes to green, yellow, orange, then brick-red precipitate 沉淀
iodine test
starch 淀粉
add orange-brown iodine 碘 solution
colour changes to blue-black
emulsion test
lipid
mix sample with ethanol, then pour into water
a white, cloudy emulsion 乳浊液 forms
biuret 双缩脲 test
protein
add biuret solution at room temperature
blue changes to purple
Semi-quantitative Benedict's test
The normal Benedict's test only tells you "yes or no". A semi-quantitative 半定量 test gives a rough amount. First you standardise 标准化 the test: you run it on solutions of known concentration 浓度 and record the result for each. Then you can estimate an unknown by either:
the time to the first colour change (more sugar changes colour faster), or
comparing the final colour to your set of colour standards.
Testing for non-reducing sugars
Some sugars, such as sucrose, are non-reducing sugar 非还原糖: they give a negative Benedict's test. To detect them:
Do a normal Benedict's test first. It stays blue (no reducing sugar).
Take a fresh sample and add dilute hydrochloric acid 盐酸, then heat. This acid hydrolysis breaks the sugar into smaller reducing sugars.
Cool, then neutralise 中和 the acid with sodium hydrogencarbonate.
Now do the Benedict's test again. A brick-red colour shows a non-reducing sugar was present.
Testing for a non-reducing sugar: hydrolyse it with acid first, then the second Benedict's test turns red
Worked example. A solution gives a negative Benedict's test. It is then boiled with dilute hydrochloric acid, neutralised with sodium hydrogencarbonate, and re-tested with Benedict's - now it turns brick-red. What was present, and why is each step needed? The first negative result rules out a reducing sugar. Boiling with acid hydrolyses the glycosidic bond, splitting a non-reducing sugar such as sucrose into its reducing monosaccharides. The neutralising step is essential because Benedict's only works in alkaline conditions - skip it and the test fails even when sugar is present. The positive re-test therefore shows a non-reducing sugar was there all along. Quote the first, negative test as part of the answer: without it, the final red colour cannot tell a non-reducing sugar from a reducing one.
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Testing for a non-reducing sugar · 비환원당 검출
Step through the trick: a non-reducing sugar stays blue, so you hydrolyse it with acid, neutralise, then re-test. · 핵심 방법 설명: 비환원당은 파란색으로 남으므로, 산으로 가수분해한 후 중화시키고 다시 검출함
describe and draw the ring forms of α-glucose and β-glucose
define the terms monomer, polymer, macromolecule, monosaccharide, disaccharide and polysaccharide
state the role of covalent bonds in joining smaller molecules together to form polymers
state that glucose, fructose and maltose are reducing sugars and that sucrose is a non-reducing sugar
describe the formation of a glycosidic bond by condensation, with reference to disaccharides, including sucrose, and polysaccharides
describe the breakage of a glycosidic bond in polysaccharides and disaccharides by hydrolysis, with reference to the non-reducing sugar test
describe the molecular structure of the polysaccharides starch (amylose and amylopectin) and glycogen and relate their structures to their functions in living organisms
describe the molecular structure of the polysaccharide cellulose and outline how the arrangement of cellulose molecules contributes to the function of plant cell walls
state that triglycerides are non-polar hydrophobic molecules and describe the molecular structure of triglycerides with reference to fatty acids (saturated and unsaturated), glycerol and the formation of ester bonds
relate the molecular structure of triglycerides to their functions in living organisms
describe the molecular structure of phospholipids with reference to their hydrophilic (polar) phosphate heads and hydrophobic (non-polar) fatty acid tails
한국어
α-글루코스 및 β-글루코스의 고리 형태를 설명하고 그리는 법을 서술한다
용어인 모노머, 폴리머, 거대분자, 단당류, 이당류 및 다당류의 의미를 정의한다
작은 분자들을 결합하여 폴리머를 형성하는 데 공유결합이 담당하는 역할을 서술한다
글루코스, 프락토스 및 말토스가 환원성 당이고 슈크로스는 비환원성 당임을 밝힌다
축합 반응에 의해 글리코시드 결합이 형성되는 과정을 설명하며, 슈크로스를 포함한 이당류 및 다당류를 예시로 들다
비환원성 당 시험과 관련하여 다당류 및 이당류에서 가수분해에 의한 글리코시드 결합의 분리를 설명한다
다당류인 전분(아밀로스와 아밀로펙틴) 및 글리코겐의 분자 구조를 설명하고, 이들이 생체 내에서 수행하는 기능과 구조적 관계를 서술한다
다당류인 셀룰로즈의 분자 구조를 설명하고, 셀룰로즈 분자의 배치가 식물 세포벽의 기능에 기여하는 방식을 간략히 서술한다
트리글리세라이드는 극성이 없는 소수성 분자임을 밝히고, 지방산(포화 지방산 및 불포화 지방산), 글리세롤 및 에스터 결합 형성을 언급하여 트리글리세라이드의 분자 구조를 설명한다
트리글리세라이드의 분자 구조가 생체 내에서 수행하는 기능과 관련됨을 서술한다
친수성(극성) 인산기 머리와 소수성(비극성) 지방산 꼬리를 언급하여 인산지질의 분자 구조를 설명한다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Monomers, polymers and macromolecules
a monomer 单体 is a small molecule that is a single unit.
a polymer 聚合物 is a long molecule made of many monomers joined together.
a macromolecule 大分子 is any very large molecule.
Sugars come in three sizes:
a monosaccharide 单糖 is a single sugar unit, such as glucose 葡萄糖 and fructose.
a disaccharide 二糖 is two units joined, such as maltose and sucrose.
a polysaccharide 多糖 is many units joined into a polymer.
Glucose, fructose 果糖 and maltose 麦芽糖 are reducing sugars. Sucrose 蔗糖 is a non-reducing sugar.
Two ring forms of glucose
Glucose has six carbon atoms and forms a ring. There are two ring forms. They differ only at carbon 1:
in α-glucose, the –OH group on carbon 1 points down, below the ring.
in β-glucose, the –OH group on carbon 1 points up, above the ring.
This small difference decides which polysaccharide the glucose can build.
The two ring forms differ only at carbon 1: the –OH points down in α, up in β
Joining and breaking sugars
Monomers are joined by strong covalent bonds 共价键. When two sugars join, a glycosidic bond 糖苷键 forms between them. This happens by condensation 缩合: a molecule of water is removed each time a bond forms.
The reverse is hydrolysis 水解: a water molecule is added to break a glycosidic bond. This is why the non-reducing sugar test needs acid and heat — they hydrolyse sucrose into glucose and fructose.
Condensation removes water to join monomers; hydrolysis adds water to split them
Storage polysaccharides: starch and glycogen
Starch is the energy 能量 store in plants. It is made of two polymers of α-glucose:
amylose 直链淀粉 — a long, unbranched chain that coils into a spiral.
amylopectin 支链淀粉 — a chain with many side branches.
Glycogen 糖原 is the energy store in animals. It is like amylopectin but has even more branches, so it can be broken down quickly when energy is needed.
These stores suit their job well: they are compact, they are insoluble 不溶 (so they do not leave the cell), and they do not change the water potential 水势 of the cell (so they do not pull water in by osmosis 渗透). The many branches give many ends, so glucose can be added or removed fast.
Real starch grains inside a potato, stained by iodine. Each grain is a dense, insoluble package of amylose and amylopectin — note the scale: the largest are only about 0.1 mm across
Cellulose
Cellulose 纤维素 is made of β-glucose. Because of the β form, every other glucose is flipped over, so the chains are long and straight. Many straight chains lie side by side and are held together by hydrogen bonds 氢键 into strong bundles called microfibrils 微纤丝. These give the plant cell wall 细胞壁 its strength and stop the cell bursting.
The shape fits the job: amylose coils and amylopectin/glycogen branch (for compact stores), while straight cellulose chains pack into strong fibres
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Condensation and hydrolysis · 축합 반응 및 가수분해
Step through how two sugars join. Condensation removes one water to make the bond; hydrolysis is the reverse — adding water splits it again. · 두 당이 결합하는 과정을 단계별로 설명합니다. 축합 반응은 물 한 분자를 제거하여 결합을 형성하고, 가수분해는 그 반대로 물 한 분자를 추가하여 결합을 다시 끊습니다.
A triglyceride 甘油三酯 is the main fat or oil. It is non-polar 非极性 and hydrophobic 疏水 (it does not mix with water). It is made from one glycerol 甘油 molecule joined to three fatty acids 脂肪酸 by ester bonds 酯键. Each ester bond forms by condensation, so three water molecules are removed.
One glycerol plus three fatty acid tails; a straight tail is saturated, a kinked one unsaturated
Fatty acids are of two kinds:
saturated 饱和 — no carbon–carbon double bonds 双键; these fats are usually solid.
unsaturated 不饱和 — one or more double bonds; these oils are usually liquid.
Triglycerides make a good long-term energy store: they release about twice as much energy per gram as carbohydrates, they are insoluble, and they store little extra mass because they hold no water. Under the skin they also give insulation 隔热 and protect the organs.
Phospholipids
A phospholipid 磷脂 is like a triglyceride, but one fatty acid is replaced by a phosphate 磷酸 group. This gives the molecule two ends with different behaviour:
a hydrophilic 亲水 ("water-loving") polar 极性 phosphate head.
two hydrophobic ("water-fearing") fatty acid tails.
This split personality is why phospholipids form the membranes around cells.
The hydrophilic heads face the water; the hydrophobic tails hide inside, forming a bilayer
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Building a triglyceride · 트리글리세리드 만들기
Watch one glycerol join three fatty acids. Each ester bond forms by condensation, removing one water — three bonds, three waters. · 한 개의 글리세롤이 세 개의 지방산과 결합하는 것을 보십시오. 각 에스터 결합은 축합 반응으로 형성되며 물 한 분자가 제거되므로, 결합 세 개, 물 세 분자가 removal됩니다.
describe and draw the general structure of an amino acid and the formation and breakage of a peptide bond
explain the meaning of the terms primary structure, secondary structure, tertiary structure and quaternary structure of proteins
describe the types of interaction that hold protein molecules in shape: • hydrophobic interactions • hydrogen bonding • ionic bonding • covalent bonding, including disulfide bonds
state that globular proteins are generally soluble and have physiological roles and fibrous proteins are generally insoluble and have structural roles
describe the structure of a molecule of haemoglobin as an example of a globular protein, including the formation of its quaternary structure from two alpha (α) chains (α–globin), two beta (β) chains (β–globin) and a haem group
relate the structure of haemoglobin to its function, including the importance of iron in the haem group
describe the structure of a molecule of collagen as an example of a fibrous protein, and the arrangement of collagen molecules to form collagen fibres
relate the structures of collagen molecules and collagen fibres to their function
한국어
아미노산의 일반적인 구조를 설명하고 그리는 법을 서술하며, 펩타이드 결합의 형성 및 분리를 설명한다
단백질의 일차 구조, 이차 구조, 삼차 구조 및 사차 구조라는 용어의 의미를 설명한다
단백질 분자의 형태를 유지하는 상호작용의 종류를 설명한다: • 소수성 상호작용 • 수소 결합 • 이온 결합 • 공유결합( 디섰피드 결합 포함)
구형 단백질은 일반적으로 용해되며 생리적 기능을 수행하고, 섬유상 단백질은 일반적으로 불용해이며 구조적 기능을 수행함을 밝힌다
구형 단백질의 예로서 헤모글로빈 분자의 구조를 설명하며, 이를 구성하는 두 개의 알파(α) 사슬(α-글로빈), 두 개의 베타(β) 사슬(β-글로빈) 및 헴 그룹이 결합하여 사차 구조를 형성하는 과정을 포함한다
헴 그룹 내 철의 중요성을 포함하여 헤모글로빈의 구조가 기능과 어떻게 관련되는지 서술한다
섬유상 단백질의 예로서 콜라겐 분자의 구조를 설명하고, 콜라겐 분자가 배열되어 콜라겐 섬유를 형성하는 방식도 서술한다
콜라겐 분자와 콜라겐 섬유의 구조가 그들의 기능과 어떻게 관련되는지 서술한다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Amino acids and the peptide bond
Proteins are polymers of amino acids 氨基酸. Every amino acid has the same general structure around a central carbon atom: an amino group 氨基 (–NH₂), a carboxyl group 羧基 (–COOH), a hydrogen atom, and a variable side chain 侧链 (the R group). The R group is different in each amino acid.
Two amino acids join by condensation. The bond formed between the amino group of one and the carboxyl group of the next is a peptide bond 肽键, and a water molecule is removed. Many amino acids joined this way make a polypeptide 多肽. Adding water (hydrolysis) breaks a peptide bond.
Every amino acid has an amino group, a carboxyl group and an R group; two join by a peptide bond
Four levels of protein structure
Level
What it means
primary structure 一级结构
the order of amino acids in the chain
secondary structure 二级结构
local shapes — the α-helix 螺旋 and the β-pleated sheet 折叠片 — held by hydrogen bonds
tertiary structure 三级结构
the whole chain folded into a precise 3-D shape
quaternary structure 四级结构
two or more polypeptide chains joined into one protein
The four levels: primary → secondary → tertiary → quaternary structure
The folded shape is held together by four kinds of interaction between R groups:
hydrophobic interactions 疏水作用 (non-polar R groups cluster away from water).
hydrogen bonding.
ionic bonds 离子键 (between charged R groups).
covalent bonding, including strong disulfide bonds 二硫键.
Globular and fibrous proteins
globular proteins 球状蛋白质 fold into a rounded shape, are usually soluble 可溶, and do jobs in the body (for example enzymes and haemoglobin).
fibrous proteins 纤维状蛋白质 form long strands, are usually insoluble, and give structure and support (for example collagen).
Haemoglobin — a globular protein
Haemoglobin 血红蛋白 carries oxygen 氧气 in red blood cells. It has a quaternary structure made of four polypeptide chains: two alpha (α-globin) chains and two beta (β-globin) chains. Each chain holds a haem group 血红素. At the centre of each haem group is an iron 铁 atom, and this is where one oxygen molecule binds. Four chains mean one haemoglobin molecule can carry four oxygen molecules.
A real haemoglobin molecule, worked out from X-ray data. Count them: two alpha chains (red), two beta chains (blue), and one green haem group held in each — so four oxygen molecules in total
Collagen — a fibrous protein
Collagen 胶原蛋白 gives strength to skin, tendons 肌腱, bone and blood vessel walls. One collagen molecule is three polypeptide chains wound tightly around each other in a triple strand, held by hydrogen bonds. Many of these molecules lie side by side, slightly staggered, and are cross-linked into thick fibres 纤维. The staggered, cross-linked arrangement makes collagen very strong when pulled.
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The four levels of protein structure · 단백질 구조의 네 가지 수준
Build a protein up one level at a time: sequence → local shapes → a folded 3-D shape → several chains joined. · 단백질을 단계별로 구성합니다: 아미노산 서열 → 국소 구조 → 접힌 3차원 형태 → 여러 사슬이 결합.
explain how hydrogen bonding occurs between water molecules and relate the properties of water to its roles in living organisms, limited to solvent action, high specific heat capacity and latent heat of vaporisation
한국어
수소 결합이 물 분자 사이에서 어떻게 발생하는지 설명하고, 물의 성질이 생체 내 역할(용매 작용, 높은 비열용량 및 증발 잠열에 국한)과 어떻게 관련되는지 서술한다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Water is a small molecule, but its two O–H bonds are polar: the oxygen end is slightly negative and the hydrogen ends are slightly positive. So one water molecule attracts its neighbours, forming weak hydrogen bonds between them. These hydrogen bonds explain water's useful properties:
solvent action — water is a good solvent 溶剂, so many substances dissolve in it. This lets reactions happen and lets substances be carried around the body.
high specific heat capacity 比热容 — water needs a lot of energy to warm up, so its temperature stays steady. This protects living things from quick temperature changes.
latent heat of vaporisation 汽化潜热 — water needs a lot of energy to evaporate 蒸发. So when water evaporates (for example as sweat dries), it carries away a lot of heat and cools the body.
Water is polar (δ− oxygen, δ+ hydrogens), so its molecules attract each other by hydrogen bonds — the reason for all the properties above
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Why water is polar · 물이 극성인 이유
Tap each part. Oxygen pulls the shared electrons closer, so it is slightly negative and the hydrogens slightly positive — and these opposite charges form hydrogen bonds. · 각 부분을 클릭하십시오. 산소가 공유 전자를 더 가까이 끌어당기므로 약간 음전하(δ−)를 띠고 수소原子는 약간 양전하(δ+)를 띱니다 — 이러한 상반된 전하가 수소 결합을 형성합니다.
state that enzymes are globular proteins that catalyse reactions inside cells (intracellular enzymes) or are secreted to catalyse reactions outside cells (extracellular enzymes)
explain the mode of action of enzymes in terms of an active site, enzyme–substrate complex, lowering of activation energy and enzyme specificity, including the lock-and-key hypothesis and the induced-fit hypothesis
investigate the progress of enzyme-catalysed reactions by measuring rates of formation of products using catalase and rates of disappearance of substrate using amylase
outline the use of a colorimeter for measuring the progress of enzyme-catalysed reactions that involve colour changes
한국어
효소는 세포 내부에서 촉매 작용을 하는 내성 효소이거나, 세포 외부에서 촉매 작용을 위해 분비되는 외성 효소인 구형 단백질임을 밝힌다
활성 부위, 효소-기질 복합체, 활성화 에너지의 감소 및 효소 특이성의 관점에서 효소의 작용 방식을 설명하며, 쇠와 열쇠 가설 및 유도 적합 가설을 포함한다
카탈레이제를 이용해 생성물의 생성 속도를 측정하거나 아밀레이즈를 이용해 기질의 소실 속도를 측정하여 효소 촉매 반응의 진행 상황을 조사한다
색 변화가 수반되는 효소 촉매 반응의 진행을 측정하기 위해 컬러미터를 사용하는 방법을 간략히 서술한다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Enzyme action: lock and key
Enzymes 酶 are globular proteins 球状蛋白质 — a type of protein 蛋白质 with a rounded, soluble shape. They are biological catalysts: they catalyse 催化 (speed up) the chemical reactions in living things, and they are not used up, so each enzyme works again and again.
Enzymes work in two places:
intracellular 细胞内 enzymes work inside the cell 细胞 that made them. An example is catalase 过氧化氢酶, which breaks down harmful hydrogen peroxide.
extracellular 细胞外 enzymes are secreted 分泌 (sent out) to work outside the cell. An example is amylase 淀粉酶, which is released into the gut to digest 消化starch 淀粉.
Yeast enzymes ferment sugar, giving off bubbles of carbon dioxide
Each enzyme has a special pocket called the active site 活性位点. The molecule it acts on is its substrate 底物. The substrate fits into the active site to form an enzyme–substrate complex 酶底物复合物. The reaction then happens, and the products 产物 leave, freeing the active site for the next substrate.
Specificity
An enzyme is specific: it usually works on only one substrate. This is because the shape of the active site is complementary 互补 to (fits) the shape of that substrate and no other. We call this specificity 专一性.
Two ideas explain how the substrate fits:
the lock-and-key hypothesis 锁钥学说 — the active site is a fixed shape, and only a substrate with the matching shape fits, like a key in a lock.
the induced-fit hypothesis 诱导契合学说 — the active site is not quite the right shape at first. When the substrate binds, the active site changes shape a little to wrap around it tightly. This idea fits the evidence better.
Lock-and-key: a fixed active site. Induced fit: the active site changes shape to grip the substrate
Lowering activation energy
Every reaction needs a small "push" of energy to start, called the activation energy 活化能. An enzyme lowers the activation energy. This lets the reaction go quickly at the cell's normal temperature 温度, instead of needing high heat.
The enzyme route has a lower activation energy ($E_A$), so more molecules can react
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The catalytic cycle · 촉매 사이클
Step through the cycle. The enzyme binds its substrate, the reaction happens, the products leave — and the same enzyme is free to go again. · 사이클을 단계별로 확인하십시오. 효소가 기질에 결합하고, 반응이 일어나며, 생성물이 분리됩니다 — 그리고 동일한 효소가 다시 사용될 수 있게 됩니다.
measure how fast product is made. With catalase, oxygen gas is a product, so you collect the gas and measure its volume over time.
measure how fast substrate disappears. With amylase, you remove samples and use the iodine test; the blue-black colour fades as the starch is used up.
A colorimeter 比色计 makes this exact. It shines light through the tube and measures how much light is absorbed, so a colour change becomes a number you can plot.
The rate of reaction 反应速率 is steepest at the start (most substrate present), so the initial rate (the slope at time zero) is the fairest value to compare.
Product builds fastest at the start; the initial rate is the slope of the tangent at time zero — the fairest value to compare
Worked example. In the first $20$ seconds of a catalase reaction, $16\ \text{cm}^3$ of oxygen is collected. Estimate the rate of reaction.
$$\text{rate} = \frac{\text{volume of product}}{\text{time}} = \frac{16}{20} = 0.8\ \text{cm}^3\,\text{s}^{-1}.$$
Because the reaction is fastest at the start, measuring over this short early interval gives a value close to the initial rate; averaging over a longer time would include the slower later stages and underestimate it.
investigate and explain the effects of the following factors on the rate of enzyme-catalysed reactions: • temperature • pH (using buffer solutions) • enzyme concentration • substrate concentration • inhibitor concentration
explain that the maximum rate of reaction ($V_{\text{max}}$) is used to derive the Michaelis–Menten constant ($K_{\text{m}}$), which is used to compare the affinity of different enzymes for their substrates
explain the effects of reversible inhibitors, both competitive and non-competitive, on enzyme activity
investigate the difference in activity between an enzyme immobilised in alginate and the same enzyme free in solution, and state the advantages of using immobilised enzymes
한국어
다음 요인들이 효소 촉매 반응 속도에 미치는 영향을 조사하고 설명한다: • 온도 • pH( 완충 용액 사용) • 효소 농도 • 기질 농도 • 저해제 농도
최대 반응 속도($V_{\text{max}}$)가 마이클리스-멘텐 상수($K_{\text{m}}$)를 도출하는 데 사용됨을 설명하며, 이는 서로 다른 효소가 기질에 대해 가지는 친화력을 비교하는 데 사용됨을 서술한다
경쟁성 저해제 및 비경쟁성 저해제라는 가역적 저해제가 효소 활동에 미치는 영향을 설명한다
알지네이트에 고정된 효소와 동일한 효소를 용액 상태에 두었을 때의 활동 차이를 조사하고, 고정화 효소를 사용하는 장점을 밝힌다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Temperature
As temperature rises, molecules gain more kinetic energy 动能 and collide 碰撞 more often, so the rate rises. But above the optimum temperature 最适温度 the enzyme begins to denature 变性: the heat breaks the bonds holding its shape, so the active site changes and no longer fits the substrate. The rate then falls quickly.
Rate rises to the optimum, then falls fast as the enzyme denatures
pH
Each enzyme has an optimum pH. If the pH moves too far from it, the enzyme denatures and the rate drops. To study pH fairly, you keep it steady with a buffer solution 缓冲液.
The rate peaks at the optimum pH and falls away on either side
Enzyme concentration
With plenty of substrate, more enzyme means more active sites, so the rate goes up in proportion to enzyme concentration.
Substrate concentration
At first, adding more substrate speeds the reaction. But once every active site is busy, adding more makes no difference — the rate levels off at a maximum.
Inhibitor concentration
An inhibitor 抑制剂 is a molecule that slows an enzyme. The more inhibitor present, the lower the rate.
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How temperature changes enzyme activity · 온도가 효소 활동에 미치는 영향
Drag the temperature slider. Activity rises to an optimum, then crashes as the enzyme denatures and its active site loses shape. · 온도 슬라이더를 드래그하세요. 활동도가 최적점까지 상승한 후 효소가 변성되어 활성 부위의 형태를 잃으면서 급격히 떨어집니다.
The levelling-off rate, when all active sites are full, is the maximum rate, written $V_{\text{max}}$.
The Michaelis–Menten constant 米氏常数 ($K_{\text{m}}$) is the substrate concentration that gives half of $V_{\text{max}}$. It tells you about the enzyme's affinity 亲和力 (pulling power) for its substrate:
a low$K_{\text{m}}$ means the enzyme reaches half-speed at a low substrate concentration, so it has a high affinity.
a high$K_{\text{m}}$ means a low affinity.
So $K_{\text{m}}$ lets you compare how strongly different enzymes hold their substrates.
Rate climbs to $V_{\text{max}}$ when all active sites are full; $K_{\text{m}}$ is the substrate concentration giving half $V_{\text{max}}$
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Substrate concentration and Vmax · 기질 농도와 Vmax
Add more substrate: the rate climbs, then plateaus at $V_{max}$ once every active site is busy. $K_m$ is the substrate concentration that gives half of $V_{max}$. · 기질을 더 추가하면 속도가 증가하다가 모든 활성 부리가 바쁜 시점에서 ** plateau** reaches $V_{max}$. $K_m$는 $V_{max}$의 절반을 제공하는 기질 농도입니다.
An immobilised enzyme 固定化酶 is fixed in place — for example, trapped inside small beads of alginate 海藻酸盐 — instead of floating free in solution. The substrate solution flows past the beads.
The enzymes stay trapped in the bead while substrate flows in and product flows out — so the enzyme is never washed away
A free enzyme usually works a little faster, because the substrate can reach it easily. But immobilised enzymes have big practical advantages:
the enzyme is not washed away, so it can be used again and again.
the product is pure — it is not mixed with enzyme.
the enzyme is more stable, so it survives changes in temperature and pH better.
the process can run continuously, with substrate flowing in and product flowing out.
Biological washing powders contain enzymes that digest food and blood stains at low temperatures
Explain enzyme action with the induced-fit model (the active site moulds around the substrate) — now preferred to lock-and-key.
Above the optimum the enzyme denatures (hydrogen bonds and tertiary structure break) — write "denatures", never "dies" or "is killed".
Distinguish inhibitors: competitive binds the active site (overcome by more substrate, same $V_{max}$); non-competitive binds elsewhere (lower $V_{max}$).
Compare rates using the initial rate (tangent at time zero) — the fairest measure, before substrate becomes limiting.
describe the fluid mosaic model of membrane structure with reference to the hydrophobic and hydrophilic interactions that account for the formation of the phospholipid bilayer and the arrangement of proteins
describe the arrangement of cholesterol, glycolipids and glycoproteins in cell surface membranes
describe the roles of phospholipids, cholesterol, glycolipids, proteins and glycoproteins in cell surface membranes, with reference to stability, fluidity, permeability, transport (carrier proteins and channel proteins), cell signalling (cell surface receptors) and cell recognition (cell surface antigens – see 11.1.2)
outline the main stages in the process of cell signalling leading to specific responses: • secretion of specific chemicals (ligands) from cells • transport of ligands to target cells • binding of ligands to cell surface receptors on target cells
한국어
인산 이중층의 형성과 단백질의 배치를 설명하는 데 contributing하는 소수성 및 친수성 상호작용을 언급하여 막 구조의 유동 모자이크 모델을 설명한다
세포 표면막에서의 콜레스테롤, 글리코지질 및 글리코단백질의 배치를 설명한다
인산지질, 콜레스테롤, 글리코지질, 단백질 및 글리코단백질이 세포 표면막에서 수행하는 역할을 서술한다. 안정성, 유동성, 투과성, 운송(운반 단백질 및 채널 단백질), 세포 신호 전달(세포 표면 수용체) 및 세포 인식(세포 표면 항원 – 11.1.2 참조) 등을 언급한다
세포 신호 전달이 특정 반응으로 이어지는 과정의 주요 단계를 설명하시오: • 세포로부터 특정 화학 물질(리간드)의 분비 • 표적 세포로 리간드가 운반됨 • 표적 세포의 세포막 수용체에 리간드가 결합됨
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Every cell is wrapped in a cell surface membrane 细胞膜. We describe its structure with the fluid mosaic model 流动镶嵌模型.
Red blood cells under a scanning electron microscope — each is wrapped in a cell surface membrane
The phospholipid bilayer
The membrane is built mainly from phospholipids 磷脂. Each phospholipid has a hydrophilic 亲水 ("water-loving") head and two hydrophobic 疏水 ("water-fearing") tails. There is water on both sides of the membrane, so the phospholipids line up in two layers — a bilayer 双层 — with the heads facing the water outside and inside, and the tails hidden in the middle, away from water. This arrangement forms by itself because of those hydrophilic and hydrophobic interactions.
The model is called "fluid" because the phospholipids are not fixed: they slide past each other, so the membrane can move and bend. It is called a "mosaic" because many proteins 蛋白质 are dotted through it, like tiles in a picture.
What floats in the membrane
Part
Where it sits
Main roles
phospholipids
the two layers
form the basic barrier
proteins
through the membrane or on its surface
transport, support and signalling
carrier proteins 载体蛋白
span the membrane
carry specific molecules across
channel proteins 通道蛋白
span the membrane
form water-filled pores for ions to pass
cholesterol 胆固醇
between the phospholipid tails
controls fluidity 流动性 and adds strength
glycolipids 糖脂 and glycoproteins 糖蛋白
carbohydrate chains on the outer surface
cell recognition; some act as antigens 抗原
The fluid mosaic model: proteins, cholesterol and carbohydrate chains sit in a fluid phospholipid bilayer
So the membrane molecules together give the membrane its stability 稳定性, its fluidity, its permeability 通透性 (control over what gets through), its transport jobs, its signalling jobs, and its cell recognition.
The membrane is partially permeable 半透膜: it lets some substances through easily but blocks others.
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Explore the cell membrane · 세포막 탐구하기
Tap each part of the fluid mosaic model — the bilayer plus the proteins and other molecules dotted through it. · 유동 모자이크 모델의 각 부분을 터치하십시오 — 이중층과 그 안에 흩어져 있는 단백질 및 기타 분자들.
Cells talk to each other by cell signalling 细胞信号传递. The main stages are:
a cell secretes a signal chemical called a ligand 配体 (for example a hormone 激素).
the ligand is carried (often in the blood) to a target cell 靶细胞.
the ligand binds to a specific receptor 受体 on the target cell's surface membrane. The shape of the receptor matches that ligand only. Binding then triggers a particular response inside the target cell.
The ligand fits one receptor shape only, so only cells with that receptor respond to the signal
describe and explain the processes of simple diffusion, facilitated diffusion, osmosis, active transport, endocytosis and exocytosis
investigate simple diffusion and osmosis using plant tissue and non-living materials, including dialysis (Visking) tubing and agar
illustrate the principle that surface area to volume ratios decrease with increasing size by calculating surface areas and volumes of simple 3-D shapes (as shown in the Mathematical requirements)
investigate the effect of changing surface area to volume ratio on diffusion using agar blocks of different sizes
investigate the effects of immersing plant tissues in solutions of different water potentials, using the results to estimate the water potential of the tissues
explain the movement of water between cells and solutions in terms of water potential and explain the different effects of the movement of water on plant cells and animal cells (knowledge of solute potential and pressure potential is not expected)
한국어
简单扩散, 보조 확산, 삼투, 능동 수송, 내포작용 및 외포작용의 과정을 서술하고 설명하시오
식물 조직과 비생물 재료를 사용하여 단순 확산과 삼투를 조사하되, 디알라이시스(Visking) 튜브 및 아gar를 포함할 것
표면적 대 부피 비율이 크기가 증가함에 따라 감소함을 시각적으로 보여주기 위해 간단한 3차원 도형의 표면적과 부피를 계산하여 나타내시오 (수학적 요건에 표시된 바와 같음)
다른 크기의 agar 블록을 사용하여 표면적 대 부피 비율의 변화가 확산에 미치는 영향을 조사하시오
다양한 물ポテン셜 용액에 식물 조직을 담근 후 그 결과를 이용하여 조직의 물ポテン셜을 추정하는 효과를 조사하시오
물ポテン셜을 기준으로 세포와 용액 사이의 물 이동을 설명하고, 물 이식이 식물 세포 및 동물 세포에 미치는 서로 다른 영향을 설명하시오 (용질 포텐셜 및 압력 포텐셜에 대한 지식을 요구하지는 않음)
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Active transport vs diffusionOsmosis: water crosses the membraneDiffusion: random motion, one-way flow
There are six processes. Some are passive 被动 (they need no energy 能量), and some are active (they use energy from ATP).
Simple diffusion
Diffusion 扩散 is the net movement of particles from where they are at a high concentration 浓度 to where they are at a low concentration, until they are spread evenly. Simple diffusion 简单扩散 is when particles pass straight through the bilayer, down the concentration gradient 浓度梯度. Only small or non-polar molecules can do this — such as oxygen 氧气 and carbon dioxide 二氧化碳. It is passive.
Facilitated diffusion
Charged ions 离子 and large polar molecules (such as glucose 葡萄糖) cannot cross the oily bilayer by themselves. In facilitated diffusion 易化扩散 they cross through channel proteins or carrier proteins, still moving down the concentration gradient. It is also passive.
Osmosis
Osmosis 渗透 is the diffusion of water across a partially permeable membrane, from a higher water potential 水势 to a lower water potential. It is passive.
A potato osmometer: the sugar solution rises up the tube as water enters the potato by osmosisWater crosses to the lower water potential; the solute is too big to cross the partially permeable membrane
Active transport
Active transport 主动运输 moves a substance against its concentration gradient — from low to high concentration. This needs carrier proteins and energy from ATP.
Diffusion and facilitated diffusion are passive (down the gradient); active transport goes against it and needs ATP
Endocytosis and exocytosis
These move large amounts of material in bulk, using ATP.
in endocytosis 胞吞作用, the membrane folds inwards around material and pinches off a vesicle 囊泡 to bring it into the cell.
in exocytosis 胞吐作用, a vesicle fuses with the membrane and releases its contents outside the cell.
Endocytosis brings material in by forming a vesicle; exocytosis fuses a vesicle to release its contents
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Diffusion across a membrane · 막을 통한扩散
Set the concentration on each side. Particles spread from high to low concentration until both sides are equal. · 양쪽의 농도를 설정하세요. 입자는 양쪽이 같아질 때까지 높은 농도에서 낮은 농도로 퍼집니다.
A cell takes in and removes substances across its surface. As an object gets bigger, its volume 体积 grows faster than its surface area 表面积. So the surface area to volume ratio gets smaller as size increases.
A large $L$ gives a small ratio. This is why small cells (and thin, flat shapes) exchange materials quickly, while large cells cannot rely on diffusion alone.
As a cube (or cell) grows, its surface area : volume ratio gets smaller
Worked example. Compare the surface area : volume ratio of a cube-shaped cell of side $4$ with one of side $10$.
For side $4$: surface area $= 6 \times 4^2 = 96$ and volume $= 4^3 = 64$, so the ratio is $96 : 64 = 1.5 : 1$. For side $10$: surface area $= 6 \times 10^2 = 600$ and volume $= 10^3 = 1000$, so the ratio is $600 : 1000 = 0.6 : 1$. The larger cell has the smaller ratio, so it exchanges materials across its surface more slowly for its size — which is why large organisms need specialised exchange surfaces such as lungs and gills.
You can show this with agar 琼脂 blocks of different sizes soaked in dye or acid: the smallest block, with the largest surface area to volume ratio, changes colour all the way through fastest. Diffusion across non-living materials can also be studied with dialysis tubing 透析袋 (Visking tubing).
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Surface area : volume · 표면적 : 부피
Make the cube bigger: its volume grows faster than its surface, so the SA:V ratio falls — which is why exchange surfaces and cells stay small. · 정육면체를 더 크게 만들면: 부피가 표면보다 빠르게 증가하여 SA:V 비율이 감소합니다 — 이것이 교섭 표면과 세포가 작게 유지되는 이유입니다.
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Diffusion across the surface · 표면을 통한 확산
Particles spread on their own from crowded to sparse. A small cell has a large surface-area-to-volume ratio, so substances diffuse in and out fast enough. · 입자는 밀집한 곳에서 희박한 곳으로 자발적으로 퍼집니다. 작은 세포는 큰 표면적 대 부피 비를 가지므로 물질이 충분히 빠르게进出합니다.
Water potential measures how likely water is to leave a solution. Pure water has the highest water potential. Adding a solute 溶质 (a dissolved substance) lowers it. Water always moves by osmosis from a higher to a lower water potential.
To estimate the water potential of plant tissue, you place pieces in sucrose solutions of different water potentials. The solution that causes no change in mass or length has about the same water potential as the tissue.
Effect on plant cells
in a solution of higher water potential (for example distilled water 蒸馏水), water enters the cell. The cell swells and becomes turgid 膨胀, but the strong cell wall stops it bursting.
in a solution of lower water potential, water leaves. The cell contents shrink and the membrane pulls away from the cell wall — this is plasmolysis 质壁分离.
Effect on animal cells
Animal cells have no cell wall to protect them.
in a solution of higher water potential, water enters and the cell may burst. In a red blood cell this bursting is called haemolysis 溶血.
in a solution of lower water potential, water leaves and the cell shrinks.
A plant cell becomes turgid or plasmolysed; an animal cell may burst (haemolysis) or shrink
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Water potential · 물포텐셜
water follows the gradient · 물은 경사 방향을 따름
Drag the concentrations. A water-potential gradient drives net movement — it stops only when the two sides match. · 농도를 드래그하십시오. 물포텐셜 경사는 순이동(net movement) 을 유발하며, 양쪽이 일치할 때까지 멈춥니다.
Describe the membrane as a fluid mosaic: a phospholipid bilayer with proteins, cholesterol and glycoproteins.
Sort each process: diffusion, facilitated diffusion and osmosis are passive (down a gradient); active transport and endo/exocytosis need ATP and can go against it.
For osmosis always use water potential ($\Psi$): water moves from high (less negative) to low (more negative)$\Psi$; pure water is $0$, the highest.
State the outcome by cell type: plant cell turgid/plasmolysed; animal cell lyses/crenates — link it to the water-potential gradient.
describe the structure of a chromosome, limited to: • DNA • histone proteins • sister chromatids • centromere • telomeres
explain the importance of mitosis in the production of genetically identical daughter cells during: • growth of multicellular organisms • replacement of damaged or dead cells • repair of tissues by cell replacement • asexual reproduction
outline the mitotic cell cycle, including: • interphase (growth in G_1 and G_2 phases and DNA replication in S phase) • mitosis • cytokinesis
outline the role of telomeres in preventing the loss of genes from the ends of chromosomes during DNA replication
outline the role of stem cells in cell replacement and tissue repair by mitosis
explain how uncontrolled cell division can result in the formation of a tumour
한국어
염색체의 구조를 서술하시되 다음 항목에만 한정: • DNA • 히스톤 단백질 • 자매 염색单体 • ** approchime** • 텔로미어
유전적으로 동일한 자손 세포 생성 시 유분열의 중요성을 설명하시오: • 다세포 생물의 성장 • 손상되거나 사멸한 세포의 교체 • 세포 교체를 통한 조직 복구 • 무성 생식
유분열 세포 주기를 개략적으로 서술하시되 다음 내용을 포함: • 간기 (G_1 및 G_2 단계에서의 성장 및 S 단계에서의 DNA 복제) • 유분열 • 세포질 분열
DNA 복제 중 염색체의 끝에서 유전자 손실을 방지하는 텔로미어의 역할을 개략적으로 서술하시오
줄기 세포가 유분열을 통해 세포 교체 및 조직修复에 기여하는 역할을 개략적으로 서술하시오
통제되지 않은 세포 분열이 종양 형성에 어떻게 이를 수 있는지 설명하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Mitosis: one cell into two
A chromosome 染色体 is one very long molecule of DNA wound tightly around special proteins 蛋白质 called histones 组蛋白. Winding the DNA like this lets a huge length fit inside the nucleus and keeps it tidy.
Before a cell divides, its DNA is copied (this copying is called replication 复制). After copying, each chromosome is made of two identical copies joined together. These two copies are the sister chromatids 姐妹染色单体, and they are held together at a point called the centromere 着丝粒. The tips of each chromosome are capped by telomeres 端粒, which protect the ends.
After replication a chromosome is two sister chromatids joined at the centromere, with telomeres at the tips
Mitosis 有丝分裂 is a type of nuclear division that makes two daughter cells 子细胞 that are genetically identical — they carry exactly the same genes 基因 as the parent cell and as each other.
This matters for:
growth of multicellular 多细胞organisms 生物体 (making more cells).
replacement of damaged or dead cells.
repair of tissues 组织 by making new cells.
asexual reproduction 无性生殖 (one parent makes identical offspring).
Onion root tip at metaphase: mitosis produces identical body cells for growth and repair
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Why mitosis matters · 유분열이 중요한 이유
Classify real cases by the role mitosis is playing. · 유분열의 역할에 따라 실제 사례를 분류하세요.
The cell cycle 细胞周期 is the full life of a cell from one division to the next. It has three parts:
interphase 间期 — the longest part. The cell grows in the G₁ phase, copies its DNA in the S phase (replication), and grows again and prepares to divide in the G₂ phase.
mitosis — the nucleus divides into two identical nuclei.
cytokinesis 胞质分裂 — the rest of the cell splits, giving two separate daughter cells.
Most of the cycle is interphase (G₁, S, G₂); mitosis (M) and cytokinesis are a short part
The mitotic index
The mitotic index is the fraction of cells in a sample that are in mitosis. You find it by counting cells under a microscope:
$$\text{mitotic index} = \frac{\text{number of cells in mitosis}}{\text{total number of cells}}.$$
Worked example. In a root-tip sample, $8$ of the $50$ cells seen are in mitosis. Find the mitotic index.
$$\text{mitotic index} = \frac{8}{50} = 0.16.$$
A high mitotic index means many cells are dividing quickly — normal in a growing root tip, but in adult animal tissue it can be a warning sign of uncontrolled growth.
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The cell cycle · 세포 주기
Step around the cycle. Most of it is interphase (grow, copy DNA, grow); mitosis and cytokinesis are short, then it repeats. · 주기를 둘러보세요. 대部分是 간기(성장, DNA 복제, 성장); 유분열과 세포질분열은 짧고, 다시 반복됩니다.
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The cell cycle · 세포 주기
Step through the cycle. Most of a cell's life is interphase (G1, S, G2); mitosis and cytokinesis are the short dividing phase. · 주기를 단계별로 진행하세요. 세포의 생명의 대부분은 간기(interphase) (G1, S, G2)이며, 미토시스와 세포질 분열은 짧은 분열 단계입니다.
When DNA is replicated, the copying cannot reach the very end of the molecule, so a little is lost each time. Telomeres are short, repeated lengths of DNA at the ends that carry no genes. Because the telomeres are shortened instead, no important genes are lost during replication.
The telomeres (which carry no genes) shorten a little at each division, so the genes in the middle are never lost
5.1
Stem cells
A stem cell 干细胞 is an unspecialised cell that can keep dividing by mitosis and can differentiate 分化 (change) into different specialised cell types. Stem cells are the source of new cells for replacing lost cells and repairing tissues.
One unspecialised stem cell can differentiate into many specialised cell types
The cell cycle is normally tightly controlled, so cells divide only when needed. If this control is lost, a cell may divide again and again without stopping. This uncontrolled division produces a lump of cells called a tumour 肿瘤.
Normally cells stop dividing when they should; if that control is lost, they keep dividing into a tumour
describe the behaviour of chromosomes in plant and animal cells during the mitotic cell cycle and the associated behaviour of the nuclear envelope, the cell surface membrane and the spindle (names of the main stages of mitosis are expected: prophase, metaphase, anaphase and telophase)
interpret photomicrographs, diagrams and microscope slides of cells in different stages of the mitotic cell cycle and identify the main stages of mitosis
한국어
유분열 세포 주기 동안 식물 및 동물 세포에서 염색체의 행동을 서술하고, 이로 인해 발생하는 핵 막, 세포막 및 방추대의 관련 행동을 서술하시오 (유분열의 주요 단계 명칭은 요구됨: 전기, 중기, 후기 및 말기)
유분열 세포 주기의 다른 단계에 있는 세포의 현미경 사진, 도면 및 슬라이드를 해석하고 유분열의 주요 단계를 식별하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Mitosis runs through four stages. You should be able to recognise them in photomicrographs and slides.
Stage
What happens
prophase 前期
chromosomes coil up and become visible as two sister chromatids; the nuclear envelope 核膜 breaks down; a spindle 纺锤体 of fibres forms across the cell
metaphase 中期
chromosomes line up along the middle (the equator 赤道); spindle fibres attach to each centromere
anaphase 后期
the centromeres split; the sister chromatids are pulled to opposite ends (poles) of the cell
telophase 末期
a set of chromosomes reaches each pole; a new nuclear envelope forms around each set, making two nuclei
The four stages: prophase, metaphase, anaphase, telophaseA real onion root tip: in a growing tip many cells are caught dividing
Cytokinesis then follows. In an animal cell the cell surface membrane pinches inwards to split the cell; in a plant cell a new wall forms across the middle. The result is two genetically identical daughter cells.
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The stages of mitosis · 유분열의 단계
Drag through prophase, metaphase, anaphase and telophase to watch the chromosomes line up and then separate into two identical cells. · 전위상(prophase), 중위상(metaphase), 대립상(anaphase), 말위상(telophase)을 드래그하여 염색체가 정렬하고 두 개의 동일한 세포로 분리되는 것을 보세요.
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The stages of mitosis · 유분열의 단계
Step through PMAT. Watch the chromosomes condense, line up, split to the poles, then reform two nuclei. · PMAT을 단계별로 확인하세요. 염색체가 응축되고 정렬하며 극(pole)으로 나뉘고, 다시 두 개의 핵이 재형성되는 것을 관찰하세요.
describe the structure of nucleotides, including the phosphorylated nucleotide ATP (structural formulae are not expected)
state that the bases adenine and guanine are purines with a double ring structure, and that the bases cytosine, thymine and uracil are pyrimidines with a single ring structure (structural formulae for bases are not expected)
describe the structure of a DNA molecule as a double helix, including: • the importance of complementary base pairing between the 5′ to 3′ strand and the 3′ to 5′ strand (antiparallel strands) • differences in hydrogen bonding between C–G and A–T base pairs • linking of nucleotides by phosphodiester bonds
describe the semi-conservative replication of DNA during the S phase of the cell cycle, including: • the roles of DNA polymerase and DNA ligase (knowledge of other enzymes in DNA replication in cells and different types of DNA polymerase is not expected) • the differences between leading strand and lagging strand replication as a consequence of DNA polymerase adding nucleotides only in a 5′ to 3′ direction
describe the structure of an RNA molecule, using the example of messenger RNA (mRNA)
한국어
뉴클레오타이드의 구조를 서술하시되, 인산화된 뉴클레오타이드인 ATP도 포함할 것 (구조식的要求는 없음)
염기 아데닌 및 구안신이 이중 고리 구조를 가진 퓨린임을, 그리고 염기 시토신, 티민 및 우라실이 단일 고리 구조를 가진 피리미딘임을 명시하시오 (염기의 구조식은 요구하지 않음)
DNA 분자의 구조를 이중 나선으로 서술하시되 다음 내용을 포함: • 5′→3′ 가닥과 3′→5′ 가닥 사이의 상보적 염기 쌍의 중요성 (반평행 가닥) • C–G 및 A–T 염기 쌍 간의 수소 결합 차이 • 인산二酯결합에 의한 뉴클레오타이드의 연결
세포 주기의 S 단계 동안 DNA의 반보존적 복제를 서술하시되 다음 내용을 포함: • DNA 중합효소 및 DNA 라이다아제의 역할 (세포 내 DNA 복제의 다른 효소에 대한 지식이나 다양한 종류의 DNA 중합효소에 대한 지식은 요구하지 않음) • DNA 중합효소가 5′→3′ 방향으로만 뉴클레오타이드를 추가하기 때문에 발생하는 전진 가닥 및 지연 가닥 복제의 차이
**메신저 RNA(mRNA)**의 예시를 들어 RNA 분자의 구조를 서술하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
DNA replication: unzip and copy
Nucleic acids 核酸 (DNA and RNA) are polymers of small units called nucleotides 核苷酸. Each nucleotide is made of three parts joined together:
a phosphate 磷酸 group,
a sugar (a 5-carbon sugar),
a nitrogen-containing base 碱基.
ATP is a special nucleotide. It has the base adenine 腺嘌呤, the sugar ribose 核糖, and three phosphate groups. Breaking off the last phosphate releases energy 能量 for the cell.
A nucleotide is a phosphate, a sugar and a base; ATP is a nucleotide with three phosphatesDNA extracted from cells appears as pale, stringy strands of these nucleotide polymers
There are five bases, in two groups:
purines 嘌呤 have a double ring (two rings): adenine and guanine 鸟嘌呤.
pyrimidines 嘧啶 have a single ring (one ring): cytosine 胞嘧啶, thymine 胸腺嘧啶 and uracil 尿嘧啶.
The two groups differ in shape: a purine is a double ring, a pyrimidine a single ring — which is why a purine always pairs with a pyrimidine
A DNA molecule is two strands twisted together into a double helix 双螺旋.
Each strand 链 has a backbone of alternating sugar (here the sugar is deoxyribose 脱氧核糖) and phosphate. The sugar of one nucleotide is joined to the phosphate of the next by a phosphodiester bond 磷酸二酯键.
The two strands are held together by their bases, which meet in the middle. The pairing is exact — this is complementary base pairing 碱基互补配对:
A always pairs with T, held by twohydrogen bonds 氢键.
C always pairs with G, held by three hydrogen bonds (so a C–G base pair 碱基对 is harder to separate).
The two strands run in opposite directions: one goes 5′ to 3′ while the other goes 3′ to 5′. We say they are antiparallel 反平行.
Complementary base pairing: A pairs with T (2 hydrogen bonds), C with G (3); the strands are antiparallel
The flat ladder above is twisted into a spiral. This space-filling model, where every atom is a ball, shows the real shape of the double helix:
A space-filling model of DNA: the two strands twist around each other into the double helix — the ladder of the diagram, coiled up
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Explore the DNA ladder · DNA 사 ladder exploration
Tap each part of the double helix — two antiparallel backbones with complementary base pairs as the rungs. · 이중 나선의 각 부분을 터치하십시오 — 상보적 염기 쌍을 다리로 삼는 두 개의 반평행 백본.
complementary base pairing/ˌkɒmplɪˈmentəri beɪs ˈpeərɪŋ/
상보적 염기쌍
hydrogen bond/ˈhaɪdrədʒn bɒnd/
수소 결합
base pair/beɪs peə/
염기 쌍
antiparallel/ˌæntɪˈpærəlel/
반평행
6.1
DNA replication
DNA replication 复制 (copying) happens during the S phase of the cell cycle. It is semi-conservative 半保留复制: each new molecule keeps one old strand and one new strand. The steps are:
the double helix unwinds and the hydrogen bonds break, so the two strands separate.
each old strand acts as a template. Free nucleotides pair with the exposed bases by complementary base pairing.
the enzyme 酶DNA polymerase 聚合酶 joins the new nucleotides into a strand. It can only add nucleotides in the 5′ to 3′ direction.
Because of that 5′ to 3′ rule, the two new strands are made differently:
the leading strand 前导链 is built continuously, following the unwinding.
the lagging strand 后随链 is built in short pieces, working away from the unwinding point. The enzyme DNA ligase 连接酶 then joins these pieces together.
Replication is semi-conservative: each new molecule keeps one old strand (blue) and one new strand (orange)
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Semi-conservative replication · 반보존 복제
Step through copying DNA. The helix unwinds, each old strand templates a new one, and you end with two identical molecules. · DNA를 복사하는 과정을 단계별로 살펴보세요. 나선이 풀리고, 각古い 스트랜드가 새로운 스트랜드의 템플릿이 되어, 동일한 두 분자를 얻게 됩니다.
RNA is also made of nucleotides, but it is a single strand, its sugar is ribose, and it uses uracil in place of thymine. The most important type here is messenger RNA (mRNA), which carries a copy of a gene's instructions out of the nucleus to be used.
DNA double helix: RNA is a related nucleic acid that carries genetic information into protein synthesis
6.2
The genetic code
Syllabus
English
state that a polypeptide is coded for by a gene and that a gene is a sequence of nucleotides that forms part of a DNA molecule
describe the principle of the universal genetic code in which different triplets of DNA bases either code for specific amino acids or correspond to start and stop codons
describe how the information in DNA is used during transcription and translation to construct polypeptides, including the roles of: • RNA polymerase • messenger RNA (mRNA) • codons • transfer RNA (tRNA) • anticodons • ribosomes
state that the strand of a DNA molecule that is used in transcription is called the transcribed or template strand and that the other strand is called the non-transcribed strand
explain that, in eukaryotes, the RNA molecule formed following transcription (primary transcript) is modified by the removal of non-coding sequences (introns) and the joining together of coding sequences (exons) to form mRNA
state that a gene mutation is a change in the sequence of base pairs in a DNA molecule that may result in an altered polypeptide
explain that a gene mutation is a result of substitution or deletion or insertion of nucleotides in DNA and outline how each of these types of mutation may affect the polypeptide produced
한국어
폴리펩타이드가 유전자에 의해 코딩되며, 유전자는 DNA 분자의 일부로 형성되는 뉴클레오타이드 서열임을 명시하시오
서로 다른 트리플릿의 DNA 염기가 특정 아미노산을 코딩하거나 시작 코돈 및 정지 코돈에 대응한다는 보편적인 유전 코드의 원리를 서술하시오
DNA의 정보가 전사 및 번역 과정에서 폴리펩타이드를 구성하는 데如何使用하는지를 서술하시되 다음 역할들을 포함: • RNA 중합효소 • 메신저 RNA(mRNA) • 코돈 • 전달 RNA(tRNA) • 안티코돈 • 리보솜
전사에 사용되는 DNA 분자의 가닥은 전사 가닥 또는 템플릿 가닥이라고 불리고, 다른 가닥은 비전사 가닥이라고 불린다는 점을 명시하시오
진핵생물에서 전사 후 형성되는 RNA 분자(일차 전사 산물)가 비코딩 서열(인트론)의 제거와 코딩 서열(엑손)의 결합을 통해 mRNA로 변형됨을 설명하시오
유전자 돌연변이는 DNA 분자의 염기쌍 서열의 변화이며, 이로 인해 변경된 폴리펩타이드가 생성될 수 있음을 명시하시오
유전자 돌연변이는 DNA 내 뉴클레오타이드의 교체, 결실 또는 삽입에 의한 결과임을 설명하고, 이러한 각 유형의 돌연변이가 생성되는 폴리펩타이드에 미치는 영향을 개략적으로 서술하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Protein synthesis: DNA to protein
A gene 基因 is a sequence of DNA nucleotides that codes for one polypeptide 多肽.
The code is read in triplets 三联体 — groups of three bases. Each triplet either codes for one specific amino acid 氨基酸, or acts as a start or stop signal. The code is universal: nearly all living things use the same triplets for the same amino acids.
There are 64 possible triplets but only 20 common amino acids, so most amino acids are coded by more than one triplet.
The DNA gene is copied into mRNA. This is transcription 转录.
the strand of DNA that is copied is the template strand 模板链; the partner strand is the non-transcribed strand 非转录链.
the enzyme RNA polymerase joins RNA nucleotides that pair with the template bases (with uracil pairing to adenine).
in eukaryotes the first RNA made (the primary transcript 初级转录本) contains coding parts called exons 外显子 and non-coding parts called introns 内含子. The introns are cut out and the exons joined together to form the finished mRNA.
Splicing: the non-coding introns are cut out and the coding exons joined to make the finished mRNA
Translation (at the ribosome)
The mRNA leaves the nucleus and attaches to a ribosome 核糖体. Building the polypeptide from the mRNA code is translation 翻译.
the mRNA is read in codons 密码子 (each codon is one triplet of mRNA bases).
molecules of transfer RNA (tRNA) bring amino acids to the ribosome. Each tRNA has an anticodon 反密码子 that pairs with a matching codon.
as the codons are read in order, the ribosome joins the amino acids with peptide bonds 肽键, building the polypeptide.
Transcription copies DNA into mRNA in the nucleus; translation at the ribosome builds the polypeptide
Worked example. A DNA template strand reads TAC GGA CTT. Give the mRNA codons, and say how long the polypeptide is. Transcribe by complementary base pairing, remembering that RNA uses uracil in place of thymine: TAC gives AUG, GGA gives CCU, CTT gives GAA. So the mRNA reads AUG CCU GAA. AUG is the start codon (methionine), so the polypeptide is three amino acids long - two once the start methionine is removed. Two errors cost most of the marks here: pairing A with T instead of U when writing mRNA, and transcribing the coding strand instead of the template strand. The mRNA is complementary to the template, and identical to the coding strand apart from U replacing T.
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From gene to protein · 유전자에서 단백질로
Step through the central dogma: the DNA template is transcribed into mRNA by base pairing (A→U, T→A, G→C, C→G), then read in codons and translated into a chain of amino acids. · 중심 유전 법칙을 단계별로 따르십시오: DNA 템플릿이 염기 쌍(A→U, T→A, G→C, C→G)을 통해 mRNA로 전사되고, 코돈으로 읽혀 아미노산 사슬로 번역됩니다.
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From gene to protein · 유전자에서 단백질로
Step through how a gene becomes a protein. Transcription copies DNA into mRNA; translation reads the mRNA to build the polypeptide. · 유전자가 단백질로 만들어지는 과정을 단계별로 진행하세요. 전사(transcription) 는 DNA를 mRNA로 복사하고, 번역(translation) 은 mRNA를 읽어 폴리펩타이드를 만듭니다.
A gene mutation 突变 is a change in the base sequence of a DNA molecule. It may change the polypeptide made. There are three types:
substitution 替换 — one base is swapped for a different base. This changes at most one amino acid, and sometimes none (because most amino acids have more than one triplet).
deletion 缺失 — a base is removed.
insertion 插入 — an extra base is added.
A deletion or insertion shifts how every later triplet is read, so it usually changes many amino acids after that point and has a large effect on the polypeptide.
A substitution changes one triplet; a deletion or insertion shifts every later triplet (a frameshift)
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Mutation type lab · 돌연변이 유형 실험실
Compare substitution, insertion and deletion using their effect on the code. · 부호에 미치는 영향을 사용하여 치환, 삽입 및 삭제 비교하기
draw plan diagrams of transverse sections of stems, roots and leaves of herbaceous dicotyledonous plants from microscope slides and photomicrographs
describe the distribution of xylem and phloem in transverse sections of stems, roots and leaves of herbaceous dicotyledonous plants
draw and label xylem vessel elements, phloem sieve tube elements and companion cells from microscope slides, photomicrographs and electron micrographs
relate the structure of xylem vessel elements, phloem sieve tube elements and companion cells to their functions
한국어
현미경 슬라이드 및 현미경 사진을 사용하여 초본성 쌍떡잎식물의 줄기, 뿌리 및 잎의 횡단면 도면을 평면 도면으로 그리시오
초본성 쌍떡잎식물의 줄기, 뿌리 및 잎의 횡단면에서 **관목(木質部)**과 **편목(韧皮部)**의 분포를 서술하시오
현미경 슬라이드, 현미사진 및 전자현미사진을 바탕으로 관목 관소체, 편목 체관소체 및 보조세포를 그리며 명기하시오
관목 관소체, 편목 체관소체 및 보조세포의 구조가 각 기능과 어떻게 관련되는지 설명하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Plants move substances through two transport tissues 组织:
xylem 木质部 carries water and dissolved mineral ions 矿物离子 up from the roots.
phloem 韧皮部 carries dissolved foods (called assimilates 同化物, mainly sugars) to wherever they are needed.
In a transverse section 横切面 (a cut straight across) of a dicotyledonous plant 双子叶植物:
in the stem, xylem and phloem sit together in bundles near the outside, with xylem on the inside of each bundle.
in the root, the xylem is in the centre, often in a star shape, with phloem between the arms.
in the leaf, both are found in the veins.
When you draw a plan diagram, you draw only the outlines of the tissues, not the single cells.
Xylem vessels
Xylem water-carrying tubes are called vessels 导管. They are made of dead, empty cells joined end to end, with the end walls gone, so they form one long open pipe. Their walls are thickened and waterproofed with lignin 木质素. So the structure suits the job: the hollow, open tube with no contents lets water flow fast, and the lignin gives strength and support.
Phloem sieve tubes and companion cells
Phloem food-carrying tubes are called sieve tubes 筛管. They are living cells joined end to end, but their end walls are not gone — they become sieve plates 筛板 with many holes that sap flows through. To leave room for flow, a sieve tube cell loses most of its contents and has no nucleus.
Beside each sieve tube is a companion cell 伴胞. It keeps its nucleus 细胞核 and has many mitochondria 线粒体. It does the living work for the sieve tube and loads sugars into it.
This is what a real vascular bundle 维管束 looks like under the microscope, in a stained section of a young sunflower stem:
한국어
식물은 두 가지 수관 조직을 통해 물질을 이동시킵니다:
**목부(xylem)**는 뿌리에서 수분과 용해된 무기 이온을 위로 운반합니다.
**체부(phloem)**는 필요한 곳 어디든으로 용해된 영양물질(称为동화산물, 주로 당류)을 운반합니다.
쌍자엽식물의 횡단면(직접 가로로 자른 단면)에서:
줄기에서 목부와 체부는 바깥쪽에 묶음 형태로 함께 위치하며, 각 묶음의 안쪽에는 목부가 있습니다.
뿌리에서 목부는 중앙에 있으며, 보통 별 모양을 이루고 있으며, 팔 사이에는 체부가 있습니다.
잎에서는 두 가지 모두 맥락에서 발견됩니다.
계획도를 그릴 때는 개별 세포가 아닌 조직의 윤곽선만 그려야 합니다.
*조직의 위치: 줄기 시비는 가장자리 근처에 원형을 이룹니다(내부에 생강); 뿌리에서는 생강이 중앙의 별 모양을 형성합니다
*나무 줄기의 나무질은 생강이며, 각 고리는 1년의 성장을 의미합니다
생강 관
생강의 수분 운반 튜브를 **관(vessel)**이라고 합니다. 이들은 끝이 이어진 사각형 세포로 이루어져 있으며, 끝벽이 사라져 하나의 긴 개방된 파이프 형태를 가집니다. 벽은 두껍고 **림핀(lignin)**에 의해 방수 처리됩니다. 따라서 이 구조는 기능에 적합합니다: 내용물이 없는 빈开放 튜브는 물의 빠른 흐름을 가능하게 하고, 림핀은 강도와 지지를 제공합니다.
생피 체포관 및 동반세포
생피의 영양물 운반 튜브를 **체포관(sieve tube)**이라고 합니다. 이들은 끝이 이어진 살아있는 세포이지만, 끝벽은 사라지지 않고 **체포판(sieve plate)**이 되어 많은 구멍을 가지며, 이 구멍을 통해 액액이 흐릅니다. 흐름을 위한 공간을 확보하기 위해 체포관 세포는 대부분의 contents를 잃고 핵(nucleus)이 없습니다.
각 체포관 옆에는 **동반세포(companion cell)**가 있습니다. 이는 핵을 유지하고 미토콘드리아가 많습니다. 체포관을 위해 살아있는 작업을 수행하고 당을 체포관에 공급합니다.
*생강은 죽은 개방된 파이프; 생피는 체포판과 동반세포가 있는 살아있는 체포관입니다
젊은 해바라기 줄기의 염색 단면에서 실제 관속시비가 현미경下에 보이는 모습입니다:
*실제 관속시비의 단면: 큰 붉은 세포들은 생강 관(두꺼운 림핀 벽)이며, 위쪽 작은 세포들은 생피입니다
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Xylem and phloem side by side · 관목과 체관이 나란히 배치됨
Tap each part. Xylem is a dead, hollow pipe for water; phloem is a living tube for sugars, helped by its companion cell. · 각 부분을 클릭하십시오. 관목은 물 운반용의 죽고 빈 배관이며, 체관은 당 운반용의 살아있는 튜브로서 도우미 세포의 도움을 받습니다.
Water from the soil to the xylem · 토양에서 생강까지의 물 이동
Syllabus
English
state that some mineral ions and organic compounds can be transported within plants dissolved in water
describe the transport of water from the soil to the xylem through the: • apoplast pathway, including reference to lignin and cellulose • symplast pathway, including reference to the endodermis, Casparian strip and suberin
explain that transpiration involves the evaporation of water from the internal surfaces of leaves followed by diffusion of water vapour to the atmosphere
explain how hydrogen bonding of water molecules is involved with movement of water in the xylem by cohesion-tension in transpiration pull and by adhesion to cellulose in cell walls
make annotated drawings of transverse sections of leaves from xerophytic plants to explain how they are adapted to reduce water loss by transpiration
state that assimilates dissolved in water, such as sucrose and amino acids, move from sources to sinks in phloem sieve tubes
explain how companion cells transfer assimilates to phloem sieve tubes, with reference to proton pumps and cotransporter proteins
explain mass flow in phloem sieve tubes down a hydrostatic pressure gradient from source to sink
한국어
일부 무기 이온 및 유기 화합물이 물에 용해되어 식물 내부에서 수송될 수 있음을 명시하시오
토양에서 관목으로의 물 수송을 다음 경로를 통해 서술하시오: • 아포플라스트 경로, 린신 및 셀룰로스에 대한 언급 포함 • 심플라스트 경로, 내피질, 카스파리 띠 및 수베린에 대한 언급 포함
증발산이 잎 내부 표면에서의 물 증발에 이어 대기로의 수증기 확산을 포함함을 설명하시오
물 분자의 수소 결합이 증발산 인력의 결착-장력에 의해 관목 내 물 이동에 관여하고, 세포벽의 셀룰로스에 대한 부착에 의해 물 이동에 관여함을 설명하시오
건생식물의 잎 횡단면에 대한 주석 달린 그림을 그려, 이들이 증발산을 통한 물 손실을 줄이기 위해 어떻게 적응했는지 설명하시오
동화산물인 sucrose(당류) 및 amino acids(아미노산)가 물에 용해되어 원천에서 ** sinks**(수용처)로 편목 체관소체를 통해 이동함을 명시하시오
프로톤 펌프 및 공수송 단백질에 대한 언급과 함께 보조세포가 동화산물을 편목 체관소체에 전달하는 방식을 설명하시오
원천에서 수용처로 정수압 구배를 따라 편목 체관소체 내에서 일어나는 대류 수송을 설명하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Water enters a root hair cell 根毛细胞 by osmosis 渗透, because the root hair has a lower water potential than the soil water. Water then crosses the root to the xylem by two pathways:
the apoplast pathway 质外体途径 — water moves through the cell walls 细胞壁 (made of cellulose 纤维素) and the spaces between cells, without entering the cytoplasm. This is fast.
the symplast pathway 共质体途径 — water moves through the cytoplasm of cells, passing from cell to cell through the plasmodesmata 胞间连丝.
At a ring of cells called the endodermis 内皮层, the apoplast pathway is blocked by the Casparian strip 凯氏带, a waterproof band of suberin 木栓质. This forces all the water through the cell membranes, which lets the plant control what enters the xylem.
한국어
물은 **삼투(osmosis)**를 통해 뿌리모细胞로 들어오는데, 이는 뿌리모의 물ポテンシャル이 토양 물보다 낮기 때문입니다. 이후 물은 두 가지 경로를 통해 뿌리를 거쳐 생강으로 이동합니다:
아포플리트(apoplast) 경로 — 물은 세포벽( 셀룰로즈로 된)과 세포 사이의 공간으로 이동하며, 시토프래임에 진입하지 않습니다. 이 경로는 빠릅니다.
심플리트(symplast) 경로 — 물은 세포의 시토프래임을 통해 이동하며, **플라스모데스마타(plasmodesmata)**를 통해 한 세포에서 다른 세포로 이동합니다.
**내피층(endodermis)**라고 불리는 세포의 링에서 카스파리 띠(Casparian strip), 즉 **수베린(suberin)**으로 된 방수 밴드가 아포플리트 경로를 차단합니다. 이로 인해 모든 물이 세포막을 통과하도록 강제되며, 이는 식물이 생강으로 들어가는 물질을 통제할 수 있게 합니다.
*아포플리트는 벽을 통해, 심플리트는 시토프래임을 통해 이동; 카스파리 띠는 내피층에서 아포플리트를 차단합니다
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Water from soil to xylem · 토양에서 관목으로
Follow water in from the soil. It crosses the root two ways, is forced through a membrane at the endodermis, then enters the xylem. · 토양으로부터 물을 따르십시오. 이는 두 가지 경로로 뿌리를 횡단하고, 내피층의 막을 통해 강제로 통과한 후 관목에 진입합니다.
Transpiration and the movement of water up the xylem · 증산作用과 생강을 통한 물의 상부 이동
English
Transpiration 蒸腾作用 is the loss of water vapour from a plant. Water evaporates (turns to vapour) from the wet cell surfaces inside the leaf — this is evaporation 蒸发. The water vapour 水蒸气 then diffuses 扩散 out through the stomata 气孔 into the atmosphere 大气.
This loss at the top pulls water up the xylem in a continuous column. It works because of hydrogen bonding between water molecules:
water molecules attract each other through hydrogen bonds 氢键, so they stick together. This sticking is cohesion 内聚力, and it lets the whole column be pulled up under tension 张力 (the cohesion–tension idea).
water molecules also stick to the cellulose of the cell walls. This is adhesion 附着力, which helps hold the column in place.
Worked example. A plant cell with a water potential of $-800\ \text{kPa}$ is placed in a solution of water potential $-400\ \text{kPa}$. Which way does water move, and what happens to the cell? Water always moves down a water potential gradient - from the less negative (higher) value to the more negative (lower) one. The solution at $-400$ is higher than the cell at $-800$, so water moves into the cell. The cell swells, the protoplast presses on the cell wall, the pressure potential rises, and the cell becomes turgid. Two traps: $-400$ is greater than $-800$, which is the sign error that reverses half of all answers; and pure water is the maximum at 0, so every solution is negative and a water potential can never rise above zero.
한국어
**증산(transpiration)**은 식물로부터 수증기가 손실되는 것입니다. 물은 잎 내부의湿润한 세포 표면에서 **증발(evaporate)**하여 기포로 변합니다—이를 **증발(evaporation)**이라고 합니다. 그리고 수증기는 **기공(stomata)**을 통해 **대기(atmosphere)**로 **확산(diffuse)**해 나갑니다.
위쪽에서의 이 손실이 생강을 따라 연속적인 기둥 형태로 물을 끌어올립니다. 이는 물 분자 간의 수소 결합 덕분에 작동합니다:
물 분자들은 **수소 결합(hydrogen bonds)**을 통해 서로 끌려在一起的。이 together 붙음은 **결착(cohesion)**이며, 이는 전체 기둥이 장력(tension) 하에 위로 끌어 올려질 수 있게 합니다(결착-장력 이론).
물 분자는 또한 세포벽의 셀룰로즈에도 붙습니다. 이는 **부착(adhesion)**이며, 기둥을 제자리에 유지하는 데 도움을 줍니다.
*잎에서의 증산이 전체 물 기둥을 생강을 따라 위로 끌어 올립니다; 결착(수소 결합)이 이를 함께 유지합니다
작은 예제. 물ポテン셜이 $-800\ \text{kPa}$인 식물 세포가 물ポテン셜이 $-400\ \text{kPa}$인 용액에 놓였습니다. 물은 어디로 이동하고 세포에는 어떤 일이 일어나나요? 물은 항상 물ポテン셜 기울기에 따라 내려가서- 더 음성이 아닌(높은) 값에서 더 음성이 되는(낮은) 값으로 이동합니다. $-400$의 용액은 $-800$의 세포보다 높으므로, 물은 세포 안으로 이동합니다. 세포는 부풀어 오르며, 프로토플拉斯트가 세포벽을 누르고, **압력ポテン셜(pressure potential)**이 상승하며, 세포는 경직(turgid) 상태가 됩니다. 두 가지 주의점: $-400$은 $-800$보다 크기이므로, 이는 모든 답의 절반을 뒤집는 부호 오류입니다; 그리고 순수한 물은 0에서의 최대치이므로, 모든 용액은 음수이며 물ポ텐셜은 절대 0을 넘지 않습니다.
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The transpiration stream · 증산 유동
Step through how water is pulled up a tree — evaporation at the top creates a tension that drags the whole cohesive column upward. · 물이 나무를 따라 위로 끌어올려지는 과정을 단계별로 설명하십시오. 윗부분에서의 증발이 긴장을 만들어 전체 응집 기둥을 위로 당깁니다.
A xerophyte 旱生植物 is a plant adapted 适应 to live where water is scarce. Its leaves reduce water loss by transpiration in several ways: a thick waxy cuticle 角质层, stomata sunk in pits, hairs that trap moist air, and leaves that can roll up. You should be able to draw a labelled leaf section showing these features.
한국어
**건생식물(xerophyte)**은 물이 부족한 곳에서 살도록 적응한 식물입니다. 잎은 증산을 통한 수분 손실을 여러 방식으로 줄입니다: 두꺼운 왁스 표피(cuticle), 홈에 묻힌 기공, 습공기를 가두는 털, 그리고 말릴 수 있는 잎. 이러한 특징을 표시한 잎 단면을 그릴 수 있어야 합니다.
Translocation: moving assimilates in the phloem · 전도作用: 생피에서의 동화산물 이동
English
Assimilates such as sucrose 蔗糖 and amino acids 氨基酸 are carried in the phloem from a source 源 to a sink 库.
a source is where the assimilate is made or released (for example a photosynthesising leaf).
a sink is where it is used or stored (for example a growing root).
Loading at the source
Companion cells load sucrose into the sieve tubes against its concentration gradient. They use proton pumps 质子泵 to pump hydrogen ions out, then cotransporter proteins 协同运输蛋白 bring sucrose back in together with those ions. This is a form of active transport 主动运输.
Loading sucrose lowers the water potential 水势 inside the sieve tube, so water follows by osmosis. This raises the hydrostatic pressure 静水压 there.
Mass flow
At the sink, sucrose is removed, so the water potential rises, water leaves, and the pressure falls. The result is a pressure difference between source (high) and sink (low). Sap flows from high to low pressure down this gradient. This pressure-driven flow is called mass flow 集流.
한국어
수정질 및 아미노산과 같은 assimilate은 공급원에서 수용체로 정위관 내에서 운반된다.
공급원은 수정질이 생성되거나 방출되는 곳(예: 광합성 잎)이다.
수용체는 그것이 사용되거나 저장되는 곳(예: 자라는 뿌리)이다.
공급원에서의 적재
보조세포는 농도 기울기에 역행하여 정위관으로 수크로스를 적재한다. 이들은 프로톤 펌프를 사용하여 수소 이온을 바깥으로 pump하고, 그 후 공이동 단백질이 해당 이온들과 함께 수크로스를 다시 안으로 가져온다. 이는 능동 운송의 일종이다.
수크로스를 적재하면 정위관 내부의 수분ポテンシャル이 낮아져 물이 삼투에 의해 따라 들어온다. 이로 인해那里的의 정수압이 상승한다.
대류 운송
수용체에서 수크로스가 제거되면 수분포텐셜이 상승하고 물이 빠져나가며 압력이 낮아진다. 그 결과 공급원(높음)과 수용체(낮음) 사이에 압력 차이가 발생한다. 이 기울기를 따라 높은 압력에서 낮은 압력으로 사포가 흐른다. 이 압력에 의해驱动的流动是대류 운송이라고 한다.
공급원에서 수크로스를 적재하면 압력이 상승하며; 사포는 이후 대류 운송을 통해 수용체로 흐른다
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Translocation by mass flow · 질량 흐름에 의한 전이
Step through how sugar moves. Loading at the source pulls water in and raises the pressure, pushing sap to the sink. · 당이 이동하는 과정을 단계별로 설명하십시오. 원천에서의 적재가 물을 끌어들이고 압력을 높여, 침액이 흡수부로 밀려 갑니다.
State the tissue for each direction: xylem carries water up (dead, lignified), phloem carries assimilates both ways (living sieve tubes + companion cells).
Explain water movement by cohesion-tension: transpiration pulls a continuous water column held by cohesion (H-bonds) and adhesion.
List the factors affecting transpiration rate (light, temperature, humidity, air movement) and how a potometer measures uptake.
For xerophytes, link each adaptation (thick cuticle, sunken stomata, rolled leaves, hairs) to reduced water loss.
한국어
각 방향의 조직을 명시하라: 관목은 물을 위로 운반하며(사망한 세포, lignified), 정위관은 assimilate을 양방향으로 운반한다(생존하는 체모세 포 + 보조세포).
응축-장력 이론을 통해 물의 이동을 설명하라: 증발산이 응축(H-결합) 및 흡착에 의해 유지되는 연속적인 물 기둥을 당긴다.
증발산 속도에 영향을 미치는 요인(빛, 온도, 습도, 공기 흐름)을 열거하고, 포토미터가 흡수를 측정하는 방법을 설명하라.
건생식물의 경우, 각 적응(두꺼운 각피, 침몰한 기공, 말린 잎, 털)이 물 손실을 줄이는 것과 어떻게 연결되는지 서술하라.
state that the mammalian circulatory system is a closed double circulation consisting of a heart, blood and blood vessels including arteries, arterioles, capillaries, venules and veins
describe the functions of the main blood vessels of the pulmonary and systemic circulations, limited to pulmonary artery, pulmonary vein, aorta and vena cava
recognise arteries, veins and capillaries from microscope slides, photomicrographs and electron micrographs and make plan diagrams showing the structure of arteries and veins in transverse section (TS) and longitudinal section (LS)
explain how the structure of muscular arteries, elastic arteries, veins and capillaries are each related to their functions
recognise and draw red blood cells, monocytes, neutrophils and lymphocytes from microscope slides, photomicrographs and electron micrographs
state that water is the main component of blood and tissue fluid and relate the properties of water to its role in transport in mammals, limited to solvent action and high specific heat capacity
state the functions of tissue fluid and describe the formation of tissue fluid in a capillary network
한국어
포유류의 순환계가 심장, 혈액 및 동맥, 세동맥, 모세혈관, 세정맥 및 정맥을 포함한 폐쇄형 이중 순환임을 명시하시오
폐순환 및 전신순환의 주요 혈관의 기능을 서술하시되, 폐동맥, 폐정맥, 대동맥 및 상/하 대정맥에 국한하시오
현미경 슬라이드, 현미사진 및 전자현미사진을 통해 동맥, 정맥 및 모세혈관을 식별하고, 동맥 및 정맥의 횡단면(TS) 및 종단면(LS) 구조를 보여주는 계획도를 그리시오
근성 동맥, 탄력성 동맥, 정맥 및 모세혈관의 구조가 각각 그 기능과 어떻게 관련되는지 설명하시오
현미경 슬라이드, 현미사진 및 전자현미사진을 바탕으로 적혈구, 단핵구, 호중구 및 림프구를 식별하고 그리시오
water(물)가 혈액 및 조직액의 주성분이며, 물의 성질이 포유류의 수송에서의 역할(용매 작용 및 높은 비열)과 관련됨을 명시하시오
조직액의 기능을 명시하고 모세혈관망에서 조직액이 형성되는 과정을 서술하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Mammals have a closed double circulation. "Closed" means the blood stays inside blood vessels 血管 the whole time. "Double" means the blood passes through the heart 心脏 twice for each full trip around the body. This gives two linked loops, so we call it a double circulation 双循环 and the whole thing a circulatory system 循环系统:
the pulmonary circulation 肺循环 carries blood from the heart to the lungs and back.
the systemic circulation 体循环 carries blood from the heart to the rest of the body and back.
Blood travels in this order: arteries 动脉 → arterioles 小动脉 → capillaries 毛细血管 → venules 小静脉 → veins 静脉.
The main vessels are:
the pulmonary artery 肺动脉 — carries blood low in oxygen 氧气 from the heart to the lungs.
the pulmonary vein 肺静脉 — carries oxygen-rich blood from the lungs back to the heart.
the aorta 主动脉 — the big artery that carries oxygen-rich blood from the heart to the body.
the vena cava 腔静脉 — the big vein that returns oxygen-poor blood from the body to the heart.
How the vessels suit their jobs
Vessel
Structure
Function
artery
thick wall of muscle 肌肉 and elastic 弹性 fibres; narrow lumen 管腔 (the space inside)
carries blood at high pressure away from the heart; elastic walls stretch and recoil to smooth the flow; muscle controls the flow
capillary
wall just one cell thick; very narrow
short distance for exchange of substances between blood and cells
vein
thin wall; wide lumen; has valves 瓣膜
returns blood at low pressure to the heart; valves stop blood flowing backwards
Blood cells
You should recognise: red blood cells 红细胞 (which carry oxygen), and three white blood cells — monocytes 单核细胞, neutrophils 中性粒细胞 and lymphocytes 淋巴细胞.
Water, plasma and tissue fluid
Water is the main part of blood. It is a good solvent 溶剂, so it carries dissolved substances, and it has a high specific heat capacity 比热容, so the blood's temperature stays steady.
At the start of a capillary, the high blood pressure pushes liquid (but not the cells or large proteins) out of the plasma 血浆 and through the capillary wall. This liquid around the cells is tissue fluid 组织液. It supplies the cells with oxygen and glucose and carries waste away. Most of it returns to the capillary at the far end, where the pressure is lower.
한국어
포유류는 폐쇄형 이중 순환을 가진다. '폐쇄형'이라는 것은 피가 혈관 내부에만 머무른다는 의미이다. '이중'이라는 것은 몸 전체를 한 번 돌 때 피가 심장을 두 번 통과한다는 것이다. 이로 인해 두 개의 연결된 루프가 형성되므로 이를 이중 순환이라 부르고 전체 시스템을 순환계라고 한다:
폐 순환은 피를 심장에서 폐로 보내고 다시 돌아오게 한다.
전신 순환은 피를 심장에서 몸의 나머지 부분으로 보내고 다시 돌아오게 한다.
피는 다음 순서로 이동한다: 동맥 → 소동맥 → 모세혈관 → 소정맥 → 정맥.
이중 순환: 폐 순환 루프는 폐로, 전신 순환 루프는 몸으로; 피는 심장을 두 번 통과한다
주요 혈관은 다음과 같다:
폐동맥 — 산소가 적은 피를 심장에서 폐로 운반한다.
폐정맥 — 산소가 풍부한 피를 심장에서 폐로부터 다시 심장으로 운반한다.
대동맥 — 산소가 풍부한 피를 심장에서 몸으로 운반하는 큰 동맥이다.
상/하 대정맥 — 산소가 부족한 피를 몸에서 다시 심장으로归还하는 큰 정맥이다.
혈관이 역할에 적합한 구조
혈관
구조
기능
동맥
근육 및 탄성 섬유로 된 두꺼운 벽; 좁은 관경(안쪽 공간)
높은 압력으로 피를 심장에서 بعيد하게 운반; 탄성 벽이 신축 및 수축하여 흐름을 매끄럽게 함; 근육이 흐름 조절
모세혈관
벽은 세포 하나만 두께; 매우 좁음
피와 세포 사이의 물질 교환을 위한 짧은 거리
정맥
얇은 벽; 넓은 관경; 판막 있음
낮은 압력으로 피를 심장으로归还; 판막이 피의 역류를 방지
동맥은 두꺼운 벽과 좁은 관경을 가지며; 정맥은 얇은 벽, 넓은 관경 및 판막을 가지며; 모세혈관은 세포 하나만 두께이다
혈액 세포
다음 세포들을 식별할 수 있어야 한다: 적혈구(산소 운반), 그리고 세 종류의 백혈구 — 단핵구, 호중구 및 림프구.
염색된 혈액 smear: 많은 작은 적혈구, 그리고 림프구(중앙) 및 호중구(엽상 핵) — 백혈구는 더 크고 핵을 가짐
물, 혈장과 조직액
물은 혈액의 주요 성분이다. 그것은 좋은 용매이므로 용해된 물질을 운반하며, 높은 비열을 가지고 있어 혈액의 온도를 일정하게 유지한다.
모세혈관의 시작부에서 높은 혈압이 액체(하지만 세포나 거대 단백질은 제외)를 혈장에서 밀어내고 모세혈관 벽을 통해 밖으로 내보낸다. 이 세포 주변 액체는 조직액이다. 그것은 세포에 산소와 포도당을 공급하고 노폐물을 제거한다. 대부분의 조직액은 압력이 낮은 끝부분에서 다시 모세혈관으로 귀환한다.
동맥쪽 끝의 높은 압력이 액체를 밀어내어 조직액을 형성하며; 대부분이 정맥쪽 끝에서 귀환한다
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Double circulation · 이중 순환
Follow one red blood cell around the loop. It passes through the heart twice each circuit — once to the lungs, once to the body. · 한 적혈구를 따라 루프를 돌며 보십시오. 한 회전의 순환마다 두 번 심장을 통과합니다 — 한 번은 폐로, 한 번은 몸으로.
Transport of oxygen and carbon dioxide · 산소 및 이산화탄소의 운반
Syllabus
English
describe the role of red blood cells in transporting oxygen and carbon dioxide with reference to the roles of: • haemoglobin • carbonic anhydrase • the formation of haemoglobinic acid • the formation of carbaminohaemoglobin
describe the chloride shift and explain the importance of the chloride shift
describe the role of plasma in the transport of carbon dioxide
describe and explain the oxygen dissociation curve of adult haemoglobin
explain the importance of the oxygen dissociation curve at partial pressures of oxygen in the lungs and in respiring tissues
describe the Bohr shift and explain the importance of the Bohr shift
한국어
적혈구가 oxygen(산소) 및 carbon dioxide(이산화탄소)를 수송하는 역할을 서술하시되, 다음 역할에 대한 언급 포함: • 헤모글로빈 • 탄산탈수소효소 • 헴글로빈산의 형성 • 카르바미노헤모글로빈의 형성
클로라이드 스프릿을 서술하고 클로라이드 스프릿의 중요성을 설명하시오
plasma(혈장)가 이산화탄소 수송에서 맡는 역할을 서술하시오
성년 hemoglobin(헤모글로빈)의 산소 해리 곡선을 서술하고 설명하시오
폐 및 호흡 조직에서의 산소 분압 시 산소 해리 곡선의 중요성을 설명하시오
보어 효과를 서술하고 보어 효과의 중요성을 설명하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Carrying oxygen
Oxygen is carried by haemoglobin 血红蛋白 in the red blood cells. We show how well haemoglobin holds oxygen with the oxygen dissociation curve 氧解离曲线. This S-shaped graph plots the saturation 饱和度 (how full of oxygen the haemoglobin is) against the partial pressure 分压 of oxygen:
where the partial pressure of oxygen is high (in the lungs), haemoglobin loads up and becomes almost fully saturated.
where it is low (in respiring tissues), haemoglobin unloads its oxygen for the cells to use.
The Bohr shift
When tissues are very active, they release more carbon dioxide 二氧化碳, which lowers the pH. This makes haemoglobin release oxygen more easily, so the curve moves to the right. This helpful change is the Bohr shift 波尔位移: oxygen is given up exactly where it is most needed.
Carrying carbon dioxide
A little carbon dioxide dissolves straight into the plasma, but most is carried after a reaction inside the red blood cells:
the enzyme 酶carbonic anhydrase 碳酸酐酶 speeds up the reaction of carbon dioxide with water to make carbonic acid.
the carbonic acid splits into hydrogen ions and hydrogencarbonate ions 碳酸氢根离子.
the hydrogencarbonate ions move out into the plasma. This is the main way carbon dioxide is carried.
to keep the charge balanced, chloride ions 氯离子 move into the red blood cells. This movement is the chloride shift 氯转移.
the hydrogen ions join haemoglobin to form haemoglobinic acid 血红蛋白酸; this mops up the hydrogen ions and keeps the pH steady.
Some carbon dioxide also joins haemoglobin directly to form carbaminohaemoglobin 氨甲酰血红蛋白.
Worked example. At the lungs the partial pressure of oxygen is about $12\ \text{kPa}$ and haemoglobin is about 98% saturated; in an exercising muscle it is about $3\ \text{kPa}$ and saturation falls to about 40%. How much oxygen is unloaded, and why is the curve S-shaped? Subtract the saturations: $98 - 40 =$58% of the haemoglobin's oxygen is released in the muscle. The S shape comes from cooperative binding - the first oxygen to bind changes haemoglobin's shape so the next ones bind more easily, which is why the middle of the curve is so steep. That steepness is the point: a small fall in partial pressure in a respiring tissue causes a large release of oxygen. The extra carbon dioxide in an exercising muscle lowers the pH and shifts the curve right, so even more is unloaded at the same partial pressure - that is the Bohr shift doing its job.
한국어
산소 운반
산소는 적혈구 내의 헤모글로빈에 의해 운반됩니다. 헤모글로빈이 산소를 얼마나 잘 결합하는지는 산소 해리 곡선을 통해 보여줍니다. 이 S자 형태의 그래프는 포화도(헤모글로빈에 결합된 산소의 양)와 산소 분압의 관계를 나타냅니다:
산소 분압이 높은 곳(폐)에서는 헤모글로빈이 산소를 많이 결합하여 거의 완전히 포화 상태가 됩니다.
산소 분압이 낮은 곳(호흡 중인 조직)에서는 헤모글로빈이 산소를 방출하여 세포가 사용할 수 있게 합니다.
보어 효과
조직이 매우 활발하게活动时, 더 많은 이산화탄소를 배출하여 pH를 낮춥니다. 이는 헤모글로빈이 산소를 더 쉽게 방출하게 만들어 곡선이 오른쪽으로 이동합니다. 이러한 유익한 변화가 바로 보어 효과이며, 산소는 가장 필요한 곳에서 정확히 방출됩니다.
헤모글로빈은 폐에서 산소를 결합하고 조직에서 방출하며, 보어 효과로 인해 곡선이 오른쪽으로 이동하여 더 많은 산소가 방출됩니다
이산화탄소 운반
소량의 이산화탄소는 혈장 내에 직접 용해되지만, 대부분은 적혈구 내부에서의 화학 반응을 거쳐 운반됩니다:
효소인 탄산 탈수효소가 이산화탄소와 물의 반응을 가속화하여 탄산을 생성합니다.
탄산은 수소 이온과 탄산수소 이온으로 분해됩니다.
탄산수소 이온은 혈장으로 이동합니다. 이것이 이산화탄소를 운반하는 주요 방식입니다.
전하 균형을 맞추기 위해 염화 이온이 적혈구 내로 이동합니다. 이 현상을 **염화 이온 이동(클로라이드 시프트)**이라고 합니다.
수소 이온은 헤모글로빈과 결합하여 헴글로빈산을 형성합니다. 이로 인해 수소 이온이 제거되고 pH가 안정적으로 유지됩니다.
일부 이산화탄소는 헤모글로빈과 직접 결합하여 카르바미노헤모글로빈을 만들기도 합니다.
대부분의 CO₂는 탄산수소 이온 형태로 운반되며, 염화 이온 이동은 전하 균형을 맞추고 헤모글로빈이 H⁺를 흡수함
** solved example.** 폐에서 산소 분압은 약 $12\ \text{kPa}$이고 헤모글로빈의 포화도는 약 98%입니다. 운동 중인 근육에서는 약 $3\ \text{kPa}$이며 포화도는 약 40%까지 떨어집니다. 몇 퍼센트의 산소가 방출되었는지, 그리고 왜 곡선이 S자 형태인지 설명하시오. 포화도를 빼면: $98 - 40 =$ **58%**의 헤모글로빈 산소가 근육에서 방출됩니다. S자 형태는 협동 결합에 기인합니다. 첫 번째 산소가 결합하면 헤모글로빈의 구조가 변하여 이후 산소들이 더 쉽게 결합하므로, 곡선 중앙부가 매우 가파릅니다. 이 가파름이 핵심입니다. 호흡 중인 조직에서 산소 분압이 약간 떨어지면 많은 양의 산소가 방출됩니다. 운동 중인 근육의 과잉 이산화탄소는 pH를 낮추고 곡선을 오른쪽으로 이동시켜, 동일한 분압에서도 더 많은 산소가 방출되는데, 이것이 바로 보어 효과의 기능입니다.
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How blood carries oxygen · 혈관이 산소를 어떻게 운반하는지
Haemoglobin picks up oxygen where there is lots of it (the lungs) and releases it where there is little (the tissues). · 헤모글로빈은 산소가 많은 곳(폐)에서 산소를 받아들이고, 산소가 적은 곳(조직)에서 방출합니다.
describe the external and internal structure of the mammalian heart
explain the differences in the thickness of the walls of the: • atria and ventricles • left ventricle and right ventricle
describe the cardiac cycle, with reference to the relationship between blood pressure changes during systole and diastole and the opening and closing of valves
explain the roles of the sinoatrial node, the atrioventricular node and the Purkyne tissue in the cardiac cycle (knowledge of nervous and hormonal control is not expected)
한국어
포유류 심장의 외부 및 내부 구조를 서술하시오
다음 벽 두께의 차이를 설명하시오: • 우방 및 좌방 (심방) • 좌실 및 우실 (심실)
심박주기를 서술하시되, 수축기 및 이완기 중의 혈압 변화와 판막의 열림 및 닫힘 간의 관계에 대한 언급 포함
심박주기에서 사인오방결절(SA node), 방실결절(AV node) 및 퍼킨제 섬유의 역할을 설명하시오 (신경 및 호르몬 조절에 대한 지식은 요구되지 않음)
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Structure
The heart has four chambers. The two upper chambers are the atria 心房 (singular: atrium); they have thin walls because they only push blood down into the chambers below. The two lower chambers are the ventricles 心室; they have thick muscular walls because they pump blood out of the heart.
The left ventricle wall is thicker than the right ventricle wall, because the left side must pump blood all the way round the body, while the right side only pumps to the nearby lungs.
The cardiac cycle
One heartbeat is the cardiac cycle 心动周期. It has two parts: systole 收缩期 (when heart muscle contracts) and diastole 舒张期 (when it relaxes and fills). When a chamber contracts, the pressure inside rises; this pressure change opens and closes the valves so that blood flows one way only.
Controlling the heartbeat
The heart sets its own rhythm:
the sinoatrial node 窦房结 in the right atrium is the pacemaker. It sends out a wave of electrical excitation that spreads across the atria and makes them contract.
the atrioventricular node 房室结 picks up the wave, holds it back for a moment (so the atria empty first), then passes it on.
the Purkyne tissue 浦肯野组织 carries the wave down and through the ventricle walls, so the ventricles contract from the bottom upwards and push blood out.
한국어
구조
심장은 네 개의 방을 가지고 있습니다. 위쪽 두 개의 방은 심방(단수형: 심방)이며, 벽이 얇습니다. 이는 피를 아래쪽 방으로만 밀어 넣기 때문입니다. 아래쪽 두 개의 방은 심실이며, 벽이 두꺼운 근성 막을 가지고 있어 피를 심장에서 바깥으로 뱉어냅니다.
왼쪽 심실벽이 오른쪽 심실벽보다 두꺼운데, 왼쪽은 전신에 피를 뱉어야 하므로 압력이 높게 필요하지만, 오른쪽은 가까운 폐에만 피를 뱉기 때문입니다.
네 개의 방, 판막, 주요 혈관; 왼쪽 심실벽이 가장 두꺼움
심박동 주기
한 번의 심박동은 심박동 주기입니다. 수축기(심근 수축 시)와 이완기(이완하여 채워질 때) 두部分组成됩니다. 한 방이 수축하면 내부 압력이 상승하고, 이 압력 변화가 판막을 열거나 닫아 피가 단방향으로 흐르게 합니다.
수축기 동안 심실 압력이 급상승하여 대동맥으로 피를 밀어 넣음; 두 압력 곡선이 교차할 때마다 판막이 열리거나 닫힘
심박동 조절
심장은 자체 리듬을 설정합니다:
우심방에 위치한 **우동방결절(SAN)**은 pacing organ(패스메이커)입니다. 전기 흥분 파동을 발생시켜 심방 전체로 퍼지게 하여 수축을 유도합니다.
**동심방결절(AVN)**은 이 파동을 받아 잠시 지연시킵니다(심방이 먼저 비워지도록 하기 위함), 그 후 전달합니다.
퍼킨제 섬유는 파동을 심실 벽을 따라 아래에서 위로 전달하여, 심실이 아래에서부터 위쪽으로 수축하며 피를 뱉게 합니다.
Tap each part. The right side pumps blood to the lungs; the thicker-walled left side pumps it round the whole body. · 각 부분을 터치하십시오. 오른쪽은 폐로 피를 pumps하고, 벽이 두꺼운 왼쪽은 온몸으로 피를 pumps합니다.
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The cardiac cycle · 심박주기
Step through one heartbeat — atria contract, then ventricles contract, then everything relaxes and refills. · 한 번의 심박동을 단계별로 확인하십시오 — 방실이 수축하고, 심실이 수축하고, 모든 것이 이완되어 다시 채워짐
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The cardiac cycle · 심박주기
Step through one heartbeat. Pressure changes open and close the valves so blood always flows one way. · 한 심박동을 단계별로 진행하세요. 압력 변화로 판이 열리고 닫혀 혈액이 항상 한 방향으로 흐릅니다.
describe the structure of the human gas exchange system, limited to: • lungs • trachea • bronchi • bronchioles • alveoli • capillary network
describe the distribution in the gas exchange system of cartilage, ciliated epithelium, goblet cells, squamous epithelium of alveoli, smooth muscle and capillaries
recognise cartilage, ciliated epithelium, goblet cells, squamous epithelium of alveoli, smooth muscle and capillaries in microscope slides, photomicrographs and electron micrographs
recognise trachea, bronchi, bronchioles and alveoli in microscope slides, photomicrographs and electron micrographs and make plan diagrams of transverse sections of the walls of the trachea and bronchus
describe the functions of ciliated epithelial cells, goblet cells and mucous glands in maintaining the health of the gas exchange system
describe the functions in the gas exchange system of cartilage, smooth muscle, elastic fibres and squamous epithelium
describe gas exchange between air in the alveoli and blood in the capillaries
한국어
인간 가스 교환 계통의 구조를 서술하시되, 다음에 국한하시오: • 폐 • ** 기관** • 기관지 • 세기관지 • 폐포 • 모세혈관망
가스 교환 계통에서 연골, 섬모 상피, ** goblet cell**(점액 분비 세포), 폐포의 편평 상피, 부족근 및 모세혈관의 분포를 서술하시오
현미경 슬라이드, 현미사진 및 전자현미사진을 통해 연골, 섬모 상피, 점액 분비 세포, 폐포의 편평 상피, 부족근 및 모세혈관을 식별하시오
현미경 슬라이드, 현미사진 및 전자현미사진을 통해 기관, 기관지, 세기관지 및 폐포를 식별하고 기관 및 기관지의 횡단면 벽에 대한 계획도를 그리시오
가스 교환 계통의 건강 유지를 위한 섬모 상피 세포, 점액 분비 세포 및 점액선의 기능을 서술하시오
가스 교환 계통에서 연골, 부족근, 탄력 섬유 및 편평 상피의 기능을 서술하시오
폐포의 공기 및 모세혈관의 혈액 사이 가스 교환을 서술하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Your body needs to take in oxygen and get rid of carbon dioxide. This swap happens in the gas exchange 气体交换 system. Air follows this path into the body:
down the trachea 气管 (the windpipe),
into two bronchi 支气管 (one to each lung),
into many smaller bronchioles 细支气管,
and finally into tiny air sacs called alveoli 肺泡, deep in the lungs 肺.
Each alveolus is wrapped in a network of capillaries 毛细血管, so air and blood are brought very close together.
한국어
신체는 산소를 흡입하고 이산화탄소를 배출해야 한다. 이交换 과정은 가스 교환 시스템에서 일어난다. 공기는 다음과 같은 경로를 따라 신체로 들어간다:
기도(気管) (기관지)를 따라 아래로,
두 개의 주기관지 (각 폐 하나씩으로) 안으로,
여러 작은 세기관지 안으로,
그리고 최종적으로 폐 깊은 곳에 위치한 포포囊이라고 불리는 미세한 공기 주머니 안으로 들어간다.
각 포포囊은 모세혈관의 망으로 둘러싸여 있어, 공기와 혈액이 매우 가까워진다.
가스 교환이 수백만 개의 포포囊을 통해 이루어지는 인간의 폐공기가 기관지를 따라 내려가 주기관지와 세기관지를 거쳐 포포囊으로 진입한다
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Explore the airways · 기도 탐구하기
Tap each part. Air branches from the trachea down to the tiny alveoli, where gas exchange happens. · 각 부분을 클릭하십시오. 공기는 기관에서부터 미세한 폐포까지 가지로 갈라지며, 여기서 가스 교환이 일어납니다.
The tissues of the airways and what they do · 기도의 조직 및 기능
English
Tissue
Where it is
Function
cartilage 软骨
C-shaped rings in the trachea and bronchi
holds the airway open so it cannot collapse when you breathe in
ciliated epithelium 纤毛上皮
lining the trachea and bronchi
tiny hairs called cilia 纤毛 beat to sweep mucus 黏液 up towards the throat, away from the lungs
goblet cells 杯状细胞 and mucous glands 黏液腺
in the lining of the airways
make the mucus, which traps dust and microbes 微生物 that you breathe in
smooth muscle 平滑肌
in the walls of bronchi and bronchioles
contracts to make the airway narrower
elastic fibres 弹性纤维
in the airway and alveolus walls
stretch when you breathe in, then spring back to help push air out
squamous epithelium 扁平上皮
the very thin, flat lining of the alveoli
gives a very short distance for gases to cross
The cilia, goblet cells and mucous glands work together to keep the lungs clean and healthy: the mucus traps dirt and microbes, and the cilia carry it away to be swallowed.
한국어
조직
위치
기능
연골
기관지와 주기관지의 C자형 고리
흡입할 때 기도가 막히지 않도록 개방 상태를 유지
섬모 상피
기관지와 주기관지 내벽
섬모라고 하는 미세한 털이 박동하여 점액을 목구멍 쪽으로 밀어 올리고 폐로부터 멀리 떨어뜨림
** goblet 세포** 및 점액선
기도의 내벽
吸入된 먼지와 미생물을 가두는 점액을 생성
평활근
주기관지와 세기관지 벽
수축하여 기도를 좁힘
탄성 섬유
기도와 포포囊 벽
흡입 시 늘어나고, 호흡 시的空气을 밖으로 밀어내기 위해 원위치로 튀어 오름
편평 상피
포포囊의 매우 얇고 평평한 내벽
가스가 통과해야 하는 거리를 극도로 단축
섬모, goblet 세포 및 점액선은 함께 작용하여 폐를 깨끗하고 건강하게 유지한다: 점액이 먼지와 미생물을 가두고, 섬모가 이를 제거하여 삼키게 함.
기도 벽 단면: 관강은 섬모와 goblet 세포로 lining되어 있으며, 그 뒤에는 평활근과 지지 연골이 있다goblet 세포는 먼지와 미생물을 가두는 점액을 생성하며, 섬모가 이를 목구멍 쪽으로 밀어 올린다
The alveoli are excellent surfaces for exchanging gases, because they have:
a very large total surface area (millions of tiny sacs),
very thin walls — the squamous epithelium of the alveolus and the capillary wall are each only one cell thick, so the distance to cross is tiny,
a rich blood supply from the capillary network,
a moist lining, so gases dissolve before crossing.
Gases move by diffusion 扩散 down their concentration gradients 浓度梯度:
oxygen 氧气 is at a high concentration in the alveolar air and a low concentration in the blood, so it diffuses from the air into the blood.
carbon dioxide 二氧化碳 is at a high concentration in the blood and a low concentration in the alveolar air, so it diffuses from the blood into the air to be breathed out.
Under the microscope, real lung tissue looks like a fine pink lace. The many open spaces are the alveoli, and the thin pink lines between them are the walls where gas exchange happens:
Breathing keeps fresh air in the alveoli, and the flowing blood keeps carrying gases away. Both of these keep the concentration gradients steep, so gas exchange stays fast.
Worked example. Use Fick's law to explain why the alveoli allow such rapid gas exchange. Fick's law makes the rate of diffusion proportional to
so a fast rate needs all three terms working for it. Surface area: millions of alveoli give a huge total area, roughly $70\ \text{m}^2$. Diffusion distance: the alveolar epithelium and the capillary endothelium are each one flattened cell thick, so oxygen crosses in under $1\ \mu\text{m}$. Concentration difference: ventilation constantly refreshes the air while the circulation constantly carries oxygenated blood away, so a steep gradient is maintained. Tie each adaptation to the term of the equation it serves - listing "big surface area, thin walls, good blood supply" without linking them to Fick's law is the weaker answer.
한국어
포포囊은 가스 교환에 매우 적합한 표면이다. 그 이유는 다음과 같다:
매우 큰 총 표적 면적 (수백만 개의 미세 주머니),
매우 얇은 벽 — 포포囊의 편평 상피와 모세혈관 벽이 각각 한 층의 세포 두께만 있어, 통과 거리가 매우 짧음,
모세혈관 망으로부터 풍부한 혈류 공급,
가스 통과 전에 용해되도록 하는 습한 내벽.
가스는 농도 기울기를 따라 확산으로 이동한다:
산소는 포포囊 공기에 높은 농도, 혈액에는 낮은 농도로 존재하므로 공기에서 혈액으로 확산됨.
이산화탄소는 혈액에 높은 농도, 포포囊 공기에 낮은 농도로 존재하므로 혈액에서 공기(호흡 후 배출)로 확산됨.
얇고 습한 벽을跨过,산소는 혈액으로扩散되고 이산화탄소는 밖으로扩散됨
현미경 아래 실제 폐 조직은 fine pink 레이스처럼 보인다. 많은 빈 공간은 포포囊이며, 그 사이의 얇은 pink 선들은 가스 교환이 일어나는 벽이다:
현미경을 위한 염색된 실제 폐 조직: 빈 공간은 포포囊이며, 얇은 pink 벽은 가스가 통과하는 곳입니다; 중앙에 작은气道 sits
호흡은 포포囊에新鮮 air를 유지하고, 흐르는 혈류는 가스를 계속 외운다. 이 둘 모두 농도 기울기를 급격하게 유지하여 가스 교환이 빠르게 지속되게 함.
worked example. Fick's law를 사용하여 포포囊이 왜如此 rapid 가스 교환을 허용하는지 설명하시오. Fick's law는 확산 속도가 다음 세 가지 항의 비례임을 명시합니다:
따라서 빠른 확산 속도에는 이 세 가지 항이 모두 기여해야 합니다. 표적 면적: 수백만 개의 포포囊이 약 $70\ \text{m}^2$의巨大 total area를 제공합니다. 확산 거리: 포포囊 상피와 모세혈관 내피가 각각 한 번 평평한 세포 두께만 있으므로, 산소 crossing은 $1\ \mu\text{m}$ 미만으로 이루어집니다. 농도 차이: 환기가 지속적으로 공기를 fresh화하고 순환이 산소화된 blood를 continuously away运走하므로, 급격한 기울기가 유지됩니다. 각 적응 특성을它所服务的 equation term에 linking - "large surface area, thin walls, good blood supply"를 나열하기만 하고 Fick's law에 linking하지 않는 것은 weaker answer입니다.
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At the alveolus · 폐포에서
Tap each part. Oxygen and carbon dioxide swap across a wall just one cell thick, between the air and the blood. · 각 부분을 클릭하십시오. 산소와 이산화탄소는 공기 및 혈액 사이에서 단 하나의 세포층 두께를 가진 벽을跨过交换합니다.
Link each alveolar feature to fast diffusion: large surface area, thin (one-cell) walls, moist surface, good blood supply — a "surface area, short distance, steep gradient" answer.
Match airway tissue to function: cartilage (holds airways open), ciliated + goblet cells (trap and sweep mucus), smooth muscle and elastic fibres.
Frame answers with Fick's law ideas: rate $\propto$ surface area $\times$ concentration difference $\div$ distance.
한국어
각 포포囊 feature를 fast diffusion에 linking: 큰 surface area, 얇은 (one-cell) 벽, 습한 표면, 좋은 blood supply — "surface area, short distance, steep gradient" answer.
기도 조직과 기능 매칭: 연골(기도 유지), 편모 + 분비 세포(점액 포획 및 제거), 평활근 및 탄력 섬유.
픽의 법칙 개념을 활용한 프레임 답안 작성: 속도 $\propto$ 표면적 $\times$ 농도 차이 $\div$ 거리.
state that infectious diseases are caused by pathogens and are transmissible
state the name and type of pathogen that causes each of the following diseases: • cholera – caused by the bacterium Vibrio cholerae • malaria – caused by the protoctists Plasmodium falciparum, Plasmodium malariae, Plasmodium ovale and Plasmodium vivax • tuberculosis (TB) – caused by the bacteria Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium bovis • HIV/AIDS – caused by the human immunodeficiency virus (HIV)
explain how cholera, malaria, TB and HIV are transmitted
discuss the biological, social and economic factors that need to be considered in the prevention and control of cholera, malaria, TB and HIV (details of the life cycle of the malarial parasite are not expected)
한국어
전염병이 병원체에 의해 유발되며 전파될 수 있음을 명시하시오
다음 각 질병을 유발하는 병원체의 명칭과 종류를 서술하시오: • ** 콜레라** – Vibrio cholerae라는 세균에 의해 유발됨 • ** 말라리아** – Plasmodium falciparum, Plasmodium malariae, Plasmodium ovale 및 Plasmodium vivax라는 원생생물에 의해 유발됨 • ** 결핵(TB)** – Mycobacterium tuberculosis 및 Mycobacterium bovis이라는 세균에 의해 유발됨 • ** HIV/AIDS** – **인간면역결정면역결핍바이러스(HIV)**에 의해 유발됨
콜레라, 말라리아, 결핵 및 HIV가 어떻게 전파되는지 설명하시오
콜레라, 말라리아, 결핵 및 HIV의 예방 및 통제 시 고려해야 할 생물학적, 사회경제적 요인을 논의하시오 (말라리아 기생충의 생활주기에 대한 상세 내용은 요구되지 않음)
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
An infectious disease 传染病 is caused by a pathogen 病原体 — an organism that lives in or on a host and causes harm. Infectious diseases are transmissible: the pathogen can be transmitted 传播 (passed) from one person to another.
You need to know four diseases, the pathogen that causes each, and how each spreads.
Disease
Pathogen and type
How it spreads
cholera 霍乱
the bacterium 细菌Vibrio cholerae
drinking water or food contaminated 污染 with faeces 粪便 (human waste)
malaria 疟疾
the protoctist 原生生物Plasmodium
the bite of an infected mosquito 蚊子, which acts as a vector 媒介 (a carrier of the pathogen); also through infected blood
tuberculosis (TB) 结核病
the bacterium Mycobacterium
tiny airborne droplets 飞沫 from coughs and sneezes; spreads fast where people are crowded
HIV/AIDS
the virus 病毒 HIV (which leads to AIDS 艾滋病)
unprotected sex, infected blood (for example shared needles), and from mother to baby
HIV infects and destroys certain white blood cells, so it slowly weakens the body's immune system 免疫系统.
한국어
감염성 질환은 병원성 미생물(pathogen) 에 의해 발생하며, 이는 숙주 내부 또는 표면에 서식하여 손상을 입히는 생물이다. 감염성 질환은 전염성(transmissible) 으로, 병원성이 한 사람에서 다른 사람으로 전파(transmitted) 될 수 있다.
네 가지 질병, 각 질환을 유발하는 병원성 미생물, 그리고 전파 방식을 알고 있어야 한다.
질환
병원성 미생물 및 유형
전파 경로
콜레라
세균Vibrio cholerae
배설물(인간 배변물)로 오염된 물이나 음식 섭취
말라리아
원생동물(protoctist)Plasmodium
감염된 모기의 물림(모기는 매개체(vector) 역할); 감염된 혈액을 통한 전파
결핵(TB)
세균 Mycobacterium
기침과 재채기로 비산된 미세 비말; 밀집된 지역에서 빠르게 확산
HIV/AIDS
바이러스 HIV(AIDS로 진행)
안전장구 없는 성관계, 감염된 혈액(공유 바늘 등), 모편에서 신생아로
HIV는 특정 백혈구를 감염시켜 파괴하므로, 몸의 면역계가 천천히 약화된다.
*결핵을 유발하는 세균인 미코박테리움(빨간 막대 모양), 구슬 가래 시료에 염색됨
*적혈구 내부에서 생활하며 말라리아를 유발하는 원생생물 플라스모디움(작은 어두운 고리 모양)
*말라리아는 모기 매개체 없이는 발생하지 않습니다. 각 물림을 통해 기생충이 인간 → 모기 → 인간으로 이동하므로, 통제 대상은 모기입니다.
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Infectious disease route lab · 감염병 경로 실험실
Classify disease cases by pathogen and route of transmission. · 병원체와 전파 경로를 기준으로 질병 사례를 분류하십시오.
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Disease control chain · 질병 통제 사슬
Follow how prevention breaks the chain of infection. · 예방이 감염 사슬을 어떻게 끊는지 확인하십시오.
Preventing and controlling these diseases · 이러한 질병의 예방 및 통제
English
Control has biological, social and economic sides — the science of the pathogen, people's behaviour and education, and the money and resources available. Examples:
cholera: provide clean water and proper sewage treatment; good hygiene; vaccines 疫苗 in some areas.
malaria: sleep under nets; remove pools of still water where mosquitoes breed; spray insecticides 杀虫剂; take anti-malarial drugs.
TB: find and treat infected people with a long course of antibiotics; give the BCG vaccine; reduce overcrowding; trace contacts of patients.
HIV: use condoms; use clean needles; test donated blood; educate people. There is no cure and no vaccine yet, but drugs can slow the virus down.
In every case, cost (economic), people's willingness to change behaviour (social) and the supply of drugs or vaccines (biological) all affect how well a disease can be controlled.
한국어
통제는 생물학적, 사회적 그리고 경제적 측면을 포함합니다. 즉, 병원체의 과학, 사람들의 행동과 교육, 그리고可利用한 자금 및 자원을 의미합니다. 예시:
콜레라: 깨끗한 수자원 공급 및 적절한 하수 처리; 좋은 위생 관행; 일부 지역에서 백신 접종.
말라리아: 그물에 덮여 잠들기; 모기가 번식하는 고인 물 제거; 방충제 살포; 말라리아 치료제 복용.
결핵(TB): 감염자를 찾아 장기간 항생제 치료; BCG 백신 접종; 과밀화 감소; 환자 접촉자 추적.
HIV: 콘돔 사용; 청정 바늘 사용; 기증 혈액 검사; 대중 교육. 아직 치유법이나 백신은 없지만, 약물로 바이러스 증식을 늦출 수 있습니다.
모든 경우에서 비용(경제적), 행동 변화에 대한人们的 의지(사회적) 그리고 약물 또는 백신의 공급(생물학적)은 질병 통제의 성패에 모두 영향을 미칩니다.
10.2
Antibiotics · 항생제
Syllabus
English
outline how penicillin acts on bacteria and why antibiotics do not affect viruses
discuss the consequences of antibiotic resistance and the steps that can be taken to reduce its impact
한국어
페니실린이 세균에 작용하는 방식을 서술하고, 왜 항생제가 바이러스에는 영향을 주지 않는지 설명하시오
항생제 내성의 결과를 논의하고 그 영향을 줄이기 위해 취할 수 있는 조치를 서술하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
An antibiotic 抗生素 is a drug that kills bacteria or stops them growing. For example, penicillin 青霉素 stops bacteria from building their cell walls 细胞壁. As the bacterium grows, its weak wall cannot hold it, so the cell takes in water and bursts.
Antibiotics do not work against viruses. A virus has no cell wall and no chemical reactions of its own to attack — it simply uses the machinery of the host cell. So there is no antibiotic target in a virus.
한국어
항생제는 세균을 사멸시키거나 생장을 억제하는 약입니다. 예를 들어, 페니실린은 세균이 세포벽을 형성하는 것을 방해합니다. 세균이 자랄 때 약해진 벽은 세포를 지탱하지 못해 물이 들어와 세포가 터지게 됩니다.
*페니실린이 새로운 세포벽 형성을 막아 세균이 물을 흡수하여 터지게 함
*어떤 항생제가 효과적인지 테스트하는 방법. 각 종이 디스크에는 서로 다른 항생제가 담겨 있습니다. 투명한 고리가 formed되면 해당 항생제가 주변 세균을 죽였다는 뜻이며, 고리가 클수록 약효가 높음을 의미합니다. 고리가 없는 디스크는 세균이 내성을 나타내는 것입니다.
항생제는 바이러스에는 작용하지 않습니다. 바이러스는 세포벽이 없고 자체적인 화학 반응이 없어 공격할 대상이 없으며, 단순히 숙주 세포의 기계적 장치만 이용합니다. 따라서 바이러스 안에는 항생제의 타겟이 없습니다.
Sometimes a mutation 突变 makes a bacterium resistant to an antibiotic, which means the antibiotic no longer kills it. This resistance 耐药性 is a serious problem:
when an antibiotic is used, the non-resistant bacteria die, but any resistant ones survive and multiply. Over time, more and more bacteria carry the resistance.
some infections then become very hard, or impossible, to treat.
Steps to slow resistance down:
only use antibiotics when they are really needed (not for viral illnesses such as colds).
always finish the full course, so no bacteria are left alive.
use the correct antibiotic for the infection.
reduce the heavy use of antibiotics in farming.
Worked example. A patient with influenza is prescribed an antibiotic. Explain why it will not help, and why it is actively harmful. Antibiotics work by attacking structures or processes that bacteria have and human cells do not - penicillin, for instance, blocks cell wall synthesis, so the growing bacterium bursts under osmotic pressure. A virus has no cell wall, no ribosomes of its own and no metabolism: it replicates inside the host's cells using the host's machinery, so there is simply no bacterial target for the drug to attack. Taking it anyway exposes the patient's harmless resident bacteria to the antibiotic, killing the susceptible ones and selecting for resistant ones - which is how resistance spreads through a population. Name the target that is missing: "viruses are not alive" is not the reason and earns nothing.
한국어
어떤情况下돌연변이가 세균을 항생제에 내성 있게 만들어, 이는 항생제가 더 이상 세균을 죽이지 못함을 의미합니다. 이 내성은 심각한 문제입니다:
항생제를 사용할 때 비내성 세균은 죽지만, 내성을 가진 세균들은 생존하여 번식합니다. 시간이 지남에 따라 내성을 가진 세균의 비율이 점점 증가합니다.
이로 인해 일부 감염증은 치료하기 매우 어렵거나 불가능해집니다.
항생제 내성은 자연선택을 통해 확산됩니다: 항생제가 나머지 세균을 죽이므로, 내성 생존 세균들이 지배권을 잡습니다
내성 확산을 늦추기 위한 조치:
실제 필요할 때만 항생제를 사용하십시오 (감기 같은 바이러스 질환에는 사용하지 않음).
반드시 처방된 용량을 모두 복용하여, 살아남은 세균이 없게 하십시오.
감염증에 맞는 정확한 항생제를 사용하십시오.
농업에서의 항생제 과다 사용을 줄이십시오.
해설 예시. 인플루엔자 환자에게 항생제가 처방되었습니다. 이것이 효과가 없는 이유와 오히려 해가 되는 이유를 설명하십시오. 항생제는 세균에만 있고 인간 세포에는 없는 구조나 과정을 공격하여 작용합니다. 예를 들어 페니실린은 세포벽 합성을 차단하여 삼투압 하에 성장 중인 세균이 터지게 만듭니다. 바이러스는 세포벽이 없고, 자체 리보솜도 없으며, 대사 활동도 하지 않습니다. 바이러스는宿主(주인)의 세포 machinery(기계)를 사용하여 세포 내부에서 복제되므로, 약물이 공격할 세균 표적이 존재하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 복용하게 되면 환자의 무해한 상주 세균이 항생제에 노출되어 감수성 있는 세균은 죽고 저항성이 선별된(selected for) 세균만 남게 됩니다. 이것이 저항성이 집단 내에서 퍼지는 방식입니다. 결여된 target(표적) 을 명시하십시오: "바이러스는 생명이 아니다"라는 답변은 정답이 아니며 점수를 주지 않습니다.
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How resistance evolves · 내성의 진화 과정
Step through natural selection in fast-forward. The antibiotic kills the rest, so only the resistant bacteria are left to breed. · 자연선택 과정을 가속적으로 따르십시오. 항생제가 나머지 세균을 죽이므로, 내성이 있는 세균만 남아서 번식하게 됩니다.
describe the mode of action of phagocytes (macrophages and neutrophils)
explain what is meant by an antigen (see 4.1.3) and state the difference between self antigens and non-self antigens
describe the sequence of events that occurs during a primary immune response with reference to the roles of: • macrophages • B-lymphocytes, including plasma cells • T-lymphocytes, limited to T-helper cells and T-killer cells
explain the role of memory cells in the secondary immune response and in long-term immunity
한국어
포식세포(대식세포 및 호중구)의 작용方式来 서술하시오
항원(4.1.3 참조)의 의미를 설명하고, 자신 항원과 비자신 항원의 차이를 명시하시오
원발 면역 반응 중 발생하는 일련의 사건을 설명하십시오. 다음 역할에 관하여: • 대식세포 • B림프구, 형질세포 포함 • T림프구, 보조 T세포 및 사멸 T세포로 제한
기억 세포의 이차 면역 반응 및 장기 면역에서의 역할을 설명하십시오.
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Your immune system 免疫系统 is the set of cells that defends the body against pathogens 病原体. The first cells to act are phagocytes 吞噬细胞, a group of white blood cells that includes macrophages 巨噬细胞 and neutrophils 中性粒细胞.
A blood smear: the large stained cells are white blood cells, scattered among the many red cells
A phagocyte destroys a pathogen by phagocytosis 吞噬作用: it surrounds the pathogen, takes it inside in a vesicle, and digests it with enzymes. After this, a macrophage displays parts of the pathogen on its own surface, ready to alert other immune cells.
Phagocytosis: the phagocyte engulfs the pathogen, digests it, then displays its antigen
This false-coloured electron micrograph captures the moment in real life: a phagocyte reaching out to grab and engulf rod-shaped bacteria.
A real neutrophil (yellow), one kind of phagocyte, reaching out to engulf rod-shaped bacteria (orange) by phagocytosis
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Phagocytosis · 파구작용
Step through how a phagocyte deals with a pathogen — engulf it, digest it, then display its antigen to call in the rest of the immune system. · 파구세포가 병원체를 처리하는 과정을 단계별로 설명하십시오 — 포식하여 소화한 뒤, 항원을 표시하여 면역계의 다른 요소를呼び集めます.
The first time a new pathogen enters, the body makes a slow immune response 免疫反应. The main steps are:
a macrophage engulfs the pathogen and displays its antigen.
T-helper cells 辅助性T细胞 recognise that antigen and become active. They release chemicals that switch on other cells.
B-lymphocytes 淋巴细胞 with a matching shape are selected. They divide to form plasma cells 浆细胞, which pour out antibodies 抗体, and memory cells 记忆细胞.
T-killer cells 杀伤性T细胞 destroy the body's own cells that have been infected.
Only the B-lymphocyte whose shape matches the antigen is selected and cloned — into antibody-making plasma cells and long-lived memory cells
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The primary immune response · 일차 면역 반응
Step through the first time the body meets a pathogen — slow at first, but it leaves memory cells behind. · 身体首次接触病原体时的反应进行步骤 — 처음에는 느리지만 -memory cells(기억 세포) 를 남깁니다.
Memory cells stay in the body for years after the infection is over. If the same pathogen enters again, the memory cells start a secondary immune response that is much faster and larger than the first. The pathogen is destroyed before it can make you ill. This is what we mean by long-term immunity.
The secondary response is faster and larger, because memory cells are ready
11.2
Antibodies
Syllabus
English
relate the molecular structure of antibodies to their functions
outline the hybridoma method for the production of monoclonal antibodies
outline the principles of using monoclonal antibodies in the diagnosis of disease and in the treatment of disease
describe the differences between active immunity and passive immunity and between natural immunity and artificial immunity
explain that vaccines contain antigens that stimulate immune responses to provide long-term immunity
explain how vaccination programmes can help to control the spread of infectious diseases
한국어
항체의 분자 구조와 기능의 관계를 서술하시오
단일항체를 생산하기 위한 하이브리드마 방법을 서술하시오
단일항체를 질환 진단 및 치료에 사용하는 원리를 서술하시오
능동면역과 수동면역의 차이점, 그리고 자연면역과 인공면역의 차이점을 서술하시오
백신은 항원을 포함하여 면역 반응을 자극함으로써 장기 면역을 제공함을 설명하시오
백신 접종 프로그램이 전염병의 확산을 통제하는 데 어떻게 도움이 되는지 설명하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
An antibody is a Y-shaped protein made by plasma cells. The two tips of the Y are antigen-binding sites 抗原结合位点. Each site has a special shape, called the variable region 可变区, that fits one antigen only, like a lock and key.
An antibody is Y-shaped; the two tips are the variable regions that bind one specific antigen
Antibodies help in several ways: they stick to antigens, clump pathogens together so they are easier to deal with, mark pathogens so phagocytes find them, and block harmful toxins.
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Inside an antibody · 항체 내부 구조
Tap each part. The variable tips bind one specific antigen; the constant stem is the same in every antibody. · 각 부분을 클릭하십시오. 가변 끝부분은 하나의 특정 항원에 결합하며, 일정 끝부분은 모든 항체에 동일합니다.
A monoclonal antibody 单克隆抗体 is a single type of antibody, all identical. They are made by the hybridoma 杂交瘤 method:
an animal is given an antigen, so it makes B-lymphocytes that produce the wanted antibody.
these B-lymphocytes are fused with tumour cells, which divide endlessly.
the fused cell (the hybridoma) both makes the antibody and divides without stopping, producing large amounts of one identical antibody.
Fusing a B-lymphocyte with a tumour cell makes a hybridoma that pours out one identical (monoclonal) antibody
Monoclonal antibodies are used in the diagnosis 诊断 of disease (to detect a specific molecule, as in a pregnancy test) and in treatment (to carry drugs to specific target cells, such as cancer cells).
A pregnancy test is monoclonal antibodies at work. The antibodies are fixed at the T line and grab only one molecule — the pregnancy hormone hCG. The T line turns red only if hCG is in the urine; the C line always appears, to show the test ran properly
Immunity can be active or passive, and natural or artificial.
active immunity 主动免疫 — your own body meets an antigen and makes its own antibodies and memory cells. It is slow to start but long-lasting.
passive immunity 被动免疫 — ready-made antibodies are given to you from outside. It works at once but does not last, because there are no memory cells.
natural immunity 天然免疫 — gained in a natural way (active: after an infection; passive: antibodies passed from mother to baby).
artificial immunity 人工免疫 — gained on purpose (active: your body is made to respond to a safe dose of antigen; passive: you are injected with ready-made antibodies).
Active immunity (your body responds) lasts; passive immunity (ready-made antibodies) is fast but short
A vaccine 疫苗 contains antigens — often a dead or weakened pathogen, or part of one. The antigens trigger a primary immune response and make memory cells, so you gain long-term immunity without becoming ill.
Vaccination 疫苗接种 programmes can control the spread of a disease across a population. If enough people are vaccinated, the pathogen cannot pass easily from person to person. This protects even the people who are not vaccinated, an effect called herd immunity 群体免疫.
Herd immunity: when enough people are vaccinated, the pathogen cannot reach the few who are not
Worked example. Classify each as active or passive, natural or artificial: (a) a baby receives antibodies in breast milk; (b) a child is vaccinated against measles; (c) someone recovers from chickenpox; (d) a patient bitten by a snake is given antivenom. Ask two questions each time. Did the person make the antibodies themselves? If yes it is active; if they were handed ready-made ones, it is passive. Did it happen by chance or deliberately? Naturally, or artificially. So (a) is natural passive - ready-made antibodies by a natural route; (b) is artificial active - the vaccine's antigens make the child produce their own; (c) is natural active - the infection made them produce their own; (d) is artificial passive - ready-made antibodies given deliberately. Only active immunity makes memory cells, which is exactly why passive immunity acts immediately but is short-lived.
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How a vaccine works · 백신이 작동하는 방식
Step through it. A vaccine triggers a primary response and memory cells, so the real pathogen meets a fast, strong defence. · 단계별로 확인하십시오. 백신은 초기 반응과 기억세포를 유발하여 실제 병원체가 빠르고 강력한 방어系统与 마주치도록 합니다.
Why living things need energy · 생명체가 에너지가 필요한 이유
Syllabus
English
outline the need for energy in living organisms, as illustrated by active transport, movement and anabolic reactions, such as those occurring in DNA replication and protein synthesis
describe the features of ATP that make it suitable as the universal energy currency
state that ATP is synthesised by: • transfer of phosphate in substrate-linked reactions • chemiosmosis in membranes of mitochondria and chloroplasts
explain the relative energy values of carbohydrates, lipids and proteins as respiratory substrates
state that the respiratory quotient (RQ) is the ratio of the number of molecules of carbon dioxide produced to the number of molecules of oxygen taken in, as a result of respiration
calculate RQ values of different respiratory substrates from equations for respiration
describe and carry out investigations, using simple respirometers, to determine the RQ of germinating seeds or small invertebrates (e.g. blowfly larvae)
한국어
생체에서 에너지가 필요한 이유를 서술하시되, 능동수송, 운동, 대사합성 반응(예: DNA 복제 및 단백질 합성에 일어나는 반응 등)을 예시로 들 것
ATP가 범용 에너지 화폐로서 적합한 특성을 서술하시오
ATP가 다음과 같이 합성됨을 명시하시오: • 기질연결반응에서의 인산기 이동 • 미토콘드리아 및 엽록체의 막에서 일어나는 화학삼투법(chemiosmosis)
호흡 기질로서의 탄수화물, 지질, 단백질의 상대적인 에너지 가치를 설명하시오
**호흡 계수(RQ)**가 호흡 결과 생성된 이산화탄소 분자의 수와 흡수된 산소 분자의 수의 비율임을 명시하시오
호흡 방정식을 사용하여 다양한 호흡 기질의 RQ 값을 계산하시오
간단한 호흡계를 사용하여 발아하는 씨앗이나 작은 무척추동물(예: 파蝇 유충)의 RQ를 결정하는 조사를 서술하고 수행하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Cells need a steady supply of energy 能量, which they get from respiration 呼吸作用. Energy is needed for:
active transport 主动运输 (moving substances against a gradient),
movement (for example muscle contraction),
anabolic 合成代谢 reactions — the building of large molecules, such as in DNA replication and protein synthesis.
한국어
세포는 에너지의 지속적인 공급이 필요하며, 이를 호흡을 통해 얻는다. 에너지는 다음을 위해 필요하다:
능동 수송(농도 기울기에 반대하여 물질 이동),
운동(예: 근육 수축),
동화 반응—DNA 복제 및 단백질 합성과 같이 큰 분자를 구성하는 과정.
운동 중에는 근육이 호흡으로 방출되는 지속적인 에너지 공급이 필요하다
12.1
ATP — the energy currency · ATP — 에너지 화폐
English
ATP is the molecule that carries energy to where it is needed. It is made from ADP and a phosphate group; when it loses that phosphate again, it releases a small, usable burst of energy. ATP suits this job well, so we call it the universal energy currency:
it releases energy quickly, in small amounts that match a cell's needs.
it is easily made and re-made, again and again.
it is small and soluble, so it moves easily around the cell.
ATP is made in two ways: by direct transfer of a phosphate group in phosphorylation 磷酸化 reactions, and by chemiosmosis 化学渗透 across the membranes of mitochondria 线粒体 and chloroplasts.
한국어
ATP는 에너지가 필요한 곳으로運搬하는 분자이다. ADP와 인산 기로 만들어지며, 다시 인산을 잃으면 사용 가능한 작은 에너지 폭발을 방출한다. ATP는 이 역할에 적합하므로 우리가 이를 범용 에너지 화폐라고 부른다:
빠르게 에너지를 방출하며, 세포의 요구에 맞는 소량으로.
쉽게 만들고 다시 만들어지며, 반복적으로.
작고 수용성이 있어 세포 내에서 쉽게 이동한다.
호흡이 인산을 추가하여 ATP를 만듭니다; 세포가 이를 떼어내어 에너지를放出합니다
ATP는 두 가지 방법으로 생성됩니다: 인산화 반응에서의 인산 기 직접 전달 및 미토콘드리아와 엽록체의 막을 통한 화학삼투를 통한 것입니다.
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The ATP cycle · ATP 순환
Step around the loop. ATP is split to release a small burst of energy, then rebuilt by respiration — over and over. · 순환을 따라 돌아보십시오. ATP가 분해되어 작은 에너지 폭발을 방출하고, 호흡에 의해 다시 합성되며 — 이를 반복합니다.
12.1
Respiratory substrates and RQ · 호흡 기질 및 RQ
English
A respiratory substrate 呼吸底物 is a molecule that is broken down to release energy. Per gram, lipids release the most energy (they have the most hydrogen), proteins are next, and carbohydrates the least.
The respiratory quotient 呼吸商 (RQ) compares the gases exchanged:
$$\text{RQ} = \frac{\text{molecules of carbon dioxide produced}}{\text{molecules of oxygen taken in}}$$
You can work out the RQ from a respiration equation. Carbohydrates give an RQ of about 1.0, lipids about 0.7 and proteins about 0.9.
Worked example. Find the RQ for the aerobic respiration of glucose: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$.
This is why an RQ near $1.0$ suggests the organism is respiring carbohydrate; a lower RQ (about $0.7$) suggests it is using lipid, which needs more oxygen per molecule of $\text{CO}_2$.
A respirometer 呼吸计 measures the oxygen 氧气 taken in by living things, such as germinating 萌发 seeds or small invertebrates 无脊椎动物, and is used to find their RQ.
한국어
**호흡 기질(respiratory substrate)**은 에너지를 방출하기 위해 분해되는 분자이다. 그램당 **지질(lipids)**이 가장 많은 에너지를 방출하며(수소가 가장 많음), 다음으로 단백질(proteins), 그리고 **탄수화물(carbohydrates)**이 가장 적다.
Aerobic respiration: the four stages · 유산소 호흡: 네 단계
Syllabus
English
State where each of the four stages in aerobic respiration occurs in eukaryotic cells: • glycolysis in the cytoplasm • link reaction in the mitochondrial matrix • Krebs cycle in the mitochondrial matrix • oxidative phosphorylation on the inner membrane of mitochondria
outline glycolysis as phosphorylation of glucose and the subsequent splitting of fructose 1,6-bisphosphate (6C) into two triose phosphate molecules (3C), which are then further oxidised to pyruvate (3C), with the production of ATP and reduced NAD
explain that, when oxygen is available, pyruvate enters mitochondria to take part in the link reaction
describe the link reaction, including the role of coenzyme A in the transfer of acetyl (2C) groups
outline the Krebs cycle, explaining that oxaloacetate (4C) acts as an acceptor of the 2C fragment from acetyl coenzyme A to form citrate (6C), which is converted back to oxaloacetate in a series of small steps
explain that reactions in the Krebs cycle involve decarboxylation and dehydrogenation and the reduction of the coenzymes NAD and FAD
describe the role of NAD and FAD in transferring hydrogen to carriers in the inner mitochondrial membrane
explain that during oxidative phosphorylation: • hydrogen atoms split into protons and energetic electrons • energetic electrons release energy as they pass through the electron transport chain (details of carriers are not expected) • the released energy is used to transfer protons across the inner mitochondrial membrane • protons return to the mitochondrial matrix by facilitated diffusion through ATP synthase, providing energy for ATP synthesis (details of ATP synthase are not expected) • oxygen acts as the final electron acceptor to form water
describe the relationship between the structure and function of mitochondria using diagrams and electron micrographs
outline respiration in anaerobic conditions in mammals (lactate fermentation) and in yeast cells (ethanol fermentation)
explain why the energy yield from respiration in aerobic conditions is much greater than the energy yield from respiration in anaerobic conditions (a detailed account of the total yield of ATP from the aerobic respiration of glucose is not expected)
explain how rice is adapted to grow with its roots submerged in water, limited to the development of aerenchyma in roots, ethanol fermentation in roots and faster growth of stems
describe and carry out investigations using redox indicators, including DCPIP and methylene blue, to determine the effects of temperature and substrate concentration on the rate of respiration of yeast
describe and carry out investigations using simple respirometers to determine the effect of temperature on the rate of respiration
한국어
유산소 호흡의 네 단계가 진핵세포 내에서 각각 어디에서 일어나는지 명시하시오: • 당분해 – 세포질 • 연결반응 – 미토콘드리아 기질 • 크렙스 회로 – 미토콘드리아 기질 • 산화인산화 – 미토콘드리아 내부막
당분해를 포도당의 인산화와 이후 프락토스 1,6-이인산(6C)이 두 개의 .size triose phosphate(3C) 분자로 쪼개지고, 이들이 더 산화되어 피루브산(3C)이 되면서 ATP와 환원 NAD가 생성되는 과정으로 서술하시오
산소가 존재할 때 피루브산이 미토콘드리아로 진입하여 연결반응에 참여함을 설명하시오
연결반응을 서술하되, 코엔자임 A가 아세틸(2C) 그룹의 전달에서 맡는 역할을 포함할 것
크렙스 회로를 서술하되, 옥살아세트산(4C)이 아세틸 코엔자임 A로부터 2C 조각을 받아 시트르산(6C)을 형성하고, 이것이 일련의 작은 단계들을 거쳐 다시 옥살아세트산으로 전환됨을 설명할 것
크렙스 회로의 반응이 탈탄산 및 탈수소를 포함하며, 코엔자임인 NAD와 FAD의 환원을 수반함을 설명하시오
NAD와 FAD가 수소를 미토콘드리아 내부막의 운반체에 전달하는 역할을 서술하시오
산화인산화 과정에서 다음이 일어난다고 설명하시오: • 수소 원자는 양성자와 높은 에너지를 가진 전자로 분해된다 • 높은 에너지를 가진 전자가 전자 운반 체인을 통과하면서 에너지를 방출한다 (운반체의 상세 내용은 요구되지 않음) • 방출된 에너지는 양성자를 미토콘드리아 내막을 가로질러 이동시키는 데 사용된다 • 양성자는 ATP 합성효소를 통한 촉진 확산을 통해 미토콘드리아 기질로 돌아가며, 이는 ATP 합성에 필요한 에너지를 제공한다 (ATP 합성효소의 상세 내용은 요구되지 않음) • 산소는 최종 전자 수용체 역할을 하여 물(수소)을 형성한다
유산소 조건에서의 호흡과 무산소 조건에서의 호흡 중 에너지 생성량이 후자가 전자보다 훨씬 큰 이유를 설명하시오 (포도당의 유산소 호흡으로 인한 ATP 총 생성량의 상세 내용은 요구되지 않음)
벼가 뿌리를 물 속에 잠기게 자라는 데 어떻게 적응했는지 설명하시오. 이适应性는 뿌리에서의 비단 조직 development, 뿌리에서의 에탄올 발효, 그리고 줄기의 빠른 성장에 국한됨
DCPIP 및 메틸렌 블루를 포함한 산화환원 지시제를 사용하여酵母의 호흡 속도에 온도와 기질 농도가 미치는 영향을 결정하는 실험을 서술하고 수행하시오
단순한 호흡계(respirometers)를 사용하여 호흡 속도에 온도가 미치는 영향을 결정하는 실험을 서술하고 수행하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Aerobic 有氧 respiration (with oxygen) has four stages, each in a set place in the cell:
Stage
Where it happens
glycolysis 糖酵解
the cytoplasm 细胞质
link reaction 连接反应
the matrix 基质 of the mitochondria
Krebs cycle 克雷布斯循环
the matrix of the mitochondria
oxidative phosphorylation 氧化磷酸化
the inner membrane of the mitochondria
Glycolysis
Glucose 葡萄糖 (6 carbons) is first phosphorylated, using 2 ATP, to form fructose bisphosphate (6C). This 6C molecule is split into two triose phosphate molecules (3C each). These are then oxidised 氧化 to pyruvate 丙酮酸 (3C). Glycolysis makes a net gain of 2 ATP and some reduced 还原 NAD (NAD is a coenzyme 辅酶, a helper molecule).
The link reaction
When oxygen is available, pyruvate enters the mitochondria. There each pyruvate loses a carbon dioxide 二氧化碳 and is turned into a 2-carbon acetyl 乙酰基 group. This group is carried by coenzyme A 辅酶A to form acetyl coenzyme A. Some carbon dioxide is released and NAD is reduced.
The Krebs cycle
The 2C acetyl group joins a 4-carbon molecule, oxaloacetate 草酰乙酸, to make a 6-carbon molecule, citrate 柠檬酸. Citrate is then changed back to oxaloacetate in a series of small steps, ready to accept the next acetyl group. During these steps:
decarboxylation 脱羧 removes carbon as carbon dioxide.
dehydrogenation 脱氢 removes hydrogen, which reduces the coenzymes NAD and FAD.
The reduced NAD and FAD then carry the hydrogen to the carriers in the inner mitochondrial membrane.
Oxidative phosphorylation
This stage makes most of the ATP:
the hydrogen atoms split into protons 质子 and energetic electrons 电子.
the electrons pass along the electron transport chain 电子传递链, releasing energy as they go.
this energy is used to pump protons across the inner membrane.
the protons flow back into the matrix through a channel called ATP synthase ATP合酶. This flow provides the energy to make ATP (this is chemiosmosis).
oxygen is the final electron acceptor: it joins with electrons and protons to form water.
The structure of mitochondria
The inner membrane is folded into cristae 嵴, giving a large surface for the electron transport chain and ATP synthase. The matrix inside holds the substances and helpers for the link reaction and the Krebs cycle.
한국어
유산소(aerobic) 호흡(산소 존재 시)은 세포 내 특정 위치에서 일어나는 네 가지 단계를 가진다:
단계
발생 위치
글리콜리시스
세포질
연결 반응
미토콘드리아의 매트릭스
크렙스 회로(Krebs cycle)
미토콘드리아基质(matrix)
산화적 인산화(oxidative phosphorylation)
미토콘드리아 내막(inner membrane)
네 단계와 각 단계가 발생하는 위치; 환원 NAD와 FAD는 수소를 내막으로 운반하여 대부분 ATP가 생성됨
해당 과정(Glycolysis)
포도당(탄소 6개)은 먼저 2 ATP를 사용하여 인산화되어 프락토스 디인산(fructose bisphosphate, 6C)을 형성한다. 이 6C 분자는 두 개의 트리오스 인산(triose phosphate, 각 3C) 분자로 쪼개진다. 이들은 이후 산화되어 피루베이트(3C)가 된다. 해당 과정은 순 2 ATP 및 일부 환원된 NAD(보조 효소인 NAD는 보조 분자)를 생성한다.
해당 과정은 시작에 2 ATP를 쓰지만 4개를 만들어 순 2 ATP(plus 환원 NAD)를 얻으며 — 산소가 필요하지 않음
연결 반응(The link reaction)
산소가 이용 가능한 상태에서는 피루베이트가 미토콘드리아로 진입한다.那里서 각 피루베이트는 탄산가스(carbon dioxide) 하나를 잃고 2탄소 아세틸(acetyl) 그룹이 된다. 이 그룹은 **코엔자임 A(coenzyme A)**에 의해 운반되어 아세틸 코엔자임 A를 형성한다. 일부 탄산가스가 방출되고 NAD는 환원된다.
크렙스 회로(The Krebs cycle)
2C 아세틸 그룹이 4탄소 분자인 **옥살아세트산(oxaloacetate)**과 결합하여 6탄소 분자인 **시트레이트(citrate)**를 만든다. 시트레이트는 일련의 작은 단계들을 거쳐 다시 옥살아세트산으로 변하여 다음 아세틸 그룹을 받을 준비가 된다. 이 단계들 동안:
**탈탄산(decarboxylation)**은 탄소를 탄산가스 형태로 제거한다.
**탈수소(dehydrogenation)**은 수소를 제거하여 보조 효소인 NAD와 FAD를 환원시킨다.
환원된 NAD와 FAD는 이후 수소를 미토콘드리아 내막의 운반체로 운반한다.
각 회전은 탄산가스(탈탄산)와 환원된 NAD 및 FAD(탈수소)를 방출함
산화적 인산화(Oxidative phosphorylation)
이 단계는 대부분의 ATP를 생성한다:
수소 원자가 **양성자(protons)**와 에너지가 높은 **전자(electrons)**로 나뉜다.
전자들은 **전자 전달 사슬(electron transport chain)**을 따라 이동하며 에너지를 방출한다.
이 에너지는 양성자를 내막 너머로 펌핑하는 데 사용된다.
양성자들은 **ATP 합성효소(ATP synthase)**라는 채널을 통해基质로 다시 흐른다. 이 흐름은 ATP를 만드는 데 필요한 에너지를 제공한다(이것은 화학삼투 chemiosmosis이다).
**산소(oxygen)**는 최종 전자 수용체이다: 전자와 양성자와 결합하여 물을 형성한다.
전자들이 양성자(H⁺)를 간막 공간으로 펌핑합니다;它们是流经ATP合酶产生ATP(化学渗透)
미토콘드리아의 구조
내막은 **크리스타e(cristae)**로 접혀 있어 전자 전달 사슬과 ATP 합성효소에 대한 큰 표면을 제공한다. 내부基质는 연결 반응과 크렙스 회로에 필요한 물질과 보조 분자를 포함한다.
실제 미토콘드리아 두 개를 전자 현미경으로 촬영한 것. 내부를 가로지르는 어두운 줄무늬는 크리스타e입니다 — 모든 접힘이 전자 전달 사슬을 위한 거대한 표면을 만드는 이유입니다
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Glycolysis · 해당과정
Step through it. Glucose is split in the cytoplasm into two pyruvate, for a small net gain of ATP and reduced NAD. · 단계별로 살펴보자. 포도당은 세포질에서 2개의 피루브산으로 분해되어 ATP와 환원형 NAD의 소량 순증가를 얻는다.
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The four stages of respiration · 호흡의 네 단계
Step through where ATP comes from. Glucose is broken down in stages; most ATP is made at the last stage. · ATP가 어디에서 나오는지를 단계별로 확인하세요. 포도당은 단계별로 분해되며, 대부분의 ATP는 마지막 단계에서 생성됩니다.
When there is no oxygen, only glycolysis can run. To keep glycolysis going, the cell must use up the reduced NAD. This happens by fermentation 发酵:
in mammals, pyruvate is turned into lactate 乳酸 (lactate fermentation). The lactate is later broken down when oxygen returns.
in yeast 酵母, pyruvate is turned into ethanol 乙醇 and carbon dioxide (ethanol fermentation).
Anaerobic 无氧 respiration gives far less energy than aerobic respiration. Aerobic respiration also runs the Krebs cycle and oxidative phosphorylation, which release a lot more ATP, while anaerobic respiration gains only the small amount from glycolysis.
한국어
산소가 없을 때는 해당 과정(glycolysis)만 작동할 수 있다. 해당 과정을 지속시키기 위해 세포는 환원된 NAD를 소모해야 한다. 이는 **발효(fermentation)**를 통해 이루어진다:
포유류에서는 피루베이트가 **락테이트(lactate)**로 변한다(락테이트 발효). 산소가 돌아올 때 락테이트는 나중에 분해된다.
산소가 없는 조건에서 피루브산은 젖산(포유류) 또는 에탄올(효모)로 변하며, 이는 해당과정을 위해 NAD를 재생시킨다
무산소 호흡은 유산소 호흡에 비해 훨씬 적은 에너지를 산출한다. 유산소 호흡은 크rebs 회로와 산화인산화도 수행하여 훨씬 많은 ATP를 방출하지만, 무산소 호흡은 해당과정에서 얻는 소량만 생산한다.
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Why fermentation matters · 발효의 중요성
Step through it. Without oxygen, fermentation regenerates NAD so glycolysis can keep making a little ATP. · 단계별로 살펴보자. 산소가 없으면 발효는 NAD를 재생하여 해당과정이 소량의 ATP를 계속 만들 수 있게 함.
Rice can grow with its roots under water, where there is little oxygen. It is adapted in three ways: it develops aerenchyma 通气组织 (air-filled spaces) in the roots to carry air down; the roots use ethanol fermentation to keep making some ATP; and the stems grow faster to reach the air above the water.
한국어
벼는 산소가 거의 없는 수중에서도 뿌리를 통해 자랄 수 있다. 세 가지 방식으로 적응되어 있다: 뿌리에 **기질(air-filled spaces)**을 발달시켜 공기를 아래로 운반하고; 뿌리는 에탄올 발효를 사용하여 일부 ATP를 계속 생성하며; 줄기는 물 위의 공기까지 도달하기 위해 더 빠르게 자란다.
수중에서 자라는 식물의 뿌리 단면. 큰 흰색 간극은 기질—산소가 부족한 진흙 속에 있는 뿌리까지 산소가 확산될 수 있게 연결된 공기 통로임
Investigating the rate of respiration · 호흡 속도 조사
English
A redox indicator 指示剂 such as DCPIP or methylene blue loses its colour when it gains hydrogen from respiring cells. The faster the colour is lost, the faster the yeast is respiring, so you can test the effect of temperature or substrate concentration. A respirometer can also be used to measure how temperature changes the rate of oxygen uptake.
한국어
DCPIP나 메틸렌 블루와 같은 산화환원 지시약은 호흡하는 세포로부터 수소(전자)를 받아 색이 사라진다. 색이 더 빨리 사라질수록 효모의 호흡 속도가 빠르므로, 온도나 기질 농도의 영향을 테스트할 수 있다. respirometer(호흡계)를 사용하여 온도가 산소 흡수 속도에 미치는 영향을 측정할 수도 있다.
12.2
Exam tips · 시험 팁
English
State where each stage happens and its ATP yield: glycolysis (cytoplasm), link reaction + Krebs (matrix), oxidative phosphorylation (inner membrane, most ATP).
Explain the roles of NAD/FAD (carry hydrogen to the electron transport chain) and of oxygen (the final electron acceptor).
RQ$=$ CO2 produced $\div$ O2 used ($\approx 1.0$ carbohydrate, $0.7$ lipid); know how a respirometer measures it.
Anaerobic respiration gives lactate (animals) or ethanol + CO2 (yeast/plants) and far less ATP (glycolysis only).
한국어
각 단계가 일어나는 위치와 ATP 산출량을 명시: 해당과정(세포질), 링크 반응 + Krebs(미토콘드리아 기질), 산화인산화(내막, 가장 많은 ATP).
NAD/FAD(수소를 전자전달계로 운반)와 산소(최종 전자 수용체)의 역할을 설명한다.
RQ$=$ CO2 생성량 $\div$ O2 소모량 ($\approx 1.0$ 탄수화물, $0.7$ 지질); 호흡계로 이를 측정하는 방법을 알고 있어야 합니다.
무산소 호흡은 젖산(동물) 또는 에탄올 + CO2(효모/식물)과 ATP를 거의 생산하지 않습니다(당분 해해 과정만 포함).
describe the relationship between the structure of chloroplasts, as shown in diagrams and electron micrographs, and their function
explain that energy transferred as ATP and reduced NADP from the light-dependent stage is used during the light-independent stage (Calvin cycle) of photosynthesis to produce complex organic molecules
state that within a chloroplast, the thylakoids (thylakoid membranes and thylakoid spaces), which occur in stacks called grana, are the site of the light-dependent stage and the stroma is the site of the light-independent stage
describe the role of chloroplast pigments (chlorophyll a, chlorophyll b, carotene and xanthophyll) in light absorption in thylakoids
interpret absorption spectra of chloroplast pigments and action spectra for photosynthesis
describe and use chromatography to separate and identify chloroplast pigments (reference should be made to $R_f$ values in identification of chloroplast pigments)
state that cyclic photophosphorylation and non-cyclic photophosphorylation occur during the light-dependent stage of photosynthesis
explain that in cyclic photophosphorylation: • only photosystem I (PSI) is involved • photoactivation of chlorophyll occurs • ATP is synthesised
explain that in non-cyclic photophosphorylation: • photosystem I (PSI) and photosystem II (PSII) are both involved • photoactivation of chlorophyll occurs • the oxygen-evolving complex catalyses the photolysis of water • ATP and reduced NADP are synthesised
explain that during photophosphorylation: • energetic electrons release energy as they pass through the electron transport chain (details of carriers are not expected) • the released energy is used to transfer protons across the thylakoid membrane • protons return to the stroma from the thylakoid space by facilitated diffusion through ATP synthase, providing energy for ATP synthesis (details of ATP synthase are not expected)
outline the three main stages of the Calvin cycle: • rubisco catalyses the fixation of carbon dioxide by combination with a molecule of ribulose bisphosphate (RuBP), a 5C compound, to yield two molecules of glycerate 3-phosphate (GP), a 3C compound • GP is reduced to triose phosphate (TP) in reactions involving reduced NADP and ATP • RuBP is regenerated from TP in reactions that use ATP
state that Calvin cycle intermediates are used to produce other molecules, limited to GP to produce some amino acids and TP to produce carbohydrates, lipids and amino acids
한국어
도표와 전자 현미경 사진으로 보이는 클로로플라스트의 구조와 기능 간의 관계를 서술하시오
광의존 단계에서 ATP 및 환원 NADP로 전달되는 에너지가 광합성의 비광의존 단계(캘빈 회로)에서 복합 유기분자를 만드는 데 사용된다고 설명하시오
클로로플라스트 내에서 티코이드(티코이드 막 및 티코이드 공간)는 그라나(grana)라고 불리는 단층을 이루어 광의존 단계의 장소이며, 스톰바(stroma) 는 비광의존 단계의 장소임을 명시하시오
티코이드에서의 빛 흡수에서 클로로플라스트 색소(클로로필 a, 클로로필 b, 카로텐 및 잔토필)의 역할을 서술하시오
클로로플라스트 색소의 흡수 스펙트럼과 광합성에 대한 작용 스트럼을 해석하시오
크로마토그래피를 사용하여 클로로플라스트 색소를 분리하고 식별하며 서술하시오 (클로로플라스트 색소 식별 시 $R_f$ 값에 언급할 것)
회전형 광인산화(cyclic photophosphorylation) 와 비회전형 광인산화(non-cyclic photophosphorylation) 가 광합성의 광의존 단계에서 일어난다고 명시하시오
회전형 광인산화에서 다음이 일어난다고 설명하시오: • 오직 광계 I(PSI)만 관여함 • 클로로필의 photoactivation 발생 • ATP가 합성됨
비회전형 광인산화에서 다음이 일어난다고 설명하시오: • 광계 I(PSI) 와 광계 II(PSII) 모두 관여함 • 클로로필의 photoactivation 발생 • 산소 방출 복합체가 물의 광해離를 촉매함 • ATP와 환원 NADP가 합성됨
광인산화 과정에서 다음이 일어난다고 설명하시오: • 높은 에너지를 가진 전자가 전자 운반 체인을 통과하면서 에너지를 방출한다 (운반체의 상세 내용은 요구되지 않음) • 방출된 에너지는质子를 티코이드 막을 가로질러 이동시키는 데 사용된다 •质子는 ATP 합성효소를 통한 촉진 확산을 통해 티코이드 공간으로부터 스톰바로 돌아가며, 이는 ATP 합성에 필요한 에너지를 제공한다 (ATP 합성효소의 상세 내용은 요구되지 않음)
캘빈 회로의 세 가지 주요 단계를 개관하시오: • 루비스코(rubisco) 가 5C 화합물인 리불로스 이인산(RuBP) 분자와 결합하여 CO₂를 고정하고, 3C 화합물인 글리세레이트 3-인산(GP) 두 분자를 생성함催化 • GP는 환원 NADP와 ATP가 관여하는 반응에서 트리오스 인산(TP)으로 환원됨 • RuBP는 ATP를 사용하는 반응에서 TP로부터 재생됨
캘빈 회로의 중간 산물이 다른 분자를 만드는 데 사용됨을 명시하시되, GP에서 일부 아미노산, TP에서 탄수화물, 지방 및 아미노산을 만든다는 점으로 제한하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Photosynthesis 光合作用 happens inside the chloroplast 叶绿体. Its structure suits its two stages:
inside are stacks of flat sacs called thylakoids 类囊体. A stack of thylakoids is a granum (plural grana 基粒). The thylakoid membranes hold the light-trapping pigments and are the site of the first stage.
the fluid around the thylakoids is the stroma 基质, the site of the second stage.
한국어
광합성은 엽록체 내부에서 일어난다. 그 구조는 두 단계에 적합하다:
내부에는 평평한 주머니 모양의 티락로이드(thylakoids) 뭉치가 있다. 티락로이드의 뭉치를 **그라NUM(grana, 복수형 grana)**이라 한다. 티락로이드 막은 빛을 포획하는 색소들을 포함하고 있으며, 첫 번째 단계의 장소이다.
티락로이드 주변의 액상은 **스톰아(stroma)**로, 두 번째 단계의 장소이다.
*잎이 녹색인 이유는 엽록체에 색소인 엽록소가 가득하기 때문
*티락로이드는 그라를 형성하여 쌓이며(여기서 첫 번째 단계가 일남); 주변 스톰아에서 두 번째 단계가 일어난다
*현미경으로 본 수초(Elodea) 잎 세포 내의 엽록체(작은 초록 원반들)
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Explore the chloroplast · 엽록체 탐험하기
Tap each part. The light-dependent stage runs on the thylakoid membranes (grana); the Calvin cycle runs in the stroma around them. · 각 부분을 클릭하십시오. 광의존 단계(thylakoid 막/그라나)에서 일어나며, 캘빈 회로는 그 주변 스토마(stroma)에서 진행됩니다.
the light-dependent stage 光反应阶段 happens in the thylakoids. It uses light energy to make ATP and reduced 还原 NADP.
the light-independent stage 暗反应阶段, also called the Calvin cycle 卡尔文循环, happens in the stroma. It uses the ATP and reduced NADP from the first stage to build complex organic molecules from carbon dioxide 二氧化碳.
한국어
광합성은 서로 연결된 두 단계로 이루어진다:
광의존적 단계는 티락로이드에서 일어난다. 빛 에너지를 사용하여 ATP와 환원된 NADP를 만든다.
광비의존적 단계, 즉 **캘빈 회로(Calvin cycle)**는 스톰아에서 일어난다. 첫 번째 단계에서 생성된 ATP와 환원된 NADP를 사용하여 이산화탄소로부터 복잡한 유기물질을 합성한다.
*두 단계는 연결되어 있다: 첫 번째 단계가 만든 ATP와 환원된 NADP를 두 번째 단계가 사용하여 CO₂를 당으로 전환함
A pigment 色素 is a coloured substance that absorbs light. The thylakoids hold several pigments that work together to trap as much light as possible:
chlorophyll 叶绿素 a and chlorophyll b (which absorb mainly red and blue light),
carotene 胡萝卜素 and xanthophyll 叶黄素 (which absorb other colours and pass the energy on).
We study them with two graphs. An absorption spectrum 吸收光谱 shows how much light each pigment absorbs at each wavelength. An action spectrum 作用光谱 shows how fast photosynthesis goes at each wavelength. The two graphs match closely, which shows the pigments drive photosynthesis.
You can separate the pigments by chromatography 色谱法: the pigments travel different distances up the paper. Each pigment is identified by its Rf value 比移值 (the distance the pigment moved divided by the distance the solvent moved).
한국어
**색소(pigment)**는 빛을 흡수하는有色 물질이다. 티락로이드에는尽可能 많은 빛을 포획하도록 협력하는 여러 색소가 포함되어 있다:
엽록소 a 및 엽록소 b(주요적으로 붉은색과 파란색 빛을 흡수),
카로텐(carotene) 및 잔토필(xanthophyll)(다른 색상을 흡수하여 에너지를 전달).
우리는 두 개의 그래프를 통해 이들을 연구한다. **흡수 스펙트럼(absorption spectrum)**은 각 색소가 특정 파장에서 얼마나 많은 빛을 흡수하는지를 보여준다. **활성 스펙트럼(action spectrum)**은 각 파장에서의 광합성 속도를 보여준다. 두 그래프가 밀접하게 일치한다는 것은 색소들이 광합성을 주도함을 의미한다.
*흡수 스트럼과 활성 스펙트럼이 일치: 파란색과 붉은색 빛이 가장 많이 사용되고, 녹색 빛은 가장 적게 사용됨
색소를 **크로마토그래피(chromatography)**로 분리할 수 있다: 색소들은 종이에 오르는 거리가 다르다. 각 색소는 Rf 값(색소가 이동한 거리 ÷ 용매가 이동한 거리)으로 식별된다.
*각 색소는 자체 이동 거리를 따라 종이를 올라가고, Rf 값은 점의 이동 거리 ÷ 용매의 이동 거리임
In the thylakoids, light is used to make ATP. This is photophosphorylation 光合磷酸化, and it comes in two forms.
In cyclic photophosphorylation 循环光合磷酸化:
only photosystem 光系统 I (PSI) is used.
photoactivation 光激活 of chlorophyll occurs (light boosts its electrons 电子 to a higher energy).
only ATP is made.
In non-cyclic photophosphorylation 非循环光合磷酸化:
both photosystem I (PSI) and photosystem II (PSII) are used.
photoactivation of chlorophyll occurs.
the oxygen-evolving complex 放氧复合体 carries out the photolysis 光解 (splitting by light) of water, which releases oxygen 氧气.
both ATP and reduced NADP are made.
In both forms, energy is released in the same way:
energetic electrons pass along an electron transport chain 电子传递链, releasing energy as they go.
this energy is used to pump protons 质子 across the thylakoid membrane.
the protons flow back into the stroma through ATP synthase ATP合酶, and this flow provides the energy to make ATP.
한국어
티락로이드에서 빛을 사용하여 ATP를 생성한다.これを **광인산화(photophosphorylation)**라고 하며, 두 가지 형태로 나타난다.
**순환 광인산화(cyclic photophosphorylation)**에서:
**광계I(photo system I, PSI)**만 사용된다.
엽록소의 **광활성化(photoactivation)**가 발생한다(빛이 전자들의 에너지를 높임).
ATP만 생성된다.
비순환 광인산화에서:
광계 I(PSI)와 광계 II(PSII)가 모두 사용된다.
엽록소의 광활성이 발생합니다.
산소 방출 복합체는 물의 광해리(빛에 의한 분해)를 수행하여 산소를 방출한다.
ATP와 환원된 NADP가 모두 생성된다.
비순환 광인산화에서는 광해리가 물을 분해하고, 전자는 PSII → PSI로 흐르며 ATP와 환원된 NADP가 생성됨
두 형태 모두 에너지가 다음과 같은 방식으로 방출된다:
고에너지 전자가 전자 전달 체인을 따라 이동하면서 에너지를 방출한다.
이 에너지는 양성자를 라코이드 막을 가로질러 펌핑하는 데 사용된다.
양성자는 ATP 합성효소를 통해 스마로 다시 유입되며, 이 흐름이 ATP 생성에 필요한 에너지를 제공한다.
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The light-dependent stage · 광의존 단계
Step through it. Light excites electrons and splits water; the result is ATP, reduced NADP and oxygen. · 단계별로 확인하십시오. 빛이 전자(electrons)를 여기시키고 물을 분해하며, 결과물은 ATP, 환원 NADP 및 산소입니다.
electron transport chain/ɪˈlektrɒn ˈtrænspɔːt tʃeɪn/
전자 전달계
proton/ˈprəʊtɒn/
proton
ATP synthase/ˌeɪ tiː ˈpiː ˈsɪnθeɪs/
ATP 합성효소
fixation/fɪkˈseɪʃn/
고정
enzyme/ˈenzaɪm/
효소
regenerate/riːˈdʒenəreɪt/
재생/regenerate
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/
아미노산
carbohydrate/ˌkɑːbəʊˈhaɪdreɪt/
탄수화물
lipid/ˈlɪpɪd/
지질
13.1
The Calvin cycle · 카반 순환
English
The light-independent stage builds sugars in three main steps:
fixation 固定 — the enzyme 酶 rubisco joins carbon dioxide to a 5-carbon molecule, RuBP (ribulose bisphosphate). This makes two molecules of a 3-carbon compound, GP (glycerate 3-phosphate).
reduction — GP is reduced to TP (triose phosphate) using reduced NADP and ATP from the light-dependent stage.
regeneration — most of the TP is used to regenerate 再生 the RuBP (using more ATP), so the cycle can keep running.
Some TP leaves the cycle to make useful molecules. GP can be used to make some amino acids 氨基酸, and TP can be used to make carbohydrates 碳水化合物, lipids 脂质 and amino acids.
한국어
광 비의존 단계는 세 가지 주요 단계를 통해 당을 합성한다:
고정 — 효소인 루비스코가 탄산 가스를 5탄소 화합물인 RuBP(리불로스 이인산)에 결합시킨다. 이로 인해 3탄소 화합물인 GP(글리세린 3인산) 두 분자가 생성된다.
환원 — GP는 광 의존 단계에서 생성된 환원된 NADP와 ATP를 사용하여 TP(트리오스 인산)로 환원된다.
재생 — 대부분의 TP는RuBP를 재생성하는 데 사용되며(추가 ATP 필요), 이를 통해 순환이 계속 유지된다.
고정은 RuBP에 CO₂를 추가함; 환원은 ATP와 환원된 NADP를 사용하여 TP를 만듦; 재생은 RuBP를 다시 만듦; 일부 TP는 당으로 전환됨
일부 TP가 순환에서 빠져나와 유용한 분자를 만든다. GP는 일부 아미노산을 만드는 데 사용될 수 있으며, TP는 탄수화물, 지질 및 아미노산을 만드는 데 사용될 수 있다.
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The Calvin cycle · 칼빈 회로
Step around the cycle. CO₂ is fixed onto RuBP, reduced to sugar using the light-stage's ATP and NADP, and RuBP is regenerated. · 회로의 한 단계. CO₂가 RuBP에 고정되어, 광반응에서 생성된 ATP와 NADP를 사용하여 당으로 환원되며, RuBP가 재생됩니다.
13.2
Limiting factors · 제한 요인
Syllabus
English
state that light intensity, carbon dioxide concentration and temperature are examples of limiting factors of photosynthesis
explain the effects of changes in light intensity, carbon dioxide concentration and temperature on the rate of photosynthesis
describe and carry out investigations using redox indicators, including DCPIP and methylene blue, and a suspension of chloroplasts to determine the effects of light intensity and light wavelength on the rate of photosynthesis
describe and carry out investigations using whole plants, including aquatic plants, to determine the effects of light intensity, carbon dioxide concentration and temperature on the rate of photosynthesis
한국어
빛의 강도, 이산화탄소 농도 및 온도가 광합성의 한계 요인의 예임을 명시하시오
빛의 강도, 이산화탄소 농도 및 온도의 변화가 광합성 속도에 미치는 영향을 설명하시오
DCPIP 및 메틸렌 블루를 포함한 산화환원 지시제와 클로로플라스트 현탁액을 사용하여 광합성 속도에 빛의 강도와 빛의 파장이 미치는 영향을 결정하는 실험을 서술하고 수행하시오
수생식물을 포함한 전체 식물(whole plants)을 사용하여 광합성 속도에 빛의 강도, 이산화탄소 농도 및 온도가 미치는 영향을 결정하는 실험을 서술하고 수행하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
A limiting factor 限制因素 is the one in shortest supply that holds back the rate of photosynthesis. The three main ones are light intensity 光照强度, carbon dioxideconcentration 浓度, and temperature 温度.
raising light intensity speeds up photosynthesis, until some other factor becomes limiting.
raising carbon dioxide concentration speeds it up, until some other factor becomes limiting.
raising temperature speeds it up, but only to an optimum; too high and the enzymes denature.
You can measure the rate of the light-dependent stage with a redox indicator 指示剂 such as DCPIP or methylene blue and a suspension of chloroplasts: the dye loses its colour as the chloroplasts work, and you can test different light intensities or light wavelengths 波长. With a whole aquatic plant 水生植物 you can count the bubbles of oxygen given off to compare rates under different conditions.
Worked example. A plant photosynthesising steadily is suddenly deprived of carbon dioxide. What happens to the levels of GP and RuBP? Follow the cycle one step at a time. Carbon dioxide is fixed when RuBP combines with it, catalysed by rubisco, to make GP. Remove the carbon dioxide and that reaction stops, so GP is no longer being made - yet GP continues to be used up, reduced to TP using ATP and reduced NADP. So GP falls. Meanwhile RuBP is still being regenerated from TP but is no longer being consumed, so RuBP rises. The method never changes: find the reaction that stops, then ask of each substance whether it is still being made and still being used. Removing the light instead gives the mirror image: with no ATP or reduced NADP, GP cannot be reduced, so GP rises and RuBP falls.
한국어
제한 요인은 광합성 속도를 저해하는 가장 부족한 요소이다. 세 가지 주요 제한 요인은 빛의 강도, 탄산 가스 농도, 그리고 온도이다.
빛의 강도를 높이면 다른 요인이 제한 요인이 될 때까지 광합성이 빨라진다.
탄산 가스 농도를 높이면 다른 요인이 제한 요인이 될 때까지 광합성이 빨라진다.
온도를 높이면 최적점까지 광합성이 빨라지지만, 너무 높으면 효소가 변성된다.
속도가 상승할 때는 빛이 제한 요인이며, 평평해지는 지점에서는 다른 요인(CO₂ 또는 온도)이 속도를 제한함
광 의존 단계의 속도를 DCPIP 또는 메틸렌 블루와 같은 산화-환원 지시약과 엽록체 현탁액을 사용하여 측정할 수 있다: 엽록체가 작용하면 염료가 색을 잃으며, 서로 다른 빛의 강도나 빛의 파장을 테스트할 수 있다. 전체 수생 식물을 사용할 경우 서로 다른 조건 하에서 속도를 비교하기 위해 방출되는 산소 기포를 세어볼 수 있다.
작업 예시. 일정한 속도로 광합성을 하는 식물이 갑자기 탄산 가스를 공급받지 못하면 GP와 RuBP의 수준에는 어떤 변화가 생기는가? 순환을 한 단계씩 따라가서 확인하라. 탄산 가스는 루비스코에 의해 촉매되어 RuBP와 결합할 때 GP를 만들어 고정된다. 탄산 가스를 제거하면 그 반응이 멈추므로 GP가 더 이상 생성되지 않는다—그런데도 GP는 사용되어 ATP와 환원된 NADP로 TP로 환원된다. 따라서 GP가 감소한다. 동시에 RuBP는 여전히 TP로부터 재생되지만 더 이상 소비되지 않으므로 RuBP가 증가한다. 이 방법은 항상 동일하다: 멈춘 반응을 찾아보고 각 물질이 여전히 생성되고 있는지, 여전히 사용되고 있는지를 질문하라는 것이다. 대신 빛을 제거하면 반대 결과가 나타난다: ATP나 환원된 NADP가 없으므로 GP는 환원될 수 없어 GP가 증가하고 RuBP가 감소한다.
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What limits photosynthesis · 광합성을 제한하는 요인
Change light and CO₂. The rate is set by whichever factor is in shortest supply — raising the others won't help. · 빛과 CO₂를 변경하세요. 속도는 가장 부족한 요인에 의해 결정되므로 다른 요인을 높여도 도움이 되지 않습니다.
Separate the two stages: light-dependent (thylakoid — photolysis, ATP, reduced NADP, O2) and the Calvin cycle (stroma — CO2 fixed by rubisco, GP → TP).
Read limiting-factor graphs: the plateau is where a different factor (light, CO2 or temperature) limits the rate.
Interpret chromatography with the $R_f$ value to identify pigments.
Link chloroplast structure to function (thylakoid stacks for the light reactions; stroma for the Calvin cycle).
한국어
두 단계를 분리합니다: 광반응 (테일라코이드 — 광해수분, ATP, 환원 NADP, O2) 및 캘빈 회로 (스트롬 — rubisco에 의한 CO2 고정, GP → TP).
제한 요인 그래프 읽기: 평탄 구간에서는 다른 요인(빛, CO2 또는 온도)이 속도를 제한함.
explain what is meant by homeostasis and the importance of homeostasis in mammals
explain the principles of homeostasis in terms of internal and external stimuli, receptors, coordination systems (nervous system and endocrine system), effectors (muscles and glands) and negative feedback
state that urea is produced in the liver from the deamination of excess amino acids
describe the structure of the human kidney, limited to: • fibrous capsule • cortex • medulla • renal pelvis • ureter • branches of the renal artery and renal vein
Identify, in diagrams, photomicrographs and electron micrographs, the parts of a nephron and its associated blood vessels and structures, limited to: • glomerulus • Bowman’s capsule • proximal convoluted tubule • loop of Henle • distal convoluted tubule • collecting duct
describe and explain the formation of urine in the nephron, limited to: • the formation of glomerular filtrate by ultrafiltration in the Bowman’s capsule • selective reabsorption in the proximal convoluted tubule
relate the detailed structure of the Bowman’s capsule and proximal convoluted tubule to their functions in the formation of urine
describe the roles of the hypothalamus, posterior pituitary gland, antidiuretic hormone (ADH), aquaporins and collecting ducts in osmoregulation
describe the principles of cell signalling using the example of the control of blood glucose concentration by glucagon, limited to: • binding of hormone to cell surface receptor causing conformational change • activation of G-protein leading to stimulation of adenylyl cyclase • formation of the second messenger, cyclic AMP (cAMP) • activation of protein kinase A by cAMP leading to initiation of an enzyme cascade • amplification of the signal through the enzyme cascade as a result of activation of more and more enzymes by phosphorylation • cellular response in which the final enzyme in the pathway is activated, catalysing the breakdown of glycogen
explain how negative feedback control mechanisms regulate blood glucose concentration, with reference to the effects of insulin on muscle cells and liver cells and the effect of glucagon on liver cells
explain the principles of operation of test strips and biosensors for measuring the concentration of glucose in blood and urine, with reference to glucose oxidase and peroxidase enzymes
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Negative feedback: blood glucose
Homeostasis 稳态 means keeping the conditions inside the body steady, even when the outside changes. Keeping things like temperature, water and blood glucose steady lets enzymes and cells work properly all the time.
A blood glucose meter: homeostasis keeps blood glucose within narrow limits
The principles of homeostasis
Most homeostasis follows the same plan:
a change (an internal or external stimulus 刺激) is detected by a receptor 受体.
a coordination system carries the message — either the nervous system 神经系统 (using nerve signals) or the endocrine system 内分泌系统 (using hormones 激素).
an effector 效应器 (a muscle or a gland 腺体) makes a response that corrects the change.
Sweating cools the body — part of temperature homeostasis, with the skin as the effector
This works by negative feedback 负反馈: a change away from the normal level triggers a response that pushes it back towards normal.
Negative feedback: a receptor detects a change and an effector corrects it, returning to normal
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Homeostasis · 홈오스타시스
negative feedback to a set point · 표준값(set point)에 대한 음성 피드백
Drag the disturbance. A change is corrected back to the set point — the basis of all homeostasis. · 교란을 드래그하세요. 변화가 표준값으로 교정되는 것이 모든 홈오스타시스의 기반입니다.
The body cannot store extra amino acids. In the liver 肝脏, the process of deamination 脱氨基作用 removes the amino group from excess amino acids 氨基酸, and this is turned into urea 尿素. The urea is carried in the blood to the kidneys to be removed.
The kidney 肾脏 cleans the blood and controls its water content. Its parts are:
an outer fibrous capsule,
an outer region, the cortex 皮质,
an inner region, the medulla 髓质,
a central space, the renal pelvis 肾盂, which collects urine,
the ureter 输尿管, which carries urine to the bladder,
branches of the renal artery (bringing blood in) and renal vein (taking blood out).
A section through the kidney: blood is cleaned in the cortex and medulla, and urine collects in the renal pelvis before leaving down the ureter
The nephron
Each kidney holds about a million tiny tubes called nephrons 肾单位. Along a nephron are: the glomerulus 肾小球 (a knot of capillaries), the Bowman's capsule 鲍曼囊 around it, the proximal convoluted tubule 近曲小管, the loop of Henle 亨利环, the distal convoluted tubule 远曲小管, and the collecting duct 集合管.
Ultrafiltration happens in the Bowman's capsule; selective reabsorption happens in the proximal convoluted tubule
Making urine
Ultrafiltration 超滤 happens in the Bowman's capsule. The blood in the glomerulus is under high pressure, so water and small molecules (glucose 葡萄糖, ions 离子, urea) are pushed out into the capsule, forming the filtrate 滤液. Blood cells and large proteins are too big to pass, so they stay in the blood.
Selective reabsorption 选择性重吸收 happens in the proximal convoluted tubule. Useful substances are taken back into the blood. All the glucose and much of the water and ions are reabsorbed here. The tubule wall is well suited to this: its cells have microvilli 微绒毛 to give a large surface area, and many mitochondria 线粒体 to power active transport 主动运输.
Ultrafiltration keeps blood cells and proteins in the blood
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Explore the nephron · 네프론 알아보기
Tap each part. Filtration happens at the top; the long tubule then reabsorbs what the body needs, leaving urine. · 각 부분을 클릭하십시오. 여과는 상단에서 일어나고, 긴 관은 신체에 필요한 물질을 재흡수하여 소변을 남깁니다.
Osmoregulation 渗透调节 controls the water content of the blood. It is run by the brain:
the hypothalamus 下丘脑 detects the water potential 水势 of the blood.
when the blood is too concentrated, the pituitary gland 垂体 releases antidiuretic hormone 抗利尿激素 (ADH).
ADH makes the collecting ducts more permeable to water by adding water channels called aquaporins 水通道蛋白.
more water is then reabsorbed back into the blood, so less, more concentrated urine is made. This is negative feedback.
ADH makes the collecting ducts reabsorb more water, restoring the blood's water content by negative feedback
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The ADH pathway · ADH 경로
Step through it. When the blood gets too concentrated, ADH makes the kidney save water — classic negative feedback. · 단계별로 확인하십시오. 혈액이 너무 농축되면 ADH가 신장에서 수분을 보존하도록 하여 — 전형적인 음성 피드백입니다.
When blood glucose falls, the hormone glucagon 胰高血糖素 is released. It shows how a hormone passes its message into a cell — cell signalling 细胞信号传递:
glucagon binds to a receptor on the liver cell surface, causing a conformational change 构象变化 (a change in the receptor's shape).
this activates a G-protein G蛋白, which switches on the enzyme adenylyl cyclase 腺苷酸环化酶.
adenylyl cyclase makes a second messenger 第二信使 inside the cell, called cyclic AMP 环腺苷酸 (cAMP).
cAMP activates protein kinase A 蛋白激酶A, which starts an enzyme cascade 酶级联反应 — one enzyme 酶 switches on the next, by phosphorylation 磷酸化.
because each enzyme switches on many of the next, the signal is greatly amplified 放大.
the final enzyme breaks down glycogen 糖原 into glucose, which raises the blood glucose level.
The signal passes through a second messenger (cAMP) and an enzyme cascade — each step activates many, so the signal is amplified
Negative feedback and blood glucose
Blood glucose is held steady by two hormones working against each other:
when glucose is high, insulin 胰岛素 makes muscle and liver cells take in glucose and store it as glycogen, lowering the level.
when glucose is low, glucagon makes liver cells break glycogen back into glucose, raising the level.
Insulin and glucagon work against each other to keep blood glucose steady
Measuring glucose
Test strips 试纸 and biosensors 生物传感器 measure glucose in blood or urine. They use the enzymes glucose oxidase 葡萄糖氧化酶 and peroxidase 过氧化物酶, which react with glucose to give a colour change (or an electric signal in a biosensor) that shows how much glucose is present.
Worked example. A person drinks a large volume of water. Trace the homeostatic response. The blood's water potential rises (becomes less negative). Osmoreceptors in the hypothalamus detect this, so the posterior pituitary releases less ADH. With less ADH, fewer aquaporins are inserted into the collecting duct's membranes, so the duct becomes less permeable to water. Less water is reabsorbed, so a large volume of dilute urine is produced and the blood's water potential falls back towards normal. That return to the set point is what makes it negative feedback - the response reverses the original change. Name the receptor, the hormone, the effector and the correction: an answer that jumps from "drinks water" straight to "more urine" skips every marking point in between.
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Controlling blood glucose · 혈당 조절
Push blood glucose away from its set point, then watch negative feedback bring it back: insulin lowers a high level, glucagon raises a low one. · 혈당 수치를 설정 지점에서 멀게 한 후, 음성 피드백이 이를 다시 정상으로 돌리는 과정을 관찰하세요: 인슐린은 높은 수치를 낮추고, 글루카곤은 낮은 수치를 높입니다.
explain that stomata respond to changes in environmental conditions by opening and closing and that regulation of stomatal aperture balances the need for carbon dioxide uptake by diffusion with the need to minimise water loss by transpiration
explain that stomata have daily rhythms of opening and closing
describe the structure and function of guard cells and explain the mechanism by which they open and close stomata
describe the role of abscisic acid in the closure of stomata during times of water stress, including the role of calcium ions as a second messenger
한국어
기공이 환경 조건 변화에 따라 열리고 닫음에 반응하며, 기공 개도도의 조절이 확산에 의한 이산화탄소 흡수의 필요성과 증산에 의한 수분 손실을 최소화하려는 필요성 사이의 균형을 맞춘다고 설명하십시오.
기공에는 매일 반복되는 열림과 닫힘 리듬이 있음을 설명하십시오.
경피 세포의 구조와 기능을 서술하고, 이들이 기공을 열고 닫는 메커니즘을 설명하십시오.
물 스트레스 시기에 아브시신산이 기공 폐색에果た하는 역할을 서술하십시오.其中包括作为第二信使的칼슘 이온의 역할을 포함합니다.
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Stomata 气孔 are pores in a leaf. The plant opens and closes them to balance two needs: letting in carbon dioxide 二氧化碳 for photosynthesis 光合作用, and limiting water loss by transpiration 蒸腾作用. Stomata usually open by day and close at night, following a daily rhythm.
Each stoma is opened and closed by two guard cells 保卫细胞 around it:
to open: the guard cells pump in ions, so their water potential falls and water enters by osmosis 渗透. They swell and bend apart, opening the pore.
to close: ions leave, water follows out, the guard cells go floppy, and the pore closes.
Guard cells open the stoma by taking in water and turgid; they close it by losing water and going floppy
When the plant is short of water (water stress 水分胁迫), the hormone abscisic acid 脱落酸 is released. It makes the guard cells lose ions and water so the stomata close, saving water. In this signalling, calcium ions 钙离子 act as a second messenger inside the guard cells.
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How a stoma opens · 기공이 여는 방식
Step through it. Guard cells pump in ions, draw in water by osmosis, swell turgid and bend apart — opening the pore. · 단계별로 확인하십시오. 수호세포가 이온을 프업하여 삼투작용으로 물을 끌어들이고 팽창하며 뒤틀려 틈을 엽니다 — 구멍이 열립니다.
describe the features of the endocrine system with reference to the hormones ADH, glucagon and insulin (see 14.1.8, 14.1.9 and 14.1.10)
compare the features of the nervous system and the endocrine system
describe the structure and function of a sensory neurone and a motor neurone and state that intermediate neurones connect sensory neurones and motor neurones
outline the role of sensory receptor cells in detecting stimuli and stimulating the transmission of impulses in sensory neurones
describe the sequence of events that results in an action potential in a sensory neurone, using a chemoreceptor cell in a human taste bud as an example
describe and explain changes to the membrane potential of neurones, including: • how the resting potential is maintained • the events that occur during an action potential • how the resting potential is restored during the refractory period
describe and explain the rapid transmission of an impulse in a myelinated neurone with reference to saltatory conduction
explain the importance of the refractory period in determining the frequency of impulses
describe the structure of a cholinergic synapse and explain how it functions, including the role of calcium ions
describe the roles of neuromuscular junctions, the T-tubule system and sarcoplasmic reticulum in stimulating contraction in striated muscle
describe the ultrastructure of striated muscle with reference to sarcomere structure using electron micrographs and diagrams
explain the sliding filament model of muscular contraction including the roles of troponin, tropomyosin, calcium ions and ATP
한국어
ADH, 글루카곤 및 인슐린 호르몬에 대한 참고를 들어 내분비계의 특징을 서술하십시오(14.1.8, 14.1.9 및 14.1.10 참조).
신경계와 내분비계의 특징을 비교하십시오.
감각 신경원 및 운동 신경원의 구조와 기능을 서술하고, 중간 신경원이 감각 신경원과 운동 신경원을 연결한다는 점을 명시하십시오.
감각 수용체 세포가 자극을 감지하고 감각 신경원 내 임펄스 전달을 자극하는 역할을 요약하십시오.
감각 신경세포에서 액션 포텐셜이 발생하는 일련의 사건을 인체 미뢰에 있는 화학 수용체 세포를 예로 들어 설명하시오
막 전위의 변화를 서술하고 설명하시오. 다음을 포함: • 정지 전위가 어떻게 유지되는가 • 액션 포텐셜 중 일어나는 사건들 • 재분극 기간 동안 정지 전위가 어떻게 회복되는가
** Saltatory conduction(도약 전도)** 을 참고하여 유질막 신경에서의 신호 급속 전달을 서술하고 설명하시오
재분극 기간이 신호의 주파수를 결정하는 데 중요한 이유를 설명하시오
아세틸콜린성 시냅스의 구조를 서술하고 그 작동 원리를 설명하시오. 칼슘 이온의 역할도 포함할 것
근육 수축을 자극하는 데 있어 신경근 접합, T-관계 시스템 및 사르코플라직 망의 역할을 서술하시오
전자 현미경 사진과 도표를 사용하여 근섬유 단위의 구조를 사르코메어 구조와 함께 서술하시오
muscular contraction의 sliding filament model을 설명하고, troponin, tropomyosin, calcium ions 및 ATP의 역할을 포함하시오.
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
The body has two coordination systems. The endocrine system 内分泌系统 sends chemical hormones 激素 (such as ADH, glucagon and insulin) in the blood. The nervous system 神经系统 sends fast electrical signals along nerve cells.
Feature
Nervous system
Endocrine system
signal
electrical impulse 冲动
chemical hormone
transport
along nerve cells
in the blood
speed
very fast
slower
how long it lasts
short
longer
한국어
身体는 두 가지 조율 시스템을 가집니다. 내분비계는 혈류 중 chemical 호르몬(예: ADH, 글루카곤, 인슐린)을 보냅니다. 신경계는 신경세포를 따라 빠른 electrical 신호를 보냅니다.
신경 조절은 빠르고 전기적이며; 호르몬 조절은 느리고 화학적이다인간 뇌의 스캔, 신경계의 조절 중심
특징
신경계
내분비계
신호
electrical 전극
chemical 호르몬
운반
신경 세포를 따라
혈액 내에서
속도
매우 빠름
느림
지속 시간
짧음
더 길음
15.1
Neurones · 뉴론
English
A neurone 神经元 is a nerve cell. There are three kinds:
a sensory neurone 感觉神经元 carries impulses from a receptor towards the brain or spinal cord.
a motor neurone 运动神经元 carries impulses out to an effector, such as a muscle 肌肉.
intermediate neurones 中间神经元 connect sensory neurones to motor neurones.
A neurone has a long fibre (the axon) along which the impulse travels.
This is what real neurones look like in a stained slice of brain tissue:
한국어
뉴론은 신경세포입니다. 세 가지 종류가 있습니다:
감각 뉴론은 수용체로부터 뇌 또는 척수로 전극을 전달합니다.
운동 뉴론은 근육과 같은 효과기로 전극을 내보냅니다.
중간 뉴론은 감각 뉴론과 운동 뉴론을 연결합니다.
뉴론은 전극이 이동하는 긴 섬유(축삭)를 가지고 있습니다.
운동 뉴론: 전극은 축삭을 따라 이동하며, 미엘린 피막의 간격(랑비에 결절) 사이를 점프합니다
실제 뉴론의 모습은 염색된 뇌 조직 절편에서 다음과 같습니다:
갈색으로 염색된 실제 뉴론: 세포체와 각 세포 간 신호를 운반하는 얇은 돌기를 볼 수 있습니다
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Explore a motor neurone · 운동성 신경세포 탐색하기
Tap each part. The impulse travels from the cell body down the long axon to the terminals, jumping between the myelin gaps. · 각 부분을 클릭하십시오. 신호가 세포체에서 긴 축삭을 따라 말단까지 이동하며, 미엘린 간극 사이를 점프합니다.
A sensory receptor 感受器 cell detects a stimulus 刺激 and starts an impulse in a sensory neurone. For example, a chemoreceptor 化学感受器 cell in a taste bud 味蕾 detects chemicals in food, and this triggers an action potential 动作电位 in the sensory neurone.
한국어
감각 수용체 세포가 자극을 감지하여 감각 뉴론에서 전극을 시작합니다. 예를 들어, 맛受体의 ** tasted bud**에 있는 화학 수용체 세포가 음식 속 화학 물질을 감지하고, 이는 감각 뉴론에서 작용 전위를 유발합니다.
반사 아크: 자극 → 수용체 → 감각 뉴론 → 중계 → 운동 뉴론 → 효과기 → 반응
15.1
The nerve impulse · 신경 전극
English
The impulse is a change in the voltage across the neurone's membrane.
resting potential 静息电位 — when no impulse passes, the inside is negative compared to the outside. This is maintained by a pump that moves sodium ions out and potassium ions in, and by the membrane being more permeable to potassium.
action potential — a stimulus makes sodium channels open, so sodium ions rush in and the inside briefly becomes positive (depolarisation). Then potassium channels open, potassium ions leave, and the membrane potential 膜电位 returns to negative (repolarisation).
refractory period 不应期 — just after an action potential, the sodium channels cannot open again for a short time. This restores the resting potential and sets a limit on how often impulses can be sent (their frequency).
Faster impulses: myelin
Some neurones are wrapped in a fatty myelin sheath 髓鞘. The impulse cannot cross the sheath, so it jumps from one gap to the next. This jumping, called saltatory conduction 跳跃式传导, makes the impulse travel much faster.
한국어
전극은 뉴론 막 전체의 전압 변화입니다.
정지 전위 — 전극이 통과하지 않을 때, 내부가 외부에 비해 음전하입니다. 이는 나트륨 이온을 밖으로, 칼륨 이온을 안으로運搬하는 펌프 및 막이 칼륨에 대해 더 투과성이라는 사실에 의해 유지됩니다.
작용 전위 — 자극이 나트륨 채널을 열면 나트륨 이온이 급격히 유입되어 내부가 잠시 양전하가 됩니다(분극화). 이후 칼륨 채널이 열려 칼륨 이온이 빠져나가고 막 전위가 다시 음전하로 돌아갑니다(재분극화).
재현기(refractory period) — 활동전위 직후 나트륨 채널이 잠시 동안 다시 열리지 못합니다. 이로 인해 정지 전위가 회복되고 신호 전달 빈도(주파수)에 제한이 설정됩니다.
일부 신경세포는 지방성 **미엘린 피복(myelin sheath)으로 감싸여 있습니다. 신호가 이 피복을 건널 수 없으므로 한 간격에서 다음 간격으로 점프합니다. 이 점프 현상은 ** Saltatory conduction이라 불리며, 신호가 훨씬 빠르게 이동하게 합니다.
*신호는 결절에서 결절로 점프하며 — Saltatory conduction — 따라서 미yelinated 신경세포의 전달 속도가 훨씬 빠름
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The action potential · 액션 포텐셜
Step through one nerve impulse: a rapid depolarisation as Na⁺ enters, then repolarisation as K⁺ leaves, then recovery. · 신경 신호 하나를 단계별로 진행합니다: Na⁺가 유입되면서 일어나는 빠른 탈분극, K⁺가 이탈하면서 이루어지는 재분극, 그리고 회복 단계를 거칩니다.
A synapse 突触 is a tiny gap between two neurones. A cholinergic synapse 胆碱能突触 passes the signal like this:
the impulse arrives and makes calcium ions 钙离子 enter the first neurone.
this makes vesicles release a neurotransmitter 神经递质 called acetylcholine 乙酰胆碱.
the acetylcholine diffuses across the gap and binds to receptors on the next neurone.
this starts a new impulse in the next neurone.
한국어
시냅스는 두 신경세포 사이의 미세한 틈입니다. **아세틸콜린성 시냅스(cholinergic synapse)**는 다음과 같이 신호를 전달합니다:
임펄스가 도착하면 칼슘 이온이 첫 번째 신경세포로 진입하도록 유도함.
이는 **아세틸콜인(acetylcholine)**이라는 **신경전달물질(neurotransmitter)**을 방출하는 소포(vesicles)를 만듭니다.
아세틸콜인은 틈을 따라 확산하여 다음 신경세포의 수용체에 결합합니다.
이로 인해 다음 신경세포에서 새로운 신호가 시작됩니다.
*시냅스에서 아세틸콜인은 간극을 따라 확산하여 수용체에 결합하고, 다음 신경세포에서 새로운 신호를 시작함
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Across a synapse · 시냅스 너머로
Step through it. The electrical impulse becomes a chemical one — neurotransmitter carries the signal across the gap. · 단계별로 확인하십시오. 전기 신호가 화학 신호로 변합니다 — 신경전달 물질이 간극을 가로질러 신호를 전달합니다.
A neuromuscular junction 神经肌肉接头 is like a synapse, but between a motor neurone and a muscle.
Striated muscle 横纹肌 is made of long fibres. Each fibre is divided into repeating units called sarcomeres 肌节. Inside are two kinds of filament 肌丝: thick ones (myosin) and thin ones (actin). The T-tubule T小管 system carries the impulse deep into the fibre, and the sarcoplasmic reticulum 肌质网 stores and releases calcium ions.
The sliding filament model 肌丝滑动模型 explains contraction:
an impulse causes the sarcoplasmic reticulum to release calcium ions.
the calcium ions bind to troponin 肌钙蛋白, which makes tropomyosin 原肌球蛋白 move and uncover the binding sites on the actin.
the myosin heads attach to the actin and pull it inwards, using energy from ATP.
the thin filaments slide over the thick ones, so each sarcomere gets shorter and the muscle contracts.
한국어
**신근접합부(neuromuscular junction)**은 운동 신경세포와 근육 사이라는 점에서 시냅스와 유사합니다.
섬유성 근 striated muscle은 긴 섬유로 이루어져 있습니다. 각 섬유는 반복되는 단위인 **사르코메어(sarcomeres)**로 나뉩니다. 내부에는 두 종류의 **필라멘트(filament)**가 있으며, 굵은 ones(미오신 myosin)과 얇은 ones(액틴 actin)입니다. T-관 T-tubule 시스템은 신호를 섬유 깊숙이 전달하고, 삼키플라스마reticulum은 칼슘 이온을 저장하고 방출합니다.
*'섬유성(striated)'라는 이름의 유래입니다. 각 반복되는 짙고 밝은 블록은 하나의 사르코메어이며, 띠들은 서로 다른 양으로 겹치는 굵고 얇은 필라멘트입니다. 근육이 수축할 때 필라멘트가 서로 밀려 지나가고 각 사르코메어는 짧아집니다
칼슘 이온이 **트로포닌(troponin)**에 결합하여 **트로포미오신(tropomyosin)**을 움직이고 액틴의 결합 부위를 드러냅니다.
미오신 헤드가 액틴에 부착되어 ATP의 에너지를 사용하여 안쪽으로 당깁니다.
얇은 필라멘트가 굵은 필라멘트 위를 밀려 지나가므로 각 사르코메어가 짧아지고 근육이 수축합니다.
*슬라이딩 필라멘트 모델: 얇은 액틴이 굵은 미오신 위를 밀려 지나가므로 사르코메어가 짧아짐
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How a muscle contracts · 근육이 수축하는 방법
Step through the sliding filament model — calcium uncovers the binding sites, then myosin pulls the actin inwards. · 슬라이딩 필라멘트 모델을 단계별로 설명합니다 — 칼슘이 결합 부위를 드러내면, 미오신이 액틴을 안쪽으로 당깁니다.
Control and coordination in plants · 식물에서의 조절 및 조율
Syllabus
English
describe the rapid response of the Venus fly trap to stimulation of hairs on the lobes of modified leaves and explain how the closure of the trap is achieved
explain the role of auxin in elongation growth by stimulating proton pumping to acidify cell walls
describe the role of gibberellin in the germination of barley (see 16.3.4)
한국어
변형된 잎의 엽연에 있는 모발이 자극받을 때 날벌레의 빠른 반응을 서술하고, 함Trap이 닫히는 메커니즘을 설명하시오
옥신이 프로톤 펌핑을 자극하여 세포벽을 산성화함으로써 신장 성장에 미치는 역할을 설명하시오
보리의 발아 과정에서 지베렐린의 역할을 서술하시오 (16.3.4 참조)
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
The Venus fly trap
The Venus fly trap 捕蝇草 has tiny hairs on its trap-like leaves. When an insect touches the hairs, a fast electrical signal spreads, the cells quickly lose water and change shape, and the trap snaps shut to catch the insect.
Auxin and growth
Auxin 生长素 is a plant hormone that makes cells grow longer (elongation 伸长 growth). It does this by making the cell pump protons 质子 (hydrogen ions) into the cell wall 细胞壁. This acidifies 酸化 the wall, which loosens it, so the cell can stretch as water enters.
Gibberellin and germination
Gibberellin 赤霉素 controls the germination 萌发 of barley 大麦 seeds. It switches on the genes that make amylase, which then breaks down stored starch into sugars to feed the growing seedling.
Worked example. Explain why a nerve impulse crosses a synapse in one direction only, and why myelination speeds it up along an axon. At a synapse the vesicles of neurotransmitter are found only in the presynaptic neurone, and the receptors only on the postsynaptic membrane - so transmitter can only ever cross one way, which makes the synapse a one-way valve. Along a myelinated axon the myelin sheath insulates the membrane, so ions can only cross at the nodes of Ranvier; the impulse therefore jumps from node to node (saltatory conduction) instead of depolarising every part of the membrane in turn, which is far faster and uses less ATP. Locate the structure responsible for each effect: vesicles and receptors give the direction, insulation and nodes give the speed.
한국어
베너스 플라이트랩(Venus fly trap)
베너스 플라이트랩은 함정 모양 잎에 미세한 털이 있습니다. 곤충이 이 털에 닿으면 빠른 전기 신호가 퍼지고, 세포들이 빠르게 물을 잃으며 형태를 바꾸고, 함정이 곤충을 잡으려면 단단히 닫힙니다.
*열린 함정. 가장자리 주변의 긴 가시는 곤충을 가두기 위한 것일 뿐입니다. 붉은 표면에 서 있는 몇 개의 짧은 단단한 자극 털(trigger hairs)이触碰되어야만 신호가 발동됨
옥신(Auxin)과 성장
옥신은 세포를 길게 자라게 하는(신장 growth) 식물 호르몬입니다. 이는 세포가 **양성자(protons, 수소 이온)**를 **세포벽(cell wall)**으로 펌핑하게 하여 이를 산성화 acidifies함으로써 작용합니다. 이로 인해 벽이 느슨해져 물이 들어오면서 세포가 늘어날 수 있습니다.
*옥신의 '산성 성장': H⁺가 벽으로 펌핑되어 벽이 느슨해지고, 물이 유입되면서 세포가 더 길게 늘어나임
지베렐린(Gibberellin)과 발아
지베렐린은 보리 barley 종자의 발아 germination을 조절합니다. 아밀라아제(amylase)를 만드는 유전자를 켜고, 이 효소가 저장된 전분을 당으로 분해하여 자라고 있는 싹에 영양을 공급합니다.
작은 문제 풀이 예시. 신경 신호가 시냅스를 단방향 only으로 건넬 수 있는 이유와, 미yelination이 축삭을 따라 신호를 빠르게 하는 이유를 설명하시오. 시냅스에서神经전달물질의 **소포(vesicles)**는 전시냅스 presynaptic 신경세포에만 있고, **수용체(receptors)**는 후시냅스 postsynaptic 막에만 있으므로, 신경전달물질은 항상 한 방향으로만 건널 수 있어 시냅스는 일방통로와 같습니다. 미yelinated 축삭에서 미yel린 피복은 막을 절연 insulates하므로, 이온은 **랑비에 결절(nodes of Ranvier)**에서만 막을 건널 수 있습니다. 따라서 신호는 막의 모든 부분을 순차적으로 분극시키는 대신 결절에서 결절로 점프하며(saltatory conduction), 이는 훨씬 빠르고 ATP 사용량을 줄입니다. 각 효과에 관여하는 **구조(structure)**를 식별하시오: 소포와 수용체는 방향을, 절연과 결절은 속도를 담당함.
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Phototropism: bending to the light · 광유성: 빛 쪽으로 구부러짐
Step through it. Auxin gathers on the shaded side, makes those cells grow longer, and the shoot bends towards the light. · 단계별로 설명합니다. 옥신이 음영 쪽에 모여, 해당 세포들이 더 길게 자라게 하고, 줄기가 빛 방향으로 구부러집니다.
explain the meanings of the terms haploid (n) and diploid (2n)
explain what is meant by homologous pairs of chromosomes
explain the need for a reduction division during meiosis in the production of gametes
describe the behaviour of chromosomes in plant and animal cells during meiosis and the associated behaviour of the nuclear envelope, the cell surface membrane and the spindle (names of the main stages of meiosis, but not the sub-divisions of prophase I, are expected: prophase I, metaphase I, anaphase I, telophase I, prophase II, metaphase II, anaphase II and telophase II)
interpret photomicrographs and diagrams of cells in different stages of meiosis and identify the main stages of meiosis
explain that crossing over and random orientation (independent assortment) of pairs of homologous chromosomes and sister chromatids during meiosis produces genetically different gametes
explain that the random fusion of gametes at fertilisation produces genetically different individuals
한국어
용어 단배수(n) 와 이배수(2n) 의 의미를 설명하시오
동원 염색체 쌍의 의미를 설명하시오
배성 세포 생성 시 감수 분열 중 감수 분열이 필요한 이유를 설명하시오
식물 및 동물 세포의 감수 분열 중 염색체의 거동과 그에 수반되는 핵막, 세포 표면 막 및 방추대(s spindle)의 거동을 서술하시오. (감수 분열의 주요 단계 명칭은 요구되나, 전립상기 I의 하위 구분은 제외함: 전립상기 I, 중립기 I, 후립상기 I, 말립상기 I, 전립상기 II, 중립기 II, 후립상기 II, 말립상기 II)
감수 분열의 다른 단계에 있는 세포의 광학 현미경 사진과 도표를 해석하고 감수 분열의 주요 단계를 식별하시오
감수분열 중 상동 염색체 쌍 및 자매 염색单体의 교차와 **임의 배향(독립적 분배)**이 유전적으로 다른 배우체를 생성함을 설명한다
수정 시 배우체의 무작위 결합이 유전적으로 다른 개체를 생성함을 설명한다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
A diploid 二倍体 cell (2n) has two full sets of chromosomes 染色体 — one set from each parent. A haploid 单倍体 cell (n) has just one set.
A human egg cell (ovum) — a haploid gamete produced by meiosis
Chromosomes come in homologous chromosomes 同源染色体 pairs: the two chromosomes in a pair are the same length and carry the same genes 基因 (though they may carry different versions of them).
A human karyotype: the 46 chromosomes sorted into 23 homologous pairs (the last pair, X and Y, shows this is a male)A homologous pair carries the same genes at the same loci, but the alleles (versions) may differ
Gametes 配子 (sex cells) must be haploid. If they were diploid, the chromosome number would double at every generation. So gametes are made by a special division, meiosis 减数分裂, which halves the chromosome number.
Meiosis has two divisions, one after the other, so there are eight named stages: prophase I, metaphase I, anaphase I and telophase I, then prophase II, metaphase II, anaphase II and telophase II. As in mitosis, the nuclear envelope 核膜 breaks down, a spindle 纺锤体 forms, and the chromosomes are moved by the spindle.
Two divisions halve the chromosome number: meiosis I separates the homologous pair, meiosis II separates the chromatids — giving four haploid gametes
Meiosis makes the gametes genetically different from each other in two ways:
crossing over 交叉互换 — homologous chromosomes swap matching pieces, mixing the alleles.
Crossing over: paired chromosomes swap matching segments at a chiasma, making new allele combinations
independent assortment 自由组合 — the pairs line up in a random order, so each gamete gets a random mix of the parent's chromosomes.
Independent assortment: chromosome pairs line up in a random order, so gametes get many different mixes
Then at fertilisation 受精, any gamete can fuse with any other. This random fusion makes every new individual genetically different.
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Meiosis · 감수분열
Step through it. Two divisions halve the chromosome number and shuffle the alleles, giving four unique gametes. · 단계별로 설명합니다. 두 번의 분열이 염색체 수를 반으로 줄이고 대립유전자를 섞어 네 가지 독특한 배우자를 만듭니다.
You show a cross with a genetic diagram, often using a Punnett square 庞纳特方格 — a grid that shows all the ways the gametes can combine.
A Punnett square for Tt × Tt: the offspring are 3 tall : 1 short (T is dominant)
a monohybrid cross 单基因杂交 follows one gene; a dihybrid cross 双基因杂交 follows two genes at once.
some genes have multiple alleles 复等位基因 (more than two versions in the population), such as the alleles for human blood groups.
in sex linkage 伴性遗传, the gene is on the X chromosome, so the result is different for males and females.
in linkage 连锁, genes on the same autosome 常染色体 (a non-sex chromosome) tend to be inherited together.
in epistasis 上位性, one gene affects how another gene is shown.
Because the gene is on the X chromosome, a carrier mother's sons may be colour-blind while her daughters are only carriers — a different result by sex
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A monohybrid cross · 단형 교배
Set each parent's genotype and read off the offspring. Crossing two heterozygotes (Aa × Aa) gives the classic 3 : 1 ratio. · 각 부모의 유전자형을 설정하고 자손을 확인하세요. 이형접합체 두 개(Aa × Aa)를 교배하면 고전적인 3 : 1 비율이 나옵니다.
The chi-squared test 卡方检验 compares the results you actually counted (the observed numbers, $O$) with the results you expected from the genetic diagram (the expected numbers, $E$). It tells you whether the difference is small enough to be due to chance, or large enough to mean something else is going on.
You add up, for every group, the squared difference between observed and expected, divided by the expected:
$$\chi^2 = \sum \frac{(O - E)^2}{E}$$
Then you compare this $\chi^2$ value with a critical value from a table. The row you use is set by the degrees of freedom (the number of groups minus 1). If $\chi^2$ is less than the critical value, the difference is not significant — the results fit the expected ratio, and any difference is just chance. If $\chi^2$ is greater than the critical value, the difference is significant, so some other factor is involved.
Worked example. A $\text{Tt} \times \text{Tt}$ cross gives $160$ offspring: $114$ tall and $46$ short. Test whether this fits the expected $3:1$ ratio.
The expected numbers are $\tfrac{3}{4} \times 160 = 120$ tall and $\tfrac{1}{4} \times 160 = 40$ short. Then:
There are $2$ groups, so degrees of freedom $= 2 - 1 = 1$. The critical value at $p = 0.05$ is $3.84$. Because $1.20 < 3.84$, the difference is not significant: the results fit a $3:1$ ratio, and the small difference is due to chance.
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Test a genetic ratio with chi-squared · 카제곱 검정을 이용한 유전적 비율 검증
This is the worked example on the page. The cross gives $\chi^2 = 1.20$ with $1$ degree of freedom, and the widget shows the critical value $3.84$ — set the statistic to $1.20$ and it falls well short of the shaded region, so the results fit the $3:1$ ratio. Drag it past $3.84$ to see what a significant departure would look like. · 이것은 페이지에 제시된 풀이 예제입니다. 교배 결과는 $\chi^2 = 1.20$을给出하며 자유도는 $1$입니다. 위은 임계값 $3.84$을 보여줍니다. 통계치를 $1.20$로 설정하면 그림자 영역보다 훨씬 낮게 떨어지므로, 결과들은 $3:1$ 비율과 일치합니다. $3.84$ 이상으로 밀면 유의미한 편차가 어떻게 나타나는지 확인할 수 있습니다.
explain the terms gene, locus, allele, dominant, recessive, codominant, linkage, test cross, F1, F2, phenotype, genotype, homozygous and heterozygous
interpret and construct genetic diagrams, including Punnett squares, to explain and predict the results of monohybrid crosses and dihybrid crosses that involve dominance, codominance, multiple alleles and sex linkage
interpret and construct genetic diagrams, including Punnett squares, to explain and predict the results of dihybrid crosses that involve autosomal linkage and epistasis (knowledge of the expected ratios for different types of epistasis is not expected)
interpret and construct genetic diagrams, including Punnett squares, to explain and predict the results of test crosses
use the chi-squared test to test the significance of differences between observed and expected results (the formula for the chi-squared test will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
explain the relationship between genes, proteins and phenotype with respect to the: • TYR gene, tyrosinase and albinism • HBB gene, haemoglobin and sickle cell anaemia • F8 gene, factor VIII and haemophilia • HTT gene, huntingtin and Huntington’s disease
explain the role of gibberellin in stem elongation including the role of the dominant allele, Le, that codes for a functional enzyme in the gibberellin synthesis pathway, and the recessive allele, le, that codes for a non-functional enzyme
한국어
유전자, 위치, 대립유전자, 우성, 열성, 공우성, 연쇄, 검정 교배, F1, F2, 형질, 유전자형, 동형접합 및 이형접합이라는 용어의 의미를 설명한다
우성, 공우성, 다중 대립유전자 및 성염색체 연결을 포함하는 단형 교배 및 이형 교배의 결과를 설명하고 예측하기 위해 퐁네트 사각형을 포함한 유전도표를 해석하고 구성한다
상염색체 연결 및 상위성을 포함하는 이형 교배의 결과를 설명하고 예측하기 위해 퐁네트 사각형을 포함한 유전도표를 해석하고 구성한다 (不同类型의 상위성에 대한 예상 비율에 대한 지식은 요구되지 않음)
검정 교배의 결과를 설명하고 예측하기 위해 퐁네트 사각형을 포함한 유전도표를 해석하고 구성한다
카이제곱 검정을 사용하여 관측 결과와 기대 결과 사이의 차이의 유의성을 검정한다 (카이제곱 검정의 공식은 수학 요구 사항에 제시된 바와 같이 제공됨)
다음에 대한 유전자, 단백질 및 형질 간의 관계를 설명한다: • TYR 유전자, 티로시나제 및 백반증 • HBB 유전자, 헴글로빈 및 삼각형 적혈구 빈혈 • F8 유전자, Factor VIII 및 혈우병 • HTT 유전자, 헌팅틴 및 헌팅턴 병
지베렐린이 줄기 신장에 미치는 역할을 설명하며, 지베렐린 합성 경로에서 기능적 효소를 코딩하는 우성 대립유전자 Le와 비기능적 효소를 코딩하는 열성 대립유전자 le의 역할을 포함한다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
A gene codes for a protein, and that protein affects the phenotype. If the gene is faulty, the protein is faulty, and the phenotype changes:
Gene
Protein
Effect of a faulty allele
TYR
the enzyme 酶 tyrosinase
albinism 白化病 (no pigment made)
HBB
haemoglobin 血红蛋白
sickle cell anaemia 镰状细胞贫血
F8
factor VIII (helps blood clot)
haemophilia 血友病
HTT
huntingtin
Huntington's disease 亨廷顿病
Gibberellin and stem height
In pea plants, the dominant allele Le codes for a working enzyme that makes gibberellin 赤霉素, so the plant grows tall by stem elongation 伸长. The recessive allele le codes for a broken enzyme, so little gibberellin is made and the plant is short.
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From gene to phenotype · 유전자부터 표현형까지
Step through it. A gene makes a protein that does a job — so a faulty allele makes a faulty protein and a changed feature. · 단계별로 살펴보자. 유전자는 기능을 수행하는 단백질을 만드므로, 결함 있는 대립유전자는 결함 있는 단백질을 만들어 형질이 바뀐다.
describe the differences between structural genes and regulatory genes and the differences between repressible enzymes and inducible enzymes
explain genetic control of protein production in a prokaryote using the lac operon (knowledge of the role of cAMP is not expected)
state that transcription factors are proteins that bind to DNA and are involved in the control of gene expression in eukaryotes by decreasing or increasing the rate of transcription
explain how gibberellin activates genes by causing the breakdown of DELLA protein repressors, which normally inhibit factors that promote transcription
한국어
구조 유전자와 조절 유전자의 차이점 및 억제성 효소와 유도성 효소의 차이점을 서술한다
lac operon을 사용하여 원생생물에서의 단백질 생산에 대한 유전 조절을 설명한다 (cAMP의 역할에 대한 지식은 요구되지 않음)
전사 인자는 DNA에 결합하여 진핵생물에서 전사 속도를 감소시키거나 증가시켜 유전자 발현을 조절하는 단백질임을 명시한다
DELLA 단백질 억제자가 통상적으로 전사를 촉진하는 요인을 억제하지만, 지베렐린이 이를 분해함으로써 유전자를 활성화하는 방법을 설명한다
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Not all genes are switched on all the time. Cells control which proteins they make.
structural genes 结构基因 code for useful proteins such as enzymes; regulatory genes 调节基因 control whether other genes are switched on.
an inducible enzyme 可诱导酶 is made only when it is needed; a repressible enzyme 可抑制酶 is normally made but can be switched off.
The lac operon
In a prokaryote 原核生物 such as a bacterium, a group of genes called the lac operon 乳糖操纵子 controls the digestion of lactose:
when there is no lactose, a repressor 阻遏物 protein binds to the operator (a short control sequence within the operon) and blocks transcription 转录, so the lactose-digesting enzymes are not made.
when lactose is present, it binds to the repressor and pulls it off. Transcription can now happen, and the enzymes are made. The enzymes are therefore inducible.
The lac operon: a repressor blocks the genes until lactose pulls it off, so the enzymes are inducible
Control in eukaryotes
In eukaryotes, transcription factors 转录因子 are proteins that bind to DNA and control gene expression 基因表达, by increasing or decreasing the rate of transcription.
Gibberellin switches genes on in this way: it causes the breakdown of DELLA protein repressors. These DELLA proteins normally block the factors that turn on transcription, so removing them lets those genes be expressed.
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The lac operon · 락 operon(lac operon)
Step through the switch. With no lactose the genes are blocked; lactose pulls the repressor off and switches them on. · 스위치를 단계별로 살펴보자. 락토스가 없으면 유전자가 차단되며, 락토스가 리프레서를 제거하고 유전자를 켠다.
explain, with examples, that phenotypic variation is due to genetic factors or environmental factors or a combination of genetic and environmental factors
explain what is meant by discontinuous variation and continuous variation
explain the genetic basis of discontinuous variation and continuous variation
use the t-test to compare the means of two different samples (the formula for the t-test will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
한국어
형질 변이가 유전적 요인이나 환경적 요인 또는 그 조합에 의해 발생함을 예시를 들어 설명한다
불연속 변이와 연속 변이의 의미를 설명한다
불연속 변이와 연속 변이의 유전학적 기전을 설명한다
두 서로 다른 표본의 평균을 비교하기 위해 t-검정을 사용한다 (t-검정의 공식은 수학 요구 사항에 제시된 바와 같이 제공됨)
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Variation 变异 means the differences between individuals. It has three possible causes:
genetic factors only — set by the alleles 等位基因 you inherit (for example human blood group).
environmental factors 环境因素 only — set by your surroundings (for example a scar, or the language you speak).
a combination of both — most features, such as height and body mass, depend on genes and on diet and lifestyle.
There are two patterns of variation:
discontinuous variation 不连续变异 — clear, separate groups with nothing in between (for example blood group A, B, AB or O). It is usually controlled by one or a few genes 基因, with little effect from the environment.
continuous variation 连续变异 — a smooth range from one extreme to the other (for example height). It is controlled by many genes together, plus the environment.
To compare the means of two samples (for example the heights of plants in sun and in shade), you use the t-test, which tells you whether the difference is large enough to be real, or just due to chance.
한국어
**변이(Variation)**란 개체 간의 차이를 의미하며, 세 가지 원인이 있을 수 있습니다:
유전적(genetic) 요인만 — inheritance하는 **알레인(alleles)**에 의해 결정됨 (예: 인간 혈액형).
환경적(environmental) 요인만 — 주변 환경에 의해 결정됨 (예: 흉터, 또는 사용하는 언어).
두 요인의 조합(combination) — 대부분의 특징, 예를 들어 신장과 체중은 유전자 및 식단 및 생활 방식에 의존합니다.
줄무늬 달팽이(Cepaea nemoralis)는 껍질의 색상과 무늬에서 뚜렷한 변이를 보입니다
변이의 두 가지 양상이 있습니다:
불연속적 변이(discontinuous variation) — 중간 단계 없이 명확하게 구분된 그룹 (예: 혈액형 A, B, AB, O). 보통 한 개 또는 몇 개의 유전자에 의해 조절되며 환경의 영향은 적습니다.
연속적 변이(continuous variation) — 한 극단에서 다른 극단으로 매끄러운 범위 (예: 신장). 여러 유전자의 collective 작용 plus 환경에 의해 조절됩니다.
불연속적 변이는 개별 그룹으로 나뉘며, 연속적 변이는 매끄러운 범위입니다
두 샘플의 평균을 비교할 때(예: 햇볕과 그늘에 있는 식물의 신장), **t-검정(t-test)**을 사용합니다. 이는 차이가 실재하는 것일 만큼 큰지, 아니면 단순히 우연에 의한 것인지 알려줍니다.
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The t-distribution behind the t-test · t-검정 뒤에 있는 t-분포
The t-test compares two sample means against a critical value you look up in a t-table. This is that table made live: the value depends on the degrees of freedom (here $n_1+n_2-2$). Drag df and watch the critical value change — small samples have heavier tails, so they need a larger difference to count as real. · t-검정은 두 표본 평균을 임계값과 비교합니다. 이 임계값은 t-표에서 찾아야 합니다. 이것이 실시간으로 작동하는 표입니다: 값은 자유도(여기서 $n_1+n_2-2$)에 따라 달라집니다. df를 드래그하면 임계값이 변하는 것을 볼 수 있습니다—작은 표본은 꼬리가 두껍기 때문에, 실제 차이를 인정받으려면 더 큰 차이가 필요합니다.
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Variation type lab · 변이 유형 실험
Classify examples by the source and pattern of variation. · 변이의 원인과 양상을 기준으로 예시를 분류하십시오.
explain that natural selection occurs because populations have the capacity to produce many offspring that compete for resources; in the ‘struggle for existence’, individuals that are best adapted are most likely to survive to reproduce and pass on their alleles to the next generation
explain how environmental factors can act as stabilising, disruptive and directional forces of natural selection
explain how selection, the founder effect and genetic drift, including the bottleneck effect, may affect allele frequencies in populations
outline how bacteria become resistant to antibiotics as an example of natural selection
use the Hardy–Weinberg principle to calculate allele and genotype frequencies in populations and state the conditions when this principle can be applied (the two equations for the Hardy–Weinberg principle will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
describe the principles of selective breeding (artificial selection)
outline the following examples of selective breeding: • the introduction of disease resistance to varieties of wheat and rice • inbreeding and hybridisation to produce vigorous, uniform varieties of maize • improving the milk yield of dairy cattle
한국어
자연선택이 종群이 많은 자손을 생산하여 자원을 경쟁할 수 있는 능력 때문에 발생함을 설명한다. '생존을 위한 투쟁'에서 가장 잘 적응한 개체가 생존하여 번식하고 다음 세대에 자신의 대립유전자를 전달할 가능성이 가장 높다
환경적 요인이 안정화, 파괴 및 방향성 자연선택의 요인으로 작용하는 방식을 설명한다
선택, 창시자 효과 및 유전적 부동, 병목 효과를 포함하여 이들이 종群의 대립유전자 빈도에 미치는 영향을 설명한다
자연선택의 예시로 박테리아가 항생제에 내성을 얻는 과정을概述한다
하디-바인버그 법칙을 사용하여 종群의 대립유전자 및 유전자형 빈도를 계산하고 이 법칙이 적용될 수 있는 조건을 명시한다 (하디-바인버그 법칙의 두 식은 수학 요구 사항에 제시된 바와 같이 제공됨)
**선별 교배(인공선택)**의 원리를 서술한다
선별 교배의 다음 예시를概述한다: • 밀과 벼 품종에 질병 저항성 도입 • 옥수수 견고하고 균일한 품종을 생산하기 위한 근친 교배 및 교잡 • 우유 생산량이 많은 우유용 소의 개량
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Natural selection: the peppered moth
A population 种群 produces far more offspring 后代 than can survive, so the offspring must compete 竞争 for resources such as food and space. This is the "struggle for existence". The individuals that are best adapted 适应 are most likely to survive, reproduce 繁殖, and pass on their alleles to the next generation. Over many generations, the helpful alleles become more common in the population. This is natural selection 自然选择.
Environmental conditions can push selection in three ways:
stabilising selection 稳定选择 favours the average and removes the extremes (the population stays the same).
directional selection 定向选择 favours one extreme, so the mean shifts that way.
disruptive selection 分裂选择 favours both extremes and removes the average.
Allele frequencies can also change in other ways:
the founder effect 奠基者效应 — a few individuals start a new population, so they carry only some of the alleles of the original group.
genetic drift 遗传漂变 — in a small population, allele frequencies change by chance from generation to generation.
the bottleneck effect 瓶颈效应 — a sudden fall in population size leaves few survivors, reducing the variety of alleles.
Antibiotic resistance as natural selection
A chance mutation 突变 makes a few bacteria resistant to an antibiotic 抗生素. When the antibiotic is used, the non-resistant bacteria die, but the resistant ones survive and reproduce. Over time the resistance 耐药性 spreads through the population. This is natural selection in action.
한국어
자연선택: 호랑나비
한 집단이 생존할 수 있는 개체보다 훨씬 많은 자손을 으므로, 자손들은 먹이와 서식지 같은 자원을 두고 경쟁하게 됩니다. 이를 '생존의 투쟁'이라고 합니다. 환경에 가장 잘 적응한 개체들이 생존하고 생식하여 다음 세대에 알레를 물려줄 가능성이 가장 높습니다. 여러 세대가 지나면서 유익한 알레가 집단 내에서 더 흔해집니다. 이것이 자연선택입니다.
Peppered moth(벚나방)는 자연선택의 예시입니다: 짙은 형태는 검고 매연이 묻은 나무껍질 위에 숨어있고, 연한 점박이 형태는 연한 이끼 위에 숨어 있는데, 새들은 두드러진 것을 먹이로 삼습니다
환경 조건은 다음 세 가지 방향으로 선택을 유도할 수 있습니다:
안정화 선택(stabilising selection) 은 평균적인 형질을 선호하며 극단적인 형질을 제거하므로(집단은 동일함), 집단의 특성이 일정하게 유지됩니다.
방향성 택(directional selection) 은 한쪽 극단만을 선호하므로 평균치가 그 방향으로 이동합니다.
파괴적 선택(disruptive selection) 은 양쪽 극단을 모두 선호하고 평균형질을 제거합니다.
안정화 선택은 범위를 좁히고, 방향성 선택은 평균치를 이동시키며, 파괴적 선택은 두 부분으로 나눕니다
알레 빈도는 다른 방법으로도 변화할 수 있습니다:
창립자 효과(founder effect) — 몇몇 개체가 새로운 집단을 시작하므로, 이들은 원집단의 일부 알레만携带합니다.
유전적 부동(genetic drift) — 작은 집단에서 대세대마다 우연에 의해 알레 빈도가 변합니다.
병목 효과(bottleneck effect) — 집단 크기의 급격한 감소로 인해 few survivors(소수의 생존자)가 남게 되어 알레의 다양성이 감소합니다.
병목 효과: 재앙 시 소수만 생존하므로 회복된 집단의 유전적 다양성이 줄어듭니다
항생제 내성: 자연선택의 사례
우연한 돌연변이로 인해 일부 세균이 항생제에 내성을 갖게 됩니다. 항생제를 사용하면 내성이 없는 세균은 죽지만 내성이 있는 세균은 생존하고 생식합니다. 시간이 지날수록 내성이 집단 전체로 퍼집니다. 이는 작동 중인 자연선택의 예입니다.
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Natural selection · 자연 선택
Step through Darwin's idea: variation + a selection pressure means the best-adapted survive and pass on their alleles. · 다윈의 아이디어 단계별 설명: 변이 + 선택 압력은 가장 잘 적응한 개체가 생존하여 대립유전자를 전달함을 의미함.
The Hardy–Weinberg principle 哈迪-温伯格原理 lets you calculate the allele frequencies 等位基因频率 and genotype 基因型 frequencies in a population. It only holds true when there is a large population, mating is random, and there is no mutation, no migration and no natural selection.
Call the frequency of the dominant allele $p$ and the frequency of the recessive allele $q$. There are only two alleles, so:
$$p + q = 1.$$
The genotype frequencies then add up to 1, where $p^2$ is homozygous dominant, $2pq$ is heterozygous (the carriers), and $q^2$ is homozygous recessive:
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1.$$
Worked example. A recessive condition affects $1$ in every $100$ people. Find the frequency of carriers.
Only the homozygous recessive genotype ($q^2$) shows the condition, so $q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$, giving $q = \sqrt{0.01} = 0.1$. Then $p = 1 - q = 0.9$. The carriers are the heterozygotes:
$$2pq = 2 \times 0.9 \times 0.1 = 0.18.$$
So about $18\%$ of the population are carriers — far more than the $1\%$ who show the condition.
한국어
하디-위너그 법칙(Hardy–Weinberg principle) 을 이용하면 집단 내 알레 빈도와 형질빈도(genotype frequencies) 를 계산할 수 있습니다.集団이 크고, 교배가 무작위이며, 돌연변이, 이동, 자연선택이 없을 때만 성립합니다.
우성 알레 빈도를 $p$, 열성 알레 빈도를 $q$라고 합시다. 알레는 단 두 가지뿐이므로:
$$p + q = 1.$$
형질빈도의 합은 1이 되는데, 여기서 $p^2$는 동형접합 우성(homozygous dominant), $2pq$는 이형접합(heterozygous, 보인자), $q^2$는 동형접합 열성(homozygous recessive)입니다:
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1.$$
풀이 예시. 우성 유전자 조건이 $1$명 중 $100$명에 발병합니다. 보유자 빈도를 구하십시오.
순열 우성 유전자형($q^2$)만이 해당 조건을 나타내므로, $q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$, 즉 $q = \sqrt{0.01} = 0.1$가 됩니다. 따라서 $p = 1 - q = 0.9$입니다. 보유자는 이형접합체입니다:
$$2pq = 2 \times 0.9 \times 0.1 = 0.18.$$
따라서 집단 중 약 $18\%$가 보인자이며, 질환을 나타내는 $1\%$보다 훨씬 많습니다.
In selective breeding 选择育种, also called artificial selection 人工选择, humans (not nature) choose which organisms breed, so that useful features are passed on. Examples:
breeding disease resistance 抗病性 into varieties of wheat and rice.
using inbreeding 近交 and hybridisation 杂交 (crossing different lines) to make vigorous, uniform maize.
breeding dairy cattle to improve their milk yield 产量.
한국어
택적 배양(selective breeding), 즉 인공선택(artificial selection) 에서는 인간(자연이 아닌)이 어떤 생물체를 교배시킬지 선정하여 유용한 형질이 물려지도록 합니다. 예시:
밀과 벼 품종에 병해충 저항성을 도입하기 위해 교배함.
근교교배(inbreeding) 와 교잡(hybridisation) (서로 다른 계통의 교배)을 사용하여强健하고 균일한 옥수수를 생산합니다.
산유량이 높은 우유 소를 교배하여 산유량을 향상시킴.
선택적 배양: 각 세대마다 가장 좋은 개체만을 선택해 교배하면 원하는 형질이 점점 더 흔해집니다
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Selective breeding · 선별 교배
Step through it. Humans take the role of the environment — choosing the breeders, generation after generation. · 단계별로 진행하시오. 인간이 환경의 역할을 대신하여, 세대를 거듭하여 교배자를 선택함.
outline the theory of evolution as a process leading to the formation of new species from pre-existing species over time, as a result of changes to gene pools from generation to generation
discuss how DNA sequence data can show evolutionary relationships between species
explain how speciation may occur as a result of genetic isolation by: • geographical separation (allopatric speciation) • ecological and behavioural separation (sympatric speciation)
한국어
진화 이론을 세대를 거쳐 gene pool의 변화로 인해 기존 종에서 새로운 종이 형성되는 과정으로概述한다
DNA 서열 데이터가 종 간의 진화적 관계를 어떻게 나타낼 수 있는지 논의한다
유전적 격리로 인한 종 형성이 발생할 수 있는 방법을 설명한다: • 지리적 분리 (이주종 형성) • 생태학적 및 행동적 분리 (동주종 형성)
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Evolution 进化 is the slow formation of new species 物种 from earlier ones, as the gene pool 基因库 (all the alleles in a population) changes from generation to generation.
DNA sequence 序列 data can show how closely related two species are: the more similar their DNA sequences, the more recently they shared a common ancestor.
Speciation 物种形成 happens when two populations become genetically separated, so they can no longer breed together. This genetic isolation 隔离 can come about in two ways:
allopatric speciation 异域物种形成 — the populations are kept apart by a geographical separation 地理隔离, such as a sea or a mountain range.
sympatric speciation 同域物种形成 — the populations live in the same area but are separated by differences in behaviour or way of life.
한국어
진화(evolution) 는 이전 종에서 새로운 종(species) 이 천천히 형성되는 과정으로, gene pool(집단에 존재하는 모든 알레의 총합)이 대세대로 변하면서 일어납니다.
DNA 서열(sequence) 데이터는 두 종 간의 친밀도를 보여줍니다: DNA 서열이 더 유사할수록 최근까지 공통 조상을 공유했음을 의미합니다.
종분화(speciation) 는 두 집단이 유전적으로 분리되어 더 이상 교배하지 못하게 될 때 발생합니다. 이러한 유전적 격리(isolation) 는 두 가지 방식으로 발생할 수 있습니다:
지리적 종분화(allopatric speciation) — 집단이 바다나 산맥과 같은 지리적 격리로 인해 서로 분리됩니다.
동지리적 종분화(sympatric speciation) — 집단이 같은 지역에 살지만 행동이나 생활 방식의 차이로 인해 분리됩니다.
Allopatric 종분화는 물리적 장벽이 필요하며, sympatric 종분화는 같은 지역에서 발생합니다
Step through it. A barrier splits one population; the two halves diverge until they can no longer interbreed. · 단계별로 확인하세요. 장벽이 하나의 집단을 나누면, 두 부분은 더 이상 교배할 수 없을 때까지 차이를 보입니다.
discuss the meaning of the term species, limited to the biological species concept, morphological species concept and ecological species concept
describe the classification of organisms into three domains: Archaea, Bacteria and Eukarya
state that Archaea and Bacteria are prokaryotes and that there are differences between them, limited to differences in membrane lipids, ribosomal RNA and composition of cell walls
describe the classification of organisms in the Eukarya domain into the taxonomic hierarchy of kingdom, phylum, class, order, family, genus and species
outline the characteristic features of the kingdoms Protoctista, Fungi, Plantae and Animalia
outline how viruses are classified, limited to the type of nucleic acid (RNA or DNA) and whether this is single stranded or double stranded
한국어
종이라는 용어의 의미를 생물학적 종 개념, 형태학적 종 개념 및 생태학적 종 개념에 한정하여 논의한다
생물체를 세 가지 도메인: 아르키아, 박테리아 및 진핵생물로 분류하는 것을 서술한다
아르키아와 박테리아는 원생생물이며, 막 지질, 리보솜 RNA 및 세포벽 구성에 대한 차이만을 포함하여二者之间의 차이가 있음을 명시한다
진핵생물 도메인의 생물체를 계, 문, 강, 목, 과, 속 및 종의 분류 계층으로 분류하는 것을 서술한다
원생생물계, 균류계, 식물계 및 동물계의 특징을 서술하시오
바이러스를 염산(RNA 또는 DNA)의 종류와 단일가사 또는 이중가사 여부로만 분류하는 방법을 서술하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
A species 物种 can be defined in more than one way:
the biological species concept — a group whose members can breed together to produce fertile offspring.
the morphological species concept — a group whose members look alike.
the ecological species concept — a group that fills the same role in its surroundings.
The three domains
The largest groups in classification 分类 are three domains 域:
Archaea 古菌 and Bacteria 细菌 — both are prokaryotes 原核生物 (no nucleus). They look similar but differ in their membrane lipids, their ribosomal RNA, and the make-up of their cell walls 细胞壁.
Eukarya 真核生物 — all organisms whose cells have a nucleus.
The taxonomic hierarchy
Inside the Eukarya domain, organisms are sorted into a taxonomic hierarchy 分类层级 — a set of smaller and smaller groups: kingdom 界, phylum 门, class 纲, order 目, family 科, genus 属 and species.
The Eukarya are split into four kingdoms:
Protoctista 原生生物界 — mostly single-celled (such as Amoeba).
Fungi 真菌界 — feed by absorbing food; have cell walls of chitin.
Plantae 植物界 — make their own food by photosynthesis.
Animalia 动物界 — feed on other organisms.
Viruses are not placed in these groups. They are classified by the type of nucleic acid 核酸 they contain (DNA or RNA) and whether it is single-stranded 单链 or double-stranded 双链.
한국어
종은 다음과 같이 여러 방식으로 정의할 수 있습니다:
생물학적 종 개념 — 구성원끼리 교배하여 번식 가능한 자손을 을 수 있는 집단.
形态学 종 개념 — 구성원이 외형이 유사한 집단.
생태학적 종 개념 — 주변 환경에서 동일한 역할을 수행하는 집단.
박물관 곤충 수집품: 공통된 특징에 따라 생물들을 분류 그룹으로 나눈 것
세 가지 도메인
분류의 가장 큰 그룹은 세 가지 도메인입니다:
고균(Archaea) 과 세균(Bacteria) — 모두 원핵생물(핵 없음)입니다. 외형은 비슷하지만, 막 지질, 리보솜 RNA, 세포벽 구성에서 차이가 있습니다.
진핵생물(Eukarya) — 세포 내에 핵이 있는 모든 생물.
이 뜨거운 온천 주변을 둘러싼 각 색의 띠는 서로 다른 온도에서 sống며 서로 다른 미생물 군집입니다. 거의 아무것도 살 수 없는 곳에서 번성하는 이러한 고균은 그들이 일반 세균과 별개의 독립된 도메인을 형성한다는 단서가 되었습니다.
계통학적 위계
Eukarya 도메인 내부의 생물들은 더 작아지고 작은 계통학적 위계라는的一组의 그룹으로 정렬됩니다: 왕, 문, 강, 목, 과, 속 및 종.
계통학적 위계의 각 단계는 더 작고 밀접하게 관련된 그룹이며, 단일 종으로 끝납니다.
Eukarya는 네 개의 왕으로 나뉩니다:
원생생물(Protoctista) — 대부분 단세포(아메바 등).
fungi(Fungi) — 영양분을 흡수하여 먹으며, 키틴로 된 세포벽을 가집니다.
식물(Plantae) — 광합성을 통해 스스로 음식을 만듭니다.
동물(Animalia) — 다른 생물을 먹이로 삼습니다.
세 가지 도메인: Archaea와 Bacteria는 원핵생물; Eukarya는 네 개의 왕으로 나뉨
바이러스는 이 그룹에 포함되지 않습니다. 이들은他们所含有的유전체(nucleic acid) 의 종류(DNA 또는 RNA) 및 그것이 단鎖(single-stranded) 인지 이중锁(double-stranded) 인지에 따라 분류됩니다.
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Species and domains lab · 종과 대문 실험
Classify organisms and definitions by the level they describe. · 生物를 서술하는 수준에 따라 분류하고 정의하시오.
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The taxonomic hierarchy · 분류 계층
Step down the levels for one species — humans — from the broadest domain to the most specific species. · 가장 광범위한 도메인부터 가장 구체적인 종까지 한 종—인간—의 계층 수준을 내려오세요.
explain that biodiversity can be assessed at different levels, including: the number and range of different ecosystems and habitats, the number of species and their relative abundance, the genetic variation within each species
explain the importance of random sampling in determining the biodiversity of an area
describe and use suitable methods to assess the distribution and abundance of organisms in an area, limited to frame quadrats, line transects, belt transects and mark-release-recapture using the Lincoln index (the formula for the Lincoln index will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
use Spearman’s rank correlation and Pearson’s linear correlation to analyse the relationships between two variables, including how biotic and abiotic factors affect the distribution and abundance of species (the formulae for these correlations will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
use Simpson’s index of diversity (D) to calculate the biodiversity of an area, and state the significance of different values of D (the formula for Simpson’s index of diversity will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
한국어
용어 생태계와 서식지를 정의하시오
생물다양성은 다음과 같은 다양한 수준에서 평가될 수 있음을 설명하시오: 서로 다른 생태계와 서식지의 수와 범위, 종의 수와 상대적 풍부도, 각 종 내부의 유전적 변이
한 지역의 생물다양성을 결정하는 데 무작위 표본 채취가 중요한 이유를 설명하시오
한 지역에서의 생물의 분포와 풍부도를 평가하고 사용合适的 methods를 서술하시오. 단, 프레임 사각형, 선형 트랜섹트, 벨트 트랜섹트 및 **Lincoln 지수(Lincoln index)**를 이용한 표지-방출-재포획 방법까지로 한정한다 (Lincoln 지수의 공식은 수학 요구사항에 제시된 대로 제공됨)
두 변수 간의 관계를 분석하기 위해 Spearman의 순위 상관관계와 Pearson의 선상 상관관계를 사용하시오. 또한 생물학적 요인과 비생물학적 요인이 종의 분포와 풍부도에 미치는 영향을 포함하시오 (이러한 상관관계의 공식들은 수학 요구사항에 제시된 대로 제공됨)
**Simpson의 다양성 지수(D)**를 사용하여 한 지역의 생물다양성을 계산하고 D 값의 의미에 대해 서술하시오 (Simpson의 다양성 지수의 공식은 수학 요구사항에 제시된 대로 제공됨)
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
An ecosystem 生态系统 is all the living things in an area together with their non-living surroundings. A niche 生态位 is the particular role and place of a species within it.
A coral reef is a good picture of high biodiversity — many different corals, fish and other species living together:
Biodiversity 生物多样性 can be measured at three levels:
the number and range of different ecosystems and habitats 栖息地.
the number of species and their relative abundance 丰度 (how common each one is).
the genetic variation within each species.
Sampling an area
You cannot count every organism, so you take samples. Random sampling 随机取样 (choosing positions by chance) avoids bias and gives a fair picture. Useful methods are:
quadrats 样方 — square frames placed to count or estimate the species inside them.
transects 样带 — counting along a line across the area (a line transect records what touches the line; a belt transect counts within a strip).
mark-release-recapture 标志重捕法 — for moving animals: catch, mark and release some, then later see what fraction of a new catch is marked (the Lincoln index).
To link the spread of a species to biotic factors 生物因素 (living) or abiotic factors 非生物因素 (non-living), you can use Spearman's rank or Pearson's correlation 相关性. To measure the diversity of an area as a single number, you use Simpson's index of diversity 辛普森多样性指数: a higher value means more diverse and usually more stable.
Worked example. 60 snails are caught, marked and released. Later, 80 snails are caught, of which 15 are marked. Estimate the population. The Lincoln index assumes the marked animals have mixed back in evenly, so the fraction marked in the second sample equals the fraction marked in the whole population:
$$N = \frac{\text{first sample} \times \text{second sample}}{\text{number marked in the second}} = \frac{60 \times 80}{15} = 320$$
So there are about 320 snails. The estimate is only as good as its assumptions, so state them: no births, deaths or migration between the two catches; the marks neither rub off nor make the animal easier for a predator to spot; and enough time is allowed for mixing. Break one and the estimate breaks with it - a mark that attracts predators lowers the recapture count and therefore overestimates the population.
한국어
생태계(ecosystem) 는 특정 지역의 모든 생물과 비생물적 환경을 통칭합니다. 니치(niche) 는 그 생태계 내에서 한 종이 차지하는 특별한 역할과 위치입니다.
산호초는 높은 생물다양성의 좋은 예시입니다 — 많은 종류의 산호, 물고기 및 기타 종들이 함께 살고 있습니다:
산호초(coral reef) 는 Earth상에서 생물다양성이 가장 높은 서식지 중 하나입니다: 수많은种类的의 산호와 물고기가 하나의 작은 지역에 공유됩니다.
생물다양성(biodiversity) 은 세 가지 수준에서 측정될 수 있습니다:
서로 다른 생태계와 서식지(habitats) 의 수와 범위.
종의 수와 그들의 상대적 풍도(abundance) (각종이 얼마나 흔한가).
각 종 내의 유전적 변이.
생물다양성은 세 가지 수준에서 측정됨: 생태계의 범위, 종의 수, 그리고 종 내의 유전적 변이
지역 샘플링
모든 생물을 세는 것은 불가능하므로 샘플을 채취해야 합니다. 무작위 샘플링(random sampling) (우연히 위치를 선택하는 것)은 편향을 피하고 공정한 결과를 제공합니다. 유용한 방법들은 다음과 같습니다:
사각형(quadrats) — 내부의 종을 세거나 추정하기 위해 배치된 사각 프레임.
트랜섹트(transects) — 영역을 가로지르는 선을 따라 세기(선 트랜섹트는 선에 닿는 것을 기록함; 벨트 트랜섹트는 줄무늬 내부의 것을 세는 것).
표지-방출-재포획(mark-release-recapture) — 움직이는 동물용: 일부 포획, 표시 후 방출, 이후 새로운 포획물 중 표시된 비율을 확인(Lincoln index).
사각형과 트랜섹고는 고정된 식물을 샘플링하며, 표지-방출-재포획은 움직이는 동물의 수를 추정합니다.
한 종의 분포를 생물적 요인(biotic factors, 생명체) 또는 비생물적 요인(abiotic factors, 비생명체) 과 연결하려면 Spearman의 순위 또는 Pearson의 상관(correlation) 을 사용할 수 있습니다. 하나의 영역의 다양성을 단일 숫자로 측정하려면 Simpson의 다양성 지수(Simpson's index of diversity) 를 사용합니다: 값이 높을수록 다양성이 높고 일반적으로 안정적입니다.
worked example. 60마리의 달팽이를 포획, 표시 후 방출합니다. 나중에 80마리의 달팽이를 포획했는데, 그중 15마리가 표시되어 있습니다. 개체군을 추정하십시오. Lincoln index는 표시된動物들이 고르게 섞여 들어갔다고 가정하므로, 두 번째 샘플에서 표시된 비율이 전체 개체군에서 표시된 비율과 같다는 것입니다:
$$N = \frac{\text{first sample} \times \text{second sample}}{\text{number marked in the second}} = \frac{60 \times 80}{15} = 320$$
따라서 약 320마리의 달팽이가 있습니다. 이 추정치는 가정에 의존하므로, 해당 가정들을 명시해야 합니다: 두 번의 포획 사이에는 출생, 사망 또는 이동이 없으며, 표시가 지워지거나 포식자에게 더 잘 포착되게 하지 않으며, 혼합에 충분한 시간이 주어졌다는 것입니다. 하나를 깨뜨리면 추정치도 함께 무너지는데, 포식자를 끌어들이는 표시는 재포획 개체수를 줄이므로 따라서 과대평가하게 됩니다.
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Biodiversity sampling lab · 생물 다양성 표본 채취 실험실
Choose the sampling method or index that matches the field question. · FIELD QUESTION과 일치하는 표본 채취 방법이나 지수를 선택하세요.
explain why populations and species can become extinct as a result of: • climate change • competition • hunting by humans • degradation and loss of habitats
outline reasons for the need to maintain biodiversity
outline the roles of zoos, botanic gardens, conserved areas (including national parks and marine parks), ‘frozen zoos’ and seed banks, in the conservation of endangered species
describe methods of assisted reproduction used in the conservation of endangered mammals, limited to IVF, embryo transfer and surrogacy
explain reasons for controlling invasive alien species
outline the role in conservation of the International Union for Conservation of Nature (IUCN) and the Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora (CITES)
한국어
다음 결과로 인해 개체군과 종이 멸종할 수 있는 이유를 설명하시오: • 기후 변화 • 경쟁 • 인간의 사냥 • 서식지의 퇴화 및 상실
생물다양성을 유지해야 하는 이유를 서술하시오
멸종위기종의 보전에 대한 동물원, 식물원, 보호 구역(국립공원 및 해양공원 포함), '얼음 동물원' 및 씨앗 은행의 역할을 서술하시오
멸종 위기 포유류의 보전에 사용되는 보조 생식 방법 중 IVF, 배 이식 및 대모에만 국한하여 서술하시오
침입 외래종을 통제해야 하는 이유를 설명하시오
국제자연보전연맹(IUCN) 과 멸종위기 야생 동식물 종의 국제거래에 관한條約(CITES) 의 보존 활동에서의 역할을 개요히 서술하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
A species can become extinct 灭绝 (die out completely) because of climate change 气候变化, competition (often from new species), hunting by humans, or the damage and loss of its habitats.
We try to protect biodiversity because other species give us food, medicines and materials, help keep ecosystems stable, and have value in themselves.
Ways to conserve species
zoos 动物园 and botanic gardens 植物园 keep and breed endangered species 濒危物种.
protected conservation 保护 areas, such as national parks and marine parks, keep habitats safe.
'frozen zoos' store frozen cells, eggs and sperm, and seed banks 种子库 store seeds for the future.
For rare mammals, assisted reproduction can boost numbers: in vitro fertilisation 体外受精 (IVF), embryo transfer 胚胎移植, and surrogacy 代孕 (another female carries the young).
Conservationists also control invasive species 入侵物种, which are brought in from elsewhere and out-compete native species.
Two organisations help worldwide: the IUCN, which lists how threatened each species is, and CITES, which controls the international trade in endangered animals and plants.
한국어
한 종은 기후 변화, 경쟁(주로 새로운 종), 인간의 사냥, 또는 서식지의 파괴 및 상실로 인해 멸종(완전히 사라짐)할 수 있습니다.
우리는 다른 종에게 음식, 의약품 및 자원을 제공하고 생태계를 안정적으로 유지하며 그 자체로 가치를 가지기 때문에 생물다양성을 보호하려 노력합니다.
종 보존 방법
동물원과 식물원은 위험에 처한 종을 유지하고 번식시킵니다.
국립공원 및 해양 공원과 같은 보호된 보전 지역은 서식지를 안전하게 유지합니다.
'동결 동물원'은 냉동 세포, 알 및 정자를 보관하고, 씨앗 은행은 미래를 위해 씨앗을 저장합니다.
*보전은either 인위적(서식지에서 종을 보호) 또는 비인위적(야외에서 멀리 떨어진 곳에서 보유 및 번식)*으로 나뉩니다.
희귀 포유류의 경우, 조제 생식이 개체수를 늘릴 수 있습니다: 체외 수정(IVF), 배 이식, 그리고 대모 임신(다른 암컷이 새끼를 기름).
보전 전문가들은 또한 다른 지역에서 유입되어 토종 종보다 우세하게 경쟁하는 침투종을 관리합니다.
전 세계를 돕는 두 기관이 있습니다: 각 종의 위협 수준을 목록화하는 IUCN과 멸종 위기에 처한 동식물의 국제 무역을 통제하는 CITES입니다.
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Conservation action lab · 보전 행동 실험실
Follow how conservation moves from threat to protected population. · 위협에서 보호된 개체군으로 보전이 어떻게 진행되는지 따르십시오.
explain that genetic engineering is the deliberate manipulation of genetic material to modify specific characteristics of an organism and that this may involve transferring a gene into an organism so that the gene is expressed
explain that genes to be transferred into an organism may be: • extracted from the DNA of a donor organism • synthesised from the mRNA of a donor organism • synthesised chemically from nucleotides
explain the roles of restriction endonucleases, DNA ligase, plasmids, DNA polymerase and reverse transcriptase in the transfer of a gene into an organism
explain why a promoter may have to be transferred into an organism as well as the desired gene
explain how gene expression may be confirmed by the use of marker genes coding for fluorescent products
explain that gene editing is a form of genetic engineering involving the insertion, deletion or replacement of DNA at specific sites in the genome
describe and explain the steps involved in the polymerase chain reaction (PCR) to clone and amplify DNA, including the role of Taq polymerase
describe and explain how gel electrophoresis is used to separate DNA fragments of different lengths
outline how microarrays are used in the analysis of genomes and in detecting mRNA in studies of gene expression
outline the benefits of using databases that provide information about nucleotide sequences of genes and genomes, and amino acid sequences of proteins and protein structures
한국어
용어 재조합 DNA를 정의하시오
유전자 공학이 특정 생물의 유전적 특성을 변경하기 위해 의도적으로 유전 물질을 조작하는 것임을 설명하고, 이는 유전자를 생물체에 이식하여 유전자가 발현되도록 하는 과정을 포함할 수 있음을 설명하시오
생물체에 이식될 유전자는 다음 중 하나일 수 있음을 설명하시오: • 공여생물의 DNA에서 추출된 것 • 공여생물의 mRNA로부터 합성된 것 • 뉴클레오타이드로부터 화학적으로 합성된 것
제한 내분해효소, DNA 리가아제, 플라스미드, DNA 중합효소 및 역전사효소가 유전자를 생물체에 이식하는 과정에서 맡는 역할을 설명하시오
원하는 유전자뿐만 아니라 프로모터 또한 생물체에 이식되어야 하는 이유를 설명하시오
형광 산물을 코딩하는 마커 유전자의 사용을 통해 유전자 발현을 검증할 수 있는 방법을 설명하시오
유전자 편집이 게놈 내 특정 부위에서 DNA의 삽입, 삭제 또는 교체와 관련된 유전자 공학의 한 형태임을 설명하시오
Taq 중합효소의 역할을 포함하여 DNA를 클론화하고 증폭하기 위한 **중합효소 연쇄 반응(PCR)**에 포함된 단계들을 서술하고 설명하시오
젤 전기영동이 서로 다른 길이의 DNA 조각들을 분리하는 데 어떻게 사용되는지 서술하고 설명하시오
마이크로어레이가 게놈 분석 및 유전자 발현 연구에서 mRNA 감지에 어떻게 사용되는지 개략적으로 서술하시오
유전자 및 게놈의 뉴클레오타이트 서열과 단백질 및 단백질 구조의 아미노산 서열에 대한 정보를 제공하는 데이터베이스를 사용하는 이점을 개략적으로 서술하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Recombinant 重组 DNA is DNA that has been made by joining together DNA from two different sources. Genetic engineering 基因工程 is the deliberate changing of an organism's genetic material — often by transferring a gene 基因 into an organism so that the gene is expressed (switched on to make its protein 蛋白质).
A thermal cycler (PCR machine) makes many copies of a DNA sample
The gene to be transferred can be obtained in three ways:
cut out of the DNA of a donor 供体 organism,
made from the donor's mRNA, using the enzyme reverse transcriptase 逆转录酶,
built chemically from nucleotides 核苷酸.
The tools
Tool
Role
restriction endonuclease 限制性内切酶
cuts DNA at a specific base sequence, leaving "sticky ends"
DNA ligase 连接酶
joins pieces of DNA together
plasmid 质粒
a small ring of bacterial DNA used as a cloning vector 载体 to carry the gene into a cell
DNA polymerase 聚合酶
copies DNA
reverse transcriptase
makes DNA from an mRNA template
A restriction endonuclease leaves matching sticky ends; DNA ligase joins a gene to the cut DNA
A promoter 启动子 often has to be transferred along with the gene. The promoter is the "switch" that lets the gene be transcribed in its new organism, so without it the gene would stay silent.
To check the gene has gone in and is working, scientists add a marker gene 标记基因 next to it — for example one that codes for a fluorescent 荧光 (glowing) product. If the cells glow, the transfer worked.
A plasmid acts as a cloning vector: the gene is joined into it, and the recombinant plasmid is taken up by a bacterium
Gene editing
Gene editing 基因编辑 is a precise form of genetic engineering. It inserts, deletes or replaces DNA at an exact site in the genome 基因组.
Copying and sorting DNA
the polymerase chain reaction 聚合酶链式反应 (PCR) is used to clone 克隆 and amplify 扩增 DNA — to make millions of copies. It repeats cycles of heating and cooling, using a heat-stable enzyme called Taq polymerase.
PCR repeats heat-and-cool cycles; each cycle doubles the DNA, making millions of copies
gel electrophoresis 凝胶电泳 separates DNA fragments 片段 by length. The fragments move through a gel in an electric field, and shorter fragments move further, so the lengths spread out into bands.
Gel electrophoresis: DNA moves towards the + end, and shorter fragments travel further, sorting them by lengthA real gel under UV light: the left lane is a DNA ladder, and the glowing bands show how the fragments have separated by length
microarrays 微阵列 are used to study whole genomes and to detect which genes are switched on, by picking up their mRNA.
databases 数据库 store the nucleotide sequences of genes and the amino acid 氨基酸 sequences of proteins, so scientists anywhere can compare them.
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The tools of genetic technology · 유전 기술의 도구
Genetic engineering moves a useful gene into another organism so it makes a desired protein. · 유전자 공학은 유용한 유전자를 다른 생물체로 이동시켜 원하는 단백질을 생성하게 한다.
explain the advantages of using recombinant human proteins to treat disease, using the examples insulin, factor VIII and adenosine deaminase
outline the advantages of genetic screening, using the examples of breast cancer (BRCA1 and BRCA2), Huntington’s disease and cystic fibrosis
outline how genetic diseases can be treated with gene therapy, using the examples severe combined immunodeficiency (SCID) and inherited eye diseases
discuss the social and ethical considerations of using genetic screening and gene therapy in medicine
한국어
인슐린, 요인 VIII 및 아데노신 탈아민효소의 예시를 들어 질병 치료에 재조합 인간 단백질을 사용하는 장점을 설명하시오
breast cancer (BRCA1 및 BRCA2), Huntington’s disease 및 cystic fibrosis의 예시를 들어 genetic screening의 장점을 서술하시오.
중증 복합 면역 결핍증(SCID) 및 유전성 안과 질환의 예시를 들어 유전자 요법으로 유전 질환을 치료할 수 있는 방법을 개략적으로 서술하시오
의학에서 유전자 스크리닝 및 유전자 요법을 사용하는 것에 대한 사회학적·윤리적 고찰을 논하시오
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Recombinant human proteins
A human gene can be put into bacteria or other cells so that they make a recombinant human protein — an exact copy of the human one. This is safer and never in short supply, and it avoids using proteins taken from animals or donors. Examples are insulin 胰岛素 (for diabetes 糖尿病), factor VIII (for haemophilia) and adenosine deaminase (for a faulty immune system).
The same tools make a human protein: the insulin gene goes into bacteria, which become living factories — so the insulin is an exact human copy and never in short supply
Genetic screening
Genetic screening 基因筛查 tests a person's DNA for disease alleles before symptoms appear. Examples are the BRCA1 and BRCA2 alleles (which raise the risk of breast cancer 乳腺癌), Huntington's disease 亨廷顿病, and cystic fibrosis 囊性纤维化. Knowing the result helps people make informed choices about treatment and family.
Gene therapy
Gene therapy 基因治疗 treats a genetic disease by putting a working copy of a gene into the patient's cells. It has been used for SCID (a disease in which the immune system fails) and for some inherited eye diseases.
Social and ethical questions
Genetic screening and gene therapy raise concerns: who should see your genetic results, whether insurers or employers could misuse them, whether changes are safe and permanent, and who decides. These ethical 伦理 and social questions must be weighed against the benefits.
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Making human insulin with GM bacteria · GM 세균을 이용한 인간 인슐린 제조
Step through it. The human insulin gene goes into bacteria, which then churn out exact human insulin in fermenters. · 단계별로 확인하세요. 인간 인슐린 유전자가 세균에 삽입되면, 세균은 발효槽(fermenters)에서 정확히 동일한 인간 인슐린을 대량 생산합니다.
explain that genetic engineering may help to solve the global demand for food by improving the quality and productivity of farmed animals and crop plants, using the examples of GM salmon, herbicide resistance in soybean and insect resistance in cotton
discuss the ethical and social implications of using genetically modified organisms (GMOs) in food production
한국어
GM 살몬, 대두의 제초제 저항성 및 면화의 해충 저항성의 예시를 들어 유전자 공학이 사육 동물 및 작물 식물의 품질과 생산성을 향상시켜 글로벌 식품 수요 해결에 도움이 될 수 있음을 설명하시오
food production에서 genetically modified organisms (GMOs) 사용 시 ethical 및 social implications을 논하시오.
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
Genetic engineering can help feed a growing world by improving farmed animals and crops. Examples of genetically modified organisms 转基因生物 (GMOs) are:
GM salmon 鲑鱼 that grow to size faster.
soybean 大豆 made resistant to a herbicide 除草剂, so weeds can be sprayed without harming the crop.
cotton 棉花 made resistant to insect pests 害虫, because it makes a protein that kills the insects.
Both plants faced the same insects. The insect-resistant GM cotton on the left is barely touched; the ordinary cotton on the right has been stripped — because the GM plant makes a protein that kills the pests as they feed
GMOs also raise ethical and social questions: whether they are safe to eat, what effect they have on the environment and wild species, whether the engineered genes might spread, and whether a few large companies should control the food supply.
Worked example. A tiny DNA sample from a crime scene must be amplified and then compared with a suspect's. Outline the two techniques and what each achieves. PCR copies the DNA in repeated cycles: denaturation at about $95\ °\text{C}$ separates the strands, annealing at about $55\ °\text{C}$ lets primers bind at each end of the target, and extension at about $72\ °\text{C}$ has Taq polymerase build the new strands. Each cycle doubles the amount, so $n$ cycles give $2^n$ copies - 30 cycles turn one molecule into roughly a billion. Gel electrophoresis then separates the fragments: DNA is negatively charged because of its phosphate groups, so it moves towards the anode, and shorter fragments travel further through the gel. Matching band patterns point to the same source. Taq polymerase is used because it is thermostable - an ordinary polymerase would denature at $95\ °\text{C}$ in the very first cycle.
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How a GMO is made · GMO制作方法
Step through it — the same recombinant-DNA toolkit, now used to give a crop or microbe a brand-new useful gene. · 단계별로 확인하세요—동일한 재조합-DNA 툴킷을 사용하여 작물이나 미생물에 새로운 유용한 유전자를 부여합니다.