A red blood cell leaving your lung carries oxygen on haemoglobin, rides an artery, squeezes through a capillary narrower than itself, releases the oxygen to a respiring cell, and returns through a vein. Every structure in that journey is built from the molecules this unit starts with, and every exam question about it asks you to connect structure to function.
WBI11 Molecules, Diet, Transport and Health is the first IAS unit: a written paper of 1 hour 30 minutes, 80 marks, all compulsory. It assesses Topic 1 (Molecules, Transport and Health) and Topic 2 (Membranes, Proteins, DNA and Gene Expression). Expect data questions on health studies, calculations with standard form, and extended answers that name structures and explain mechanisms.
1.1
Water, carbohydrates and food tests
Chương trình
Sơ đồ giáo khoa Sinh học Pearson Edexcel IAL Phiên bản 2 (Tháng hai 2021), Chủ đề 1 các statement 1.1-1.4 kèm Thực hành cốt lõi 1 (spec pp.15-16). Đây là các phân đoạn giảng dạy địa phương của các statement chính thức.
Nước với vai trò dung môi vận chuyển: bản chất lưỡng cực, liên kết hydro giữa các phân tử, và lý do tại sao các chất phân cực và ion tan được. Carbohydrate: mono/di/polysaccharides (glucose, fructose, galactose; maltose, sucrose, lactose; glycogen, amylose, amylopectin); phản ứng ngưng tụ tạo liên kết glycosidic và thủy phân phá vỡ chúng; liên hệ cấu trúc với nguồn cung cấp năng lượng và dự trữ (helix alpha-glucose so với amylopectin/glycogen phân nhánh; cellulose không nằm trong phạm vi này). Thực hành cốt lõi 1: ước lượng nồng độ đường khử bằng Benedict theo bán định lượng và ước lượng tinh bột bằng iốt sử dụng tiêu chuẩn màu sắc.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Water is the transport medium because it is a polar solvent 极性溶剂. In a water molecule, oxygen pulls the shared electrons more strongly than hydrogen: each O–H bond has a slight negative end at O and a slight positive end at H. This is the dipole 偶极 nature of water. Opposite charges between neighbouring molecules form hydrogen bonds 氢键, and polar or charged particles (glucose, sodium ions, amino acids) dissolve because water clusters around them.
Carbohydrates are joined and split by two reactions:
Condensation 缩合 removes a water molecule as a glycosidic bond 糖苷键 forms between two sugars.
Hydrolysis 水解 adds water back and breaks that bond.
Two glucose molecules condense to maltose; glucose plus fructose give sucrose; glucose plus galactose give lactose. Long chains make polysaccharides: amylose 直链淀粉 (1,4-linked, coils into a helix, compact), amylopectin 支链淀粉 and glycogen 糖原 (both 1,4-chains with 1,6-branches; glycogen is the animal store in liver and muscle). Branching means many chain ends, so glucose can be released quickly; the helix means a lot of energy fits in a small space.
Core Practical 1: estimating sugar and starch concentration
Reducing sugars reduce blue Benedict's reagent on heating, giving a brick-red precipitate. To estimate an unknown concentration, compare the colour against standards of known concentration, or read the solution in a colourimeter.
Worked check. Standards of 0, 0.5, 1, 2 and 4 % glucose give absorbances 0.02, 0.09, 0.18, 0.35, 0.64. An unknown gives 0.58. On the straight section, each 1 % adds about 0.16 absorbance, so the unknown is near $0.58/0.16 \approx 3.6\%$. Reading beyond the standards (extrapolating past 4 %) is less reliable than measuring within them — a point the examiners like you to make. Iodine turns blue-black with starch; intensity of the blue-black gives the same kind of estimate for starch.
1.2
Lipids: triglycerides and ester bonds
Chương trình
Phát biểu 1.5 (spec p.16): tổng hợp triglyceride qua phản ứng ngưng tụ giữa glycerol và ba axit béo tạo thành liên kết este; axit béo bão hòa so với không bão hòa (không có liên kết đôi so với một hoặc nhiều C=C, chuỗi thẳng xếp chặt so với chuỗi cong vênh, hệ quả về nhiệt độ nóng chảy). Liên kết đến nguy cơ bệnh tim mạch (1.5 chủ đề phụ) thông qua hóa học lipid trong chế độ ăn và bài kiểm tra nhũ tương ethanol.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
A triglyceride 甘油三酯 is one glycerol plus three fatty acids, joined by three condensation reactions that form ester bonds 酯键. Saturated 饱和 fatty acids have no C=C bonds: straight chains pack closely, so animal fats are solid at room temperature. Unsaturated 不饱和 acids have one or more double bonds that kink the chain, packing is looser, and oils are liquid. Lipids store more energy per gram than carbohydrates because they are more reduced.
1.3
Why animals need a pump: the heart and vessels
Chương trình
Các phát biểu 1.6-1.8 (spec pp.16-17): lý do động vật đa bào cần hệ tuần hoàn vận chuyển khối lượng (giới hạn khuếch tán); cấu trúc - chức năng của mao mạch, động mạch và tĩnh mạch (lớp成膜, lòng mạch, van, mô cơ trơn và cơ đàn hồi); các khoang, van và mạch máu chính của tim động vật có vú; chu kỳ tim (tâm thu, tâm thu thất, giãn tim) với những thay đổi áp suất và thể tích cũng như sự đóng van. Chi tiết kích thích cơ nguyên sinh KHÔNG cần thiết ở IAS (spec note).
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Diffusion supplies cells only a few tenths of a millimetre thick. A big organism needs mass transport 大规模运输: a pump and pipes that carry every cell's supply and waste. The three vessel types match three jobs:
Vessel
Wall
Why
Artery
thick muscle and elastic fibres, small lumen
carries blood at high, pulsing pressure; elastin smooths the pulse
Capillary
one cell thick endothelium
short diffusion path, huge total surface area; tissue fluid leaks out at the start
Vein
thin wall, wide lumen, valves
low pressure return; valves and the surrounding muscles stop backflow
The mammalian heart is two pumps in one organ. The right side sends blood to the lungs; the left side, with the thicker ventricle wall, sends blood to the body. Atria receive; ventricles deliver. The coronary arteries feed the heart muscle itself — blockage there is a heart attack.
The cardiac cycle
One beat has three phases. Atrial systole 心房收缩期 squeezes the last blood into the ventricles. Ventricular systole 心室收缩期 raises ventricular pressure above arterial pressure, the semilunar valves open, and blood is driven out. Diastole 舒张期 relaxes the muscle, pressure falls, the semilunar valves slam shut (the second heart sound), and the chambers refill from the veins.
Read the figure the way an examiner wants: valve state is decided by pressure difference, never by an instruction. Atrio-ventricular valves open when atrial pressure exceeds ventricular pressure; semilunar valves open when ventricular pressure exceeds aortic pressure.
1.4
Haemoglobin and the oxygen journey
Chương trình
Phát biểu 1.9 (spec p.17): cấu trúc bậc bốn của hemoglobin (bốn chuỗi polypeptide, mỗi chuỗi có một nhóm heme), liên kết cộng hợp được minh họa qua đường phân ly hình chữ S, vận chuyển oxy và carbon dioxide, và hiệu ứng Bohr - tăng áp suất riêng phần của carbon dioxide làm dịch chuyển đường cong sang phải khi ion hydro gắn vào hemoglobin. So sánh đường cong hình hyperbola của myoglobin nơi xuất hiện các protein lưu trữ đơn mạch.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Haemoglobin is a protein of four polypeptide chains, each folded around a haem group carrying one Fe²⁺ ion that binds one O₂ molecule — four in total. Binding the first oxygen changes the shape of the whole molecule and makes the next bindings easier: cooperative binding 协同结合 gives the oxygen dissociation curve its shallow-then-steep S shape.
In the lungs (high pO₂) the curve flattens near 100 % saturation. In resting tissue near 1–2 kPa the curve is steep, so a small fall in pO₂ unloads a large amount of oxygen — exactly where it is needed. When tissue respires hard it releases more carbon dioxide; hydrogen ions attach to haemoglobin and shift the whole curve to the right (the Bohr effect 波尔效应), forcing even more oxygen to unload in the busiest tissue.
Worked check. At pO₂ 2 kPa the normal curve reads about 30 % saturation and the shifted curve about 15 % — haemoglobin holds only about a third as much oxygen at that partial pressure, so most of its four sites are released to the tissue sooner.
1.5
Cardiovascular disease: a chain of events
Chương trình
Các phát biểu 1.10-1.13 kèm Thực hành Trung tâm 2 (spec pp.17-18): quá trình xơ cứng động mạch (tổn thương nội mạc, đáp ứng viêm, lắng đọng LDL, phát triển mảng xơ vữa, nguy cơ phình mạch và huyết khối); cascade đông máu (thromboplastin giải phóng, prothrombin chuyển thành thrombin, fibrinogen chuyển thành fibrin); huyết áp (tâm thu/tâm trương, tăng huyết áp như một yếu tố nguy cơ) và Thực hành Trung tâm 2 điều tra nhịp tim (Daphnia hoặc tương đương). Các yếu tố nguy cơ nhân với nhau chứ không chỉ cộng lại.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Atherosclerosis 动脉粥样硬化 begins with damage to the endothelium 内皮 lining an artery. The inflammatory response grows, low-density lipoproteins invade, smooth muscle and connective tissue build a plaque 斑块, the artery narrows and hardens, and a clot can finally block it or break loose.
Clotting itself is a cascade. Damage releases thromboplastin 凝血酶原激酶, which (with calcium ions) converts the soluble plasma protein prothrombin 凝血酶原 into the enzyme thrombin 凝血酶; thrombin converts soluble fibrinogen 纤维蛋白原 into the insoluble mesh of fibrin 纤维蛋白 that traps platelets and cells.
Blood pressure 血压 is reported as systolic over diastolic. Hypertension, smoking, high blood LDL-cholesterol, diet, inactivity, age, gender and genetics are risk factors 危险因素 — and they multiply, not add: two moderate risks can matter more than one severe risk.
Reading health-risk data
Questions 8 and 9 of every paper live here. Four habits cover almost every mark:
Correlation is not causation. 相关不等于因果 Two variables moving together may share a hidden cause, or the link may be chance.
Judge the study: How large was the sample? How was it selected? What was controlled? Was it blind? Are there confounders 混杂变量 such as age or smoking?
Do the arithmetic carefully: percentage change, ratios in standard form, per-capita rates.
Ask who or what is missing: non-responders, unpublished studies, extrapolated lines.
Worked check. A study finds gum disease correlates with endothelial damage. Before claiming one causes the other you would want a mechanism, a dose–response pattern, and confounders (diet, smoking, age) excluded — and the question "were the groups matched for blood pressure?" is exactly a confounder question.
1.7
Diet, cholesterol and treating CVD
Chương trình
Các phát biểu 1.19-1.20 (spec p.18): cách kiến thức khoa học về chế độ ăn (cân bằng năng lượng, béo phì đo bằng BMI và tỷ lệ vòng eo/vòng hông, muối, chất béo bão hòa so với không bão hòa) hỗ trợ việc đưa ra lựa chọn; lợi ích và rủi ro của các phương pháp điều trị bệnh tim mạch - thuốc hạ huyết áp (chẹn beta, ức chế men chuyển angiotensin, thuốc lợi tiểu), statins (tăng cường thụ thể LDL, tác dụng phụ lên cơ và gan), thuốc chống đông (warfarin, aspirin) và thuốc ức chế tiểu cầu - bên cạnh can thiệp lối sống.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Energy balance decides body mass. Overweight and obesity are screened by BMI (mass in kg divided by height in metres squared; 18.5–24.9 is the healthy band) and waist-to-hip ratio (WHR). Dietary saturated fat raises blood LDL-cholesterol; unsaturated fat and soluble fibre lower it.
Worked check. A woman of mass 74 kg and height 1.66 m: BMI $= 74 / 1.66^2 = 74/2.76 = 26.8$ — just into the overweight band. Waist 84 cm and hips 98 cm give WHR $= 84/98 = 0.86$.
Statins 他汀类 (for example simvastatin) block a liver enzyme in cholesterol synthesis, so cells take up LDL from blood.
Anticoagulants 抗凝剂 (warfarin) and antiplatelet drugs (aspirin) reduce clotting, so bleeding risk rises.
A question asking you to "discuss" wants both sides plus a judgement anchored in the data given.
1.8 1.9
Membranes and transport
Chương trình
Chủ đề 2 các phát biểu 2.1-2.3 kèm Thực hành Trung tâm 3 (spec pp.19-20): đặc điểm của bề mặt trao đổi (diện tích lớn, mỏng, duy trì gradient nồng độ); cấu trúc màng từ mô hình mosaic lỏng - lớp kép phospholipid, protein nội tại và ngoại tại, cholesterol, glycolipid và glycoprotein; lịch sử mô hình màng (Overton đến Singer-Nicolson) và Thực hành Trung tâm 3 điều tra tính thấm của màng (củ dền ở nhiệt độ hoặc nồng độ dung môi khác nhau).
Các phát biểu 2.4-2.5 (spec p.20): thẩm thấu là sự di chuyển của phân tử nước tự do từ thế nước cao hơn sang thấp hơn qua màng bán thấm; vận chuyển thụ động (khuếch tán, khuếch tán có hỗ trợ qua protein vận tải và kênh) so với vận chuyển chủ động (ATP, ngược chiều gradient); thực bào và xuất bào để vận chuyển vật chất khối; Định luật Fick áp dụng cho diện tích bề mặt, gradient nồng độ và khoảng cách khuếch tán (tốc độ tỷ lệ thuận với SA x gradient / độ dày).
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Every exchange surface is a membrane doing controlled business. The fluid mosaic model 流动镶嵌模型 is the accepted picture: a phospholipid bilayer (fluid because the tails can slide), studded with intrinsic proteins that span the bilayer (channels, carriers), extrinsic proteins, cholesterol that controls fluidity, and glycoproteins and glycolipids for recognition.
Four transport routes:
Diffusion 扩散 — net movement down a concentration gradient, no ATP.
Facilitated diffusion 易化扩散 — down the gradient through a channel or carrier protein.
Active transport 主动运输 — against the gradient, powered by ATP, through carrier proteins that change shape.
Osmosis 渗透 — water moving from higher to lower water potential 水势 across a partially permeable membrane. Endocytosis and exocytosis move bulk material in vesicles.
For diffusion, Fick's law: rate is proportional to (surface area × concentration difference) ÷ diffusion distance. Gas exchange surfaces answer all three: huge area, maintained gradient, and a wall one or two cells thick. This is why alveoli, capillaries and fish gills all look the way they do.
1.10
Proteins and enzymes
Chương trình
Statements 2.6-2.8 with Core Practical 4 (spec p.20): amino acid structure (amino group, carboxyl group, R group, peptide bond formation by condensation); protein levels of structure (primary sequence to hydrogen/ion/disulfide-bonded tertiary and quaternary); enzyme action - active site specificity, induced fit, temperature/pH/substrate concentration effects on rate, competitive and non-competitive inhibition; Core Practical 4 investigating enzyme activity (temperature or pH or [S] with e.g. amylase-starch). Immobilised and linked-enzyme applications.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
An amino acid carries an amino group, a carboxyl group, a hydrogen and an R group on one central carbon; two join by a peptide bond 肽键 in a condensation reaction. The primary structure 一级结构 is the sequence; hydrogen bonds coil it into the secondary 二级结构; further hydrogen, ionic and disulfide bonds fold the tertiary 三级结构; separate chains assemble into the quaternary 四级结构 — haemoglobin is the classic example.
An enzyme 酶 is a protein whose active site 活性部位 fits one substrate shape. Binding is not rigid: the induced-fit 诱导契合 model has both molecule and site flexing until complementary. This is why temperature and pH change rate — they act on the tertiary structure — and why the active site is specific.
Competitive inhibitors 竞争性抑制剂 bind the active site and are outnumbered as substrate concentration rises; non-competitive inhibitors 非竞争性抑制剂 bind elsewhere and distort the site, so rate falls whatever the concentration.
Worked check. Q10 is quoted at 2.4: between 10 °C and 20 °C the rate is 2.4 times faster; between 45 °C and 55 °C the same factor means the denatured enzyme is collapsing at an increasing rate. Q10 only describes; it does not explain.
1.11
DNA, replication and the code
Chương trình
Các phát biểu 2.9-2.12 (spec p.21): cấu trúc mononucleotide (đường pentose, nhóm phosphate, base nitơ; deoxyribose so với ribose), sự hình thành polyme DNA qua liên kết phosphodiester, xoắn kép với ghép cặp base bổ sung và các mạch song song ngược chiều; sao chép bán bảo tồn (helicase mở xoắn, DNA polymerase, nucleotid tự do, bằng chứng Meselson-Stahl); gen là một trình tự base mã hóa cho trình tự axit amin; bộ ba mã di truyền - không chồng lấn, suy biến, phổ quát, có codon khởi đầu và codon dừng.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
A mononucleotide 单核苷酸 is a pentose (deoxyribose or ribose), a phosphate and a nitrogenous base. Condensation between phosphate and sugar of neighbours makes a strand held by phosphodiester bonds 磷酸二酯键. DNA is two antiparallel strands: A pairs with T (two hydrogen bonds), G with C (three), twisted into a double helix.
Replication is semi-conservative 半保留: helicase unzips the two strands, each is a template, and DNA polymerase DNA聚合酶 joins free nucleotides in the 5' to 3' direction. Meselson and Stahl grew bacteria first on heavy ¹⁵N then light ¹⁴N nitrogen; after one round of replication all the DNA was one intermediate density, after two rounds half was light — exactly what semi-conservative predicts and the alternatives forbid.
A gene is a sequence of bases coding for a sequence of amino acids. The code is a triplet 三联体 code: three bases per amino acid. It is non-overlapping 非重叠 (read in successive groups), degenerate 简并 (most amino acids have several codons, so some mutations are silent), and carries start and stop codons.
Worked check. A gene of 300 base pairs coding a protein of 99 amino acids plus a stop codon: $99 \times 3 + 3 = 300$. ✓
1.12
From gene to protein — and when it goes wrong
Chương trình
Các phát biểu 2.13-2.18 (spec pp.21-22): phiên mã (RNA polymerase, mạch khuôn, cắt nối pre-mRNA) và dịch mã (codon mRNA, anticodon tRNA mang axit amin, ribosome); đột biến từ lỗi sao chép DNA - thay thế, chèn, xóa với hậu quả lệch khung đọc; allele, kiểu gen, kiểu hình, tính trội và liên kết giới tính theo yêu cầu của WBI11 (bệnh nang nhầy như mô hình ảnh hưởng của gen đột biến lên vận chuyển ion clorua CFTR, tích tụ chất nhầy, nguy cơ nhiễm trùng); sàng lọc di truyền (xác định người mang gen, chẩn đoán tiền cấy ghép, chọc hút dịch ối và lấy絨毛膜绒毛) cùng các vấn đề đạo đức và xã hội của các chương trình sàng lọc.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Transcription: RNA polymerase binds the gene, uses one strand as template and builds mRNA 信使RNA. Translation: in the cytoplasm, a ribosome 核糖体 reads the mRNA codons, and tRNA 转运RNA molecules whose anticodons 反密码子 pair with those codons deliver amino acids in order; peptide bonds join them.
Mutations 突变 arise from replication errors. A substitution 替换 swaps one base: one amino acid changes, or nothing changes (degeneracy). An insertion 插入 or deletion 缺失 adds or removes a base and shifts every reading frame after it — a frameshift 移码 — usually destroying the protein.
Cystic fibrosis is the course's model: deletion of three bases removes one phenylalanine from the CFTR protein, so chloride transport fails, mucus stays thick, and airways clog. The allele is recessive: carriers are healthy. Genetic screening 基因筛查 can identify carriers, test embryos (pre-implantation genetic diagnosis) or foetuses (amniocentesis, chorionic villus sampling). Screening questions always carry ethics: who is tested, who is told, what happens to a positive result.
1.12
Check yourself
Explain why amylopectin releases glucose faster than amylose, referring to bonds and ends of chains.
Calculate the BMI of a 91 kg man 1.83 m tall and classify him.
During ventricular systole, which valves are open and which are shut, and why?
The oxygen saturation at 4 kPa falls from about 60 % to about 34 % when CO₂ rises. Explain the molecular cause.
Describe the clotting cascade in order, from endothelial damage to fibrin.
A study reports that people who eat more yoghurt have fewer heart attacks. List three checks you would make before believing a causal claim.
Explain why a competitive inhibitor lowers the rate at low substrate concentration but not at very high concentration.
Meselson and Stahl ruled out conservative replication. Which observation, after one round, did the job?
A frameshift mutation is usually worse than a substitution. Explain why, using the words triplet and degenerate.
Name two benefits and two risks of genetic screening for cystic fibrosis carriers.
Answers: 1 many 1,6-branch points give many chain ends for enzymes to attack simultaneously; 2 $91/1.83^2 = 27.2$, overweight; 3 atrio-ventricular shut, semilunar open, because ventricular pressure exceeds aortic but not atrial-from-above pressure; 4 hydrogen ions from CO₂ bind haemoglobin, changing its shape and lowering oxygen affinity (Bohr effect); 5 damage exposes collagen, platelets and damaged cells release thromboplastin, thromboplastin + Ca²⁺ converts prothrombin to thrombin, thrombin converts fibrinogen to fibrin, fibrin mesh traps cells; 6 sample size and selection, confounders such as age/exercise/diet, blinded comparison, mechanism or dose–response; 7 the inhibitor competes for the active site, so at very high substrate concentration nearly every collision with the site is substrate; 8 after one round all DNA was a single intermediate band — conservative predicts one heavy and one light band; 9 a frameshift changes every triplet after the mutation, so the whole protein from that point is a different amino-acid sequence, while degeneracy lets many substitutions change nothing; 10 benefits — informed family planning, earlier treatment or lifestyle change; risks — anxiety, discrimination by insurers or employers, false positives or negatives.
You began as one fertilised egg cell. This unit explains how that cell divided, how the copies were shuffled and halved to make gametes, how identical genes became different tissues, and how the variety that produces is counted, classified and — increasingly — defended. It is the unit of microscopes, calculations and definitions done precisely.
WBI12 Cells, Development, Biodiversity and Conservation is the second IAS unit: 1 hour 30 minutes, 80 marks, all compulsory. It assesses Topic 3 (Cell Structure, Reproduction and Development) and Topic 4 (Plant Structure and Function, Biodiversity and Conservation). Expect labelling diagrams, microscope and magnification calculations, the index of diversity and Hardy–Weinberg questions, and long answers on conservation evaluation.
2.1
Cell ultrastructure and the microscope
Chương trình
Chủ đề 3 các phát biểu 3.1-3.7 với Thực hành Cốt lõi 5 (chuyên đề tr.22-23). Siêu cấu trúc tế bào nhân thực - nhân và thể nhân, ribosome, lưới nội chất thô và trơn, bộ máy Golgi và túi truyền, ti thể, lục lạp, lysosome, tâm cầu, màng tế bào - mỗi bào quan liên kết với chức năng của nó, và siêu cấu trúc tế bào nhân sơ (vách tế bào, nang, plasmid, DNA vòng đơn, ribosome 70S, flagellum). Tổ chức thành mô, cơ quan và hệ thống (phát biểu 3.2). Độ phóng đại so với độ phân giải; kính hiển vi quang học và điện tử (TEM/SEM); tính toán độ phóng đại M = ảnh/thực tế; vai trò của việc nhuộm màu. Thực hành Cốt lõi 5 khảo sát tế bào bằng kính hiển vi.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
A eukaryotic 真核 cell is a set of specialised compartments:
Structure
Function
Nucleus and nucleolus
DNA stored behind a double membrane; nucleolus builds ribosomes
Ribosomes (80S)
site of protein synthesis
Rough endoplasmic reticulum
folds and transports proteins made on its ribosomes
Golgi apparatus
modifies, packages and ships proteins in vesicles
Mitochondrion
site of aerobic respiration, ATP production
Chloroplast (plants)
site of photosynthesis
Lysosome
digestive enzymes for worn organelles
Cell-surface membrane
controls transport, recognition
Cells organise into tissues 组织 (similar cells), organs 器官 (cooperating tissues) and organ systems 器官系统. A prokaryotic 原核 cell has none of the membrane-bound organelles: a cell wall, a slime capsule 荚膜, one circular DNA molecule plus plasmids 质粒, 70S ribosomes, and sometimes a flagellum 鞭毛.
Magnification 放大倍数 is how much bigger the image is; resolution 分辨率 is the smallest separation still seen as two. Light microscopes resolve about 200 nm; electron beams, far shorter in wavelength, resolve to a few nanometres — but need thin stained sections (TEM) or gold-coated surfaces (SEM). $M = \text{image size} / \text{actual size}$, keeping units consistent.
Worked check. A mitochondrion measures 14 mm on a photograph labelled ×20 000. Actual length $= 14\,000\ \mu\text{m} / 20\,000 = 0.7\ \mu$m. A nucleus that must be seen with its double membrane needs an electron microscope: the two membranes lie closer than a light microscope's resolution.
2.2
Meiosis: halving and shuffling
Chương trình
Các phát biểu 3.9-3.13 (chuyên đề tr.23): loci và liên kết gen;减数分裂 là hai lần phân chia tạo ra bốn tế bào đơn bội khác nhau về mặt di truyền; sự phân li độc lập của cặp nhiễm sắc thể tương đồng và hoán vị đoạn between chromatids như hai nguồn biến dị; sự chuyên biệt hóa giao tử động vật có vú (acrosome tinh trùng, ty thể phần giữa, cytoplasm trứng và zona pellucida); thụ tinh ở động vật có vú (phản ứng acrosome, phản ứng vỏ ngăn chặn đa thụ tinh) và ở thực vật có hoa (ống phấn, thụ tinh kép).
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Meiosis 减数分裂 is two successive divisions after one DNA replication, producing four genetically different haploid 单倍体 cells from one diploid 二倍体 cell. Two processes create the variation:
Independent assortment 独立分配 — each homologous pair lines up and separates at random in meiosis I; each gamete gets one of each pair, from either parent at random ($2^n$ combinations).
Crossing over 交叉互换 — in prophase I, homologous chromatids swap sections, mixing alleles within chromosome pairs.
Mammalian gametes are specialised for delivery and provisioning: the sperm 精子 carries an acrosome 顶体 (digestive enzymes), a midpiece of mitochondria and a flagellum; the egg 卵子 contributes nearly all cytoplasm and a zona pellucida 透明带 that locks out extra sperm after the cortical reaction 皮质反应. In flowering plants the pollen tube delivers two male nuclei: one fertilises the egg, the other the polar nuclei — double fertilisation 双受精.
2.3
Mitosis and the cell cycle
Chương trình
Các phát biểu 3.14-3.16 với Thực hành Cốt lõi 6 (chuyên đề tr.23): chu kỳ tế bào (giai đoạn G1-S-G2, sau đó là nguyên phân và phân chia tế bào); nguyên phân, trung gian, sau nguyên phân, cuối nguyên phân với những gì xảy ra với nhiễm sắc thể ở mỗi giai đoạn; nguyên phân tạo ra các tế bào giống hệt nhau về mặt di truyền để tăng trưởng, sửa chữa và sinh sản vô tính; tính chỉ số nguyên phân (tế bào trong nguyên phân trên tổng số tế bào) và ứng dụng lâm sàng; Thực hành Cốt lõi 6 chuẩn bị và quan sát lát cắt đầu rễ.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Mitosis 有丝分裂 produces two genetically identical diploid cells: growth, repair, asexual reproduction. Interphase ($G_1$, S — DNA replication, $G_2$) fills most of the cycle; mitosis itself is prophase (chromosomes condense, spindle forms), metaphase (chromosomes line at the equator), anaphase (spindle fibres pull chromatids to poles), telophase (nuclear membranes reform), then cytokinesis 胞质分裂.
The mitotic index 有丝分裂指数$=$ cells in mitosis $\div$ total cells counted. High values in a tissue biopsy mean rapid division — a cancer signature.
Worked check. A root-tip squash shows 36 of 450 cells in mitosis: index $= 36/450 = 0.08 = 8\%$. If the cycle takes 20 hours, mitosis occupies $0.08 \times 20 = 1.6$ hours.
2.4
Stem cells and switching genes on
Chương trình
Các phát biểu 3.17-3.21 (chuyên đề tr.24): tế bào gốc toàn năng và đa năng, giai đoạn morula và blastocyst; sự biệt hóa qua biểu hiện gene khác biệt; thay đổi sau phiên mã đối với mRNA tạo ra nhiều protein từ một gene; tương tác giữa genotype và môi trường trong phenotype; multiple alleles và di truyền đa gen tạo ra biến dị liên tục. Đạo đức khi sử dụng tế bào gốc xuyên suốt các câu hỏi thi.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
A totipotent 全能性 stem cell can form a whole organism (the first divisions of the zygote); a pluripotent 多能性 cell (inner blastocyst 胚泡) can form any tissue but not the whole organism. Differentiation happens by differential gene expression 差异基因表达: every cell keeps the whole genome, but each type switches on only its own subset. One gene can yield several proteins by post-transcriptional modification 转录后修饰 — RNA splicing choices of the pre-mRNA. The final phenotype also reflects the environment (height needs both genes and nutrition) and, for many traits, multiple genes acting together (polygenic 多基因 inheritance giving continuous variation).
2.5 2.6
Plant transport tissues
Chương trình
Chủ đề 4 các phát biểu 4.1-4.6 với Thực hành Cốt lõi 7-8 (chuyên đề tr.26-27): siêu cấu trúc tế bào thực vật (vách tế bào cellulose, plasmodesmata, lục lạp, amyloplast, vacuole); cấu trúc tinh bột và cellulose được đối chiếu với vai trò lưu trữ vs hỗ trợ; vi sợi cellulose và dày thứ cấp mang lại sức kéo; ống dẫn gỗ (lignified, chết, vận chuyển nước và hỗ trợ) và ống rây kèm tế bào đi kèm (vận chuyển); sự phân bố trong rễ, thân và lá; Thực hành Cốt lõi 7 điều tra cấu trúc mô thực vật và Thực hành Cốt lõi 8 vận chuyển nước (công việc potometer).
Các phát biểu 4.7-4.13 (chuyên đề tr.27-28): tính bền vững của sợi thực vật và tinh bột; tầm quan trọng của nước và ion vô cơ (nitrate cho axit amin, calcium cho cấu trúc vách và tín hiệu, magnesium cho chlorophyll); các chất kháng khuẩn và điều trị từ thực vật (Thực hành Cốt lõi 9 thử nghiệm kháng khuẩn); điều kiện sinh trưởng của vi khuẩn; sự phát triển của quy trình thử nghiệm thuốc từ lịch sử đến các giao thức đương đại bao gồm các giai đoạn thử nghiệm.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Plant cells add a cellulose cell wall 细胞壁 joined to neighbours by plasmodesmata 胞间连丝. Cellulose chains bundle into microfibrils 微纤维 whose criss-cross laying gives tensile strength; secondary thickening with lignin strengthens and waterproofs.
Tissue
Built from
Function
Xylem 木质部
dead hollow cells, lignified walls
water and mineral transport; support
Phloem 韧皮部
living sieve-tube elements + companion cells
translocation of sugars
Water and ions matter beyond drinking: nitrate 硝酸盐 builds amino acids, calcium 钙离子 cross-links pectin in walls and signals inside cells, magnesium 镁离子 sits at the heart of chlorophyll — a shortage yellows the leaves.
2.7
Measuring life: classification and biodiversity
Chương trình
Các phát biểu 4.14-4.18 (chuyên đề tr.28): phân loại tổ chức sự sống theo đặc điểm chung, với hệ thống ba miền (Archaea, Bacteria, Eukarya) và bằng chứng từ trình tự phân tử; độ phong phú loài và chỉ số đa dạng (D) tính toán trong một môi trường sống; chỉ số dị hợp tử trong một loài; tính đặc hữu; các mối đe dọa đối với đa dạng sinh học. Các phép tính với công thức D được kiểm tra hàng năm.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Classification arranges life by shared characteristics; the three-domain system 三域系统 (Bacteria, Archaea, Eukarya) rests on molecular evidence — ribosomal RNA sequences — that revealed Archaea are closer to us than to bacteria. Within a habitat, diversity has two measures:
Species richness 物种丰富度 — how many species.
Index of diversity 多样性指数 — $D = \dfrac{N(N-1)}{\sum n(n-1)}$, where $N$ is all individuals and $n$ each species' count. Higher $D$, more diverse.
Worked check. Habitat A: 3 species with counts 40, 35, 25 ($N = 100$). $D = 100 \times 99 / (40 \times 39 + 35 \times 34 + 25 \times 24) = 9900 / (1560 + 1190 + 600) = 9900/3350 = 2.96$. Habitat B: 3 species, counts 90, 6, 4: $D = 9900/(8010 + 30 + 12) = 1.23$. Same richness, very different balance — $D$ sees what richness cannot.
Within one species, the heterozygosity index 杂合度指数$H =$ (number of heterozygotes) $\div$ (number of individuals) measures genetic variety. A species found nowhere else is endemic 特有种 — and its island home makes it both precious and fragile.
2.8
Niches, Hardy–Weinberg and conservation
Chương trình
Statements 4.19-4.21 (spec pp.28-29): the niche concept and adaptation examples (anatomical, physiological, behavioural); the Hardy-Weinberg equation p^2 + 2pq + q^2 = 1 for allele frequencies in a population and the conditions it assumes; evaluating zoo and seed-bank conservation methods, captive breeding and habitat corridors.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
A niche 生态位 is a species' way of life: its role, its requirements, its tolerances. Adaptations come in three registers — anatomical (thick fur), physiological (enzyme variants), behavioural (migration timing).
The Hardy–Weinberg equation 哈迪–温伯格方程 tracks allele frequencies in a large, randomly breeding population with no selection, migration or mutation:
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1$$
$q^2$ = frequency of the homozygous recessive genotype. If 4 % of a population shows the recessive phenotype, $q^2 = 0.04$, so $q = 0.2$, $p = 0.8$, carriers $2pq = 0.32$.
Worked check. Of 500 foxes, 45 are homozygous recessive: $q^2 = 0.09$, $q = 0.3$, $p = 0.7$. Expected carriers $= 2pq \times 500 = 0.42 \times 500 = 210$.
Conservation questions want balance. Zoos and seed banks 种子库 keep species against extinction and run captive breeding, but cost space, lose natural behaviour and serve few individuals; habitat protection and corridors 走廊 preserve ecology at scale but need land, money and political will. Credit the specific argument, not the sentiment.
2.6
Culturing and growing microbes
Chương trình
Các phát biểu 4.7-4.13 (chuyên đề tr.27-28): tính bền vững của sợi thực vật và tinh bột; tầm quan trọng của nước và ion vô cơ (nitrate cho axit amin, calcium cho cấu trúc vách và tín hiệu, magnesium cho chlorophyll); các chất kháng khuẩn và điều trị từ thực vật (Thực hành Cốt lõi 9 thử nghiệm kháng khuẩn); điều kiện sinh trưởng của vi khuẩn; sự phát triển của quy trình thử nghiệm thuốc từ lịch sử đến các giao thức đương đại bao gồm các giai đoạn thử nghiệm.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
For the microbiology here (and Unit 4's): grow bacteria on nutrient agar or in broth, using aseptic technique 无菌技术 — sterilise loops by flaming, flame bottle necks, work near an updraught, seal plates, incubate below body temperature so human pathogens cannot grow. Count colonies on spread or pour plates (each colony from one cell or a clump: colony-forming units), or count cells with a haemocytometer, or follow turbidity 浊度 in broth.
Worked check. In the exponential phase, the growth-rate constant $k = (\log_{10} N_t - \log_{10} N_0)/(0.301 \times t)$. From $1 \times 10^4$ to $4 \times 10^7$ cells in 4 hours: $\log$ difference $= 3.602$, so $k = 3.602/(0.301 \times 4) \approx 3.0$ divisions per hour — about a 20-minute generation time.
2.6
Check yourself
Calculate the actual width of a nucleus that appears 24 mm wide at ×4 000. Give your answer in µm.
Name the two processes in meiosis that create genetic variation, and state when each happens.
A cell has 2 a.u. of DNA in G1. Sketch how DNA content changes through S phase, meiosis I and meiosis II.
Explain why all cells of a blastocyst can become any tissue, but a mature muscle cell cannot.
Explain two ways xylem is adapted to its function, one structural and one chemical.
Two habitats each contain 5 plant species. Explain why the index of diversity can still differ between them.
In a population of 1 000, 16 people show a recessive condition. Calculate q, p and the expected number of carriers.
A species of snail is endemic to one island. Explain why endemic species face higher extinction risk.
State three conditions a population must meet for the Hardy–Weinberg equation to hold.
Give one benefit and one limitation of seed banks compared with protecting habitat.
Answers: 1 $24\,000/4\,000 = 6\ \mu$m; 2 crossing over in prophase I, independent assortment in metaphase/anaphase I (and II); 3 rises to 4 in S, halves to 2 after meiosis I, halves to 1 after meiosis II, restored to 2 at fertilisation; 4 blastocyst cells are pluripotent — all genes still switchable; a muscle cell has switched off other pathways permanently in ordinary conditions; 5 hollow, lignified dead cells form continuous water columns with no cytoplasm to resist flow; lignin waterproofs and strengthens walls against collapse; 6 D weighs the evenness of abundance, not just the species count; 7 $q^2 = 0.016$, $q \approx 0.126$, $p \approx 0.874$, carriers $2pq \approx 0.22$, about 220 people; 8 a single local event (storm, disease, introduced predator, habitat loss) removes the whole species at once; 9 large population, random mating, no selection/mutation/migration; 10 seed banks store genetic diversity cheaply and safely against habitat loss (benefit) but species exist out of their ecology — no interactions, no evolution in place, and recolonisation is uncertain (limitation).
A wheat field intercepts sunlight, fixes carbon, feeds a food chain — and loses energy at every step. This unit follows the energy from photon to ecosystem, then turns to the smallest participants: the microbes that recycle, the pathogens that take, and the immune system that defends. WBI14 is also the most calculation-heavy paper after Unit 1: expect NPP, growth constants, diversity indices and time-of-death arithmetic.
WBI14 Energy, Environment, Microbiology and Immunity is the first IA2 unit: 1 hour 30 minutes, 90 marks, all compulsory. It assesses Topic 5 (Energy Flow, Ecosystems and the Environment) and Topic 6 (Microbiology, Immunity and Forensics).
4.1
Photosynthesis: two stages, two places
Chương trình
Chủ đề 5 các phát biểu 5.1-5.8 với Thực hành Cốt lõi 10 (chuyên đề tr.29-30). Phương trình tổng quát của quang hợp; phản ứng phụ thuộc ánh sáng (thủy phân nước, photophosphorylation của ADP, khử NADP) trong màng thylakoid; phản ứng không phụ thuộc ánh sáng (chu trình Calvin: cố định carbon dioxide bởi RuBP xúc tác bởi rubisco, sản xuất GALP, tái sinh ribulose bisphosphate) trong stroma; cấu trúc lục lạp khớp với cả hai giai đoạn; phổ hấp thụ và phổ hoạt động; sắc tố chromatography với giá trị Rf (Thực hành Cốt lõi 10); các yếu tố giới hạn (cường độ ánh sáng, nồng độ carbon dioxide, nhiệt độ) và can thiệp nông nghiệp vào chúng.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
The overall reaction: $6\mathrm{CO_2} + 6\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\mathrm{O_2}$, driven by light energy. In the thylakoid 类囊体 membranes, the light-dependent reactions 光反应 photolyse water (releasing O₂ and H⁺), photophosphorylate 光合磷酸化 ADP and reduce NADP. In the stroma 基质, the light-independent reactions 暗反应 (Calvin cycle) fix carbon dioxide onto ribulose bisphosphate with rubisco, reduce the products using the ATP and reduced NADP from stage one, and make GALP — some to glucose, most to regenerate RuBP.
Structure matches function: thylakoids stacked for absorbing surface; stroma packed with enzymes for the cycle.
Pigments and spectra
Chlorophyll a and b absorb red and blue light; carotenoids widen the range and protect. The absorption spectrum 吸收光谱 shows what each pigment takes up; the action spectrum 作用光谱 shows what rate of photosynthesis each wavelength drives — their agreement is evidence that these pigments do the work. Chromatography separates pigments by solubility; $\mathrm{Rf} = \text{distance moved by pigment} / \text{distance moved by solvent}$.
Limiting factors 限制因素: light intensity, CO₂ concentration, temperature. A greenhouse raises the weakest of the three — and exam answers say which and why.
4.2
Productivity and the short food chain
Chương trình
Các phát biểu 5.9-5.10 (sách giáo khoa tr.30): năng suất sơ cấp thô (GPP), năng suất sơ cấp ròng (NPP = GPP trừ đi tổn thất hô hấp) và các đơn vị sử dụng (kJ m-2 yr-1); hiệu suất truyền sinh khối giữa các bậc dinh dưỡng và cách tính toán; lý do tại sao quá trình truyền dẫn bị mất năng lượng (hô hấp, bài tiết thức ăn chưa tiêu hóa, bài tiết, phần ăn không hết) và vì sao chuỗi thức ăn thường ngắn.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Gross primary productivity 总初级生产力 (GPP) is the energy fixed by photosynthesis per area per time (kJ m⁻² yr⁻¹). Plants spend much of it on their own respiration; what remains is net primary productivity 净初级生产力:
$$\mathrm{NPP} = \mathrm{GPP} - R$$
Only about 10 % of the energy at each trophic level passes upward — lost to respiration as heat, egestion, excretion and parts never eaten. That is why chains rarely exceed four or five levels and why top predators are rare.
Worked check. A grassland fixes 45 000 kJ m⁻² yr⁻¹ and respirers 19 000. NPP $= 26\,000$ kJ m⁻² yr⁻¹. Cattle eating that grass keep about 10 %: 2 600 kJ m⁻² yr⁻¹. Humans eating the cattle keep 260 — the energy arithmetic behind "eating lower on the chain feeds more people".
4.3
Ecosystems, populations and succession
Chương trình
Các phát biểu 5.11-5.15 với Thực hành cốt lõi 11 (sách giáo khoa tr.30-31): các khái niệm môi trường sống, quần thể, quần xã và hệ sinh thái; các yếu tố sinh học và phi sinh học kiểm soát sự phân bố và mật độ; áp dụng khái niệm ổ sinh thái; chu kỳ động vật săn mồi - con mồi; phương pháp đo lường mật độ (khung mẫu, đường cắt ngang, bắt - đánh dấu - bắt lại); các giai đoạn của diễn biến từ giai đoạn đầu bởi loài tiên phong đến quần xã cực đại (Thực hành cốt lõi 11 khảo sát một môi trường sống).
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Four definitions, precisely: habitat 栖息地 (where), population 种群 (one species' individuals), community 群落 (all populations), ecosystem 生态系统 (community + environment). Abiotic factors (light, water, temperature, pH) and biotic factors (competition, predation, disease) set who lives where and how abundantly — together, the niche 生态位.
Predator and prey cycle with a delay: hares rise, lynx follow, hares fall, lynx starve — a lag of about a quarter cycle.
Succession 演替 begins when pioneer species colonise bare ground; each stage changes the soil and microclimate, enabling the next, until the climax community 顶极群落 stabilises. Measuring abundance uses quadrats and transects (random sampling for estimates, systematic along a gradient) and capture-mark-recapture for animals ($N \approx \text{first catch} \times \text{second catch} / \text{marked recaptures}$).
4.4
Climate change: evidence, causes, effects
Chương trình
Các phát biểu 5.16-5.22 với Thực hành cốt lõi 12 (sách giáo khoa tr.31-32): bằng chứng về biến đổi khí hậu (bản ghi nhiệt độ, lõi băng, năm vòng cây, phấn hoa trong than bùn); khí nhà kính và hiệu ứng nhà kính gia tăng (CO2, methane, nitơ ôxít - nguồn gốc, thời gian tồn tại trong khí quyển, tiềm năng làm nóng toàn cầu); chu trình carbon và các phương pháp giảm carbon trong khí quyển; ngoại suy dữ liệu và độ tin cậy của nó; tác động của biến đổi khí hậu đến mô hình mưa, sự phân bố loài, các hệ sinh thái phụ thuộc vào enzyme; Thực hành cốt lõi 12 nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt động của enzyme/môi trường liên quan.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Evidence comes from direct temperature records, ice cores (trapped air giving ancient CO₂), tree rings (dendrochronology 树轮年代学) and pollen layers in peat. The enhanced greenhouse effect 温室效应: outgoing long-wave radiation is absorbed by CO₂, methane and nitrous oxide and re-emitted downward. The gases differ — methane is potent but short-lived; CO₂ lasts centuries; nitrous oxide combines both — so policy weighs global warming potential 全球增温潜势 against lifetime.
Extrapolating a trend beyond its data is a judgement, not a fact: state the assumption (the trend continues) and its weakness. Effects already examined: shifting rainfall and species ranges, and — close to this course — temperature's effect on enzyme rates in cold-blooded organisms and whole ecosystems.
Worked check. Methane's warming potential is about 28× CO₂'s per kg, but it lasts ~12 years against centuries. A one-tonne methane leak matters 28× a one-tonne CO₂ leak this decade, but fades while the CO₂ persists — the arithmetic of "warming potential vs cumulative load".
4.5
Evolution and speciation
Chương trình
Các phát biểu 5.23-5.26 (sách giáo khoa tr.32): tiến hóa là sự thay đổi tần số alen do đột biến, chọn lọc (hướng và ổn định), dòng gen và dao động di truyền; sự cô lập làm giảm dòng gen (địa lý = ly địa; sinh sản = đồng địa) dẫn đến hình thành loài; diễn giải các kết luận khoa học gây tranh cãi (biến đổi khí hậu, tiến hóa) theo tiêu chuẩn bằng chứng; trồng rừng, tài nguyên bền vững và nhiên liệu sinh học.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Evolution is a change in allele frequency 等位基因频率. It needs variation (mutation, meiosis) and a filter: directional selection 定向选择 shifts the mean when the environment moves; stabilising selection 稳定选择 trims the extremes in a stable one. Drift changes frequencies by chance in small populations; gene flow (migration) mixes them back.
Speciation 物种形成 needs isolation: allopatric 异域的 (a physical barrier — allopatric = different homeland) or sympatric 同域的 (reproductive isolation in the same place — behavioural, temporal or genetic). Isolated populations diverge until they can no longer interbreed.
4.6
Culturing microorganisms
Chương trình
Các phát biểu 6.1-6.4 với Thực hành cốt lõi 13 (sách giáo khoa tr.33): môi trường nuôi cấy (agar dinh dưỡng, nước nuôi); kỹ thuật vô trùng chi tiết; phương pháp đo lường sự sinh trưởng của vi sinh vật (đếm tế bào, độ đục, đếm số vi khuẩn sống bằng phương pháp pha loãng plating); bốn giai đoạn của đường cong sinh trưởng vi khuẩn (giai đoạn lag, log/tăng trưởng mũ, tĩnh, tử vong) và hằng số tốc độ tăng trưởng mũ k; Thực hành cốt lõi 13 nghiên cứu tốc độ sinh trưởng trong dung dịch nuôi cấy với đường chuẩn.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Aseptic technique protects you and the culture: flame the loop to red heat, flame bottle necks, lift lids briefly, seal plates with tape, incubate at 25 °C (never body temperature, so human pathogens cannot multiply). Measure growth by direct cell count (haemocytometer), turbidity 浊度 in broth, or viable counts by dilution plating 稀释涂布 (colonies counted × dilution factor).
The growth curve: lag 延迟期 (enzymes synthesising), log 对数期 (exponential doubling), stationary 稳定期 (deaths = divisions), death 衰亡期. The exponential constant:
Worked check. From $2\times10^4$ to $1.6\times10^7$ cells in 5 hours: log difference $= 2.903$; $k = 2.903/(0.301\times5) = 1.93$ generations per hour — a doubling time of about 31 minutes.
4.7
Pathogens and the body's barriers
Chương trình
Các phát biểu 6.5-6.7 (sách giáo khoa tr.33): so sánh cấu trúc của vi khuẩn và virus (axit nucleic, vỏ capsid, màng bao); đường lây nhiễm (tiêu hóa, hô hấp, tiếp xúc tình dục, vết thương, vektor); hàng rào chống nhiễm (da, chất nhầy, axit dạ dày, đông máu); cách Mycobacterium tuberculosis và HIV xâm nhập và gây hại cho cơ thể, cũng như cách HIV làm nặng thêm bệnh lao.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Bacteria: cell wall, plasmids, ribosomes, circular DNA, some with capsule and flagellum. Viruses: nucleic acid (DNA or RNA) in a capsid 衣壳, some with an envelope — no organelles, no metabolism of their own; they hijack host cells. Mycobacterium tuberculosis 结核分枝杆菌 infects lungs, surviving inside macrophages; HIV 人类免疫缺陷病毒 destroys T helper cells, so the immune system collapses and TB reactivates — the classic AIDS-defining illness.
Barriers come first: skin, mucus and cilia, stomach acid, lysozyme in tears, and the clotting cascade sealing wounds.
4.8
The immune response
Chương trình
Các phát biểu 6.8-6.12 (sách giáo khoa tr.34): đáp ứng không đặc hiệu (viêm, lysozyme, interferon); kháng nguyên; đáp ứng thể dịch - tế bào B hiệu ứng biệt hóa thành tế bào plasma tiết ra kháng thể, tế bào B nhớ tạo ra đáp ứng thứ cấp; đáp ứng tế bào - T trợ giúp, T tiêu diệt và T nhớ; cấu trúc của kháng thể (bốn chuỗi polypeptide, vùng biến đổi có vị trí gắn) và phức hợp kháng nguyên-kháng thể; miễn dịch tự nhiên và nhân tạo, chủ động và thụ động; tiêm phòng và miễn dịch tập thể; cuộc đua tiến hóa giữa tác nhân gây bệnh và vật chủ.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Non-specific: inflammation (vasodilation and fluid leak bringing phagocytes), phagocytosis, interferon. Specific — antigens 抗原 trigger it:
Humoral 体液: B effector cells → plasma cells → antibodies 抗体; B memory cells B记忆细胞 remain for the faster, stronger secondary response.
Cellular 细胞: T helper cells coordinate, T killer cells T杀伤细胞 destroy infected cells, T memory cells persist.
An antibody is four polypeptide chains (two heavy, two light) with a variable region 可变区 forming one specific binding site — the shape that fits one antigen. Immunity splits two ways: active 主动 (your own antibodies — natural infection or vaccination) vs passive 被动 (given antibodies — mother to baby, antiserum); natural vs artificial in each. Vaccination works at the scale of populations too (herd immunity 群体免疫) — but pathogens evolve back: the evolutionary race.
Worked check. A vaccine's second dose produces antibody levels ten times the first and within days rather than weeks: clonal selection finds the memory B cells, which divide rapidly into plasma cells — the secondary response the primary response built.
4.9
Antibiotics and hospital-acquired infections
Chương trình
Các phát biểu 6.13-6.15 với Thực hành cốt lõi 14 (sách giáo khoa tr.34): kháng sinh ức chế sinh trưởng vs kháng sinh diệt khuẩn; cách kháng thuốc kháng sinh nảy sinh và lan truyền (chọn lọc); Thực hành cốt lõi 14 nghiên cứu tác động của kháng sinh lên vi khuẩn; việc hiểu biết nguyên nhân gây ra nhiễm khuẩn acquisition ở bệnh viện (vệ sinh, thủ thuật xâm lấn, chủng kháng thuốc) giúp giảm tỷ lệ mắc bệnh.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Bacteriostatic 抑菌的 antibiotics stop bacterial growth; bactericidal 杀菌的 ones kill. Resistance arises by mutation and spreads by selection whenever exposure kills the susceptible and spares the resistant — finishing a course and avoiding unnecessary use both slow it. Hospital-acquired infections thrive where vulnerable patients, invasive devices and resistant strains meet; hand hygiene, sterile procedure and isolating carriers break the chain.
4.10
Decomposition, PCR, profiling and time of death
Chương trình
Statements 6.16-6.20 (spec pp.34-35): the role of microorganisms in decomposition and nutrient recycling; the polymerase chain reaction (denaturation, annealing of primers, extension) amplifying DNA; gel electrophoresis separating DNA fragments by length; DNA profiling for identification and genetic relationships; determining time of death from body temperature, rigor mortis, degree of muscle contraction and succession of insects on the body.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Decomposers recycle carbon and nitrogen — the ecosystem's waste system. The polymerase chain reaction 聚合酶链式反应 cycles denaturation (95 °C), primer annealing (50–60 °C) and extension (72 °C), doubling the target DNA each cycle: $n$ cycles give $2^n$ copies. Gel electrophoresis 凝胶电泳 drags negatively charged DNA fragments through gel — short fragments run furthest. The profile 电泳图谱 of band positions identifies individuals (enough loci differ between unrelated people) and measures relatedness (shared bands).
Time of death narrows by four clocks: body temperature (falls ~1 °C per hour, modified by size, clothing, air), rigor mortis 尸僵 (sets then passes), decomposition degree, and insect succession on the body — each stage's arrivals time-stamp the interval.
Worked check. A body found at 22 °C core temperature in a 15 °C room: $(37-22)/(1\ ^\circ\text{C per hour}) \approx 15$ hours — but state the assumptions (still air, average build) before trusting it.
4.10
Check yourself
Name the products of the light-dependent reactions used by the Calvin cycle.
A crop fixes 60 000 kJ m⁻² yr⁻¹ and respirers 20 000. Calculate NPP and the energy reaching a third trophic level at 10 % transfer each step.
Explain why the action spectrum is evidence that chlorophyll carries out photosynthesis.
Distinguish directional and stabilising selection with one example of each.
Give two reasons a food chain rarely exceeds five trophic levels.
A culture grows from $5\times10^3$ to $4\times10^6$ in 6 hours. Calculate k and the doubling time.
Explain why a second vaccine dose raises antibody titre far faster than the first.
State the difference between bacteriostatic and bactericidal, and why the distinction matters for a patient with a weak immune system.
Three PCR cycles from one double-stranded template: how many copies?
A body's core is 30 °C. Estimate the time since death under standard assumptions and name one factor that would extend the true interval.
Answers: 1 ATP and reduced NADP; 2 NPP $= 40\,000$; third level $= 400\,\text{kJ m}^{-2}\text{yr}^{-1}$ (10 % of 4 000); 3 wavelengths chlorophyll absorbs best are the wavelengths that drive photosynthesis best; 4 directional — antibiotic resistance shifting the mean; stabilising — human birth weights; 5 energy lost at each step to respiration/heat/egestion, so little remains; producers also lose to respiration before the first transfer; 6 log difference 2.903, $k = 2.903/(0.301\times6) = 1.61$ h⁻¹, doubling ≈ 37 min; 7 memory B cells persist; the second encounter selects clones that divide rapidly into plasma cells — the secondary response; 8 bacteriostatic stops growth (immune system must clear), bactericidal kills outright — a weak immune system needs bactericidal support; 9 $2^3 = 8$ copies; 10 $(37-30)/1 = 7$ hours; heavy clothing or a warm room slows cooling, so true time is longer.
5
Respiration, Internal Environment, Coordination and Gene Technology
Bên trong cơ thể: năng lượng, cân bằng và điều khiển
Chạy nước rút để kịp xe buýt và cơ thể bạn biểu diễn một bản giao hưởng: cơ bắp đốt cháy glucose nhanh hơn, tim tăng gấp đôi công suất, thông khí sâu hơn, mồ hôi bắt đầu tiết ra, và thận tinh chỉnh lại khả năng tái hấp thu nước — tất cả đều được kiểm soát mà không cần ý thức chủ động. Đơn vị học này đi theo bộ máy vận hành đó: hô hấp ở quy mô phân tử, cơ và tim ở quy mô mô, thần kinh và hormone đóng vai trò điều khiển, và công nghệ gen là cánh cửa hiện đại nhìn thấu vào chúng.
WBI15 Hô hấp, Môi trường nội sinh, Điều phối và Công nghệ Gen là đơn vị IA2 thứ hai: 1 giờ 45 phút, 90 điểm. Nó đánh giá Chủ đề 7 (Hô hấp, Cơ bắp và Môi trường nội sinh) và Chủ đề 8 (Điều phối, Phản ứng và Công nghệ Gen), và một câu hỏi 20 điểm được xây dựng trên một bài báo khoa học được phát hành trước — bạn đã nghiên cứu bài báo này từ trước.
5.1
Hô hấp: bốn giai đoạn, một mục đích
Chương trình
Chủ đề 7 các phát biểu 7.1-7.8 với Thực hành cốt lõi 15-16 (sách giáo khoa tr.35-36). Phản ứng tổng quát của hô hấp hiếu khí và hô hấp như một quá trình từng bước, được kiểm soát bởi enzyme; đường phân trong bào tương (phosphoryl hóa hexose, phosphoryl hóa mức độ cơ chất tạo ATP, NAD khử, pyruvat; lactate trong điều kiện kỵ khí); phản ứng nối và chu trình Krebs trong ma trận ti thể (decarboxylation, ATP, NAD khử, FAD khử); phosphoryl hóa oxy hóa trên cristae - chuỗi truyền điện tử bơm ion hydro vào khoảng gian màng và chemiosmosis thông qua ATP synthase, oxy là chất nhận electron cuối cùng; chuyển hóa lactate sau khi vận động cường độ cao; chỉ số hô hấp RQ = CO2 tạo thành / O2 tiêu thụ đối với carbohydrate (1.0), lipid (0.7) và protein (0.9); Thực hành cốt lõi 15-16 (thiết bị respirometer và hô hấp chỉ thị bicarbonate nhân tạo).
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Hô hấp giải phóng năng lượng từng bước, mỗi bước được xúc tác bởi một enzyme đặc hiệu. Tóm tắt hô hấp hiếu khí:
chuỗi truyền electron bơm H⁺; chemiosmosis qua ATP synthase; O₂ là chất nhận cuối cùng
nhiều ATP nhất
Điều kiện kỵ khí dừng chuỗi truyền — NAD khử không thể tái chế — nên pyruvate chấp nhận hydro của nó và trở thành lactat trong cơ bắp. Sau khi tập luyện, lactat được vận chuyển đến gan và tái tổng hợp thành glucose (cần oxy: nợ oxy).
Hệ số hô hấp: $\mathrm{RQ} = \mathrm{CO_2}\ \text{produced} / \mathrm{O_2}\ \text{consumed}$. Carbohydrate 1.0, protein 0.9, lipid ≈ 0.7 — RQ của sinh vật tiết lộ nguồn nhiên liệu đang bị đốt cháy.
Ví dụ minh họa. Một respirometer cho thấy 60 cm³ CO₂ được sản sinh và 60 cm³ O₂ tiêu thụ trong cùng một khoảng thời gian: RQ = 1.0 — carbohydrate. Một hạt giống nảy mầm có RQ 0.7 đang đốt cháy dự trữ lipid.
5.2
Cơ bắp: sợi trượt
Chương trình
Các phát biểu 7.9-7.11 (spec p.36): cơ, gân, xương và dây chằng tương tác thế nào trong chuyển động (cơ kéo xương qua khớp; gân nối cơ với xương; dây chằng giữ các xương lại với nhau); cấu trúc sợi cơ xương (tế bào đa nhân fused, myofibril gồm actin và myosin); lý thuyết sợi trượt co cơ (ion canxi lộ vị trí liên kết, đầu myosin gắn ATP và kéo, actin trượt); sợi cơ nhanh và chậm cùng sự thích nghi cho chạy nước rút và耐力 tập luyện.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
A gân nối cơ với xương; một dây chằng nối xương với xương qua khớp; cơ hoạt động theo cặp đối kháng. Một sợi cơ xương là tế bào hợp bào đa nhân chứa đầy sợi cơ của actin và myosin.
Co cơ là chu kỳ trượt sợi: điện thế action giải phóng Ca²⁺; calcium lộ các vị trí liên kết của actin; đầu myosin được năng lượng (ATP đã phân ly) gắn vào, kéo actin, rồi tách ra khi ATP mới liên kết — hàng nghìn đầu mỗi giây, mỗi nhịp kéo vài nanometre.
Sợi co nhanh: dày, ít ti thể, nhanh và mạnh, mỏi nhanh (chạy nước rút). Sợi co chậm: nhiều ti thể, cung cấp máu dồi dào, myoglobin — bền bỉ.
5.3
Đồng hồ riêng của tim và sự can thiệp của tủy não
Chương trình
Các phát biểu 7.12-7.13, 7.15 kèm Thực hành Cốt lõi 17 (spec p.36): tính tự phát của cơ tim; hoạt động điện của tim bắt đầu từ nút xoang, truyền đến nút nhĩ thất và dọc theo sợi Purkinje; kiểm soát nhịp tim và nhịp thở bởi trung tâm điều hòa tim mạch và trung tâm hô hấp ở hành não; thể tích tim = thể tích mỗi nhịp x nhịp tim và cách tính toán; sự thay đổi thể tích thở và thể tích tim trong vận động; Thực hành Cốt lõi 17 sử dụng đồ thị spirometer để nghiên cứu ảnh hưởng của vận động lên thể tích thở, nhịp thở và thể tích thở mỗi phút.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Cơ tim là tự phát: nó đập mà không cần tín hiệu thần kinh. Nút xoang nhĩ đặt nhịp độ; sóng lan khắp nhĩ đến nút nhĩ thất, sau đó dọc theo sợi Purkyne đến thất — nhĩ co trước, thất co sau một chút.
Trung tâm điều khiển tuần hoàn và trung tâm hô hấp trong tủy não điều chỉnh cả hai hệ thống theo nhu cầu: thụ thể hóa học cảm nhận CO₂ và pH, thụ thể áp lực cảm nhận huyết áp.
Kiểm tra có hướng dẫn. Khi nghỉ ngơi: 70 cm³ × 72 min⁻¹ ≈ 5.0 dm³ min⁻¹. Khi vận động: 120 cm³ × 150 min⁻¹ = 18 dm³ min⁻¹ — bảng số liệu mà đề thi yêu thích. Thông khí tăng theo tỷ lệ, đọc từ đồ thị spirometer (thể tích tidal × tần số thở = thông khí phút).
5.4
Homeostasis và phản hồi
Chương trình
Các phát biểu 7.14, 7.16-7.17 (spec p.36): nội môi là duy trì môi trường bên trong ở trạng thái cân bằng động; phản hồi âm giữ các biến số trong khoảng hẹp (và phản hồi dương khuếch đại sự thay đổi); vai trò của hệ thần kinh tự chủ, adrenaline trong phản ứng chiến đấu hay bỏ chạy, và vùng dưới đồi trong điều hòa thân nhiệt ( giãn mạch, đổ mồ hôi, run rẩy, co mạch, dựng lông).
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Homeostasis duy trì môi trường bên trong ở trạng thái cân bằng động — không phải tĩnh, mà các biến số dao động trong giới hạn hẹp. Phản hồi âm sửa chữa sai lệch theo bất kỳ hướng nào (kiểu nhiệt kế); phản hồi dương khuếch đại chúng (dạng xoắn ốc, không phải vòng lặp — như trong điện thế action hoặc sốt cao mất kiểm soát).
Điều hòa thân nhiệt diễn ra qua vùng dưới đồi: mất nhiệt qua giãn mạch và đổ mồ hôi; giữ nhiệt qua co mạch, run rẩy và dựng lông. Adrenaline chuẩn bị cho phản ứng chiến đấu hay bỏ chạy — nhịp tim, đường huyết và đường hô hấp đều đáp ứng đồng thời.
5.5
Thận: lọc, tái hấp thu, tinh chỉnh
Chương trình
Các phát biểu 7.18-7.21 (spec pp.36-37): cấu trúc tổng quát và vi mô của thận động vật có vú (vỏ, tủy, bể thận; đơn vị thận gồm cầu thận, bao Bowman, ống cong gần, vòng Henle, ống thu tập); lọc siêu (áp suất cao từ động mạch vào, podocyte, màng nền) và tái hấp thu chọn lọc ở ống cong gần (glucose, axit amin, một số muối và nước); vòng Henle và gradient thế nước trong tủy; ADH từ tuyến yên làm tăng độ thấm nước của ống thu tập; sản xuất urea trong gan từ axit amin dư thừa (phân giải nhóm amin, chu trình ornithine không cần chi tiết).
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Máu đi vào cầu thận của nephron với áp suất cao — động mạch trước rộng hơn động mạch sau — và các phân tử nhỏ bị ép qua podocytes và màng nền vào bao Bowman (lọc siêu vi: mọi thứ trừ tế bào và protein lớn). Ống cong gần tái hấp thu toàn bộ glucose và axit amin cùng hầu hết muối và nước (vận chuyển chủ động rồi thẩm thấu). Vòng Henle thiết lập gradient thế nước xuống tủy thận thông qua nhân đôi ngược dòng. Ống thu thập đưa ra quyết định cuối cùng: ADH từ tuyến pituitary chèn aquaporin để tái hấp thu thêm nước — nước tiểu cô đặc khi thiếu nước, loãng khi không.
Axit amin dư thừa bị khử amin trong gan; amoniac độc hại trở thành urea để bài tiết.
Kiểm tra có hướng dẫn. Có ADH → thành ống thu thập thấm nước → nước rời khỏi theo gradient vào máu tủy thận → thể tích nhỏ, nước tiểu cô đặc. Alcohol ức chế ADH → thể tích lớn, nước tiểu loãng.
5.6
Bật tắt gen: yếu tố phiên mã và biểu sinh
Chương trình
Phát biểu 7.22 (spec p.37): cách gen được bật và tắt bởi các yếu tố phiên mã gắn vào DNA (bao gồm hormone steroid xâm nhập tế bào để đóng vai trò là yếu tố phiên mã); biểu di truyền học - methyl hóa DNA và biến đổi histone tắt gen và hậu quả của chúng (ví dụ: im lặng gen ức chế khối u, imprinting Prader-Willi); operon lac là mô hình điều hòa gen khi phù hợp.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Một yếu tố phiên mã gắn vào vùng khởi động của gen và bật/tắt quá trình phiên mã. Hormone steroid khuếch tán qua màng và đóng vai trò trực tiếp như yếu tố phiên mã — một gen có thể phục vụ nhiều mô. Biểu sinh làm im lặng gen mà không thay đổi trình tự base: methyl hóa DNA và biến đổi histone (acetyl hóa) nén DNA ra khỏi tầm với của máy móc phiên mã. Sai sót quan trọng: gen ức chế khối u bị methyl hóa không thể kiểm soát sự phân chia tế bào; lỗi imprinting giải hội chứng Prader–Willi.
5.7 5.8
Xung thần kinh và synapse
Chương trình
Các phát biểu 8.1-8.7 (spec pp.37-38): cấu trúc của neuron cảm giác, trung gian và vận động; thế nghỉ được duy trì bởi bơm natri-kali; cách xung action hình thành (khử cực, ngưỡng tất cả hoặc không, tái cực, thời kỳ bất khả); dẫn truyền trên axon không có vỏ髓 và dẫn truyền saltatory trên axon có vỏ髓; cấu trúc và chức năng của synap (giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, gắn thụ thể, tính đơn hướng); cách thuốc ảnh hưởng đến xung thần kinh tại synap (chất đồng vận, chất ức chế, chặn tái hấp thu SSRI).
Các phát biểu 8.8-8.10 (spec p.38): tổ chức hệ thần kinh động vật có vú (TSTK = não và tủy sống; TSTN, chia thành ngoại biên và tự chủ, giao cảm và phế cảm); cách thụ thể phát hiện kích thích (tế bào que và nón trong võng mạc, thụ thể quang, thụ thể nhiệt, thụ thể hóa, thụ thể áp lực, thụ thể cảm nhận vị trí, thụ thể đau); cung phản xạ tủy sống (chất xám và chất trắng) và đường dẫn 3 neuron; quen thuộc là sự giảm đáp ứng với một kích thích lặp lại.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Neuron nghỉ bơm Na⁺ ra ngoài và K⁺ vào trong (bơm natri-kali), giữ điện thế nội bào khoảng −70 mV. Kích thích vượt ngưỡng (khoảng −55 mV) mở kênh natri: điện thế action kiểu tất-cả-hoặc-không-cái-gì spike lên +30 mV, sau đó kênh kali khử cực; giai đoạn bất khả nhiễm ngăn truyền ngược và đặt tần số tối đa.
Trong tế bào thần kinh có bao myelin, xung điện nhảy từ nấc này sang nấc khác (dẫn truyền saltatory) — nhanh hơn nhiều. Tại synapse, sự xâm nhập của calcium kích hoạt các vesicle chất dẫn truyền thần kinh fuse với màng trước synapse; chất dẫn truyền khuếch tán và liên kết với thụ thể sau synapse; enzyme sau đó làm sạch khe synapse. Thuốc tác động tại đây: SSRIs ngăn chặn tái hấp thu serotonin, giúp tín hiệu kéo dài; lidocaine chặn kênh natri; ecstasy (MDMA) tràn ngập khe synapse bằng serotonin rồi làm cạn kiệt nó.
Hệ thần kinh được phân chia: CNS (não, tủy sống) và PNS — somatic (thụ ý) và autonomic (vô ý; giao cảm tăng tốc, nội giao cảm làm dịu). Thụ thể là bộ chuyển đổi: tế bào que (ánh sáng yếu, nhiều tế bào cho một tế bào hai cực — độ nhạy), tế bào nón (màu sắc, tỷ lệ 1-1 — độ sắc nét), cùng với thụ thể nhiệt, thụ thể hóa học, thụ thể áp suất, nociceptors (đau). Cung phản xạ tủy sống truyền tín hiệu sensory → relay → motor neurone trong chất xám tủy sống — nhanh, vô ý, bảo vệ. Habituation là sự giảm dần phản ứng đối với một kích thích vô hại lặp lại.
5.9
Thực vật: công tắc ánh sáng và tăng trưởng
Chương trình
Các phát biểu 8.11-8.12 kèm Thực hành Cốt lõi 18 (spec p.38): cách phytochrome (Pr hấp thụ ánh sáng đỏ và Pfr hấp thụ ánh sáng xa đỏ) kiểm soát ra hoa và nảy mầm; auxin (IAA) và gibberellin trong tăng trưởng và nảy mầm (kéo dài tế bào, cảm ứng enzyme ở lớp aleurone); nghiên cứu thực nghiệm về phản ứng thực vật với Thực hành Cốt lõi 18 và thực hành bổ sung khuyến nghị về quen thuộc.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Phytochrome chuyển đổi giữa Pr (hấp thụ ánh sáng đỏ) và Pfr (hấp thụ ánh sáng xa đỏ); thiên lệch ánh sáng đỏ của mặt trời để lại Pfr chiếm ưu thế, kiểm soát nảy mầm và ra hoa theo độ dài ngày. Auxin kéo dài tế bào bằng cách acid hóa thành tế bào; gibberellins gây ra enzyme (amylase trong lớp aleurone) huy động tinh bột trong quá trình nảy mầm.
5.10
Não và hóa học của nó
Chương trình
Các phát biểu 8.13-8.16 (sách giáo khoa tr.38-39): điều phối qua hệ thần kinh và nội tiết; vị trí và chức năng của bán cầu não, vùng dưới đồi, tuyến yên, tiểu não và tủy não; cách hình ảnh MRI, fMRI, CT và PET được tạo thành và ứng dụng của chúng; mất cân bằng dẫn truyền thần kinh (dopamine trong Parkinson, serotonin trong trầm cảm) và cách kiến thức về hóa học não nền tảng cho điều trị bằng thuốc (L-Dopa vượt qua hàng rào máu-não).
Nguồn: Chương trình Cambridge International
Dấu mốc và chức năng: bán cầu não (thụ ý, tư duy), tiểu não (phối hợp, thăng bằng), giả hypothalamus và tuyến yên bên dưới chúng (duy trì cân bằng nội môi, hormone), đồi não trung tâm (tim, hô hấp). MRI hiển thị cấu trúc; fMRI hiển thị hoạt động qua dòng máu giàu oxy; CT quét cấu trúc nhanh; PET đo trao đổi chất với chất đánh dấu phóng xạ.
Trước hết là hóa học: Parkinson là thiếu hụt dopamine — được điều trị bằng L-Dopa, đi qua hàng rào máu-não và chuyển hóa thành dopamine trong não. Serotonin thấp liên quan đến trầm cảm — là mục tiêu của SSRIs.
5.11 5.12
Công nghệ gen
Chương trình
Các phát biểu 8.17-8.19 (spec p.39): cách sản xuất thuốc bằng sinh vật biến đổi gen (insulin từ vi khuẩn, protein người từ động vật GM); sản xuất DNA tái tổ hợp - enzyme giới hạn cắt tại vị trí nhận diện với đầu dính, DNA ligase nối, vector plasmid mang gen đánh dấu; chuyển hóa tế bào chủ (sốc nhiệt, điện phân); chọn lọc gen đánh dấu.
Các phát biểu 8.20-8.21 (spec p.39): microarray để xác định gen đang hoạt động (lấy lai mRNA); thuật ngữ tin sinh học và ứng dụng trong so sánh trình tự DNA giữa các loài và cá thể; rủi ro và lợi ích của sinh vật biến đổi gen trong nông nghiệp và y học; các ứng dụng như hormone tăng trưởng người tái tổ hợp và cá zebrafish phát sáng.
Nguồn: Chương trình Cambridge International
DNA tái tổ hợp: enzyme giới hạn cắt DNA tại trình tự nhận diện, tạo ra đầu dính; gen người (được tạo ra không có intron từ mRNA) được nối vào plasmid bằng ligase DNA; plasmid biến đổi vi khuẩn chủ; gen đánh dấu (kháng sinh hoặc huỳnh quang) chọn lọc các tế bào đã tiếp nhận. Mở rộng quy mô trong lên men và vi khuẩn tiết ra insulin người — sạch hơn và an toàn hơn so với chiết xuất từ lợn. Động vật GM sản xuất protein người trong sữa; rủi ro và lợi ích của cây trồng GM (kháng bệnh, năng suất so với dòng chảy gen sang họ hàng hoang dã) là tiêu chuẩn đánh giá.
Microarrays xác định gen đang hoạt động: mẫu mRNA lai ghép với các probe bổ sung trên chip; các đốm phát huỳnh quang đánh dấu các gen đang được phiên mã. Tin sinh học so sánh trình tự across các loài và cá nhân — cách mà mức độ liên quan hiện nay được đo lường.
5.11 5.12
Tự kiểm tra
Tên giai đoạn hô胞 diễn ra trong ma trận ti thể và một đầu vào của nó.
Cơ bắp của vận động viên tạo ra lactate. Giải thích tại sao, và những gì xảy ra với lactate sau đó.
Đầu myosin không thể tách rời nếu không có ATP. Điều này có ý nghĩa gì đối với cơ bắp sau khi chết?
Tính toán lưu lượng tim cho thể tích nhào 85 cm³ và nhịp tim 140 min⁻¹.
Giải thích tại sao động mạch vào rộng hơn động mạch ra.
Nêu hai điểm khác biệt giữa phản hồi âm và phản hồi dương, kèm theo một ví dụ cho mỗi loại.
Tại sao có bao myelin lại tăng tốc độ dẫn truyền?
Ngưỡng của axon là −55 mV. Một kích thích di chuyển nó đến −60 mV. Điều gì xảy ra, và tại sao?
Ánh sáng đỏ chuyển phytochrome thành dạng nào?
Giải thích tại sao L-Dopa được dùng thay vì chính dopamine.
Một đốm trên microarray phát huỳnh quang mạnh. Điều này cho thấy gì?
Tại sao gen insulin người phải được tổng hợp từ mRNA thay vì từ DNA bộ gen khi đưa vào vi khuẩn?
Đáp án: 1 phản ứng liên kết (hoặc chu trình Krebs) — đầu vào là pyruvate ( hoặc acetyl); 2 thiếu oxy nên NAD bị khử được tái tạo bằng cách khử pyruvate thành lactat; sau đó lactat đi đến gan và chuyển hóa lại thành glucose, sử dụng oxy; 3 không có ATP, myosin vẫn gắn với actin — co cứng; 4 $85 \times 140 = 11\,900\ \text{cm}^3\,\text{min}^{-1} = 11.9\ \text{dm}^3\,\text{min}^{-1}$; 5 chênh lệch áp suất thúc đẩy lọc siêu nhanh plasma vào bao Bowman; 6 phản hồi âm đưa biến số về điểm đặt (điều hòa thân nhiệt); phản hồi dương đẩy nó xa hơn (sốt tăng); 7 xung thần kinh nhảy giữa các nút Ranvier thay vì khử cực toàn bộ màng — ít bước hơn nhưng lớn hơn; 8 không có gì — ngưỡng không đạt, nên không có điện thế hành động (tất cả hay không có gì); 9 Pfr; 10 dopamine không thể vượt qua hàng rào máu-não nhưng L-Dopa thì có, và được chuyển đổi thành dopamine bên trong não; 11 gen đó đang được phiên mã tích cực — mRNA của nó có mặt và lai ghép; 12 vi khuẩn không thể cắt bỏ intron, nên gen phải đến từ mRNA trưởng thành vốn đã không chứa intron.