Name: circulatory system: blood flow and pressure
Uploaded: 2019-01-31T09:26:31.000Z
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Biology

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From Molecules to Organisms: Structures and Processes

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Physiology of the Circulatory System

La physiologie est une branche de la biologie qui décrit comment les organismes fonctionnent et s’adaptent à différents environnements. L'un des systèmes organiques les plus importants qui définissent la physiologie d'un organisme est le système circulatoire, qui transporte le sang, les nutriments, l'oxygène et les hormones dans tout le corps. Chez l'homme, une mesure de la fonction du système circulatoire peut être obtenue en prenant la pression artérielle. Le terme pression artérielle décrit la pression latérale produite par le sang sur les parois des vaisseaux. 
L’une des applications les plus importantes de la mesure de la pression artérielle est la vérification de l’augmentation de la pression artérielle, une condition appelée hypertension. Un adulte sur trois aux États-Unis souffre d’hypertension, et c’est l’une des principales causes de maladies cardiovasculaires. L’équipement nécessaire à une mesure indirecte traditionnelle de la pression artérielle comprend un stéthoscope et un tensiomètre. Le tensiomètre se compose d’un brassard de tensiomètre contenant une vessie distensible et d’une poire en caoutchouc avec une valve réglable qui, lorsqu’elle est fermée, aide au gonflage du brassard et, lorsqu’elle est ouverte, libère la pression accumulée. Il se compose également d'un tube reliant le brassard à l'ampoule et au manomètre, qui affiche la pression du brassard en millimètres de mercure. Afin d’enregistrer la lecture de la pression artérielle, l’examinateur enroule le brassard autour de l’artère brachiale, place un stéthoscope sur cette artère, gonfle le brassard au-dessus de la pression systolique attendue, puis le dégonfle tout en auscultant et en observant le manomètre simultanément. Initialement, lorsque le brassard est complètement gonflé, l’artère est comprimée et le flux sanguin est arrêté. Ainsi, il n’y a pas de son lors de l’auscultation. Lors de la déflation, la première apparition des sons de Korotkoff signifie la pression systolique, qui est audible en raison de l’écoulement turbulent dans l’artère partiellement comprimée. Une déflation supplémentaire provoque une diminution continue de la pression du ballonnet, et les sons de Korotkoff restent audibles tout au long du film, jusqu’au point où la pression du ballonnet est inférieure à la pression artérielle minimale. Cette lecture désigne la pression diastolique. La fraction systolique sur diastolique est enregistrée comme lecture finale de la pression artérielle. 
Un autre indicateur important de la physiologie humaine est le taux de respiration, le nombre de respirations par minute. L’air que nous respirons se déplace par notre trachée, dans nos poumons par les bronches. À l’intérieur des poumons, il passe à travers les bronchioles pour finalement pénétrer dans les sacs aériens spécialisés appelés alvéoles. Les alvéoles sont entourées de capillaires sanguins qui permettent la diffusion de l'oxygène inhalé dans notre circulation sanguine et facilitent l'excrétion du dioxyde de carbone, maintenant ainsi l'homéostasie de notre système. Pour les mammifères comme les humains, le maintien de l’homéostasie comprend la préservation d’une température corporelle relativement constante, indépendante de la température ambiante. Cette propriété fait de nous des endothermes. Par conséquent, notre taux métabolique et notre taux respiratoire restent relativement constants. Au contraire, presque tous les poissons, y compris les poissons rouges, ont une température corporelle interne qui correspond presque à la température de l’environnement qui les entoure. De tels organismes sont appelés ectothermes. Comme ils ne maintiennent pas activement une température interne constante, leur métabolisme et leur rythme respiratoire changent pour compenser les variations de la température ambiante. Le taux de respiration chez les poissons peut être mesuré en comptant les battements de branchies, la montée et la descente de l’opercule, ou couverture branchiale, par minute. Il y a un autre facteur qui affecte le taux de respiration des organismes aquatiques. Notez qu’un poisson respire l’oxygène dissous présent dans son environnement. Et la quantité d'oxygène dissous disponible dans l'eau dépend de la température de l'eau. Il diminue avec l’augmentation de la température, ce qui affecte également, à son tour, le rythme respiratoire. 
Dans ce laboratoire, vous examinerez le système circulatoire humain en mesurant la pression artérielle dans différentes conditions, puis vous étudierez les effets de la température sur la respiration à l’aide de poissons.

physiologie de l’appareil circulatoire

<h4>Homéostasie</h4>
Les conditions de l’environnement extérieur d’un organisme peuvent changer rapidement et radicalement. Pour survivre, les organismes doivent maintenir un environnement interne assez constant, ce qui implique une régulation continue de la température, du pH et d’autres facteurs. Cet état équilibré est connu sous le nom d’homéostasie, qui décrit les processus par lesquels les organismes maintiennent leurs conditions internes optimales. Pour maintenir l’homéostasie, les organismes ont développé des structures avec des fonctions distinctes. La physiologie est l’étude des fonctions normales et des mécanismes des différents systèmes du corps. Par exemple, si l’environnement extérieur devient plus chaud que la température interne idéale, l’organisme activera des processus physiologiques qui empêcheront le corps de se réchauffer à la température externe. Les humains et de nombreux autres animaux atteignent l’homéostasie par des processus physiologiques distincts dans des cellules spécialisées.
<h4>Systèmes organiques chez l’homme</h4>
Un ou plusieurs types de cellules ayant des fonctions de soutien forment des tissus, qui à leur tour constituent des organes dotés de fonctions corporelles spécialisées. Les systèmes d’organes sont constitués de deux ou plusieurs organes qui travaillent ensemble pour assurer une fonction commune. Le système physiologique des vertébrés comprend 11 systèmes d’organes principaux. Bien que tous les systèmes organiques soient interconnectés, ils fonctionnent quelque peu indépendamment les uns des autres.
Le corps est recouvert par le système tégumentaire, qui se compose de la peau, des cheveux, des ongles, des récepteurs sensoriels et de diverses glandes. En plus de protéger les structures internes, les organes tégumentaires détectent de nombreuses caractéristiques de l’environnement externe et aident à réguler la température corporelle. À l’intérieur, les organes sont protégés et soutenus par le système squelettique, qui comprend les os, le cartilage, les tendons et les ligaments. Le système squelettique assure également l’attachement des muscles qui composent le système musculaire. Les muscles peuvent déplacer le corps en déplaçant le squelette ou se contracter pour déplacer des substances à travers des organes creux. Le système nerveux se compose du cerveau, de la moelle épinière et des nerfs périphériques. Il interprète les stimuli sensoriels et dirige le comportement de l’organisme pour contrôler les processus physiologiques avec d’autres systèmes. Le système endocrinien est composé de glandes et d’organes sécréteurs d’hormones, notamment l’hypophyse, la thyroïde, le pancréas, les ovaires et les testicules. Il régule la croissance, le métabolisme et la reproduction avec d’autres systèmes. Le système respiratoire contrôle les échanges gazeux pour fournir de l’oxygène au corps car il élimine le dioxyde de carbone dans les poumons après le passage de l’air dans la cavité nasale, le pharynx, le larynx, la trachée et les bronches. Le système digestif traite et décompose les aliments qui sont absorbés par la cavité buccale et l’œsophage, puis déplacés par l’estomac, l’intestin grêle et le gros intestin avant d’être excrétés par le rectum et l’anus. Les nutriments sont absorbés dans l’intestin grêle et le gros intestin, puis traités par le foie. Le système urinaire concentre et élimine les déchets azotés via les reins, la vessie et l’urètre. Il débarrasse également le corps de l’excès d’eau. Le système cardiovasculaire ou circulatoire se compose du cœur, des vaisseaux sanguins et du sang, et fournit de l’oxygène et des nutriments aux tissus, tout en éliminant le dioxyde de carbone et les déchets dans tout le corps. Le système lymphatique maintient la réponse immunitaire de l’organisme via les globules blancs ou lymphocytes (logés dans la moelle osseuse rouge), le thymus, les vaisseaux lymphatiques, le canal thoracique, la rate et les ganglions lymphatiques. Enfin, le système reproducteur amorce les cellules reproductrices des organismes. Chez les hommes, les testicules et le pénis constituent le système reproducteur, tandis que chez les femmes, l’utérus, les ovaires et le vagin constituent le système reproducteur.
<h4>Physiologie de l’appareil circulatoire</h4>
La physiologie des organismes unicellulaires et des animaux multicellulaires basaux, tels que les éponges, est souvent simple. Par exemple, la petite taille et le grand rapport surface/volume des micro-organismes leur permettent d’atteindre une régulation par diffusion à travers la membrane cellulaire. De même, l’eau de mer circule à travers les pores des éponges, transportant des nutriments et des déchets vers et depuis ses cellules. Les animaux plus complexes ont développé des systèmes circulatoires pour faire circuler le sang dans tout le corps afin de transporter les nutriments, les déchets, les hormones et d’autres molécules, tandis que les systèmes respiratoires permettent les échanges gazeux entre le système circulatoire et l’environnement extérieur. 
Le système circulatoire chez les animaux peut être ouvert ou fermé. Les systèmes circulatoires ouverts sont généralement présents chez de nombreux invertébrés et se composent d’un ou plusieurs cœurs simples, d’un réseau de vaisseaux et d’espaces interconnectés qui baignent directement les organes internes dans un fluide qui permet l’échange de matériaux. Les vertébrés ont des systèmes circulatoires fermés, dans lesquels le sang est confiné à l’intérieur d’un système de vaisseaux fermés qui se ramifie largement dans les tissus pour assurer l’échange de matériel. Ce système de vaisseaux fermés est relié à un cœur, les veines transportant le sang des tissus vers le cœur et les artères transportant le sang du cœur vers le reste du corps. Les cœurs à quatre chambres, comme chez les humains, sont associés à deux boucles de vaisseaux. Chez l’homme, le sang appauvri en oxygène des organes pénètre dans le cœur par l’oreillette droite, qui se contracte pour pousser le sang vers le ventricule droit, qui à son tour envoie du sang vers les poumons. Après l’échange gazeux dans les poumons, le sang riche en oxygène retourne dans l’oreillette gauche et est ensuite poussé dans le ventricule gauche. Cette dernière chambre est plus musclée que les autres et, avec une forte contraction, est capable de pomper le sang vers le reste du corps.
Les systèmes circulatoires fermés permettent une circulation rapide du sang, ce qui permet un transport rapide et efficace des substances dans tout le corps ainsi qu’une pression artérielle plus élevée que dans les systèmes ouverts. La pression artérielle est générée par la contraction des ventricules cardiaques lorsque le sang est forcé dans les artères. Au fur et à mesure que les ventricules du cœur se détendent, la pression artérielle diminue.
<h4>Tension artérielle</h4>
Chez l’homme, le fonctionnement du système circulatoire peut être évalué en mesurant la pression artérielle et la fréquence cardiaque correspondante chez un individu. La pression artérielle est mesurée en millimètres de mercure (mmHg), qui est la hauteur en millimètres à laquelle le mercure dans une colonne est élevé en raison de la pression exercée sur celle-ci. La fréquence cardiaque est mesurée en battements par minute. En raison des mouvements de contraction et de relaxation du cœur, les lectures de pression artérielle se composent de deux chiffres : systolique et diastolique. La pression systolique est mesurée pendant les contractions des ventricules et la pression diastolique est la pression minimale dans les artères pendant le repos entre les contractions. En général, des pressions systoliques de 90 à 120 mmHg et des pressions diastoliques de 60 à 80 mmHg sont considérées comme saines. En ce qui concerne la fréquence cardiaque, 60 à 100 battements par minute sont considérés comme sains pour les adultes. Les athlètes ont généralement une fréquence cardiaque plus basse car les exercices cardiovasculaires augmentent la fréquence cardiaque et conditionnent le cœur à pomper plus efficacement, ce qui finit par réduire la fréquence cardiaque au repos1.
Une pression artérielle élevée pendant de longues périodes ou l’hypertension peuvent endommager les vaisseaux sanguins et ont été associées à des crises cardiaques et à des accidents vasculaires cérébraux2. Les chercheurs ont découvert que les effets cardiovasculaires de la pression systolique et diastolique sont différents, de sorte que les taux d’événements cardiovasculaires sont fortement associés à la pression systolique. Par conséquent, le nombre de patients atteints d’hypertension systolique qui souffrent d’événements cardiovasculaires est plus élevé que le nombre de patients atteints d’hypertension diastolique3. Des facteurs génétiques, ainsi que des facteurs liés au mode de vie et à l’environnement peuvent causer de l’hypertension et des maladies cardiovasculaires. Par exemple, la consommation de grandes quantités de sel provoque la rétention d’un excès d’eau dans le corps, ce qui augmente la pression artérielle et fatigue les vaisseaux sanguins. Toute agression des vaisseaux sanguins les rend sujets à des blessures, ce qui fournit des surfaces pour l’accumulation de plaque, raidissant éventuellement les vaisseaux sanguins et réduisant l’efficacité de la circulation sanguine.
Mesure de la pression artérielle
Les tensiomètres sont utilisés pour mesurer la pression artérielle. Ils sont composés d’un brassard gonflable qui est relié à une pompe (manuelle ou automatique) et d’un manomètre. La façon la plus efficace d’utiliser un tensiomètre est sur l’artère brachiale sur le haut du bras, qui est au niveau du cœur. Les tensiomètres sont utilisés en conjonction avec un stéthoscope, qui est un appareil médical acoustique utilisé pour écouter les sons internes via un disque métallique, ou résonateur. Le stéthoscope est tenu juste en dessous du tensiomètre, juste au-dessus de l'intérieur du coude de l'individu pour mesurer les sons de la pression artérielle systolique et diastolique. Le brassard est gonflé à 200 mmHg, arrêtant la circulation sanguine en pinçant les vaisseaux sanguins et constitue une quantité de pression sûre à appliquer sur le bras. Au fur et à mesure que le brassard se dégonfle, les vaisseaux sanguins commencent à s’ouvrir et le sang peut à nouveau circuler. La pression artérielle systolique est signifiée par le premier bruit entendu et la pression diastolique est déterminée par le dernier bruit entendu. Ces bruits sont appelés sons de Korotkoff, c’est-à-dire le son du sang poussé de force à travers les vaisseaux par le cœur4.
<h4>Système respiratoire</h4>
Le système circulatoire travaille en étroite collaboration avec le système respiratoire pour fournir de l’oxygène aux tissus tout en éliminant le dioxyde de carbone. Différents organismes ont développé des structures respiratoires distinctes pour les échanges gazeux. Par exemple, de nombreux animaux aquatiques échangent des gaz par le biais de branchies. Les mouvements des branchies sont facilement observables et peuvent être utilisés pour calculer le taux de respiration des organismes aquatiques en comptant le nombre de fois que l’organisme déplace sa couverture branchiale ou son opercule. Le rythme respiratoire peut changer avec la température car les molécules d’oxygène sont transportées à des vitesses différentes selon la chaleur ou la fraîcheur d’un environnement. Dans un environnement aquatique, la quantité d’oxygène dissous disponible dans l’eau diminue avec l’augmentation de la température. La diminution de l’oxygène a des effets sur le taux de respiration des organismes aquatiques, étant donné leur capacité à diffuser de l’oxygène dans tout leur corps. D’autre part, les animaux terrestres ont des structures respiratoires internes, telles que des poumons. Chez l’homme, la respiration implique l’inhalation en contractant le diaphragme pour aspirer l’air. Lorsque le diaphragme se détend, l’air est libéré passivement des poumons.
Le tabagisme est la principale cause de cancer du poumon, responsable de 80 à 90 % des décès par cancer du poumon. Chaque année, plus de 120 000 Américains meurent d’un cancer du poumon associé au tabagisme et représentent une grande partie des décès évitables5. Dans l’ensemble, le mode de vie contribue à la santé des systèmes circulatoire et respiratoire et un nombre important de décès peuvent être évités en modifiant le mode de vie.
<h4>Références</h4>
<ol class="références">
	<li>Wilson, MG, Ellison, GM et Cable, NT. La science fondamentale derrière les avantages cardiovasculaires de l’exercice. Br J Sports Med . 2016, 50(93-99).</li>
	<li>Psaty, BM, et al. Association entre le niveau de pression artérielle et le risque d’infarctus du myocarde, d’accident vasculaire cérébral et de mortalité totale : l’étude sur la santé cardiovasculaire. Arch Intern Med. 2001 , vol. 161, 9 (1183-92).</li>
	<li>Kannel, WB. L’hypertension artérielle systolique comme facteur de risque cardiovasculaire. Am. J. Cardiol. 2000, vol. 85, 2 (251-5).</li>
	<li>Perloff, D, et al. Détermination de la pression artérielle humaine par sphygmomanométrie. circulation. 1993, vol. 88, 5 (2460-70).</li>
	<li>Département de la Santé et des Services sociaux des États-Unis. Les conséquences du tabagisme sur la santé : un rapport du Surgeon General. 2004.</li>
</ol>

Physiologie de l’appareil circulatoire

Homéostasie
Les conditions de l’environnement extérieur d’un organisme peuvent changer rapidement et radicalement. Pour survivre, les organismes doivent maintenir une ...

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Fondamentaux

circulatory system: blood flow and pressure

The circulatory system moves blood, oxygen, nutrients, and wastes through the body to support homeostasis. Homeostasis is the stable internal balance that organisms must maintain even when the outside environment changes. Physiology is the study of how body systems work, and the circulatory system is one of the key systems that helps keep internal conditions steady.

Body systems are built from cells, tissues, organs, and organ systems. Humans have 11 major organ systems, and they work together even though each system has its own main job. The integumentary system protects the body and helps control temperature. The skeletal system supports organs and gives muscles a place to attach. The muscular system moves the body and can also move substances through hollow organs. The nervous system controls responses to stimuli. The endocrine system uses hormones to regulate growth, metabolism, and reproduction. The respiratory system exchanges gases in the lungs. The digestive system breaks down food and absorbs nutrients. The urinary system removes nitrogenous wastes and extra water. The lymphatic system helps immune defense. The reproductive system produces reproductive cells.

In simple organisms, transport can happen by diffusion because of their small size and large surface area to volume ratio. Sponges also rely on water flow through their pores to carry nutrients and wastes. More complex animals need circulatory systems to move materials farther and faster. These systems transport nutrients, waste products, hormones, and other molecules, while the respiratory system supports gas exchange with the outside environment.

Animal circulatory systems can be open or closed. Open circulatory systems are common in many invertebrates. They use one or more simple hearts, a vessel network, and open spaces that bathe organs in fluid for exchange. Vertebrates have closed circulatory systems, where blood stays inside vessels that branch through tissues. In this system, veins carry blood toward the heart, and arteries carry blood away from the heart.

Humans have a four-chambered heart with two circulation loops. Oxygen-poor blood from the body enters the right atrium, moves to the right ventricle, and is sent to the lungs. After gas exchange, oxygen-rich blood returns to the left atrium and then moves to the left ventricle. The left ventricle has a thicker muscle wall because it must pump blood to the rest of the body. Closed circulatory systems move blood quickly and efficiently and produce higher blood pressure than open systems.

Blood pressure and heart rate are used to measure how well the circulatory system is working. Blood pressure is measured in millimeters of mercury, or mmHg. Heart rate is measured in beats per minute. Blood pressure has two numbers. Systolic pressure is the pressure during ventricular contraction. Diastolic pressure is the lowest arterial pressure between contractions. Healthy adult values are usually about 90-120 mmHg for systolic pressure and 60-80 mmHg for diastolic pressure. A healthy adult heart rate is usually 60-100 beats per minute, and athletes often have lower resting heart rates because exercise makes the heart pump more efficiently.

High blood pressure, or hypertension, can damage blood vessels and is linked to heart attack and stroke. The transcript notes that systolic pressure is strongly associated with cardiovascular events, and systolic hypertension is more closely linked to those events than diastolic hypertension. Hypertension can result from genetic, lifestyle, and environmental factors. For example, eating a lot of salt can cause the body to retain extra water. That raises blood pressure and strains blood vessels. Injured vessel walls can also encourage plaque buildup, which can stiffen vessels and reduce blood flow.

Blood pressure is often measured with a sphygmomanometer and a stethoscope. A sphygmomanometer uses an inflatable cuff, a pump, and a pressure gauge. It is usually placed on the brachial artery in the upper arm, level with the heart. The cuff is inflated to 200 mmHg, which briefly stops blood flow and is safe for the arm. As the cuff deflates, blood starts flowing again. The first sound heard is the systolic pressure, and the last sound heard is the diastolic pressure. These sounds are called Korotkoff sounds, and they come from blood being forced through the vessels.

The circulatory system also works closely with the respiratory system to supply oxygen and remove carbon dioxide. Many aquatic animals use gills for gas exchange, and their respiration rate can be estimated by counting operculum movements. Respiration rate can change with temperature because oxygen moves differently in warm or cool environments. In water, dissolved oxygen decreases as temperature rises, which affects aquatic organisms that rely on diffusion. Terrestrial animals use internal structures such as lungs. In humans, inhalation happens when the diaphragm contracts and pulls air in, and exhalation happens when the diaphragm relaxes. Smoking is the leading cause of lung cancer and accounts for 80-90% of lung cancer deaths. The transcript also notes that more than 120,000 Americans die each year from smoking-associated lung cancer, showing how lifestyle choices can affect both circulatory and respiratory health.

Circulatory System: Blood Flow and Pressure

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scientific method

Scientific Method Steps and Controls

The scientific method gives scientists a way to solve problems and explain natural events. Its development grew alongside new ideas in science during the European Renaissance. Thinkers such as Francis Bacon, Galileo, and Isaac Newton helped formalize the process. Although the method has changed over time, much of its basic framework is still used today. The process begins with observation and a clear question. A scientist first notices a natural phenomenon and then asks why it happens. This...

diffusion and osmosis

Cell Membrane Transport and Water Balance

Cell membrane transport and water balance help cells move materials in and out of the cytoplasm. Cell membranes are semipermeable, which means some molecules can pass through while others cannot. The phospholipid bilayer and its embedded proteins control this movement. Some of these proteins act as transport channels for ions and carbohydrates that could not cross on their own. Cells stay small in part because of the surface-area to volume ratio. As a cell grows, its surface area does not keep...

cell structure

Cell Types and Organelles

Cells are the basic units of life, and their structures help explain how living things work. Cell theory says that every living organism is made of one or more cells, cells are the functional units of organisms, and new cells come from preexisting cells. Cells also share key features, including a plasma membrane, cytoplasm, DNA, and ribosomes. The plasma membrane is a phospholipid bilayer that surrounds the cell. It separates the cell from its environment and controls what enters and leaves.

macromolecules

Biomolecules and Their Tests

Biomolecules are the organic molecules that living things use for structure, energy, and heredity. They all have a carbon backbone and hydrogen atoms, and carbon can form four covalent bonds. That bonding flexibility lets carbon build chains, branches, rings, and other complex shapes. Biomolecules also commonly include oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur. Small building blocks join together to make larger molecules. These units are called monomers. Two monomers can form a dimer through...

physiology of the circulatory system

The circulatory system moves blood, oxygen, nutrients, and wastes through the body to support homeostasis. Homeostasis is the stable internal balance that organisms must maintain even when the outside environment changes. Physiology is the study of how body systems work, and the circulatory system is one of the key systems that helps keep internal conditions steady. Body systems are built from cells, tissues, organs, and organ systems. Humans have 11 major organ systems, and they work together...

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Characteristics of Life

Biology is a natural science that studies life and living organisms, including their structure, function, development, interactions, evolution, ...

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EXPLANATION: Students begin to develop patterns of living and non-living organisms in kindergarten and build on detailed characteristics of different classifications of living organisms throughout elementary and middle school. Biology 1 discussions introduce viral particles and viral cycles, building on student understanding of living organisms to engage in an argument regarding the classification of a viral particle as either living or non-living.

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EXPLANATION: Students explicitly discuss the structure and function of major cellular organelles in seventh grade. Building on this understanding, Biology I students should shift their focus to the different types of cells found in organisms and how the role of each cell type relates to its composition and the prevalence of different organelles within that cell. An example might include the absence (or enucleation) of the nucleus in red blood cells in mammals providing for increased levels of oxygen transport in organisms or the lack of centrioles in most neurons. Varying cell types can include both prokaryotic and eukaryotic cell types.

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The DNA Helix

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The Central Dogma

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DNA Packaging

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Organization of Genes

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Replication in Prokaryotes

Overview

DNA replication has three main steps: initiation, elongation, and termination. Replication in prokaryotes begins when initiator proteins bind to ...

Replication in Eukaryotes

Overview

In eukaryotic cells, DNA replication is highly conserved and tightly regulated. Multiple linear chromosomes must be duplicated with high ...

Mutations

Overview

Mutations are changes in the sequence of DNA. These changes can occur spontaneously or they can be induced by exposure to environmental factors. ...

Transcription

Overview
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Translation

Lesson: Translation
Translation is the process of synthesizing proteins from the genetic information carried by messenger RNA (mRNA). Following ...

RNA Structure

Overview
The basic structure of RNA consists of a five-carbon sugar and one of four nitrogenous bases. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

RNA Stability

Intact DNA strands can be found in fossils, while scientists sometimes struggle to keep RNA intact under laboratory conditions. The structural variations ...

pre-mRNA Processing

In eukaryotic cells, transcripts made by RNA polymerase are modified and processed before exiting the nucleus. Unprocessed RNA is called precursor mRNA or ...

Types of RNA

Overview
Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs ...

MicroRNAs

siRNA - Small Interfering RNAs

Small interfering RNAs, or siRNAs, are short regulatory RNA molecules that can silence genes post-transcriptionally, as well as the transcriptional ...

piRNA - Piwi-interacting RNAs

PIWI-interacting RNAs, or piRNAs, are the most abundant short non-coding RNAs. More than 20,000 genes have been found in humans that code for piRNAs while ...

CRISPR and crRNAs

Bacteria and archaea are susceptible to viral infections just like eukaryotes; therefore, they have developed a unique adaptive immune system to protect ...

lncRNA - Long Non-coding RNAs

In humans, more than 80% of the genome gets transcribed. However, only around 2% of the genome codes for proteins. The remaining part produces non-coding ...

What are Proteins?

Protein Organization

Protein Folding

Protein Families

Protein families are groups of homologous proteins; that is, they have similarities in amino acid sequences and three-dimensional structures. Protein ...

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Conservation of Protein Domains Over Different Proteins

Protein domains are small structurally independent units that are part of a single amino acid chain.&#160; Although these domains are often structurally ...

Globular and Fibrous Proteins

Many proteins can be classified into two distinct subtypes - globular or fibrous. These two types differ in their shapes and solubilities.
Globular ...

Intrinsically Disordered Proteins

Intrinsically disordered proteins are a group of proteins that do not fold into specific three-dimensional structures. Their structural flexibility allows ...

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Conjugated Proteins

Simple proteins and protein complexes contain only amino acids. In contrast, many other proteins, called conjugated proteins, covalently bond with ...

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Binding sites linkages can regulate a protein&#39;s function.&#160; For example, enzyme activity is often regulated through a feedback mechanism where the ...

Amyloid Fibrils

Amyloid fibrils are aggregates of misfolded proteins.&#160; Under most circumstances, misfolded proteins are either refolded by chaperone proteins or ...

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Cooperative allosteric transitions can occur in multimeric proteins, where each subunit of the protein has its own ligand-binding site. When a ligand ...

Antibody Structure

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Ligand Binding Sites

Proteins are dynamic macromolecules that carry out a wide variety of essential processes; however, the activities of most proteins depend on their ...

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Protein-protein Interfaces

Many proteins form complexes to carry out their functions, making protein-protein interactions (PPIs) essential for an organism&#39;s survival. Most PPIs ...

GTPases and their Regulation

Guanine nucleotide-binding proteins (G-proteins), also known as GTPases, are a superfamily of proteins that regulate many cellular processes, such as cell ...

Conserved Binding Sites

Many proteins&#8217; biological role depends on their interactions with their ligands, small molecules that bind to specific locations on the protein ...

Covalently Linked Protein Regulators

Proteins can undergo many types of post-translational modifications, often in response to changes in their environment. These modifications play an ...

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The Equilibrium Binding Constant and Binding Strength

The equilibrium binding constant (Kb) quantifies the strength of a protein-ligand interaction. Kb can be calculated as follows when the reaction is at ...

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Protein Complexes with Interchangeable Parts

Groups of proteins may form a complex where each protein in this complex has a different role in the overall execution of the complex&#8217;s function. ...

Cofactors and Coenzymes

Mechanical Protein Functions

Proteins perform many mechanical functions in a cell. These proteins can be classified into two general categories- proteins that generate mechanical ...

Allosteric Regulation

Structural Protein Function

Structural proteins are a category of proteins responsible for functions ranging from cell shape and movement to providing support to major structures ...

Ligand Binding and Linkage

Allosteric proteins have more than one ligand binding site; the binding of a ligand to any of these sites influences the binding of ligands to the other ...

Protein Networks

An organism can have thousands of different proteins, and these proteins must cooperate to ensure the health of an organism. Proteins bind to other ...

Integrate evidence to develop a structural model of a DNA molecule. Using the model, develop and communicate an explanation for how DNA serves as a template for self-replication and encodes biological information.
EXPLANATION: Discussions of DNA in earlier grades have been limited to discussions of genes and the role of genes in the appearance and activities of an organism. Biology 1 represents a student's introduction to a molecular model of a DNA as well as the organization of DNA into genes and genes subsequently into chromosomes. Students should address interactions between genes in proteins which regulate both the shape and reproduction of DNA molecules. It is important to note that not all segments of DNA are transcribed for proteins. Portions of DNA are involved in regulating the expression of genes or affect the structure of the chromosomes (replication origin, centromeres, and telomeres).

BIO1.LS1.3

What is the Cell Cycle?

The cell cycle refers to the sequence of events occurring throughout a typical cell&#8217;s life. In eukaryotic cells, the somatic cell cycle has two ...

Interphase

The cell cycle occurs over approximately 24 hours (in a typical human cell) and in two distinct stages: interphase, which includes three phases of the ...

The Cell Cycle Control System

Positive Regulator Molecules

Inhibition of CDK Activity

S-Cdk Initiates DNA Replication

M-Cdk Drives Transition Into Mitosis

Mitogens and the Cell Cycle

Replicative Cell Senescence

Abnormal Proliferation

cells-coordinate-growth-and-proliferation

Cells Coordinate Growth and Proliferation

Mitosis and Cytokinesis

In eukaryotes, the cell division cycle is divided into distinct, coordinated cellular processes that include cell growth, DNA replication/chromosome ...

Chromosome Duplication

Cohesins

Condensins

The Mitotic Spindle

Centrosome Duplication

Spindle Assembly

Attachment of Sister Chromatids

Forces Acting on Chromosomes

Separation of Sister Chromatids

Create a model for the major events of the eukaryotic cell cycle, including mitosis. Compare and contrast the rates of cell division in various eukaryotic cell types in multicellular organisms.
EXPLANATION: Students first discuss mitosis in seventh grade, specifically focusing on the role of mitosis in creating genetically identical daughter cells. Biology 1 discussions should connect a student's understanding of gene expression and protein function with the process of mitosis to explore the differentiation of cell types from otherwise identical daughter cells. Discussions should also include varying rates of mitotic division and the relationship between these rates of division and the function of specific cell types within eukaryotic organisms. Examples may include the extremely limited use of mitosis by neurons due to their interconnectedness within neural networks or the rapid rates of mitosis with growing root tips.

BIO1.LS1.6

Circulatory System: Blood Flow and Pressure

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