الانتقال إلى المحتوى
المواد

بيرون إيديكلر · International A-Level · Biology

  • 1

    Molecules, Diet, Transport and Health

    1.1

    From molecules to a working circulation

    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

    المنهج

    مواصفات Pearson Edexcel IAL Biology الإصدار 2 (فبراير 2021)، الموضوع 1 بيانات 1.1-1.4 مع التجربة الأساسية 1 (صفحات المواصفات15-16). هذه تقسيمات تعليمية محلية للبيانات الرسمية.

    الماء كمذيب للنقل: طبيعته القطبية، الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات، ولماذا تذوب المواد القطبية والأيونية. الكربوهيدرات: أحادية/ثنائية/متعددة السكريات (جلوكوز، فركتوز، جالاكتوز؛ مالتوز، سكروز، لاكتوز؛ جليكوجين، أميلوز، أميلوبكتين); التكاثف لتكوين روابط غلايكوسيدية والتحلل المائي لكسرها؛ ربط البنية بتزويد الطاقة وتخزينها (حلزون ألفا-جلوكوز مقابل أميلوبكتين/جليكوجين المتفرع؛ تم استبعاد السليلوز هنا). التجربة الأساسية 1: تقدير شبه كمي لتركيز السكر المختزل باستخدام كاشف بينديكت وتقدير النشا باستخدام اليود بمعايير الألوان.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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:

    • التكثيف 缩合 removes a water molecule as a glycosidic bond 糖苷键 forms between two sugars.
    • تحلل مائي 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 و 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.

    Calibration of Benedict's reagent: absorbance of colour standards against glucose concentration, with an unknown read off the straight part of the line.

    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

    المنهج

    البيانات 1.5 (المواصفات ص.16): تصنيع الثلاثي الغليسريد عبر تكاثف الجليسرول مع ثلاث أحماض دهنية مكونة روابط إسترية؛ الأحماض الدهنية المشبعة وغير المشبعة (غياب الرابطة المزدوجة مقابل وجود واحدة أو أكثر C=C، تخطيط السلاسل المستقيمة مقابل السلاسل المنحنية، نتائج نقطة الانصهار). ارتباطها بمخاطر أمراض القلب والأوعية الدموية (موضوع فرعي 1.5) من خلال كيمياء الدهون الغذائية واختبار مستحلب الإيثانول.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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

    المنهج

    البيانات 1.6-1.8 (المواصفات صص.16-17): لماذا تحتاج الحيوانات متعددة الخلايا إلى دورة نقل كتلي (حدود الانتشار); البنية والوظيفة للشعيرات والأوردة والشرايين (طبقات الجدار، التجويف، الصمامات، الأنسجة العضلية المرنة والملساء); حجرات القلب والصمامات والأوعية الرئيسية للثدييات؛ الدورة القلبية (انقباض الأذين، انقباض البطين، ارتخاء) مع تغيرات الضغط والحجم وإغلاق الصمامات. تفاصيل التحفيز الميوجيني غير مطلوبة في IAS (ملاحظة المواصفات).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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 لماذا
    الشريان thick muscle and elastic fibres, small lumen carries blood at high, pulsing pressure; elastin smooths the pulse
    الشعيرة الدموية one cell thick endothelium short diffusion path, huge total surface area; tissue fluid leaks out at the start
    الوريد 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.

    الدورة القلبية

    One beat has three phases. الانقباض الأذيني 心房收缩期 squeezes the last blood into the ventricles. انقباض البطين 心室收缩期 raises ventricular pressure above arterial pressure, the semilunar valves open, and blood is driven out. الانبساط 舒张期 relaxes the muscle, pressure falls, the semilunar valves slam shut (the second heart sound), and the chambers refill from the veins.

    One cardiac cycle: ventricular and aortic pressure with ventricular volume. Valves change state whenever the two pressure curves cross.

    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

    المنهج

    البيانات 1.9 (المواصفات ص.17): البنية الرباعية للهيموغلوبين (أربع سلاسل ببتيدية، كل منها يحتوي على مجموعة هيم)، الارتباط التعاوني الموضح بمنحنى التفكيك السني، نقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون، وتأثير بور - زيادة الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون تحرك المنحنى لليمين عند تحميل أيونات الهيدروجين للهيموغلوبين. مقارنة بمنحنى ميوجلوبين الهيبربولي حيث تظهر بروتينات التخزين أحادية السلسلة.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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.

    Oxygen dissociation curves: the sigmoid curve for normal blood and the rightward Bohr shift when carbon dioxide rises.

    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

    المنهج

    البيانات 1.10-1.13 مع التطبيق العملي 2 (المواصفات صص.17-18): مسار تصلب الشرايين (تلف البطانة، الاستجابة الالتهابية، ترسب LDL، نمو اللويحة، مخاطر تمدد الأوعية والتجلط)؛ سلسلة التخثر (إطلاق الثرومبوبلاستين، تحويل البروثرومبين إلى ثرومبين، تحويل الفيبرينوجين إلى فيبرين)؛ ضغط الدم (الانقباضي/الانبساطي، ارتفاع الضغط كعامل خطر) والتطبيق العملي 2 لفحص معدل ضربات القلب (Daphnia أو ما يعادلها). تتضاعف عوامل الخطر ولا تتجمع.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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

    المنهج

    البيانات 1.19-1.20 (المواصفات ص.18): كيف informs المعرفة العلمية حول النظام الغذائي (التوازن الطاقي، قياس السمنة بواسطة مؤشر كتلة الجسم ونسبة الخصر إلى الورك، الملح، الدهون المشبعة مقابل غير المشبعة) الاختيارات؛ فوائد ومخاطر علاجات أمراض القلب والأوعية الدموية - مضادات ارتفاع الضغط (حاصرات بيتا، مثبطات ACE، مدرات البول)، الستاتينات (تنظيم مستقبلات LDL لأعلى، آثار جانبية عضلية وكبدية)، مضادات التخثر (وارفارين، أسبرين) وأدوية تثبيط الصفائح - جنبًا إلى جنب مع التدخل نمط الحياة.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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 $= 84/98 = 0.86$.

    Treatments all carry risks alongside benefits:

    • Antihypertensives 抗高血压药 (beta blockers, ACE inhibitors, diuretics) lower blood pressure.
    • 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

    المنهج

    موضوع 2 البيانات 2.1-2.3 مع التطبيق العملي 3 (المواصفات صص.19-20): خصائص أسطح التبادل (مساحة سطح كبيرة، رقيقة، الحفاظ على تدرج التركيز); بنية الغشاء من النموذج الفوضوي السائل - طبقة مزدوجة من الدهون الفسفورية، بروتينات داخلية وخارجية، كوليستيرول، دهنيات غليكوزيلية وبروتينات غليكوزيلية; تاريخ نموذج الغشاء (من أوفرتون إلى سينجر-نيكلسون) والتطبيق العملي 3 لفحص نفاذية الغشاء (شمندر بدرجات حرارة مختلفة أو تركيزات مذيب).

    العبارات 2.4-2.5 (المواصفات ص.20): الانتشار الأسموزي كحركة جزيئات الحرة للماء من أعلى إلى أقل جهد مائي عبر غشاء شبه منفذ؛ النقل السلبي (الانتشار، الانتشار الميسر عبر بروتينات حاملة وقنوية) مقابل النقل النشط (ATP، عكس التدرج)؛ الإدخال والإخراج الخلوي للمواد الكبيرة؛ تطبيق قانون فيك على مساحة السطح، وتدرج التركيز، ومسافة الانتشار (المعدل يتناسب طردياً مع SA × التدرج / السمك).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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:

    • الانتشار 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.
    • النقل النشط 主动运输 — against the gradient, powered by ATP, through carrier proteins that change shape.
    • الانتشار الأسموزي 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

    المنهج

    البيانات 2.6-2.8 مع التطبيق العملي 4 (المواصفات ص.20): بنية الأحماض الأمينية (مجموعة الأمين، مجموعة الكربوكسيل، مجموعة R، تكوين الرابطة الببتيدية عبر التكاثف); مستويات بنية البروتين (التسلسل الأولي إلى الثلاثي والأربعي المتشابك بواسطة الروابط الهيدروجينية/الأيونية/ثنائي كبريتيد); عمل الإنزيمات - تحديد الموقع النشط، التوافق المستحث، تأثيرات درجة الحرارة/الرقم الهيدروجيني/تركيز المادة المفسرة على المعدل، التثبيط التنافسي وغير التنافسي؛ التطبيق العملي 4 لفحص نشاط الإنزيمات (درجة الحرارة أو الرقم الهيدروجيني أو [S] باستخدام أميليز-نشا). تطبيقات الإنزيمات المثبتة والمترابطة.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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 ثانوي 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.

    Enzyme rate curves: temperature rises then collapses as the protein denatures above its optimum; pH shows a sharp optimum; substrate concentration saturates, and a competitive inhibitor is out-competed at high concentration.

    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

    المنهج

    البيانات 2.9-2.12 (المواصفات ص.21): بنية النيوكليوتيدات الأحادية (سكر خماسي، فوسفات، قاعدة نيتروجينية؛ ديكسيريبوز مقابل ريبوز)، تكوين البوليمر من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين عبر الروابط الفوسفودiestرية، الحلزون المزدوج مع ازدواج القواعد المتممة والسلاسل المعاكسة الاتجاه؛ النسخ شبه المحافظ (فك الشريط بواسطة الهيليكيز، DNA بوليميريز، نيوكليوتيدات حرة، أدلة ميسيلسون-شاله)؛ الجين كتسلسل قواعد يرمز لتسلسل أحماض أمينية؛ الشفرة الثلاثية - غير متداخلة، انبثاقية، عالمية، مع كودونات البداية والنهاية.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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 ثلاثية 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

    المنهج

    البيانات 2.13-2.18 (المواصفات صص.21-22): النسخ (RNA بوليميراز، السلسلة القالبية، قطع ما قبل الـ mRNA) والترجمة (كودونات الـ mRNA، مضادات الكودونات tRNA مع الأحماض الأمينية، الريبوسومات); الطفرات الناتجة عن أخطاء نسخ الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين - الاستبدال والإدراج والحذف مع عواقب إزاحة إطار القراءة؛ الأليلات، النمط الجيني، النمط الظاهري، السيادة والارتباط الجنسي بقدر ما تتطلبه WBI11 (متلازمة التليف الكيسي كنموذج لتأثر جين طافر على نقل الكلوريد CFTR، تراكم المخاط، خطر العدوى); الفحص الجيني (تحديد الحاملين، التشخيص الجيني قبل الزرع، استخلاص السائل الأمنيوسي وعينات المشيمة) مع القضايا الأخلاقية والاجتماعية لبرامج الفحص.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    Transcription: RNA polymerase binds the gene, uses one strand as template and builds الحمض النووي الريبوزي الرسول (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.

    الطفرات 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 أو 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

    تحقق من نفسك

    1. Explain why amylopectin releases glucose faster than amylose, referring to bonds and ends of chains.
    2. Calculate the BMI of a 91 kg man 1.83 m tall and classify him.
    3. During ventricular systole, which valves are open and which are shut, and why?
    4. The oxygen saturation at 4 kPa falls from about 60 % to about 34 % when CO₂ rises. Explain the molecular cause.
    5. Describe the clotting cascade in order, from endothelial damage to fibrin.
    6. A study reports that people who eat more yoghurt have fewer heart attacks. List three checks you would make before believing a causal claim.
    7. Explain why a competitive inhibitor lowers the rate at low substrate concentration but not at very high concentration.
    8. Meselson and Stahl ruled out conservative replication. Which observation, after one round, did the job?
    9. A frameshift mutation is usually worse than a substitution. Explain why, using the words triplet and degenerate.
    10. 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.

  • 2

    Cells, Development, Biodiversity and Conservation

    2.1

    From one cell to a living world

    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

    المنهج

    موضوع 3 العبارات 3.1-3.7 مع التجربة الأساسية 5 (المواصفات صص.22-23). البنية الدقيقة للكائنات حقيقية النواة - النواة والنوية، والريبوسومات، والشبكة الإندوبلازمية الخشنة والملساء، وجهاز جولجي والحويصلات، والميتوكوندريا، والبلاستيدات الخضراء، والجسيمات الحالة، والمركبات المركزية، وغشاء سطح الخلية - يرتبط كل عضية بوظيفتها، والبنية الدقيقة للكائنات بدائية النواة (الجدار الخلوي، الكبسولة، البلازميدات، الحمض النووي الدائري المفرد، ريبوسومات 70S، السوط). التنظيم في الأنسجة والأعضاء والأنظمة (عبارة 3.2). التكبير مقابل الدقة؛ الميكروسكوب الضوئي والإلكتروني (TEM/SEM)؛ حسابات التكبير M = الصورة/الحجم الحقيقي؛ أدوار الصبغ. تدرس التجربة الأساسية 5 الخلايا باستخدام الميكروسكوب.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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
    الميتوكوندريا site of aerobic respiration, ATP production
    Chloroplast (plants) site of photosynthesis
    الجسيم الحالة 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.

    التكبير 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

    المنهج

    العبارات 3.9-3.13 (المواصفات ص.23): المواقع الوراثية والارتباط؛ الانقسام المنصف كانقسامين ينتجان أربع خلايا وحيدة الصبغيات مختلفة وراثياً؛ التوزيع المستقل للأزواج المتماثلة والتقاطع بين الكروماتيدات كمصدرين للتنوع؛ تخصص الأمشاج الثديية (الرأس المشع للحيوان المنوي، الميتوكوندريا في القطعة الوسطى، سيتوبلازم البويضة، الغلاف الشفاف)؛ الإخصاب في الثدييات (تفاعل الرأس المشع، التفاعل القشري لمنع الإخصاب المتعدد) وفي النباتات المزهرة (أنبوب اللقاح، الإخصاب المزدوج).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    الانقسام المنصف 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:

    • التوزيع المستقل 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).
    • التقاطع 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.

    DNA content per cell through the cell cycle, both meiotic divisions, gametes and fertilisation. Note the doubling in S phase and the two halvings.
    2.3

    Mitosis and the cell cycle

    المنهج

    العبارات 3.14-3.16 مع التجربة الأساسية 6 (المواصفات ص.23): دورة الخلية (المرحلة البينية G1-S-G2، ثم الانقسام المتساوي وانقسام السيتوبلازم)؛ الطور التمهيدي، الاستوائي، الانفصالي، النهائي وما يحدث للكروموسومات في كل طور؛ الانقسام المتساوي لإنتاج خلايا متطابقة وراثياً للنمو والإصلاح والتكاثر اللاجنسي؛ حساب مؤشر الانقسام المتساوي (خلايا في انقسام متساوي مقسوماً على إجمالي الخلايا) واستخدامه السريري؛ التجربة الأساسية 6 تُعدّ وتُراقب شريحة جذرية (squashes).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    الانقسام المتساوي 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.

    العنصر 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

    المنهج

    العبارات 3.17-3.21 (المواصفات ص.24): الخلايا الجذعية متعددة القدرات وكاملة القدرات، ومراحل المرمة والجراب؛ التفرع عبر التعبير الجيني المتميز؛ التغييرات ما بعد النسخ للـ mRNA التي تنتج عدة بروتينات من جين واحد؛ تفاعل النمط الجيني والبيئة في النمط الظاهري؛ متعددات الأليل والتوريث متعدد الجينات الذي ينتج تنوعاً مستمراً. أخلاقيات استخدام الخلايا الجذعية تتخلل أسئلة الامتحان.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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

    المنهج

    موضوع 4 العبارات 4.1-4.6 مع التجارب الأساسية 7-8 (المواصفات صص.26-27): البنية الدقيقة للخلية النباتية (جدار خلوي سليلوزي، بلاموديزmata، بلاستيدات خضراء، أميلوبلاستات، فجوة عصارية)؛ مقارنة بنية النشا والسليلوز بأدوار التخزين والدعم؛ الألياف الدقيقة للسليلوز والسماكة الثانوية التي تمنح قوة الشد؛ أوعية الخشب (متصلبة بالليغنين، ميتة، نقل الماء والدعم) وأنابيب اللحاء مع الخلايا المرافقة (النقل); التوزيع في الجذر والساق والورقة؛ التجربة الأساسية 7 investigates بنية أنسجة النبات والتجربة الأساسية 8 نقل الماء (أعمال بوتوميتر).

    العبارات 4.7-4.13 (المواصفات صص.27-28): استدامة الألياف النباتية والنشا؛ أهمية الماء وأيونات المعادن (النترات للأحماض الأمينية، الكالسيوم لبنية الجدار والإشارة، المغنيسيوم للكلوروفيل)؛ المواد المضادة للميكروبات والعلاجية من النباتات (التجربة الأساسية 9 اختبار مضاد للميكروبات)؛ ظروف نمو البكتيريا؛ تطور اختبارات الأدوية من البروتوكولات التاريخية إلى الحديثة بما في ذلك مراحل التجارب.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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
    الخشب 木质部 dead hollow cells, lignified walls water and mineral transport; support
    اللحاء 韧皮部 living sieve-tube elements + companion cells translocation of sugars
    Schematic cross-sections: in the root the xylem forms a central star with phloem between its arms; in the stem, vascular bundles arrange phloem outside xylem in a ring.

    Water and ions matter beyond drinking: nitrate 硝酸盐 builds amino acids, الكالسيوم 钙离子 cross-links pectin in walls and signals inside cells, المغنيسيوم 镁离子 sits at the heart of chlorophyll — a shortage yellows the leaves.

    2.7

    Measuring life: classification and biodiversity

    المنهج

    العبارات 4.14-4.18 (المواصفات ص.28): تصنيف ينظم الحياة بناءً على الخصائص المشتركة، مع نظام ثلاثي المجالات (العتائق، البكتيريا، حقيقيات النواة) والأدلة من التسلسلات الجزيئية؛ ثروة الأنواع ومؤشر التنوع (D) للحسابات داخل الموطن؛ معامل الاختلاط داخل النوع؛ التعرق؛ التهديدات للتنوع البيولوجي. يتم فحص الحسابات باستخدام صيغة D كل عام.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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

    المنهج

    العبارات 4.19-4.21 (المواصفات صص.28-29): مفهوم المنهج وأمثلة التكيف (تشريحية، فسيولوجية، سلوكية)؛ معادلة هاردي-واينبرغ p^2 + 2pq + q^2 = 1 لترددات الأليل في مجموعة سكانية والشروط التي تفترضها؛ تقييم طرق حفظ الحدائق botanical والبنوك البذور، والتربية الأسيرة وممرات الموائل.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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).

    العنصر 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

    المنهج

    العبارات 4.7-4.13 (المواصفات صص.27-28): استدامة الألياف النباتية والنشا؛ أهمية الماء وأيونات المعادن (النترات للأحماض الأمينية، الكالسيوم لبنية الجدار والإشارة، المغنيسيوم للكلوروفيل)؛ المواد المضادة للميكروبات والعلاجية من النباتات (التجربة الأساسية 9 اختبار مضاد للميكروبات)؛ ظروف نمو البكتيريا؛ تطور اختبارات الأدوية من البروتوكولات التاريخية إلى الحديثة بما في ذلك مراحل التجارب.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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.

    A microbial growth curve on a log scale: lag, exponential (log), stationary and death phases.

    Worked check. In the exponential phase, the growth-rate constant $k = (\log_{10} N_t - \log_{10} N_0)/(0.301 \times t)$. From $1 \times 10^4$ إلى $4 \times 10^7$ 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

    تحقق من نفسك

    1. Calculate the actual width of a nucleus that appears 24 mm wide at ×4 000. Give your answer in µm.
    2. Name the two processes in meiosis that create genetic variation, and state when each happens.
    3. A cell has 2 a.u. of DNA in G1. Sketch how DNA content changes through S phase, meiosis I and meiosis II.
    4. Explain why all cells of a blastocyst can become any tissue, but a mature muscle cell cannot.
    5. Explain two ways xylem is adapted to its function, one structural and one chemical.
    6. Two habitats each contain 5 plant species. Explain why the index of diversity can still differ between them.
    7. In a population of 1 000, 16 people show a recessive condition. Calculate q, p and the expected number of carriers.
    8. A species of snail is endemic to one island. Explain why endemic species face higher extinction risk.
    9. State three conditions a population must meet for the Hardy–Weinberg equation to hold.
    10. 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).

  • 3

    Practical Skills in Biology I

    • 3.1 Planning investigations (Unit 3 spec, planning section)

      برنامج تعليمي قادم قريبًا

    • 3.2 Implementation and measurements (Unit 3 spec, implementation section)

      برنامج تعليمي قادم قريبًا

    • 3.3 Processing results, graphs and uncertainties (Unit 3 spec, processing section)

      برنامج تعليمي قادم قريبًا

  • 4

    Energy, Environment, Microbiology and Immunity

    4.1

    Energy in, energy through, energy lost

    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

    المنهج

    موضوع 5 العبارات 5.1-5.8 مع التجربة الأساسية 10 (المواصفات صص.29-30). التفاعل العام للبناء الضوئي؛ التفاعلات المعتمدة على الضوء (فوتوليز الماء، الفسفرة الضوئية للـ ADP، اختزال NADP) في أغشية الثايلأكويد؛ التفاعلات غير المعتمدة على الضوء (دورة كالفن: تثبيت ثاني أكسيد الكربون بواسطة RuBP المحفزة بواسطة rubisco، إنتاج GALP، إعادة توليد ريبولوز ثنائي الفوسفات) في الستروما؛ بنية البلاستيدة الخضراء الموصوفة لكلا الطورين؛ طيف الامتصاص والطيف الفعلي؛ كروماتوغرافيا صبغات ذات قيم Rf (التجربة الأساسية 10)؛ العوامل المحددة (شدة الضوء، تركيز ثاني أكسيد الكربون، درجة الحرارة) والتعديل الزراعي لها.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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; $\mathrm{Rf} = \text{distance moved by pigment} / \text{distance moved by solvent}$.

    Absorption spectra of the chloroplast pigments, with the shaded action spectrum tracking their combined absorption.

    العوامل المحددة 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

    المنهج

    البيانات 5.9-5.10 (المواصفات ص30): الإنتاجية الأولية الإجمالية (GPP)، والإنتاجية الأولية الصافية (NPP = GPP ناقص الفاقد التنفسي) والوحدات المستخدمة (kJ m-2 yr-1)؛ كفاءة نقل الكتلة الحيوية بين المستويات الغذائية وحسابها؛ لماذا تفقد النقلات الطاقة (التنفس، الإخراج غير المهضم، الإخراج، الأجزاء غير المؤكولة) ولماذا تكون سلاسل الغذاء قصيرة.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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.

    Energy leaving a food chain: GPP split by plant respiration, then roughly a tenth passing at each step upward.

    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

    المنهج

    البيانات 5.11-5.15 مع العملي الأساسي 11 (المواصفات ص30-31): مصطلحات الموطن، Population، المجتمع والنظام البيئي؛ العوامل البيولوجية وغير البيولوجية التي تتحكم في التوزيع والكثرة؛ مفهوم البيئة الوظيفية؛ الدورات بين المفترسات والفرائس؛ طرق قياس الكثافة (المربعات، المسارات، التقاط-وضع علامة-إعادة التقاط)؛ مراحل التتابع من الاستعمار بواسطة الأنواع الرائدة إلى مجتمع الذروة (العملي الأساسي 11 يقيّم موطنًا).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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.

    A classic predator-prey cycle: the lynx population tracks the hare population with a delay.

    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

    المنهج

    البيانات 5.16-5.22 مع العملي الأساسي 12 (المواصفات ص31-32): الأدلة على تغير المناخ (سجلات درجات الحرارة، عينات الجليد، علم الأشجار، حبوب اللقاح في الخث); الغازات الدفيئة والتأثير الدفيء المعزز (CO2، الميثان، أكسيد النيتروز - المصادر، عمرها في الغلاف الجوي، إمكانات الاحترار العالمي); دورة الكربون وطرق تقليل الكربون في الغلاف الجوي; استقراء البيانات وموثوقيته; تأثيرات تغير المناخ على أنماط هطول الأمطار، وتوزيع الأنواع، والنظم البيئية المعتمدة على الإنزيمات; العملي الأساسي 12 يحقق تأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيم/النشاط ذي الصلة بالموطن.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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

    التطور وتكون الأنواع

    المنهج

    البيانات 5.23-5.26 (المواصفات ص32): التطور كتغير في تردد الأليل ناتج عن الطفرات، والاختيار (الاتجاهي والمثبت)، وتدفق الجينات والانحراف الوراثي; العزل يقلل تدفق الجينات (الجغرافي = ألو باتريك؛ التكاثري = سمباتريك) مما يؤدي إلى تكون الأنواع; تفسير الاستنتاجات العلمية المثيرة للجدل (تغير المناخ، التطور) بمعايير الأدلة; إعادة التشجير، الموارد المستدامة والوقود الحيوي.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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.

    تشكّل الأنواع 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

    المنهج

    البيانات 6.1-6.4 مع العملي الأساسي 13 (المواصفات ص33): وسائط الزراعة (الأجار المغذي، المرق); التقنية المعقمة بالتفصيل; طرق قياس نمو الكائنات الدقيقة (عد الخلايا، التعكر، العد الحيوي عبر صفائح التخفيف); أربع مراحل لمنحنى نمو البكتيريا (السكون، اللوغاريتمي/الأسّي، الثابت، الموت) وثابت معدل النمو الأسّي k; العملي الأساسي 13 يحقق معدل النمو في المزرعة السائلة باستخدام منحنى المعايرة.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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:

    $$k = \frac{\log_{10} N_t - \log_{10} N_0}{0.301 \times t}$$

    Worked check. From $2\times10^4$ إلى $1.6\times10^7$ 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

    المنهج

    البيانات 6.5-6.7 (المواصفات ص33): هياكل البكتيريا والفيروسات (حمض نووي، غلاف بروتيني، غلاف دهني) مقارنةً بها؛ مسارات العدوى (الهضمية، التنفسية، الاتصال الجنسي، الجروح، ناقلات)؛ حواجز العدوى (الجلد، المخاط، حمض المعدة، تجلط الدم)؛ كيف تصاب بكتيريا السل وأعراض فيروس نقص المناعة البشرية بالجسم وكيفية تفاقم الإيدز لمرض السل.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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

    الاستجابة المناعية

    المنهج

    البيانات 6.8-6.12 (المواصفات ص34): الاستجابات غير النوعية (الالتهاب، الليزوزيم، الإنترفيرون)؛ المستضدات؛ الاستجابة الخلطية - خلايا B الفعالة تتمايز إلى خلايا بلازمية تفرز أجسام مضادة، وخلايا B الذاكرة تعطي استجابة ثانوية؛ الاستجابة الخلوية - T مساعدة، T قاتلة وT ذاكرة؛ هيكل الجسم المضاد (أربع سلاسل بولي ببتيد، منطقة متغيرة للموقع الرابط) ومعقد المستضد-الجسم المضاد؛ المناعة الطبيعية والصناعية، النشطة والسلبية؛ التطعيم والمناعة الجماعية؛ السباق التطوري بين مسببات الأمراض والمضيفين.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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: نشط 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

    المنهج

    البيانات 6.13-6.15 مع العملي الأساسي 14 (المواصفات ص34): المضادات الحيوية الموقوفة للبكتيريا مقابل القاتلة لها؛ كيفية ظهور مقاومة المضادات الحيوية وانتشارها (الاختيار)؛ العملي الأساسي 14 يحقق تأثير المضادات الحيوية على البكتيريا؛ كيف أن فهم أسباب العدوى المكتسبة في المستشفيات (النظافة، الإجراءات التداخلية، السلالات المقاومة) يقلل من حدوثها.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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

    المنهج

    البيانات 6.16-6.20 (المواصفات ص34-35): دور الكائنات الدقيقة في التحلل وإعادة تدوير العناصر الغذائية؛ تفاعل البوليميراز المتسلسل (إزالة السلك المزدوج، ارتباط البادئات، التمدد) لتضخيم الحمض النووي؛ الكهروфорيز على الهلام لفصل مقاطع الحمض النووي حسب الطول؛ تحديد هوية الحمض النووي للعلاقات الجينية؛ تحديد وقت الوفاة من خلال درجة حرارة الجسم، وتيبس الجثث، ودرجة انقباض العضلات، وتسلسل الحشرات على الجسم.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    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

    تحقق من نفسك

    1. Name the products of the light-dependent reactions used by the Calvin cycle.
    2. 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.
    3. Explain why the action spectrum is evidence that chlorophyll carries out photosynthesis.
    4. Distinguish directional and stabilising selection with one example of each.
    5. Give two reasons a food chain rarely exceeds five trophic levels.
    6. A culture grows from $5\times10^3$ إلى $4\times10^6$ in 6 hours. Calculate k and the doubling time.
    7. Explain why a second vaccine dose raises antibody titre far faster than the first.
    8. State the difference between bacteriostatic and bactericidal, and why the distinction matters for a patient with a weak immune system.
    9. Three PCR cycles from one double-stranded template: how many copies?
    10. 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

    5.1

    داخل الجسم: الطاقة والتوازن والسيطرة

    ركض سريع لحافلة وأداء جسمك سيمفونية: تحرق العضلات الجلوكوز بأسرع، يتضاعف إخراج القلب، تتعمق التهوية، يبدأ التعرق، وتعيد الكلية ضبط استرداد الماء — كل ذلك دون تفكير واعٍ. تتبع هذه الوحدة آليات العمل هذه: التنفس على المقياس الجزيئي، والعضلات والقلب على مقياس الأنسجة، والأعصاب والهرمونات كمتحكمات، والتكنولوجيا الجينية كنافذة حديثة عليها.

    WBI15 التنفس، البيئة الداخلية، التنسيق والتكنولوجيا الجينية هو الوحدة IA2 الثانية: 1 ساعة 45 دقائق، 90 علامة. يقيّم الموضوع 7 (التنفس، العضلات والبيئة الداخلية) والموضوع 8 (التنسيق، الاستجابة والتكنولوجيا الجينية)، وسؤال واحد 20-علامة مبني على مقال علمي محرر مسبقاً — ستدرسه مسبقاً.

    5.1

    التنفس: أربع مراحل، غرض واحد

    المنهج

    موضوع 7 بيانات 7.1-7.8 مع العمليتين الأساسيتين 15-16 (المواصفات ص35-36). التفاعل الهوائي الكلي والتنفس كعملية متدرجة محكومة بإنزيمات؛ تحلل السكر في السيتوبلازم (فوسفرة السكريات سداسية الكربون، فوسفرة المستوى Субстрат للأدبوسين ثلاثي الفوسفات، NAD المختزل، بيروفيت؛ لاكتات في الظروف اللاهوائية)؛ تفاعل الربط ودورة كrebs في مصفوفة الميتوكوندريا (إزالة الكربوكسيل، ATP، NAD المختزل، FAD المختزل)؛ الفسفرة التأكسدية على التراكيب الداخلية - سلسلة نقل الإلكترون تضخ أيونات الهيدروجين إلى الفراغ بين الغشائين والكيميائية الأسموزية عبر إنزيم ATP synthase، الأكسجين كمستقبل نهائي للإلكترونات؛ استقلاب اللاكتات بعد التمارين اللاهوائية؛ مؤشر التنفس RQ = CO2 الناتج / O2 المستهلك للكربوهيدرات (1.0)، والدهون (0.7) والبروتينات (0.9)؛ العمليتان الأساسيتان 15-16 (مقياس التنفس وتنفس الهيدروكربونات الاصطناعي-المؤشر).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    يطلق التنفس الطاقة على خطوات، كل منها يحفزه إنزيم محدد. ملخص التنفس الهوائي:

    $$\mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\mathrm{O_2} \rightarrow 6\mathrm{CO_2} + 6\mathrm{H_2O}\ (+\ \text{ATP})$$
    المرحلة أين ما يحدث صافي العائد
    تحلل السكر السيتوبلازم فوسفرة هكسوز ثم انقسام؛ تكون بيروفات 2 ATP، 2 NAD مختزل
    تفاعل الربط مصفوفة الميتوكوندريا أكسدة البيروفات وإزالة الكربوكسيل لتكوين أسيتيل 1 CO₂، 1 NAD مختزل لكل بيروفات
    دورة كريبس المصفوفة أكسدة كاملة للأسيتيل؛ تجديد الرقائق CO₂، ATP، NAD مختزل، FAD مختزل
    الفسفرة المؤكسدة التجاويف تسلسل نقل الإلكترون يضخ H⁺؛ الكيمياء الأسموزية عبر إنزيم ATP synthase؛ O₂ هو المستقبل النهائي للإلكترونات إنتاج أكبر كمية من ATP

    توقف الظروف اللاهوائية السلسلة — لا يمكن إعادة تدوير NAD المختزل — لذلك يستقبل البيروفيت الهيدروجين ويصبح لاكتات في العضلات. بعد التمرين، يُنقل اللاكتات إلى الكبد ويعاد تحويله إلى جلوكوز (يحتاج إلى الأكسجين: ديون الأكسجين).

    مؤشر التنفس: $\mathrm{RQ} = \mathrm{CO_2}\ \text{produced} / \mathrm{O_2}\ \text{consumed}$. الكربوهيدرات 1.0، البروتين 0.9، الدهون ≈ 0.7 — يكشف RQ للكائن الحي عن المادة التي يحرقها.

    يسار: يتجه معدل التنفس نحو الذروة عند الأمثل الإنزيمي القريب من درجة حرارة الجسم وينهار عندما تتغير بنية البروتينات. يمين: مؤشر التنفس حسب المادة الغذائية.

    فحص محلول. يظهر جهاز قياس التنفس 60 سم³ CO₂ مُنتَج و60 سم³ O₂ مستهلك في نفس الفترة: RQ = 1.0 — كربوهيدرات. بذرة نابضة ذات RQ 0.7 تحرق مخزون الدهون.

    5.2

    العضلات: الخيط الانزلاقى

    المنهج

    العبارات 7.9-7.11 (تحديد p.36): تفاعل العضلات والأوتار والعظام والأربطة في الحركة (العضلة تسحب العظم عبر المفصل؛ الأوتار تربط العضلة بالعظم؛ الأربطة تمسك العظام معاً)؛ بنية الليف العضلي الهيكلية (خلايا متعددة الأنوية مدمجة، وألياف عضلية مكونة من الأكتين والميوسين)؛ نظرية الانزلاق الخيطي للانقباض (أيونات الكالسيوم تكشف مواقع الارتباط، ورؤوس الميوسين ترتبط بـATP وتسحب، وينزلق الأكتين)؛ الألياف سريعة الانقباض وبطيئة الانقباض وتكيفها للعمل القوي المتقطع والعمل على التحمل.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    الوتر يربط العضلة بالعظم؛ الرباط يربط عظمة بعظمة عبر مفصل؛ تعمل العضلات في أزواج متضادة. ليف العضلة الهيكلية خلية متعددة النواة مدمجة ومليئة بـ الألياف العضلية المكونة من الأكتين والميوسين.

    الانقباض هو دورة الخيط الانزلاقى: جهد الفعل يُطلق Ca²⁺؛ يكشف الكالسيوم مواقع ارتباط الأكتين؛ يرتبط رأس الميوسين المنشط (بعد انقسام ATP) بسحب الأكتين، ثم ينفصل عند ارتباط ATP جديد — آلاف الرؤوس في الثانية، كل ضربة بضعة نانومترات.

    الألياف سريعة الانقباض: سميكة، عدد قليل من الميتوكوندريا، سريعة وقوية، تتعب بسرعة (ركض سريع). أبطأ انقباض: الكثير من الميتوكوندريا، إمداد دموي غني، ميوجلوبين — للتحمل.

    5.3

    ساعة القلب الخاصة وتجاوز النخاع المستطيل

    المنهج

    العبارات 7.12-7.13، 7.15 مع العملي الأساسي 17 (تحديد p.36): الطبيعة الميكانيكية للعضلة القلبية؛ كيف تبدأ النشاط الكهربائي للقلب في العقدة الجيبية الأذينية، ثم ينتقل إلى العقدة الأذينية البطينية وعلى طول ألياف بوركنجي؛ التحكم في معدل ضربات القلب ومعدل التنفس بواسطة مركز التحكم في الدورة الدموية ومركز التنفس في الجذع الدماغي؛ إخراج القلب = حجم الضربة × معدل ضربات القلب وحسابه؛ التغيرات في التنفس وإخراج القلب أثناء التمرين؛ استخدام العملي الأساسي 17 لمتتبعات جهاز قياس التنفس لتحقيق تأثير التمرين على حجم الشهيق، ومعدل التنفس، وإخراج الهواء الدقيقي.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    العضلة القلبية ذات المنشأ العضلي: تنبض بدون مدخل عصبي. العقدة الجيبية الأذينية تحدد الإيقاع؛ تنتشر الموجة عبر الأذينين إلى العقدة الأذينية البطينية، ثم عبر ألياف بوركيني إلى البطينين — ينقبض الأذينان أولاً، والبطينان بعد جزء من الثانية.

    مركز التحكم في الجهاز الدائري ومركز التهوية في النخاع المستطيل يضبط كلا النظامين حسب الحاجة: مستشعرات كيميائية تكتشف CO₂ والحموضة، ومستشعرات الضغط تكتشف ضغط الدم.

    $$\text{cardiac output} = \text{stroke volume} \times \text{heart rate}$$

    فحص محلول. في الراحة: 70 سم³ × 72 دقيقة⁻¹ ≈ 5.0 dm³ دقيقة⁻¹. أثناء التمرين: 120 سم³ × 150 دقيقة⁻¹ = 18 dm³ دقيقة⁻¹ — الجدول الذي تحبه الامتحانات. يرتفع التهوية بالتوازي، تُقرأ من مسارات جهاز قياس حجم الهواء (حجم المدّ × معدل التنفس = التدفق minuto ventilation).

    5.4

    الاستتباب والتغذية الراجعة

    المنهج

    العبارات 7.14، 7.16-7.17 (تحديد p.36): الاستتباب كمحافظة على البيئة الداخلية في توازن ديناميكي؛ التغذية الراجعة السالبة التي تحافظ على المتغيرات ضمن حدود ضيقة (والتغذية الراجعة الموجبة التي تكبر التغير)؛ أدوار الجهاز العصبي الذاتي، والأدرينالين في استجابة القتال أو الهروب، وتحت المهاد في تنظيم درجة الحرارة (توسع الأوعية، التعرق، الارتعاش، تضيق الأوعية، انتصاب الشعر).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    الاستتباب يحافظ على البيئة الداخلية في توازن ديناميكي — ليس سكوناً، بل تذبذب المتغيرات داخل حدود ضيقة. التغذية الراجعة السلبية تصحح الانحرافات في أي اتجاه (نمط الترموستات)؛ التغذية الراجعة الإيجابية تضخمها (حلزوني، وليس حلقة — كما في جهد الفعل أو ارتفاع الحرارة غير المنضبط).

    تنظيم الحرارة يتم عبر تحت المهاد: فقدان الحرارة بال توسع الوعائي والتعرق؛ الحفاظ على الحرارة بال انقباض الوعائي والرعشة وارتداد الشعر. الإبينفرين يُعد استجابة القتال أو الهروب — تستجيب معدل ضربات القلب، وسكر الدم، والممرات الهوائية معاً.

    5.5

    الكلية: فلتر، إعادة امتصاص، ضبط دقيق

    المنهج

    Statements 7.18-7.21 (spec pp.36-37): the gross and microscopic structure of the mammalian kidney (cortex, medulla, pelvis; nephron with glomerulus, Bowman's capsule, proximal convoluted tubule, loop of Henle, collecting duct); ultrafiltration (high pressure from the afferent arteriole, podocytes, basement membrane) and selective reabsorption in the PCT (glucose, amino acids, some salts and water); the loop of Henle and water potential gradient in the medulla; ADH from the pituitary increasing the collecting duct's water permeability; urea production in the liver from excess amino acids (deamination, ornithine cycle not required in detail).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    يدخل الدم إلى الكُبيبة في الكُلية تحت ضغط عالٍ — الشريان الوارد أعرض من الخارجي — وتُجبر الجزيئات الصغيرة على المرور عبر خلايا القدم وغشاء القاعدة إلى كبولة بومان (الترشيح الفائق: كل شيء باستثناء الخلايا والبروتينات الكبيرة). يعيد الأنبوب الملتوي القريب امتصاص كل الجلوكوز والأحماض الأمينية بالإضافة إلى معظم الأملاح والماء (النقل النشط ثم الأسموزة). يبني حلقة هنلي تدرجاً لجهد الماء في النخاع عبر الضرب المعاكس للتدفق. القناة المجمعة تتخذ القرار النهائي: ADH من الغدة النخامية يوضع Aquaporins لامتصاص المزيد من الماء — بول مركز عند الجفاف، مخفف عند عدم وجوده.

    جهد ماء المرشح ينخفض بشدة خلال حلقة هنلي؛ نفاذية القناة المجمعة — المحددة بواسطة ADH — تقرر تركيز البول النهائي.

    الأحماض الأمضية الزائدة تُزال منها المجموعة الأمينية في الكبد؛ يتحول الأمونيا السامة إلى اليوريا للتخلص منها.

    تحقق محلول. وجود ADH → جدران المجمع قابلت النفاذية → مغادرة الماء حسب التدرج إلى الدم القلوي → حجم صغير، بول مركز. الكحول يثبط ADH — حجم كبير، مخفف.

    5.6

    تبديل الجينات: عوامل النسخ والتخلق الوراثي

    المنهج

    عبارة 7.22 (تحديد p.37): كيف يتم تشغيل وإيقاف الجينات عن طريق ارتباط عوامل النسخ بالحمض النووي (بما في ذلك الهرمونات الستيرويدية التي تدخل الخلايا لتعمل كعوامل نسخ)؛ علم التخلق - مثيلة الحمض النووي وتعديل الهستونات لإيقاف الجينات وعواقبها (مثل كتمتgenes مثبطة للأورام، ونمط Prader-Willi)؛ عملية lac كنموذج لتنظيم الجينات عند الحاجة.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    يرتبط عامل النسخ بمحفز الجين ويشغل أو يعطل النسخ. تنتشر هرمونات الستيرويد عبر الغشاء وتعمل كعوامل نسخ بحد ذاتها — يمكن لجين واحد أن يخدم عدة أنسجة. التخلق الوراثي يكتم الجينات دون تغيير تسلسل القواعد: مثيلة الحمض النووي وتعديل الهستونات (الأسيتلة) تُغلف الحمض النووي بعيدًا عن جهاز النسخ. الأخطاء مهمة: لا يمكن لجين مثيل مكبّر للورم أن يوقف انقسام الخلايا؛ تفسر أخطاء التطبع متلازمة برادر-ويلي.

    5.7 5.8

    الإشارات العصبية والمشابك

    المنهج

    العبارات 8.1-8.7 (تحديد pp.37-38): بنية الخلايا العصبية الحسية، والناقلة، والحركية؛ جهد الراحة الذي يحافظ عليه مضخة الصوديوم والبوتاسيوم؛ كيفية نشوء جهد الفعل (استقطاب عكسي، عتبة كل شيء أو لا شيء، استقطاب عكسي، فترة عدم الاستجابة)؛ التوصيل على طول المحاور غير الميالينية والتوصيل القفزي في المحاور الميالينية؛ بنية ومشابك المشابك (إطلاق الناقلات العصبية، ارتباط المستقبلات، أحادية الاتجاه)؛ كيف تؤثر الأدوية على الإشارات العصبية عند المشابك (المحفزات، المثبطات، حجب إعادة امتصاص SSRI).

    العبارات 8.8-8.10 (تحديد p.38): تنظيم الجهاز العصبي للثدييات (CNS = الدماغ والنخاع الشوكي؛ PNS، مقسوم إلى جسدي و autonomi، وسمبي وتبايني)؛ كيف تكشف المستقبلات المحفزات (خلايا عصيدة ومخروطية في الشبكية، ومستقبلات ضوئية، ومستقبلات حرارية، ومستقبلات كيميائية، ومستقبلات ضغط دم، ومستقبلات وضع الجسم، ومستقبلات الألم)؛ قوس المنعكس الشوكي (المادة الرمادية والبيضاء) ومساره ثلاثي الخلايا العصبية؛ التعوّد كاستجابة متناقصة لمحفز متكرر.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    يضخ العصبون السكوني Na⁺ خارجًا وK⁺ داخلًا (المضخة الصوديوم-البوتاسيوم)، مما يحافظ على interiors عند حوالي −70 mV. محفز يتجاوز العتبة (حوالي −55 mV) يفتح قنوات الصوديوم: يحدث جهد فعل كل شيء أو لا شيء يصعد إلى +30 mV، ثم تعيد قنوات البوتاسيوم الاستقطاب; الفترة العازلة تمنع السفر العكسي وتحدد أقصى تردد.

    جهد الفعل: إزالة الاستقطاب عند دخول الصوديوم، إعادة الاستقطاب عند خروج البوتاسيوم، ثم الفترة العازلة.

    في العصبونات المغلفة بالمييلين تقفز الإشارة من عقدة إلى أخرى (النقل Saltatory) — أسرع بكثير. عند المشبك، يؤدي دخول الكالسيوم إلى اندماج حويصلات الناقل العصبي مع الغشاء قبل المشبكي; ينتشر الناثر ويرتبط بمستقبلات ما بعد المشبكية؛ ثم تقوم الإنزيمات بإزالة الفجوة. تعمل الأدوية هنا: تثبط SSRIs إعادة امتصاص السيروتونين، لذا تستمر الإشارة; يحجب Lidocaine قنوات الصوديوم; ي.Administration ecstasy (MDMA) غمر الشق بالسيروتونين ثم استنزافه.

    ينقسم الجهاز العصبي: CNS (الدماغ، الحبل الشوكي) وPNS — الجسماني (إرادي) والذاتي (لا إرادي؛ يفرز الودي، يسترخي نظيف). المستقبلات هي محولات: العصيات (ضوء خافت، عدد كبير لكل خلية ثنائية القطب — حساسية)، المخاريط (لون، واحد لواحد — حدة)، بالإضافة إلى مستقبلات الحرارة، والمستقبلات الكيميائية، ومستقبلات الضغط، والمستقبلات المؤلمة (الألم). قوس الانعكاس الشوكي يمر الحسي ← الوسيط ← العصبون الحركي في المادة الرمادية للحبل الشوكي — سريع، لا إرادي، واقي. التعود هو انخفاض الاستجابة لمحفز ضار غير مكرر.

    5.9

    النباتات: مفتاح الضوء والنمو

    المنهج

    العبارات 8.11-8.12 مع التجربة الأساسية 18 (المواصفات ص.38): كيف يتحكم الفيتوكروم (Pr يمتص الضوء الأحمر وPfr يمتص الأشعة تحت الحمراء البعيدة) في التزهير والإنبات؛ الأوكسين (IAA) والجيبريلينات في النمو والإنبات (استطالة الخلايا، تحفيز الإنزيمات في الطبقة الإليورون)؛ التحقيق العملي لاستجابات النبات باستخدام التجربة الأساسية 18 والتجربة الإضافية الموصى بها حول التعود.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    الفيتوكروم يتبدد بين Pr (يمتص الأحمر) وPfr (يمتص الأحمر البعيد); يترك تحيز ضوء الشمس الأحمر Pfr سائدًا، متحكمًا في الإنبات والإزهار بناءً على طول اليوم. الأوكسين يطيل الخلايا عن طريق حمضية الجدران؛ الجيبريلينات تحفز الإنزيمات (أميليز في طبقة الأليرون) التي تنظم النشا في الإنبات.

    5.10

    الدماغ وكيميائه

    المنهج

    العبارات 8.13-8.16 (تحديد pp.38-39): التنسيق عبر الجهازين العصبي والهرموني؛ مواقع ووظائف نصفي الكرة المخية، وتحت المهاد، والغدة النخامية، والمخيخ، والجذع الدماغي؛ كيفية تكوين صور الرنين المغناطيسي الوظيفي، والرنين المغناطيسي، والأشعة المقطعية المحوسبة، والتصوير بالانبعاث البوزيتروني واستخداماتها؛ الاختلالات في الناقلات العصبية (الدوبامين في باركنسون، والسيروتونين في الاكتئاب) وكيف أن فهم كيمياء الدماغ يدعم العلاج الدوائي (مثل عبور L-Dopa للدمغ الدموي).

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    علامات وأعمال: نصفا الكرة المخية (إرادي، تفكير)، المخيخ (تنسيق، توازن)، تحت المهاد والغدة النخامية أسفلها (استتباب، هرمونات)، الجسر النخاعي (قلب، تنفس). يُظهر MRI البنية؛ يُظهر fMRI النشاط عبر تدفق الدم المؤكسج؛ CT فحوصات بنية سريعة؛ PET الأيض باستخدام نظائر مشعة.

    الكيمياء أولاً: باركنسون هو نقص الدوبامين — يعالج بـ L-Dopa، الذي يعبر الحاجز الدماغي ويحول إلى دوبامين في الدماغ. يرتبط انخفاض السيروتونين بالاكتئاب — وهو هدف SSRIs.

    5.11 5.12

    تقنية الجينات

    المنهج

    العبارات 8.17-8.19 (تحديد p.39): كيفية إنتاج الأدوية باستخدام الكائنات المعدلة وراثياً (الأنسولين من البكتيريا، والبروتينات البشرية من الحيوانات المعدلة وراثياً)؛ إنتاج الحمض النووي المؤتلف - إنزيمات التقييد التي تقطع عند مواقع التعرف ذات الأطراف اللاصقة، وليجاز الحمض النووي الذي يربطها، والمتجهات البلازميدية التي تحمل جينات تحديد؛ تحويل الخلايا المضيفة (الصدمة الحرارية، والكهرباء الحيوية)؛ اختيار الجينات المحددة.

    العبارات 8.20-8.21 (تحديد p.39): استخدام المصفوفات الدقيقة لتحديد الجينات النشطة (عن طريق هجينة mRNA)؛ مصطلح معلوماتية الأحياء واستخدامه في مقارنة تسلسلات الحمض النووي بين الأنواع والأفراد؛ مخاطر وفوائد الكائنات المعدلة وراثياً في الزراعة والطب؛ تطبيقات مثل هرمون النمو البشري المؤتلف والأسماك الذهبية الفلورية.

    المصدر: منهج كامبريدج الدولي

    DNA المتكافئ: إنزيم تقييد يقطع DNA عند تسلسل التعرف الخاص به، تاركاً أطرافاً لاصقة; يتم دمج الجين البشري (مصنوع بدون إنترونات من mRNA) في ناقل بلازميدي مع DNA رباط; يتحول البلازميد إلى بكتيريا مضيفة؛ جينات العلامة (مقاومة المضادات الحيوية أو الفلورة) تختار الخلايا التي أخذته. زيادة النطاق في المفاعل وتفرز البكتيريا الإنسولين البشري — أنظف وأكثر أماناً من استخراجه من الخنازير. تصنع الحيوانات المعدلة وراثياً بروتينات بشرية في الحليب؛ مخاطر وفوائد المحاصيل المعدلة وراثياً (المقاومة، الغلات مقابل تدفق الجينات إلى الأقارب البرية) هي التقييم القياسي.

    المصفوفات الدقيقة تحدد الجينات النشطة: يهجن عينة mRNA مع مجسات متكاملة على الشريحة؛ النقاط التي تتوهج تشير إلى الجينات التي يتم نقلها. معلوماتية حيوية تقارن التسلسلات عبر الأنواع والأفراد — كيفية قياس القرابة الآن.

    5.11 5.12

    تحقق من نفسك

    1. سمِّ مرحلة التنفس التي تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا وإحدى مدخلاتها.
    2. عضلات عداء تنتج اللاكتات. اشرح السبب وما الذي يحدث لللاكتات لاحقاً.
    3. رؤوس الميوسين لا تستطيع الانفصال بدون ATP. اشرح ماذا يعني هذا للعضلات بعد الموت.
    4. احسب الناتج القلبي لحجم الضربة 85 سم³ ومعدل ضربات القلب 140 دقيقة⁻¹.
    5. اشرح لماذا يكون الشريان الوارد أعرض من الشريان الصادر.
    6. اذكر فرقين بين التغذية الراجعة السالبة والموجبة، مع مثال واحد لكل منهما.
    7. لماذا تزيد الميالينية سرعة التوصيل العصبي؟
    8. عتبة المحور هي −55 مللي فولت. تحركه محفز إلى −60 مللي فولت. ماذا يحدث ولماذا؟
    9. يحول الضوء الأحمر الفيتوكروم إلى أي شكل؟
    10. اشرح لماذا تُعطى L-Dopa بدلاً من الدوبامين نفسه.
    11. إذا أضاء بقعة في مصفوفة دقيقة (microarray) بشكل قوي، فماذا يدل ذلك؟
    12. لماذا يجب تصنيع جين الإنسولين البشري من mRNA بدلاً من الحمض النووي الجينومي عند إدخاله في البكتيريا؟

    الإجابات: 1 تفاعل الارتباط (أو دورة كريبس) — يدخل البيروفات (أو الأسيتيل)؛ 2 نقص الأكسجين يجعل NAD المختزل يُعاد تدويره عن طريق اختزال البيروفات إلى اللاكتات؛ بعد ذلك يذهب اللاكتات إلى الكبد ويحول مرة أخرى إلى جلوكوز باستخدام الأكسجين؛ 3 بدون ATP يبقى الميوسين مرتبطاً بالأكتين — التصلب القاسي؛ 4 $85 \times 140 = 11\,900\ \text{cm}^3\,\text{min}^{-1} = 11.9\ \text{dm}^3\,\text{min}^{-1}$؛ 5 الفرق في الضغط يدفع الترشيح الفائق للبلازما إلى كبسولة بومان؛ 6 التغذية الراجعة السالبة تعيد المتغير نحو نقطة ضبطه (تنظيم درجة الحرارة)؛ الموجبة تدفعه بعيداً أكثر (ارتفاع حرارة الجسم)؛ 7 القفز العصب يقفز بين عقد رانفييه بدلاً من إزالة الاستقطاب على طول الغشاء بالكامل — خطوات أقل ولكن أكبر؛ 8 لا شيء — لم يتم الوصول للعتبة، لذا لا يحدث جهد عمل (قاعدة الكل أو لا شيء)؛ 9 Pfr؛ 10 الدوبامين لا يعبر حاجز الدم-الدماغ بينما L-Dopa يمكنه ذلك، ويتم تحويله إلى دوبامين داخل الدماغ؛ 11 أن الجين كان يتم نسخه بنشاط — كانت mRNA الخاصة به موجودة وتهاجمت (ارتبطت)؛ 12 البكتيريا لا تستطيع استئصال الأمشاج (splicing)، لذا يجب أن يأتي الجين من mRNA ناضج يفتقر إليها بالفعل.

  • 6

    Practical Skills in Biology II

    • 6.1 Planning A2 investigations (Unit 6 spec, planning section)

      برنامج تعليمي قادم قريبًا

    • 6.2 Implementation and measurement critique (Unit 6 spec, implementation section)

      برنامج تعليمي قادم قريبًا

    • 6.3 Analysis, statistics and justified conclusions (Unit 6 spec, analysis section)

      برنامج تعليمي قادم قريبًا

تسجيل الدخول أو إنشاء حساب

IGCSE، A-Level & AP