AP生物新大纲核心思想（4）

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　　核心思想4：生物系统相互作用，这些系统以及它们之间的互动成就了复杂的特性。

　　深入理解4.A:生物系统内的互动使其具有复杂的特性。

　　相关基础知识4.A.1:生物分子的亚结构以及序列决定了该分子的特性。

　　a. 多聚体的结构和功能取决于组装单体的方式。

　　1. 在核酸中，生物信息被编码在核苷酸的顺序中。每个核苷酸具有其结构组成：五碳糖(脱氧核糖或是核糖)，磷酸和含氮碱基(腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶)DNA和RNA在功能上不同，在结构上也有轻微的不同，这些结构的不同是功能不同的基础。

　　2. 在蛋白质中，多肽(初级结构)中不同顺序的氨基酸与周围环境相互作用来决定蛋白质的构象，包括二级、三级和四级结构，进而决定其功能。氨基酸的R基团可以根据化学特性来划分(疏水的、亲水的、离子的)，这些R基团的相互作用决定了蛋白质该区域的结构和功能。

　　3. 总体上，脂类是非极性的;然而磷脂呈现着双亲性，极性区域与其它极性分子，像水分子来相互作用，还有非极性区域，其饱和度的差异决定了脂类的结构和功能。

　　4. 糖类由单糖组成，通过脱水缩合所形成的结合以及结构决定了其分子的结构和功能。例如：纤维素和淀粉。

　　b. 方向性影响着多聚体的结构和功能。

　　1. 核酸具有末端，由核苷酸的糖的3’和5’碳原子所定义，决定了在DNA合成中互补的核苷酸被添加的方向以及转录的方向(从5’到3’)

　　2. D蛋白质有氨基端和羧基端，通过脱水缩合反应在临近单体的氨基和羧基之间形成肽键进而形成线性的氨基酸序列。

　　3. 糖单位之间化学键的属性决定了它们在糖中的相对方向，进而决定其二级结构。

　　相关基础知识4.A.2:亚细胞单位的结构和功能以及它们之间的相互作用，为细胞的活动提供基础。

　　a. 核糖体是一个较小的共有的细胞器由两部分组成：核糖体RNA和蛋白质。以有序的方式，这些细胞结构相互作用成为蛋白质合成的场所，在这里遗传信息翻译产生特定的多肽。

　　b. 内质网有两种形式：滑面和粗面。

　　1. 粗面内质网将细胞区划，为蛋白质的合成提供场所，在于核糖体结合其上，同时在细胞内的转运发挥作用。

　　2. 在大部分情况下，滑面内质网合成脂类。

　　c. 高尔基复合体是一膜性结构由一系列的扁平的膜囊组成。

　　1. 高尔基体的功能包括合成和包裹物质(小分子)以转运(以囊泡的形式)，并且产生溶酶体。

　　d. 线粒体捕捉和转化能量。

　　1. 线粒体具有双膜将其区划，这对其功能很重要。

　　2. 外膜是光滑的，但内膜是高度卷曲形成嵴。

　　3. 嵴含有合成ATP所需要的酶，也增加了ATP合成的表面积。

　　e. 溶酶体是膜性结构含有水解酶，在胞内消化、细胞有机物质的循环、细胞凋亡中非常重要。它以不同的方式执行胞内消化。

　　f. 囊泡是一膜性结构，在胞内消化和垃圾产物的释放中发挥作用。在植物中，大的液泡具有很多功能，从储存色素或有毒物质到细胞生长。此外大大的液泡增加了表面积体积比。

　　g. 叶绿体是特殊的细胞器，存在于藻类和高等植物中来通过光和作用来捕捉能量。

　　1. 叶绿体的结构和功能之间的关系使其具有捕捉太阳能的能力，通过光和作用将其转化为化学能。

　　2. 叶绿体含有色素，使其呈现绿色也是光合作用中关键的捕捉光能的分子。有几种类型的叶绿素，在植物中最主要的形式是叶绿素a。

　　3. 叶绿体也有双膜结构，支持其功能。在叶绿体内有由膜包裹的结构叫类囊体。能量获取反应场所在类囊体中以成叠的结构组成，称之为基粒，在这里产生ATP和NADPH2，为碳固定提供能量。碳固定发生在基质，二氧化碳被转化成糖类。

　　相关基础知识4.A.3:外部刺激和调节基因表达的相互作用促成细胞、组织、器官的分化。

　　a. 发育中分化是由内外的信号来引发基因调节，通过蛋白质与DNA 结合来实现调节。

　　b. 在发育中细胞结构和功能的不同源于某些组织或器官特异性基因的表达。

　　c. 在一个成熟细胞中环境的刺激可以影响基因的表达。

　　相关基础知识4.A.4：生物体的复杂性源于其构成部分的相互作用。

　　a. 器官之间的相互作用和协调为生物的生命活动提供基础。

　　b. 系统之间的相互作用和协调为生物的生命活动提供基础。

　　相关基础知识4.A.5：群落由生物体组成的种群组成，也以复杂的方式相互作用。

　　a. 群落的结构以物种的组成和密度来衡量和描述。

　　b. 数学和计算机模型被用来阐释种群的相互作用和环境因素对群落的影响。

　　c. 数学模型和图表被用来解释种群增长模式和相互作用。

　　1. 无限制的繁殖导致种群的指数生长。

　　2. 种群可以产生个体密度超过系统资源可用性的情况。

　　3. 由于密度依赖因素和密度独立因素的对种群增长的影响指数增长模式产生。

　　4. 年龄分布和生育力的人口统计学数据可用来研究人群。

　　相关基础知识4.A.6：生物系统和周围环境的相互作用促成了物质和能量的流动。

　　a. 能量是流动的，但物质是循环的。

　　b. 局部和全球气候以及大气构成的改变可以影响初级生产力。

　　c. 食物网和食物链内的生物相互作用。

　　d. 食物网和食物链依赖初级生产力。

　　e. 一些模型可用来预测生物和非生物因素改变所产生的影响。

　　1. 对资源的竞争和其它因素限制生长可以用对数形式来描述。

　　2. 对资源的竞争、领土、健康、捕食者和垃圾的堆垒和其它因素为密度依赖性种群的调节奠定基础。

　　f. 人类活动在区域、局部、全球范围内影响生态系统。

　　1. 随着人口数目的增长，对其它物种栖息地的影响在扩大。

　　2. 结果，这会使受影响种群的变小，导致栖息地的破坏，有时会导致物种的灭亡。

　　g .许多生物体的适应与其在特殊环境中获取和利用能量和物质相关。

　　深入理解4.B：竞争和合作在生物系统中非常重要。

　　相关基础知识4.B.1:分子之间的相互作用影响着它们的结构和功能。

　　a. 分子系统结构的改变可以导致其功能的改变。

　　b. 酶的形状，活性位点以及特殊分子的相互作用对酶的功能是基础的。

　　1. 对于酶介导的化学反应，底物必须与活性位点相匹配。

　　2. 合因子和合酶影响酶的功能;这种相互作用与结构的改变相关，进而改变酶的活性速率。酶可能只有在所有的合酶或合因子都存在并结合到酶的合适部位才能活化。

　　c. 其它分子和酶所处的环境可以增强或抑制酶的活性。分子可以可逆或不可逆地与活性位点或变构位点结合，进而改变酶的活性。

　　d. 酶的功能的改变可以通过随着时间产物或底物浓度的变化的数据来解释。这些表述揭示了酶的活性、底物的消失和或竞争性抑制子的之间的关系。

　　相关基础知识4.B.2：生物体的协调促进了能量和物质利用的效率。

　　a. 生物体有执行能量和物质功能的不同组成部分，这些部分构成了其整体。

　　1. 在细胞水平，细胞膜和细胞质，在真核中的细胞器，为细胞总体的结构和功能贡献力量。

　　2. 在多细胞生物中，器官的特化为生物体的总体的功能发挥作用。

　　3. 单细胞生物种群中细胞之间的相互作用与多细胞生物相似，这些互动增加了利用能量和物质的效率。

　　相关基础知识4.B.3：种群间和种群内的相互作用影响物种分布和丰富。

　　1. 竞争、寄生、捕食、共生、偏利共生可影响种群的动态平衡。

　　2. 相互作用的种群之间的关系可以是积极和消极的影响，可以数学模型解释(捕食者/猎物，流行模式，侵略性物种)

　　3. 许多复杂的共生关系存在于生态系统中，在这些生态系统中反馈调节机制也发挥了作用。

　　b .种群内生物的特征与组成该种群的独立个体不同。个体之间的合作和竞争促成了这些不同的特性。

　　c .物种特异性的以及环境的灾难，地理事件，突然的非生物资源的缺失或人类的活动都可影响物种的分布和丰富。

　　相关基础知识4.B.4：局部和全球生态系统的分布随时间改变。

　　a .人类的影响加速了局部和全球水平的改变。

　　b .地理和气象事件影响生态系统的分布。

　　1. 生物地理研究揭示这些改变。

　　深入理解4.C：生物系统内不同构成部分之间的自然发生的多样性影响其与环境的相互作用。

　　相关基础知识4.C.1:在分子水平的变异为细胞提供了较为广泛的功能。

　　a. 在分子水平的变异为细胞和生物提供了较为广泛的功能。

　　b. 等位基因的复制可能产生新的表型。

　　1. 杂合子可能要比纯合子在某种条件下更具有优势，因为不同的等位基因会有两种形式的蛋白，可能在应对环境压力下更容易恢复。

　　2. 基因的复制创造这样的条件，一份基因保持原始功能，另一份复制进化出新的功能。

　　相关基础知识4.C.2:环境因素影响着生物基因型的表达。

　　a .环境因素可直接或间接影响很多性状。

　　b .生物对当地环境的适应反应出基因组反应的灵活性。

　　相关基础知识4.C.3: 在种群水平的变异影响种群的动态平衡。

　　a. 种群应对环境变化的能力与其基因的多样性相关。多样性很低的物种和种群常面临灭绝的风险。

　　b. 基因的多样性允许种群中的个体对环境中相同的改变做出不同的反应。

　　c. 种群内等位基因的变异可以哈迪温伯格公式表达。

　　相关基础知识4.C.4:生态系统内物种的多样性影响着其稳定性。

　　a .自然或人工生态系统由较少的组成部分以及较低的多样性通常应对环境变化时不容易恢复。

　　b .里程碑物种、生产者和非生物、生物因素共同维持生态系统的多样性。里程碑物种对生态系统的影响与它们的丰富程度不成比例，当将它们才生态系统中移除时，生态系统便会崩溃。

　　科学实践的要求：

　　科学实践1：能够运用公式和模型解释科学现象、解决科学问题。

　　科学实践2：正确运用数学知识。

　　科学实践3：参与拓展性思考的科学质疑或在给定背景下指导调查。

　　科学实践4：设计和执行对某一科学问题的数据收集策略。

　　科学实践5：执行数据分析、评估结构。

　　科学实践6：得出科学的解释和理论。

　　科学实践7：将不同的概念、公式等知识相互联系并应用到不同的领域。