AP生物新大纲核心思想（2）

　　核心思想2：生物系统运用自由能量和分子基本单位来生长、繁殖以及维持动态的平衡。

　　深入理解2.A：生长、繁殖以及生命系统的有序组织的维持需要能量以及物质作为基础。

　　相关基础基础知识2.A.1:所有的生命系统需要不断地能量输入。

　　a. 生命需要一个高度有组织性的系统。

　　1. 生命有序性的维持需要源源不断地能量输入。

　　2. 有序性的缺失或是能量流动的缺失可以导致死亡。

　　3. 在维持或增加有序性的生物过程中会增加紊乱和熵。

　　b. 生物系统并不违背热力学第二定律，该定律认为随着时间熵会增加。

　　1. 有序性的维持将细胞活动，有些活动是增加熵的(因此是负性的自由能量的改变)与有些是降低熵的活动(因此是正性的能量改变)结合在一起。

　　2. 为了维持有序及推动细胞活动，能量输入必须超过损失在熵的自由能。

　　3. 放能反应，像ATP-ADP，是负性的自由能的改变，可以用于维持和增加生物系统的有序性，同时也伴随着正性的能量改变。

　　c. 生物系统中能量相关的途径是有序性的，并且可以从该途径的多个点进入。

　　d. 生物体运用自由能来维持组织性，生长及繁殖。

　　1. 生物体运用不同的策略来调节体温及代谢。

　　2. 繁殖和养育后代需要的自由能量超过用在维持稳定和生长中的能量。不同的生物根据不同的可用能量采取不同的繁殖策略。

　　3. 单位体重的代谢率和多细胞生物的体积大小相关，一般来说生物越小，代谢率越高。

　　4. 抵消掉消耗的自由能，超过部分的所获得的自由能就促成了能量的存储或生长。

　　5. 反之，现对于所消耗能量，获得能量不足会造成体重减轻最终导致生物的死亡。

　　e. 可利用能量的改变可以造成种群大小的改变。

　　f. 可利用能量的改变也会对生态系统造成扰乱。

　　相关基础知识2.A.2:生物体捕捉存储能量以用于生物活动中。

　　a. 自养生物从环境中的物理资源中获得能量。

　　1. 光和作用生物从太阳能中获得能量。

　　2. 化学合成生物从周围环境中的小无机分子中获取能量，这个过程可以在没有氧气存在下发生。

　　b. 异养生物从其它生物所产生的含碳化合物中获得能量。

　　1. 异养生物可以通过水解作用代谢糖类脂类 以及蛋白质类作为能量的来源。

　　2. 发酵产生有机分子，包括酒精和乳酸，这个过程在缺氧的情况下发生。

　　c. 不同的获取能量的过程运用不同的电子受体。

　　d. 真核生物的光合作用的光反应包括一系列相互协调的反应，从而利用光能产生ATP和NADPH，进而为合成有机物提供能量。

　　1. 在光和作用中，叶绿素捕捉光能，在光系统I和II中将电子推向更高的水平。

　　2. 光系统I和II位于叶绿体的内膜，通过电子传递链将高能量的电子转移。

　　3. 当电子在电子传递中通过分子之间的序列性反应转移时，在类囊体的内外，氢离子的电化学浓度梯度建立了起来。

　　4. 氢离子浓度梯度的形成是一个独立的过程，然而却与通过ATP合酶将ADP和无机磷酸合成ATP建立了联系。

　　5. 在光反应中获取的以ATP和NADPH形式存在的能量为在卡尔文循环中利用二氧化碳合成糖类提供能量，这一过程发生在叶绿体的基质中。

　　e. 光和作用首先在原核生物中进化;科学证据认为原核生物(细菌)光和作用为产生有氧的大气环境做出了贡献;原核生物的光和作用路径是真核生物的基础。

　　f. 真核生物的细胞呼吸包含一些列的相互协调的酶介导的反应，进而从简单的糖类中获得能量。

　　1. 糖酵解重排了葡萄糖中的化学键，释放了能量将ADP与无机磷酸合成ATP，最终形成丙酮酸。

　　2. 丙酮酸从细胞质被转移到线粒体，进一步的氧化将发生。

　　3. 在克雷布斯循环中，二氧化碳从有机中间物中释放，通过底物水平的磷酸化ADP和无机磷酸合成ATP，电子通过合酶所你捕获。

　　4. 在克雷布斯循环中所产生的电子被NDAH 和FADH2所承载并传递给电子传递链。

　　g. 电子传递链应用来自电子的能量通过一些的伴随的化学反应建立了跨膜的电化学梯度。

　　1. 电子传递链反应发生在叶绿体(光和作用)、线粒体(细胞呼吸)以及原核生物的细胞膜。

　　2. 在细胞呼吸中，电子被NADH和FADH2所传递通过一系列的电子载体最终到达最后的电子受体，氧气。在光和作用中最终的电子受体是NADP+。

　　3. 电子的传递伴随着氢离子浓度梯度的在横跨线粒体内膜或是叶绿体类囊体膜的形成，通过膜将高低氢离子浓度分开。在原核生物中，电子的传递伴随着氢离子像细胞膜外的移动。

　　4. 氢离子跨膜的回流再结合ATP合酶，便可将ADP与无机磷酸合成ATP。

　　5. 在细胞呼吸中，来自电子传递链的去耦氧化磷酸化常被用于体温的调节。

　　h. 通过将ATP转化成ADP，自由能可被用于代谢，这也同时伴随着代谢途径的许多反应。

　　相关基础知识2.A.3:生物体必须交换物质为了生长繁殖以及维持有序性。

　　a. 环境中的分子和原子在合成新的分子中是必须的。

　　1. 来自环境中的碳被生物用于合成糖、蛋白质、脂类或核酸。在所有生物中碳被用在储存化合物和细胞形成。

　　2. 来自环境中的氮被生物用于合成蛋白质和核酸。磷也同样用于合成核酸和一些脂类。

　　3. 生物系统运用水，得益于水的极性以及氢键。

　　c.表面积体积比影响生物系统获得必要资源及排除垃圾的能力。

　　1.当细胞体积增大时，相对表面积减少同时对物质资源的需求增加;为了与环境进行更充足的物质和能量交换，更多的细胞结构被需要.这些限制条件限制了细胞的大小。

　　2.细胞膜的表面积必须足够大以利于充分的物质交换。比较小的细胞有更合适的表面积体积比，进而利于与环境交换物质

　　深入理解2.B：生长繁殖和动态平衡需要细胞创造和维持一个和外环境不同的内部环境。

　　相关基础知识2.B.1:细胞膜的结构决定了其选择性渗透性。

　　a. 细胞膜将细胞的内外环境分开。

　　b. 选择性渗透源于其结构，从流动镶嵌模型中便可以得到阐释。

　　1. 细胞膜由磷脂分子层形成的结构框架构成，其中包埋着蛋白质、胆固醇、糖蛋白和糖脂。

　　2. 磷脂分子层使细胞膜具有亲水性和疏水性。亲水性磷酸部分外部或内部环境，而疏水性的脂肪酸部分则在膜内部朝向彼此。

　　3. 包埋的蛋白质可以是亲水性的，带有带电的极性侧链基团，也可以是疏水性的，带有非极性侧链基团。

　　4. 分子量小的不带电的极性分子和小分子量的非极性分子，像氮气，可以自由的串钩细胞膜。亲水性的物质像大极性分子和离子可以通过包埋的通道和转运蛋白通过细胞膜。水分子可以通过细胞膜通过通道蛋白叫做水通道蛋白。

　　b. 细胞壁提供了一个结构界限，同时也为内部环境的物质通过提供了一个渗透性屏障。

　　1. 植物细胞壁有纤维素构成位于细胞膜外。

　　2. 原核和真菌中也存在细胞壁。

　　相关基础知识2.B.2:生长和动态平衡通过不断地分子的跨膜移动来维持。

　　a. 被动转运不需要能量的输入，分子从高浓度移向低浓度。

　　1. 被动转运在向内转运能源向外排垃圾中发挥了基本的角色作用。

　　2. 膜蛋白在带电和极性分子的跨膜易化扩散中发挥作用。

　　3. 相对于细胞内环境来说，外环境可以是低渗的、高渗的。或是等渗的。

　　b. 主动转运需要能量将物质从低浓度转运到高浓度。

　　1. 主动转运中，自用能量(通常由ATP提供)被包埋在细胞膜中的蛋白质所利用将分子和/或离子跨膜转运，来建立或是维持浓度梯度。

　　2. 膜蛋白对于主动转运是必需的。

　　c. 内吞和外排将大分子从外部转到细胞的内部，或是反过来转运。

　　1. 在外排中，内部的囊泡与细胞膜融合进而将大分子分泌到细胞外。

　　2. 在内吞中，细胞吸收大分子，通过细胞膜形成一个新的囊泡将该物质包裹，进而将该分子转运进细胞。

　　相关基础知识2.B.3:真核细胞具有将细胞分隔成不同的特殊区域的内膜。

　　a. 内膜通过降低竞争的干扰来易化细胞活动同时也增加细胞反应的表面积。

　　b. 真核细胞中膜和膜包裹的细胞器将细胞内的代谢过程和特殊的酶介反应局部化(区分化)。

　　c. 古细菌和细菌一般缺少内膜和细胞器但有细胞器。

　　深入理解2.C:生物运用反馈调节机制来调节生长繁殖和维持动态平衡。

　　相关基础知识2.C.1: 生物运用反馈调节机制来维持内环境并对外部环境的改变做出反应。

　　a. 负反馈调节机制通过调节生理活动来维持某一特定条件(变量)将其改变的状态恢复至其目标设定点。

　　b. 正反馈调节机制放大生物有机体的反应活动。引发反应的条件状态被推向了离初始点更远的方向。当刺激条件进一步激活时放大便会发生，接下来也会激发起进一步的能产生系统变化的反应。

　　1. 哺乳动物的哺乳

　　2. 婴儿的分娩

　　3. 果实的成熟

　　c. 调节机制的改变通常会造成一些有害的后果。

　　相关基础知识2.C.2:生物体对外部环境的改变做出相应的反应。

　　a. 生物体通过行为和生理机制应对外部环境的改变。

　　深入理解2.D:生物系统的生长和动态平衡受系统环境改变的影响。

　　相关基础知识2.D.1:所有的生物系统从细胞到生物体到种群、到群落到生态系统都受复杂的生物和非生物作用的影响，这包含着能量和物质的交换。

　　a. 细胞的活动受生物和非生物因素的影响。

　　b. 生物体的活动受生物和非生物因素的影响。

　　c. 种群、群落和生态系统的稳定性受生物和非生物因素的影响。

　　相关基础知识2.D.2:平衡机制既反映了共同的祖先又反映了由于适应不同环境所产生的分歧。

　　a. 平衡机制的持续性反映了生物起源于共同祖先，而发生的改变可能是为了应对不同环境条件。

　　b. 生物体有不同的机制获取营养和消除废物。

　　c. 细菌、植物和动物的稳态调节机制支持共同祖先由来学说。

　　相关基础知识2.D.3:生物系统会受动态平衡扰乱的影响。

　　a. 在分子和细胞水平的扰乱影响生物的健康。

　　b. 生态系统的扰乱影响生态系统的动态平衡。

　　相关基础知识2.D.4:植物和动物具有一些列的化学防御机制对抗感染造成的动态平衡。

　　a.植物、无脊椎动物和有脊椎动物具有多重非特异性的免疫反应。

　　1.无脊椎免疫系统具有非特异性反应机制，但缺乏抗原特异性防御反应

　　2. 植物应用包括分子识别系统的全身反应对抗病原;感染引发了破坏被感染细胞以及临近细胞的化学反应，因此也是影响局部化。

　　3.脊椎动物免疫系统包括非特异性以及非遗传性的对抗病原的防御机制。

　　b.哺乳动物应用特异性米昂一反应来对抗天然或人工的物质对动态平衡所造成的影响。

　　1.哺乳动物的免疫反应包括两种类型细胞免疫和体液免疫。

　　2.在细胞介导的免疫中，细胞毒性T细胞(一种淋巴白细胞)，在当抗原被呈递到细胞表面时变异细胞内病原菌为目标。

　　3.在体液免疫中，B细胞(一种淋巴白细胞)，产生抗体对抗特异性抗原。

　　4.抗原被针对该抗原的抗体所识别。

　　5.抗体是由B细胞的产生的蛋白质，每种抗体特异性针对一种抗原。

　　6.抗原再次出现导致更快速更强的免疫反应。

　　深入理解2.E：许多涉及生长、繁殖以及维持动态平衡的生物过程包含着暂时的调节和协调。

　　相关基础知识2.E.1:特殊事件发生的时间和协调对生物的正常发育是必需的，这些事件被一系列机制所调节。

　　a. 可观察的细胞分化来自于组织特异性蛋白基因的表达。

　　b. 发育期间转录因子的诱导导致序列性的基因表达。

　　1. 同源异型基因包含在发育的模式和序列中。

　　2. 发育时胚胎的诱导造成正确的事件发生的时间顺序。

　　3. 在大部分植物中，温度和水的可用性决定了种子的发芽。

　　4. 基因变异可以导致异常的发育。

　　5. 基因移植实验支持了基因表达与正常发育之间的关系。

　　6. 小RNA的基因调节在生物的发育和细胞功能的控制上发挥了重要的作用。

　　d. 程序性的细胞死亡(凋亡)在正常发育和分化中起着作用。

　　1. 指和趾的形态发生。

　　2. 免疫功能

　　3. 秀丽线虫的发育。

　　4. 花的发育。

　　相关基础知识2.E.2:生理事件的发生时机和协调被多重机制所调节。

　　a. 在植物中，生理事件包含着环境刺激和内部分子信号之间的相互作用。

　　1. 向光性，或是对光的反应。

　　2. 光周期，或是对黑夜长度的改变的反应，导致了长日照和短日照植物的开花的不同。

　　b. 在动物，内部和外部信号调节一系列的生理反应与环境的周期和提示保持同步。

　　c. 在真菌、原生生物和细菌，内部和外部信号调节一系列的生理反应与环境的周期和提示保持同步。

　　相关基础知识2.E.3：行为发生的时机和协调性被各种机制所调节，在自然选择中也非常重要。

　　a. 个体可根据信息产生相应的行为，并将其与其他个体交流传递。

　　1. 本能行为是先天的行为。

　　2. 学习通过与环境和其它生物的互动发生。

　　b. 对信息的反应和信息的交流对自然选择非常重要。

　　1. 在向光性植物中，光源的改变导致不同的生长，也造成了叶子最大程度的为光和作用的光暴露。

　　2. 在光周期植物中，黑夜长度的改变调节着开花和冬季准备。

　　3. 动物行为由环境提示所引发，这对繁殖、自然选择和生存也至关重要。

　　冬眠

　　夏眠

　　迁徙

　　求偶

　　4. 种群内或种群间的合作行为为种群的生存做出了贡献。

　　资源的可用性导致了真菌和某些细菌菌丝体的形成。

　　生态位和资源的划分。

　　共生关系(地衣;动物消化道的细菌;菌根)

　　授粉